JP2015037381A - Muscle cell output device and muscle cell output evaluation method - Google Patents

Muscle cell output device and muscle cell output evaluation method Download PDF

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藤田 英明
Hideaki Fujita
英明 藤田
一憲 清水
Kazunori Shimizu
一憲 清水
英二 長森
Eiji Nagamori
英二 長森
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an output device suitable for the output of the contractile force of a muscle cell.SOLUTION: A muscle cell output device 2 includes a complex 4 which has a support 10 mainly composed of collagen comprising one or plural long part 12 having a predetermined width, and a muscle cell 20 held on the long part 12.

Description

本発明は、筋細胞の出力装置及び筋細胞の出力評価方法に関する。   The present invention relates to a muscle cell output device and a muscle cell output evaluation method.

筋細胞又はその構造体の収縮能等を評価する試みがある。また、かかる収縮能等を動力源として利用する試みがある。例えば、心疾患等、筋細胞が関連する疾患の治療やそのための薬剤のスクリーニングのために、筋細胞を動力源として利用したり、筋細胞に発生する力(収縮力)を評価したりすることが試みられている。   There are attempts to evaluate the contractility of muscle cells or their structures. There is also an attempt to use such contractility as a power source. For example, to use muscle cells as a power source or to evaluate the force (contraction force) generated in muscle cells for the treatment of diseases related to muscle cells such as heart disease and screening for drugs therefor. Has been tried.

一般に、筋細胞などの接着性の細胞は、プラスチックディッシュを用いて培養される。しかしながら、このような培養状態では、細胞は、培養面に接着しているため、培養して得られた筋細胞の出力の評価は不可能である。そこで、各種の評価方法が試みられている。例えば、筋細胞の自己集合能を利用して骨格筋様組織を作製し、この組織において発生した力を測定する方法が開示されている(非特許文献1,2)。また、筋管細胞をガラスマイクロ針によって保持し、ガラスマイクロ針のたわみによって発生力を測定する方法も開示されている(非特許文献3)。さらに、筋芽細胞とコラーゲンゲルとを所定形状に複合化した三次元の環状構造体を作製して、当該構造物の収縮力を測定する装置も開示されている(特許文献1)。さらに、初代培養の心筋細胞を対象としてその張力を測定する装置も開示されている(特許文献2)。   In general, adherent cells such as muscle cells are cultured using a plastic dish. However, in such a culture state, since the cells adhere to the culture surface, it is impossible to evaluate the output of myocytes obtained by culturing. Therefore, various evaluation methods have been tried. For example, a method for producing a skeletal muscle-like tissue using the self-assembly ability of muscle cells and measuring the force generated in the tissue is disclosed (Non-Patent Documents 1 and 2). Also disclosed is a method of holding myotube cells with a glass microneedle and measuring the generated force by the deflection of the glass microneedle (Non-patent Document 3). Furthermore, an apparatus for producing a three-dimensional annular structure in which myoblasts and collagen gel are combined in a predetermined shape and measuring the contraction force of the structure is also disclosed (Patent Document 1). Furthermore, an apparatus for measuring the tension of primary cultured cardiomyocytes is also disclosed (Patent Document 2).

特開2004−500093号公報JP 2004-500093 A 特開2002−228655号公報JP 2002-228655 A

Dennis RG et. al., Am. J. Physiol. Cell. 280(2):C288-95Dennis RG et. Al., Am. J. Physiol. Cell. 280 (2): C288-95 Herman Vandengurgh et.al., Muscle & Nerave(2008), 37, p438-447Herman Vandengurgh et.al., Muscle & Nerave (2008), 37, p438-447 Macmahon DK et.al., Am. J. Physiol. Cell. 266(6 pt 1):C1795-802Macmahon DK et.al., Am. J. Physiol.Cell.266 (6 pt 1): C1795-802

しかしながら、現在までのところ、培養細胞の構造体につき、これらの出力評価に適した細胞構造体の検討は全く行われていなかった。出力の評価対象となる検体を均質に作製できなことは、評価結果の信頼性や定量性を大きく低下させることになる。   However, until now, no studies have been conducted on cell structures suitable for evaluating the output of cultured cell structures. The inability to uniformly produce the sample to be evaluated for output greatly reduces the reliability and quantitativeness of the evaluation results.

すなわち、及びその評価方法上記非特許文献1、2の方法では、細胞の剥離と集積とを利用するため、再現性が低く、実験が非効率的である。また、作製できる微小組織の大きさ等を均一化することができないため、定量性に乏しい。さらに、細胞が折り重なった状態で評価するため、細胞が生きた状態でその内部構造を観察することができない。さらに、細胞構造体としての強度が弱いため、長期的観察は不可能であった。   That is, and the evaluation method thereof The methods of Non-Patent Documents 1 and 2 described above use cell detachment and accumulation, so the reproducibility is low and the experiment is inefficient. In addition, since the size of the microstructure that can be produced cannot be made uniform, the quantitative property is poor. Furthermore, since the evaluation is performed with the cells folded, the internal structure cannot be observed with the cells alive. Furthermore, since the strength as a cell structure is weak, long-term observation was impossible.

非特許文献3の方法では、特殊な装置を要し、汎用的な評価方法として成立しない。さらに、特許文献1に記載の方法では、単一の細胞を評価対象とするため、定量性に乏しく、また、長期的な観察も不可能であった。さらにまた、特許文献2の方法では、評価対象を作製するのが極めて煩雑であり、かつ、細胞を配向することが困難である。このため、評価対象として安定した培養細胞体を作製するのは困難であった。また、評価対象の作製困難性は、同時に定量性の喪失を意味している。   The method of Non-Patent Document 3 requires a special device and does not hold as a general-purpose evaluation method. Furthermore, in the method described in Patent Document 1, since a single cell is an object to be evaluated, the quantitative property is poor and long-term observation is impossible. Furthermore, in the method of Patent Document 2, it is very complicated to produce an evaluation object, and it is difficult to orient the cells. For this reason, it was difficult to produce a stable cultured cell body as an evaluation target. Moreover, the difficulty in producing the evaluation object means a loss of quantitativeness at the same time.

そこで、本発明は、筋細胞の筋収縮力の出力に適した出力装置を提供することを一つの目的とする。また、本発明は、この出力装置を用いた筋収縮に関連する細胞の出力評価方法等の用途を提供することを他の一つの目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide an output device suitable for outputting muscle contraction force of muscle cells. Another object of the present invention is to provide uses such as a cell output evaluation method related to muscle contraction using the output device.

本発明者らは、上記した課題を解決するべく、筋細胞と支持体との複合化に着目し、所定の幅の長尺部を有する支持体を筋細胞の支持体として用いることで、筋細胞の収縮力を適切に出力できる知見を得た。本発明者らは、これらの知見に基づいて本発明を完成した。本発明によれば、以下の手段が提供される。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors focused on the combination of muscle cells and a support, and used a support having a long portion with a predetermined width as a support for muscle cells. We obtained knowledge that cell contractile force can be output properly. The present inventors have completed the present invention based on these findings. According to the present invention, the following means are provided.

本発明によれば、筋細胞の出力装置であって、所定の幅を有する1又は2以上の長尺部を備えるコラーゲンを主体とする支持体と、前記支持体の前記長尺部上に保持された筋細胞と、を有する複合体、を備える、出力装置が提供される。前記筋細胞は、骨格筋細胞、心筋細胞、平滑筋細胞及び筋管細胞から選択される1種又は2種以上とすることができる。   According to the present invention, an output device for muscle cells, comprising a support mainly composed of collagen having one or more elongated portions having a predetermined width, and held on the elongated portions of the support. An output device is provided comprising a complex having a muscle cell that has been formed. The muscle cells may be one or more selected from skeletal muscle cells, cardiomyocytes, smooth muscle cells, and myotube cells.

本発明の出力装置において、前記長尺部の所定の幅は、250μm以上650μm以下であることが好ましく、より好ましくは400μm以上500μm以下である。また、前記長尺部の長さは、2mm以上50mm以下であることが好ましい。   In the output device of the present invention, the predetermined width of the long portion is preferably 250 μm or more and 650 μm or less, and more preferably 400 μm or more and 500 μm or less. Moreover, it is preferable that the length of the said elongate part is 2 mm or more and 50 mm or less.

本発明の出力装置に置いては、前記筋細胞は、前記長尺部表面に接着されていることが好ましい。また、本発明の出力装置においては、2以上の前記複合体が集積されていることも好ましい。   In the output device of the present invention, it is preferable that the muscle cells are adhered to the surface of the long portion. In the output device of the present invention, it is also preferable that two or more of the complexes are integrated.

本発明によれば、筋細胞の出力評価方法であって、以下の工程;
(a)本発明の筋細胞の出力装置の前記筋細胞に対して、筋収縮を促進又は阻害する可能性のある1又は2以上の刺激を付与する工程と、
(b)前記出力装置に発生した収縮力を検出する工程と、
を備える、方法が提供される。前記(a)の工程は、少なくとも電気刺激を前記培養細胞に付与する工程とすることができる。
According to the present invention, a myocyte output evaluation method comprising the following steps:
(A) applying one or more stimuli that may promote or inhibit muscle contraction to the muscle cells of the myocyte output device of the present invention;
(B) detecting a contraction force generated in the output device;
A method is provided comprising: The step (a) can be a step of applying at least electrical stimulation to the cultured cells.

本発明の出力装置及び支持体の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the output device and support body of this invention. 本発明の出力装置に用いる支持体の他の一例を示す図である。It is a figure which shows another example of the support body used for the output device of this invention. 本発明の出力装置を用いて筋細胞の出力を評価する方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the method of evaluating the output of a muscle cell using the output device of this invention. 実施例で用いた筋細胞の評価系を示す図である。It is a figure which shows the evaluation system of the myocyte used in the Example. 長尺部の幅が250μm〜650μmとしたときの出力評価結果を示す図である。It is a figure which shows an output evaluation result when the width | variety of a long part shall be 250 micrometers-650 micrometers. 2本型支持体を備える出力装置についての出力評価結果を示す図である。It is a figure which shows the output evaluation result about an output device provided with a 2 type | mold support body. 厚みが異なる(20μm、35μm)の支持体をそれぞれ備える出力装置についての出力評価結果を示す図である。It is a figure which shows the output evaluation result about an output device each provided with the support body from which thickness differs (20 micrometers, 35 micrometers).

本発明は、筋細胞の出力装置、その製造方法及びその用途に関する。本発明の出力装置によれば、筋細胞が支持体の長尺部に複合化されており、当該筋細胞に対して筋収縮刺激が付与されたとき、筋細胞の収縮力により支持体を含めた複合体を効果的に収縮させることができ、その結果、張力等として出力させることができる。このため、本発明の出力装置は、筋細胞の出力を得るのに適しているとともに、筋細胞の収縮力を簡易に評価することができる。また、かかる出力装置における複合体は、簡易な構造であり取り扱いも容易であるため、従来に比して評価対象として均質に作製できる。よって、従来に比較して正確性及び再現性に優れ、より定量性のある収縮力の評価が可能となっている。   The present invention relates to a myocyte output device, a manufacturing method thereof, and an application thereof. According to the output device of the present invention, the muscle cells are combined with the long portion of the support, and when the muscle contraction stimulus is applied to the muscle cells, the support is included by the contraction force of the muscle cells. The composite can be effectively shrunk, and as a result, it can be output as a tension or the like. For this reason, the output device of the present invention is suitable for obtaining the output of myocytes, and can easily evaluate the contraction force of myocytes. Moreover, since the composite body in such an output device has a simple structure and is easy to handle, it can be produced more uniformly as an evaluation object than in the past. Therefore, it is excellent in accuracy and reproducibility as compared with the prior art, and it is possible to evaluate the shrinkage force with more quantitativeness.

また、このような出力装置によれば、支持体上で筋収縮を誘起する可能性のある刺激を付与したとき、筋細胞の収縮能を検出できるため、筋細胞自身の機能、応答性、分化程度を評価することができるほか、薬剤のスクリーニング等も可能となる。   Further, according to such an output device, when a stimulus that may induce muscle contraction is applied on the support, the contraction ability of the muscle cell can be detected, so that the function, responsiveness, and differentiation of the muscle cell itself are detected. In addition to evaluating the degree, drug screening and the like are also possible.

以下、本発明の実施形態につき、適宜図面を参照して説明する。図1は、本発明の出力装置及びその支持体の一例を示す図であり、図2は、本発明の出力装置に用いる支持体の他の一例を示す図であり、図3は、本発明の出力装置を用いて筋細胞の出力を評価する方法の一例を示す図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. FIG. 1 is a view showing an example of the output device and the support thereof according to the present invention, FIG. 2 is a view showing another example of the support used in the output device of the present invention, and FIG. 3 is a view showing the present invention. It is a figure which shows an example of the method of evaluating the output of a muscle cell using this output device.

(筋細胞の出力装置)
図1に示すように、本発明の出力装置2は、長尺部12を有する支持体10と筋細胞20とを備える複合体4を、その構成要素として備えている。
(Muscle cell output device)
As shown in FIG. 1, the output device 2 of the present invention includes a complex 4 including a support 10 having a long portion 12 and a muscle cell 20 as its constituent elements.

本発明の出力装置2に適用される筋細胞20は、筋収縮能に関し成熟した細胞のほか、未熟ではあっても、成熟した同種の細胞が備える収縮能と同質の収縮能を備える細胞を含んでいる。同質の収縮能は、例えば、成熟した細胞が骨格筋細胞であるとき、骨格筋細胞と同質の収縮をする傾向があれば足り、その程度は問わない。したがって、筋細胞には、成熟した筋細胞への分化途中の細胞や、成熟した筋細胞の幼弱細胞などの未成熟細胞が含まれる。なお、筋細胞としては、特に由来は問わない。ヒトあるいは非ヒト動物に由来する細胞が挙げられる。筋細胞は、iPS細胞やES細胞に由来していてもよい。さらに、遺伝子導入や遺伝子破壊がなされていてもよい。   The muscle cell 20 applied to the output device 2 of the present invention includes a cell having a contractility that is the same as that of a mature cell of the same type as that of a mature cell, in addition to a cell matured with respect to the muscle contractility. It is out. For example, when the mature cell is a skeletal muscle cell, it is sufficient if the mature cell has a tendency to contract in the same quality as the skeletal muscle cell, and the degree thereof is not limited. Accordingly, the myocytes include immature cells such as cells undergoing differentiation into mature myocytes and immature cells of mature myocytes. The origin of the muscle cell is not particularly limited. Examples include cells derived from humans or non-human animals. Muscle cells may be derived from iPS cells or ES cells. Furthermore, gene introduction or gene disruption may be performed.

筋収縮能に関し成熟した細胞は、骨格筋細胞、心筋細胞及び平滑筋細胞から選択することができる。これらのいずれであってもよいが、本発明の出力装置2は、収縮能の発現に細胞の配向性を要する骨格筋を適用対象とすることが好ましい。   Cells matured for muscle contraction ability can be selected from skeletal muscle cells, cardiomyocytes and smooth muscle cells. Any of these may be used, but the output device 2 of the present invention is preferably applied to skeletal muscles that require cell orientation for expression of contractility.

骨格筋細胞の未成熟細胞としては、筋管細胞、筋芽細胞、骨格筋サテライト細胞、間葉系幹細胞等が挙げられる。心筋細胞の未成熟細胞としては、心筋細胞の幼若細胞又は分化途中にある細胞が挙げられ、例えば、心筋前駆細胞、心筋幹細胞、間葉系幹細胞等が挙げられる。平滑筋細胞の未成熟細胞としては、平滑筋細胞の幼若細胞又は分化途中にある細胞が挙げられ、例えば、平滑筋前駆細胞、間葉系幹細胞等が挙げられる。   Examples of immature cells of skeletal muscle cells include myotube cells, myoblasts, skeletal muscle satellite cells, and mesenchymal stem cells. Examples of immature cells of cardiomyocytes include immature cells of myocardial cells or cells in the middle of differentiation, such as myocardial progenitor cells, myocardial stem cells, mesenchymal stem cells, and the like. Examples of immature cells of smooth muscle cells include immature cells of smooth muscle cells or cells in the middle of differentiation, such as smooth muscle progenitor cells and mesenchymal stem cells.

筋細胞は培養細胞であることが好ましい。本明細書において、培養細胞とは、in vitroで培養された細胞を意味する。したがって、生体から採取後、一定期間培養された細胞であればよく、初代培養細胞も含まれる。   The muscle cell is preferably a cultured cell. In the present specification, the cultured cell means a cell cultured in vitro. Therefore, it may be a cell cultured for a certain period after being collected from a living body, and includes primary cultured cells.

筋細胞20は、長尺部12上に直接備えられていてもよいし、異種の培養細胞層を介して備えられていてもよいが、長尺部12上に直接接着して備えられていることが好ましい。なかでも、長尺部12の表面に播種されて培養された細胞であることが好ましい。より具体的には、筋細胞20は、長尺部12の長尺状の平面形態に倣ってコンフルーエント状態まで培養されていることが好ましい。換言すれば、長尺部12の形状に習った培養細胞層を形成していることが好ましい。こうした状態であると最も収縮能を発現しやすく、出力の取り出し及び評価に好ましい。また、少なくとも単一の層状態で筋細胞20を備えている限り、さらに、筋細胞20が重層されていてもよいし、内皮細胞等の異種細胞の培養細胞が重層されていてもよい。   The muscle cell 20 may be provided directly on the long portion 12 or may be provided via a heterogeneous cultured cell layer, but is directly attached to the long portion 12. It is preferable. Especially, it is preferable that it is the cell seed | inoculated on the surface of the elongate part 12, and was cultured. More specifically, it is preferable that the muscle cell 20 is cultured to a confluent state following the elongated planar form of the elongated portion 12. In other words, it is preferable to form a cultured cell layer according to the shape of the long portion 12. In such a state, contractility is most likely to be exhibited, which is preferable for output extraction and evaluation. Further, as long as the muscle cells 20 are provided in at least a single layer state, the muscle cells 20 may be further layered, or cultured cells of heterogeneous cells such as endothelial cells may be layered.

(支持体)
支持体10は、所定の幅を有する長尺部12を有している。長尺部12は、コラーゲンを主体として形成されている。コラーゲンは良好な細胞接着性と適度な柔軟性を備えることができるとともに、培養条件下で透明性を維持できる点において好ましい。コラーゲンとしては、不溶性コラーゲンと可溶性のコラーゲンとに分けることができるが、本発明の原料に用いられるコラーゲンは可溶性あるいは可溶化コラーゲンが用いられる。具体的には酵素可溶化コラーゲン(アテロコラーゲン)、アルカリ可溶化コラーゲン、酸可溶性コラーゲン、塩可溶性コラーゲン等を用いることができるが、特にアテロコラーゲンが望ましい。コラーゲンの可溶性はコラーゲンの架橋度に依存し、架橋度が高いほど不溶化することから、本発明に使用するコラーゲンの架橋度は、例えば、3量体以下であることが好ましく、より好ましくは2量体以下である。コラーゲンの分子量は例えば、約30万から約90万が好ましく、約30万から約60万がより好ましい。
(Support)
The support 10 has a long portion 12 having a predetermined width. The long portion 12 is formed mainly of collagen. Collagen is preferable in that it can have good cell adhesion and moderate flexibility and can maintain transparency under culture conditions. Collagen can be classified into insoluble collagen and soluble collagen. As the collagen used in the raw material of the present invention, soluble or solubilized collagen is used. Specifically, enzyme-solubilized collagen (atelocollagen), alkali-solubilized collagen, acid-soluble collagen, salt-soluble collagen and the like can be used, and atelocollagen is particularly desirable. Since the solubility of collagen depends on the degree of cross-linking of collagen, and the degree of cross-linking becomes higher as the degree of cross-linking increases, the degree of cross-linking of collagen used in the present invention is preferably, for example, a trimer or less, more preferably 2 amounts. Below the body. For example, the molecular weight of collagen is preferably about 300,000 to about 900,000, more preferably about 300,000 to about 600,000.

コラーゲンはまた生体組織由来、リコンビナントコラーゲンのいずれであっても良い。生体組織由来の場合、使用する組織に特に制限はないが、例えば真皮層が採取しやすく溶解が容易である。生体組織由来の場合、動物種に特に制限はなく、培養時にコラーゲンが熱変性を起こすことのない変性温度を持つコラーゲンであれば問題はない。具体的にはウシ、ブタ等哺乳動物由来、ニワトリ等の鳥類由来、マグロ、イズミダイ等の暖流、熱帯地域に生息する魚類由来等を用いることができる。コラーゲンの構成アミノ酸側鎖の化学修飾物、具体的にはアセチル化、サクシニル化、フタール化等のアシル化、メチル化、エチル化等のエステル化等を用いることが可能である。   Collagen may be derived from living tissue or recombinant collagen. When the tissue is derived from a living tissue, the tissue to be used is not particularly limited. For example, the dermis layer is easily collected and easily dissolved. When derived from a living tissue, there is no particular limitation on the animal species, and there is no problem as long as the collagen has a denaturation temperature at which the collagen does not undergo thermal denaturation during culture. Specifically, it can be derived from mammals such as cattle and pigs, derived from birds such as chickens, warm currents such as tuna and sea bream, derived from fish living in tropical regions, and the like. Chemically modified products of the side chains of the constituent amino acids of collagen, specifically, acylation such as acetylation, succinylation and phthalation, esterification such as methylation and ethylation, and the like can be used.

なお、長尺部12は、コラーゲンの他、他の生体親和性材料を混合することもできる。生体親和性材料としては、例えばゼラチン、フィブリン、アルブミン、ヒアルロン酸、ヘパリン、コンドロイチン硫酸、キチン、キトサン、アルギン酸、ペクチン、アガロース、ハイドロキシアパタイト、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリジメチルシロキサン、またはグリコール酸、乳酸もしくはアミノ酸の重合体もしくはこれらの共重合体、またはこれらの生体親和性材料の2種類以上の混合物等が挙げられる。   In addition, the elongate part 12 can also mix other biocompatible materials besides collagen. Examples of biocompatible materials include gelatin, fibrin, albumin, hyaluronic acid, heparin, chondroitin sulfate, chitin, chitosan, alginic acid, pectin, agarose, hydroxyapatite, polypropylene, polyethylene, polydimethylsiloxane, or glycolic acid, lactic acid or amino acid. Or a copolymer thereof, or a mixture of two or more of these biocompatible materials.

支持体10の長尺部12は、おおよそ一定の厚みを有するフィルム状であることが好ましい。長尺部12は、好ましくは、長尺部12の全体にわたっておおよそ同一の幅を備える長方形状である。長尺部12の幅は、長尺部12上に筋細胞20を備える複合体4とし、その筋細胞20を一定の等尺収縮状態下においたとき、より大きな収縮能を発現するように設定されていることが好ましい。こうすることで、感度よく、筋細胞の収縮能を検出できるからである。   The long portion 12 of the support 10 is preferably in the form of a film having a substantially constant thickness. The long portion 12 preferably has a rectangular shape having approximately the same width throughout the long portion 12. The width of the long portion 12 is set so that the complex 4 having the myocytes 20 on the long portion 12 is developed, and when the myocytes 20 are placed in a constant isometric contraction state, a greater contractility is expressed. It is preferable that This is because the contractility of muscle cells can be detected with high sensitivity.

一般に、骨格筋細胞等の収縮能は、細胞の配向性が高いほど大きく、等尺収縮状態としたときの発生張力も大きいとされている。また、細胞の配向性を得るためには、細胞層の幅(収縮方向に直交する方向)を100μm以下にする必要があるとされている。しかしながら、本発明者らによれば、筋細胞等を長尺部12表面でその平面形状に習って長尺状形態に培養し、その長軸方向に沿って収縮状態を形成したとき、その幅が100μmをゆうに超える幅において発生張力が最大となることがわかった。長尺部12の幅は、後述する筋細胞の出力評価方法により決定することができる。これについては後段で説明する。   In general, the contractility of skeletal muscle cells and the like increases as the orientation of the cells increases, and the generated tension when the cells are in an isometric contraction state is also large. In addition, in order to obtain the cell orientation, it is said that the width of the cell layer (direction perpendicular to the contraction direction) needs to be 100 μm or less. However, according to the present inventors, when a muscle cell or the like is cultured on the surface of the long portion 12 in the shape of a long shape following the planar shape and a contracted state is formed along the long axis direction, It has been found that the generated tension becomes maximum at a width exceeding 100 μm. The width of the long portion 12 can be determined by a muscle cell output evaluation method described later. This will be described later.

長尺部12は、その幅が250μm以上650μm以下であることが好ましい。250μm未満であると強度が十分でなく取り扱いが困難になるほか、等尺性収縮状態での評価も困難だからである。また、650μmを超えると、骨格筋細胞又はその前駆細胞の配向性が低下しすぎて収縮力を取り出したり評価したりするのには適さなくなるからである。より好ましくは、400μm以上である。400μm以上であると、長尺部12の単位断面積当たりの収縮力としては安定化する傾向になるからである。さらに好ましくは440μm以上である。上限は、より好ましくは500μm以下である。長尺部12の幅の範囲は、より好ましくは、400μm以上500μm以下であり、最も好ましくは、440μm以上460μm以下である。   The long portion 12 preferably has a width of 250 μm or more and 650 μm or less. If it is less than 250 μm, the strength is insufficient and handling becomes difficult, and evaluation in an isometric contraction state is also difficult. On the other hand, if it exceeds 650 μm, the orientation of the skeletal muscle cells or their precursor cells is too low to be suitable for taking out and evaluating the contractile force. More preferably, it is 400 μm or more. This is because if it is 400 μm or more, the contraction force per unit cross-sectional area of the long portion 12 tends to be stabilized. More preferably, it is 440 micrometers or more. The upper limit is more preferably 500 μm or less. The range of the width of the long portion 12 is more preferably 400 μm or more and 500 μm or less, and most preferably 440 μm or more and 460 μm or less.

長尺部12の厚みは、特に限定しないが、筋収縮力の取り出しや評価性のほか、取り扱い性と経済性とを考慮すると25μm以上100μm以下であることが好ましい。25μm未満であると脆弱なために取り扱いが困難になるだけでなく、細胞培養中に細胞が発生する力によって長尺部12のコラーゲン膜が変形してしまうおそれがあるからである。また、100μmを超えると、かかる膜厚のコラーゲンフィルムが作製困難あるいは高コストになるほか、透明度が低下し細胞観察が困難になるからである。より好ましくは30μm以上60μm以下である。   The thickness of the long portion 12 is not particularly limited, but is preferably 25 μm or more and 100 μm or less in consideration of handling property and economic efficiency in addition to taking out and evaluating muscle contraction force. This is because if the thickness is less than 25 μm, handling is difficult due to fragility, and the collagen membrane of the long portion 12 may be deformed by the force generated by the cells during cell culture. On the other hand, when the thickness exceeds 100 μm, it is difficult to produce a collagen film having such a film thickness or high cost, and the transparency is lowered and cell observation becomes difficult. More preferably, it is 30 μm or more and 60 μm or less.

長尺部12の長さは特に限定しないが、出力の取り出し及び評価を考慮すると、2mm以上50mm以下であることが好ましく、より好ましくは5mm以上50mm以下であることが好ましく、より好ましくは10mm以上25mm以下である。   The length of the long portion 12 is not particularly limited, but in consideration of output extraction and evaluation, it is preferably 2 mm or more and 50 mm or less, more preferably 5 mm or more and 50 mm or less, more preferably 10 mm or more. 25 mm or less.

支持体10は、長尺部12を1個備えていてもよいが、例えば、長軸方向が揃うように2個以上の長尺部12を並列して備えていてもよい。複数個の長尺部12を備えることで、大きな出力の取り出しや評価が可能となる。支持体10が、長尺部12を複数個備える形態においては、2以上の長尺部12に生じる収縮が、隣接する又は近傍の長尺部12における収縮を阻害しないように配置されることが好ましい。2個以上の長尺部12を備える支持体10の例を図2に示す。この場合、各長尺部12は、互いの収縮を妨げない程度に適宜間隔を置くことができる。   Although the support body 10 may be provided with one long portion 12, for example, two or more long portions 12 may be provided in parallel so that the long axis direction is aligned. By providing the plurality of long portions 12, it is possible to extract and evaluate a large output. In the form in which the support body 10 includes a plurality of long portions 12, the contraction that occurs in two or more long portions 12 may be arranged so as not to inhibit the contraction in the adjacent long portions 12. preferable. An example of the support 10 having two or more long portions 12 is shown in FIG. In this case, the long portions 12 can be appropriately spaced so as not to interfere with each other's contraction.

支持体10は、筋収縮の出力の取り出し及び/又は出力の評価のために他の部材(出力先又は評価手段)に連結するための要素を備えていてもよい。こうした要素は、長尺部12の長軸方向に沿う両端部又はその一方を用いてもよいが、長尺部12の長軸方向に沿う両端又は片端に連結部14として備えられていてもよい。連結部14は、長尺部12と一体に成形されたものであってもよい。すなわち、コラーゲンを主体とし長尺部12と連続する単一のフィルムとして形成されていてもよい。この場合、連結部14は、図1に例示するように、長尺部12と明らかに区別できる形態を備えていてもよいが、長尺部12が延長形成された形態であってもよい。連結部14には、筋収縮の出力の取り出し又は出力の評価のために好ましい形態を備えることができる。例えば、図1に示すように、固定等に有利に長尺部12よりも大きな強度を確保できる大きさ、厚み、及び/又は形状を備えていてもよい。また、固定等のための貫通孔部16を備えるなどの加工がなされていてもよい。連結部14は、その表面に筋細胞20を備えている必要はないが、長尺部12と同様に細胞接着性材料で形成されている場合には、表面には筋細胞が接着保持されていてもよい。   The support 10 may include an element for connecting to another member (an output destination or an evaluation unit) for extracting an output of muscle contraction and / or evaluating the output. These elements may use both ends or one of the long portions 12 along the long axis direction, or may be provided as connecting portions 14 at both ends or one end along the long axis direction of the long portions 12. . The connecting portion 14 may be formed integrally with the long portion 12. That is, it may be formed as a single film mainly composed of collagen and continuous with the long portion 12. In this case, as illustrated in FIG. 1, the connecting portion 14 may have a form that can be clearly distinguished from the long portion 12, but may be a form in which the long portion 12 is formed to be extended. The connection part 14 can be provided with a preferable form for extracting or evaluating the output of muscle contraction. For example, as shown in FIG. 1, it may have a size, thickness, and / or shape that can ensure a greater strength than the long portion 12 in favor of fixing or the like. Moreover, the process of providing the through-hole part 16 for fixation etc. may be made | formed. The connecting portion 14 does not need to have the muscle cells 20 on the surface, but when the connecting portion 14 is formed of a cell adhesive material like the long portion 12, the muscle cells are adhered and held on the surface. May be.

フィルム状の支持体10とその長尺部12上の筋細胞20とを備える複合体4は支持体10と筋細胞20の積層体である。すなわち、複合体2は、長尺部12に対応する平面形態を少なくともその一部に有する実質的にシート状形態を有している。このため、筋細胞20は、支持体10で支持されて補強され、取り扱い性に優れたものとなっている。   The complex 4 including the film-like support 10 and the muscle cells 20 on the long portion 12 is a laminate of the support 10 and the muscle cells 20. That is, the composite 2 has a substantially sheet-like form having at least a part of a planar form corresponding to the long portion 12. For this reason, the muscle cell 20 is supported and reinforced by the support body 10, and has excellent handleability.

複合体10は、そのまま本発明の出力装置2の全体を構成する場合もあるし、2以上の複合体4を集積して本発明の出力装置2とすることもできる。複合体4の集積は、例えば、複合体4を同一平面内に並列して配置されるように集積してもよいし、複合体4を異なる高さ(長尺部12の厚みに沿う方向)集積してもよい。さらにこれらを組み合わせて平面方向及び高さ方向に集積してもよい。複合体4を並列させる場合には、複合体4間を密接させてもよいし、間隙を置いて並列させてもよい。高さ方向に集積する場合には、各複合体4を直接積層してもよいし、間隙をおいて積層してもよい。高さ方向に集積する場合には、複合体4間に適宜空間が形成されるように支持体10を適当な保持固定手段で保持してもよい。これらのいずれの集積形態においても、効果的に出力を取り出し又は評価するには、各複合体4の長尺部12の長軸方向は同一方向又はほぼ同一方向に配向されていることが好ましい。   The composite 10 may constitute the entire output device 2 of the present invention as it is, or two or more composites 4 may be integrated to form the output device 2 of the present invention. For example, the composites 4 may be integrated so that the composites 4 are arranged in parallel in the same plane, or the composites 4 may have different heights (directions along the thickness of the long portion 12). You may accumulate. Furthermore, these may be combined and accumulated in the planar direction and the height direction. When the composites 4 are arranged in parallel, the composites 4 may be brought into close contact with each other or may be arranged in parallel with a gap. In the case of stacking in the height direction, the composites 4 may be directly stacked or stacked with a gap. When accumulating in the height direction, the support 10 may be held by an appropriate holding and fixing means so that an appropriate space is formed between the composites 4. In any of these integrated forms, in order to effectively extract or evaluate the output, it is preferable that the long axis direction of the long portion 12 of each composite 4 is oriented in the same direction or substantially the same direction.

以上説明したように、本発明の出力装置2は、その筋細胞20に、筋収縮を誘起する刺激を付与することで筋細胞20が収縮し、その収縮力を外部に対して張力等として出力することができる。本発明の出力装置2が備える基本構成要素である複合体4にあっては、筋細胞20は、支持体の長尺部上に実質的シート状に培養されている。すなわち、従来のように複雑な構造体とはなっておらず、単純な構造を備えている。このため、筋細胞の収縮能に基づいて発生する張力等として出力するのに適した構造となっている。したがって、こうした出力を動力源として用いたり、評価したりするのに適している。また、単純な構造であるため、作製が容易であり作製の正確性、再現性も向上されているため、安定した出力を取り出すことができるとともに正確性や再現性に優れ、定量性の高い評価が可能となっている。   As described above, the output device 2 of the present invention contracts the muscle cell 20 by applying a stimulus that induces muscle contraction to the muscle cell 20, and outputs the contraction force as tension or the like to the outside. can do. In the complex 4 that is a basic component included in the output device 2 of the present invention, the muscle cells 20 are cultured in a substantially sheet shape on the long portion of the support. That is, it is not a complicated structure as in the prior art, but has a simple structure. For this reason, it has a structure suitable for outputting as tension generated based on the contractility of muscle cells. Therefore, it is suitable to use or evaluate such an output as a power source. In addition, since it has a simple structure, it is easy to manufacture and the accuracy and reproducibility of manufacture are improved, so that stable output can be taken out, and it has excellent accuracy and reproducibility, and highly quantitative evaluation. Is possible.

また、本発明の出力装置は、支持体の長尺部に筋細胞を備えているため、良好なハンドリング性も備えている。取り扱いが容易であるため、出力の取り出しや評価を簡易化することができる。この結果、安定した出力を取り出すことができるとともに正確性や再現性に優れ、定量性の高い評価が可能となっている。   Moreover, since the output device of the present invention has muscle cells in the long part of the support, it also has good handling properties. Since handling is easy, it is possible to simplify output extraction and evaluation. As a result, a stable output can be taken out, and the evaluation is excellent in accuracy and reproducibility, and highly quantitative.

さらに、本発明の出力装置の基本構成要素である支持体が単純な構造であるため、収縮に基づく張力発生系を容易に最適化することができる。特に、長尺部の幅が、発生張力に大きく影響しており、その最適化を図ることで、簡易に出力能力を最適化することができる。この結果、本発明の出力装置によれば、より小さい長尺部からより大きな出力を容易に取り出すことができる。同時に、収縮能を発生張力として検出する際の検出感度を高めることができる。   Furthermore, since the support which is a basic component of the output device of the present invention has a simple structure, a tension generation system based on shrinkage can be easily optimized. In particular, the width of the long portion greatly affects the generated tension. By optimizing the length, the output capability can be easily optimized. As a result, according to the output device of the present invention, a larger output can be easily taken out from a smaller elongated portion. At the same time, it is possible to increase the detection sensitivity when detecting the contractility as the generated tension.

さらにまた、本発明の出力装置によれば、筋細胞は、長尺部上にシート状(層状)に形成される。また、長尺部は、コラーゲンを主体としており、透明性が高いものとなっている。このため、筋細胞の分化状態及び配向状態を含む各種の状態の視認性(目視及び顕微鏡下を含む)に優れ、観察を容易に行うことができる。筋研究や利用において、可視性は重要である。したがって、本発明の出力装置は、観察や研究に適した出力装置となっている。   Furthermore, according to the output device of the present invention, the muscle cells are formed in a sheet shape (layer shape) on the long portion. Further, the long part is mainly made of collagen and has high transparency. For this reason, it is excellent in the visibility (including visual observation and under a microscope) of various states including the differentiation state and orientation state of myocytes, and can be easily observed. Visibility is important in muscle research and use. Therefore, the output device of the present invention is an output device suitable for observation and research.

本発明の出力装置によれば、後述する筋細胞の出力評価方法に適用することで、研究用途、新規薬剤のスクリーニング、培養細胞の評価等を簡素化、高効率化、高精度化することができる。   According to the output device of the present invention, it is possible to simplify, improve the efficiency, and improve the accuracy of research use, screening of new drugs, evaluation of cultured cells, etc. by applying to the output evaluation method of muscle cells described later. it can.

本発明の出力装置2は、骨格筋等の機能を生体外で利用するアクチュエータなどに用いることができる。また、本発明の出力装置2は、筋細胞等の収縮に関連する疾患(心疾患等の心筋関連疾患、筋ジストロフィー等の骨格筋関連疾患、高血圧・喘息・消化機能障害等の平滑筋関連疾患)の治療のために利用できる。例えば、ヒト等におけるこうした疾患の治療のための再生医療材料又はその評価に用いることができる。また、こうした疾患の治療のための薬剤スクリーニング又は治療薬の薬効評価に用いることがもできる。   The output device 2 of the present invention can be used for an actuator that uses functions such as skeletal muscle in vitro. Further, the output device 2 of the present invention is a disease related to contraction of muscle cells or the like (heart muscle related diseases such as heart diseases, skeletal muscle related diseases such as muscular dystrophy, smooth muscle related diseases such as hypertension, asthma and digestive dysfunction). Available for treatment. For example, it can be used for regenerative medical materials for the treatment of such diseases in humans or the like or for evaluation thereof. It can also be used for drug screening for the treatment of such diseases or for evaluating the efficacy of therapeutic agents.

本発明によれば、本発明の出力装置2を用いた筋細胞等の出力の取得方法も提供される。すなわち、本発明の出力装置2に対して、筋収縮を誘起する刺激を付与することで、効果的にその出力を取り出すことができる。出力装置2の筋細胞20の収縮力は、張力等として外部に取り出すことができる。   According to the present invention, a method for acquiring output of muscle cells or the like using the output device 2 of the present invention is also provided. That is, the output can be effectively taken out by giving a stimulus for inducing muscle contraction to the output device 2 of the present invention. The contractile force of the myocyte 20 of the output device 2 can be taken out as tension or the like.

なお、本発明によれば、出力装置用の支持体も提供される。本発明の支持体は、上記した支持体の各種形態を備えることができる。典型的には、支持体は、250μm以上650μm以下の幅を備える長尺部を備えるコラーゲンフィルムの態様を採ることができ、より好ましくは、25μm100μm以下の厚みのコラーゲンフィルムとすることができる。   In addition, according to this invention, the support body for output devices is also provided. The support of the present invention can have various forms of the support described above. Typically, the support can take the form of a collagen film having a long portion with a width of 250 μm or more and 650 μm or less, and more preferably a collagen film having a thickness of 25 μm or less and 100 μm or less.

(筋細胞の出力装置の作製方法)
本発明の出力装置2は、例えば、以下の方法によって作製することができる。典型的には、上記した支持体10を準備し、支持体10の長尺部12に筋細胞20又はその前駆細胞を播種し培養して筋細胞20を取得する。
(Production method of myocyte output device)
The output device 2 of the present invention can be manufactured, for example, by the following method. Typically, the above-described support 10 is prepared, and the myocytes 20 are obtained by seeding and culturing the myocytes 20 or their precursor cells on the long portion 12 of the support 10.

支持体10は、例えば、公知の方法で各種のコラーゲンを用いて作製することができる。所定形状及びサイズの長尺部12を得るには、適当な成形条件を付与すればよい。細胞培養担体としてのコラーゲンフィルム及びその製造方法は当業者に周知である。また、シート状フィルムを商業的に入手して、必要に応じて所定形状に加工してもよい。支持体10には、長尺部12の他、必要に応じて連結部14等を別途形成してもよい。   The support 10 can be produced using various collagens by a known method, for example. In order to obtain the long portion 12 having a predetermined shape and size, appropriate molding conditions may be given. Collagen films as cell culture carriers and methods for their production are well known to those skilled in the art. Moreover, you may obtain a sheet-like film commercially and process it into a predetermined shape as needed. In addition to the long portion 12, a connecting portion 14 or the like may be separately formed on the support 10 as necessary.

なお、支持体10が複数の長尺部12を備えるとき、例えば、図2に示すように、同一平面内に複数の長尺部12を備えるときには、図2に示すような形状の支持体10を作製することができる。   When the support 10 includes a plurality of long portions 12, for example, as illustrated in FIG. 2, when the plurality of long portions 12 are provided in the same plane, the support 10 having a shape as illustrated in FIG. Can be produced.

つぎに、こうした支持体10の長尺部12上に筋細胞20を得る。筋細胞を長尺部12上で直接培養する場合、培養に先だって、長尺部12に筋細胞又はその前駆細胞を播種する。播種される細胞は、筋細胞の前駆細胞であってもよい。長尺部12上での培養工程において筋細胞に公知の方法で分化させることで最終的に筋細胞20を得ることができる。播種される細胞は、例えば、骨格筋細胞、平滑筋細胞、心筋細胞や筋管細胞の他、これらの前駆細胞としての、骨格筋由来幹細胞、心筋由来幹細胞、平滑筋由来幹細胞等のほか、線維芽細胞、筋芽細胞、筋管細胞、血管内皮細胞、間葉系幹細胞、ES細胞、iPS細胞、骨芽細胞、骨細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、神経細胞等が挙げられる。なお、播種される細胞は、個々の細胞を意味するほか、生体から採取されて組織を構成している状態の細胞や人工的にシート状に形成された細胞を含んでいる。したがって、播種される細胞としては、必ずしも細胞懸濁液のような形態を採る必要はなく、筋肉組織のような組織又はその一部(組織片)や細胞シートであってもよい。   Next, the muscle cell 20 is obtained on the long portion 12 of the support 10. When culturing myocytes directly on the long portion 12, the long portion 12 is seeded with myocytes or precursor cells thereof prior to the culture. The seeded cells may be muscle cell precursor cells. In the culturing process on the long portion 12, the myocytes 20 can be finally obtained by differentiating the myocytes by a known method. The cells to be seeded include, for example, skeletal muscle cells, smooth muscle cells, cardiomyocytes and myotube cells, skeletal muscle-derived stem cells, cardiac muscle-derived stem cells, smooth muscle-derived stem cells, etc. Examples include blast cells, myoblasts, myotube cells, vascular endothelial cells, mesenchymal stem cells, ES cells, iPS cells, osteoblasts, bone cells, chondrocytes, fat cells, nerve cells and the like. In addition, the seed | inoculated cell contains the cell of the state which was extract | collected from the living body, and comprised the structure | tissue, and the cell artificially formed in the sheet form besides the individual cell. Therefore, the cells to be seeded do not necessarily take a form such as a cell suspension, and may be a tissue such as a muscle tissue or a part thereof (tissue piece) or a cell sheet.

培養条件は特に限定されないで、播種した細胞の種類に応じて適宜設定される。また、分化させることが必要な場合には、適宜、必要な培地や化合物が用いられる。例えば、筋芽細胞を播種する場合、2%牛血清を含む分化培地を供給することで筋管細胞に分化させることができる。   The culture conditions are not particularly limited, and are appropriately set according to the type of seeded cells. Moreover, when it is necessary to differentiate, a required culture medium and a compound are used suitably. For example, when seeding myoblasts, it can be differentiated into myotube cells by supplying a differentiation medium containing 2% bovine serum.

筋細胞は接着性細胞であり、所望の分化状態で長尺部12の表面にその平面形態に倣って接着してコンフルーエントな状態にまで培養されることが好ましい。長尺部12以外への細胞の接着を抑制して長尺部12の形態で筋細胞20を取得し、また、支持体10の培養基材からの剥離を容易にするためには、細胞非接着性の表面に支持体10を配置した状態で細胞を播種し、接着させることが好ましい。例えば、ポリジメチルシロキサン(PDMS)などの基材の表面に支持体10を配置した状態で細胞を播種し、接着させ、未接着の細胞を洗浄等で除去した後、培養を行うことが好ましい。なお、PDMSは、支持体10を固定するためのピン等を固定するのに必要な硬さ及び強度等を有しているという利点もある。支持体10の固定は、培地交換操作において誤って支持体10上で培養中の筋細胞20に障害を与えるおそれを回避するために重要である。なお、接着後も、そのまま細胞非接着性表面上に支持体10を配置した状態で培養を継続することが好ましい。   The muscle cells are adherent cells, and are preferably cultured to a confluent state by adhering to the surface of the long portion 12 in a desired differentiation state following the planar shape. In order to obtain the myocytes 20 in the form of the long portions 12 by suppressing the adhesion of cells to other than the long portions 12, and to facilitate the peeling of the support 10 from the culture substrate, It is preferable to seed and adhere the cells with the support 10 placed on the adhesive surface. For example, it is preferable to culture after seeding cells with the support 10 placed on the surface of a substrate such as polydimethylsiloxane (PDMS), allowing them to adhere, and removing unadhered cells by washing or the like. Note that PDMS also has an advantage that it has the hardness and strength necessary to fix a pin or the like for fixing the support 10. The fixing of the support 10 is important in order to avoid the possibility of damaging the muscle cells 20 being cultured on the support 10 by mistake in the medium exchange operation. In addition, it is preferable to continue culture | cultivation in the state which arrange | positioned the support body 10 on the cell non-adhesive surface as it is after adhesion | attachment.

筋細胞として所望の分化状態でかつコンフルーエント状態になるまで培養したら、培養工程を終了することができる。筋細胞20の分化状態必要に応じて特異的なタンパク質などをマーカーとして確認することもできる。また、筋細胞20の配向状態も、細胞染色等によって確認することができる。   After culturing as a myocyte until a desired differentiation state and a confluent state, the culturing process can be terminated. The differentiation state of the myocyte 20 can also be confirmed as a specific protein or the like as required. Further, the orientation state of the myocyte 20 can also be confirmed by cell staining or the like.

なお、筋細胞20の重層形態を得る場合、長尺部12上において得られた筋細胞20に、別にシート状に形成された筋細胞20を重層してもよいし、長尺部12上で培養した筋細胞20にさらに、筋細胞等を播種して培養してもよい。また、培養筋細胞20と異種細胞の培養細胞層との重層形態を採る場合、予め、異種細胞を長尺部12に播種・培養し、コンフルーエントとした後、筋細胞等を播種・培養してもよいし、筋細胞20のシートを積層してもよい。   In addition, when obtaining the layered form of the myocytes 20, the myocytes 20 obtained on the long portion 12 may be layered with the myocytes 20 separately formed in a sheet shape, or on the long portion 12. The cultured myocytes 20 may be further seeded with myocytes and cultured. In addition, when taking a layered form of cultured muscle cells 20 and a cultured cell layer of heterologous cells, the heterogeneous cells are seeded and cultured in the long part 12 in advance to be confluent, and then the myocytes are seeded and cultured. Or the sheet | seat of the myocyte 20 may be laminated | stacked.

以上のようにして、本発明の出力装置2の複合体4を得ることができる。この複合体4をさらに集積するときには、所望の集積形態に応じて、複合体4を配列し及び/又は積層等する。複合体4を集積するために、必要に応じて複数の複合体4をまとめるために支持体10又はその連結部14をクランプないし保持する適当な保持手段を用いてもよい。   As described above, the composite 4 of the output device 2 of the present invention can be obtained. When the composite 4 is further integrated, the composites 4 are arranged and / or stacked according to a desired integration form. In order to collect the composites 4, suitable holding means for clamping or holding the support 10 or its connecting portion 14 may be used to collect a plurality of composites 4 as necessary.

本発明の出力装置の製造方法によれば、簡単な操作で出力装置2を製造することができる。すなわち、出力装置2の基本構成要素である複合体4においては、筋細胞20は、実質的にシート状に培養されており、従来のように複雑な構造体を作製する必要がない。このため、従来に比べて均質な状態の出力装置2を容易に得ることができる。   According to the output device manufacturing method of the present invention, the output device 2 can be manufactured by a simple operation. That is, in the complex 4 that is a basic component of the output device 2, the muscle cells 20 are substantially cultured in a sheet shape, and it is not necessary to produce a complicated structure as in the conventional case. For this reason, it is possible to easily obtain the output device 2 in a homogeneous state as compared with the conventional case.

(筋細胞の出力評価方法)
本発明の筋細胞の出力評価方法は、本発明の出力装置2を用いる。本発明の評価方法は、本発明の出力装置2の筋細胞20に対して、筋収縮を誘起する可能性のある刺激を付与する工程(刺激付与工程)と、出力装置2に発生する収縮力を検出する工程(検出工程)と、を備えることができる。以下、図3を適宜参照して、本発明の出力評価方法について説明する。図3は、本発明の出力評価方法の一例を示す図である。
(Method for evaluating myocyte output)
The output evaluation method for muscle cells of the present invention uses the output device 2 of the present invention. The evaluation method of the present invention includes a step of applying a stimulus (stimulation step) that may induce muscle contraction to the muscle cells 20 of the output device 2 of the present invention, and a contraction force generated in the output device 2. And a step of detecting (detection step). Hereinafter, the output evaluation method of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing an example of the output evaluation method of the present invention.

筋細胞の出力評価にあたっては、評価対象とするべき筋細胞20を備える出力装置2を準備する。例えば、動力源等としての出力評価のためには、特に限定しないで、ヒト又は非ヒト動物由来の筋細胞が用いられる。また、再生医療材料としての評価のためには、移植先生物に適切な異種動物由来の又は同種由来(自家又は他家由来)の筋細胞が用いられる。さらに、筋細胞の収縮を促進又は阻害する薬剤のスクリーニングのためには、対象動物、すなわち、ヒト又は非ヒト動物由来の筋細胞が用いられる。さらにまた、オーダーメイド治療のための薬効評価のためには、特定個体から採取した細胞に由来する筋細胞が用いられる。これらの各種筋細胞には、各前駆細胞から分化させて得られたものであってもよく、培養筋細胞は、iPS細胞に由来していてもよい。さらに、遺伝子導入や遺伝子破壊がなされていてもよい。   In evaluating the output of myocytes, an output device 2 including the myocytes 20 to be evaluated is prepared. For example, muscle cells derived from human or non-human animals are used for output evaluation as a power source or the like, without any particular limitation. In addition, for evaluation as a regenerative medical material, muscle cells derived from a heterologous animal or from the same species (autologous or exogenous) suitable for a transplant destination organism are used. Furthermore, for screening for a drug that promotes or inhibits muscle cell contraction, a target animal, that is, a muscle cell derived from a human or non-human animal is used. Furthermore, muscle cells derived from cells collected from a specific individual are used for the evaluation of drug efficacy for tailor-made treatment. These various myocytes may be obtained by differentiating from each progenitor cell, and the cultured myocytes may be derived from iPS cells. Furthermore, gene introduction or gene disruption may be performed.

(刺激付与工程)
刺激付与工程では、出力装置2の筋細胞20に対して筋収縮を促進又は阻害する可能性のある刺激を付与する。こうした刺激を付与するにあたり、本発明の出力装置2は、等尺性収縮による評価形態及び等張性収縮による評価形態のいずれに基づくものであってもよいが、図3に示すように、等尺収縮による評価形態に基づくものであることが好ましい。すなわち、出力装置2における長尺部12の長さが一定になるように保持できるようにしておき、この状態にある筋細胞20に刺激を付与して評価することが好ましい。等尺収縮時の筋細胞20の収縮により発生する張力を測定することで簡便に筋細胞20の収縮能を評価できるからである。
(Stimulation process)
In the stimulus applying step, a stimulus that may promote or inhibit muscle contraction is given to the muscle cells 20 of the output device 2. In giving such a stimulus, the output device 2 of the present invention may be based on either an evaluation form based on isometric contraction or an evaluation form based on isotonic contraction, but as shown in FIG. It is preferable that it is based on the evaluation form by scale contraction. That is, it is preferable that the length of the long portion 12 in the output device 2 can be held constant, and the muscle cells 20 in this state are preferably stimulated and evaluated. This is because the contraction ability of the myocyte 20 can be easily evaluated by measuring the tension generated by the contraction of the myocyte 20 at the isometric contraction.

付与する刺激は、筋収縮を促進又は阻害する可能性があれば足り、結果として筋収縮を促進又は阻害するかどうかは問わない。かかる刺激としては、物理的刺激及び/又は化学的刺激が挙げられる。筋細胞の基本的能力、すなわち、筋の収縮能力(張力発生能力)の有無やその程度を評価する場合には、筋収縮させる電気的刺激によるのが好ましい。簡易でかつ再現性を容易に確保できるからである。   It is sufficient that the stimulus to be applied has the possibility of promoting or inhibiting muscle contraction, and it does not matter whether the muscle contraction is promoted or inhibited as a result. Such stimuli include physical stimuli and / or chemical stimuli. When evaluating the basic ability of muscle cells, that is, the presence or absence of muscle contraction ability (tension generation ability), it is preferable to use electrical stimulation that causes muscle contraction. This is because it is simple and reproducibility can be secured easily.

物理的刺激としては、筋を収縮させることが知られている電気刺激や機械的な刺激が挙げられる。電気刺激としては、例えば、単収縮を発生させるようなパルス電流が挙げられる。また、機械的刺激としては、モーター等による引っ張りが挙げられる。心筋等においては、筋の引き伸ばし時の出力評価は有用である。また、昆虫飛翔筋でも、引っ張りによる筋収縮発生現象がある。また、化学的刺激としては、各種化合物等の投与が挙げられる。また、化学的刺激としては、筋細胞の収縮を促進又は阻害する薬剤のスクリーニング時における試験化合物が挙げられる。また、オーダーメイド治療等における筋収縮を促進又は阻害する薬剤に対する反応性(薬効)の評価時における薬剤等が挙げられる。このような試験化合物や薬剤は、図3に示す出力評価系の培養容器中に充填される液体培地等に供給されうる。それ自体で筋収縮を生じさせるかどうか阻害するかどうかの評価ために単独で付与される場合がありうるが、以下に記載するように、他の刺激と組み合わされて付与される場合もある。   Physical stimulation includes electrical stimulation and mechanical stimulation known to contract muscles. Examples of the electrical stimulation include a pulse current that generates a single contraction. Moreover, pulling by a motor etc. is mentioned as mechanical stimulation. In the myocardium and the like, the output evaluation at the time of muscle stretching is useful. Insect flying muscle also has a phenomenon of muscle contraction due to pulling. Moreover, administration of various compounds etc. is mentioned as chemical irritation | stimulation. The chemical stimulation includes a test compound at the time of screening for a drug that promotes or inhibits muscle cell contraction. Moreover, the drug etc. at the time of evaluation of the reactivity (medicine effect) with respect to the drug which accelerates | stimulates or inhibits muscle contraction in custom-made treatment etc. are mentioned. Such a test compound or drug can be supplied to a liquid medium or the like filled in the culture container of the output evaluation system shown in FIG. It may be applied alone to evaluate whether it causes or inhibits muscle contraction by itself, but may also be applied in combination with other stimuli as described below.

こうした刺激は、2種類以上を組み合わせることもできる。例えば、筋収縮を促進又は阻害する可能性のある試験化合物や薬剤などの化学的刺激の存在下に、電気パルスなどの物理的刺激(筋収縮を生じさせることが知られている刺激)を加えることができる。こうすることで、化学的刺激非存在時の筋細胞の収縮能力との対比から、筋細胞の収縮能力に対するこれらの試験化合物や薬剤の作用の有無や程度を評価できる。   Two or more of these stimuli can be combined. For example, applying physical stimuli (stimuli known to cause muscle contraction) such as electrical pulses in the presence of chemical stimuli such as test compounds or drugs that may promote or inhibit muscle contraction be able to. By doing so, the presence or absence and the extent of the effect of these test compounds and drugs on the contraction ability of muscle cells can be evaluated from the contrast with the contraction ability of muscle cells in the absence of chemical stimulation.

(検出工程)
検出工程では、出力装置2が刺激によって収縮したことによって収縮力を検出する。かかる収縮力を検出するには、例えば、等尺性収縮による評価系において、張力として検出することができる。等尺性収縮系では、図3に示すように、出力装置2の筋細胞20の長さ(長尺部12の長さ)を一定に保持するように固定しておくと、筋細胞20に生じた収縮力によってひずみゲージに張力が作用し、ひずみゲージに変位(ひずみ)が生じる。この変位により、ひずみゲージの抵抗値が変化するため、この抵抗値の変化により、出力装置2において生じた収縮力をひずみゲージに作用した張力として検出・測定することができる。なお、ひずみゲージにおいて得られた電気信号(抵抗値)は、PCなど、当該電気信号に基づいて張力又はひずみを算出できるプログラムが作動するCPUを備えるコンピュータ等に出力され、当該コンピュータにおいて処理され、張力等として出力される。収縮力を検出するための評価系の構成は、特に限定しない。図3に示す公知の等尺性収縮の評価系のほか、等張性収縮の評価系を適用することができる。なお、等尺性収縮の評価系においては、筋細胞20に生じる収縮力(収縮量)は微小であるため、通常の等尺性収縮の評価系とは異なりモーター等で引っ張って等尺状態に維持する必要は必ずしもなく、単に、長尺部12を連結部14等を一定長さに介して固定しておくだけでもよい。ひずみゲージは従来公知のひずみゲージを利用できる。
(Detection process)
In the detection step, the contraction force is detected when the output device 2 contracts due to the stimulus. In order to detect such contraction force, for example, it can be detected as tension in an evaluation system based on isometric contraction. In the isometric contraction system, as shown in FIG. 3, if the length of the myocytes 20 of the output device 2 (the length of the long portion 12) is fixed to be kept constant, Tension acts on the strain gauge by the generated contraction force, and displacement (strain) occurs in the strain gauge. Due to this displacement, the resistance value of the strain gauge changes, so that the contraction force generated in the output device 2 can be detected and measured as the tension acting on the strain gauge by this change in resistance value. In addition, the electrical signal (resistance value) obtained in the strain gauge is output to a computer or the like equipped with a CPU that operates a program that can calculate tension or strain based on the electrical signal, such as a PC, and is processed in the computer. Output as tension. The configuration of the evaluation system for detecting the contractile force is not particularly limited. In addition to the known isometric shrinkage evaluation system shown in FIG. 3, an isotonic shrinkage evaluation system can be applied. In the isometric contraction evaluation system, the contraction force (contraction amount) generated in the muscle cell 20 is very small, and unlike the normal isometric contraction evaluation system, it is pulled with a motor or the like to be in an isometric state. It is not always necessary to maintain, and the long portion 12 may be simply fixed to the connecting portion 14 or the like through a certain length. A conventionally known strain gauge can be used as the strain gauge.

本発明の評価方法によれば、簡易にひずみゲージ等を用いた評価系で、筋細胞の収縮力(出力)を評価することができる。従来、筋の出力は、特別な装置や高価な装置によってのみ測定されていたが、本発明の評価方法によれば、本発明の出力装置2を用いることで、簡易な評価系に適用することが可能になり、この結果、正確性及び再現性に優れ、ひいては定量性のある出力評価を行うことができるようになる。また、実験動物を用いなくても筋出力評価実験が可能となる。さらに、筋細胞の収縮力に関連する、出力評価、薬剤スクリーニング、再生治療用材料の評価、筋ジストロフィー等の筋関連疾患のオーダーメイド治療における効果評価等の試験、研究を容易に実現することができるようになる。   According to the evaluation method of the present invention, the contractile force (output) of myocytes can be evaluated with an evaluation system using a strain gauge or the like. Conventionally, the output of the muscle has been measured only by a special device or an expensive device. However, according to the evaluation method of the present invention, it can be applied to a simple evaluation system by using the output device 2 of the present invention. As a result, it is possible to perform output evaluation with excellent accuracy and reproducibility and as a result, quantitative output. In addition, muscle output evaluation experiments can be performed without using experimental animals. Furthermore, it is possible to easily realize tests and research such as output evaluation, drug screening, evaluation of materials for regenerative treatment, effect evaluation in tailor-made treatment of muscle-related diseases such as muscular dystrophy related to contraction force of muscle cells. It becomes like this.

以下、本発明の具体例を、実施例を挙げて説明する。なお、以下の実施例は本発明を限定するものではない。   Hereinafter, specific examples of the present invention will be described with reference to examples. The following examples do not limit the present invention.

(支持体の作製)
コラーゲンフィルム(高研株式会社製、CLF01、厚み35μm)を長さ18mm、幅250μm〜1200μmの帯状の各長さの長尺部とその両端に直径1mmの略六角形の連結部を形成し、中央に貫通孔を形成し、支持体とした。また、同一のコラーゲンフィルムを用いて、幅が450μm〜750μmの長尺部を2本備える点以外は、先に作製した支持体と同様に2本型支持体を作製した。また、厚みが20μmである以外は同一のコラーゲンフィルムを用いて、長尺部の幅が450μmの長尺部を備える支持体も別に作製した。
(Production of support)
A collagen film (manufactured by Koken Co., Ltd., CLF01, thickness 35 μm) is formed with a strip-shaped long portion having a length of 18 mm and a width of 250 μm to 1200 μm, and a substantially hexagonal connecting portion having a diameter of 1 mm at both ends thereof A through hole was formed in the center to form a support. Moreover, the two-type support body was produced similarly to the support body produced previously except the point provided with two long parts with a width of 450 micrometers-750 micrometers using the same collagen film. Moreover, the support body provided with the elongate part whose width | variety of a elongate part is 450 micrometers was also produced separately using the same collagen film except thickness being 20 micrometers.

(出力装置の作製)
作製した異なる幅の長尺部を備える支持体をそれぞれ、PDMSでコートした35mmプラスチックディッシュ上に固定し、紫外線照射下に5分間載置して滅菌した。その後、0.5×105cells/mlのC2C12筋芽細胞を含む増殖培地(10%牛胎児血清を含むDMEM培地)を2ml滴下して、C2C12筋芽細胞を播種した。
(Production of output device)
Each of the prepared supports having long portions having different widths was fixed on a 35 mm plastic dish coated with PDMS, and placed under sterilization under ultraviolet irradiation for 5 minutes. Thereafter, 2 ml of a growth medium (DMEM medium containing 10% fetal bovine serum) containing 0.5 × 10 5 cells / ml of C2C12 myoblasts was dropped and seeded with C2C12 myoblasts.

37℃、5%CO2下で24時間インキュベートし、C2C12細胞がコラーゲンフィルム上に接着したことを確認後、未接着の細胞を増殖培地で洗浄・除去した。その後、接着した細胞を、37℃、5%CO2下、増殖培地を用いてコンフルーエント状態になるまで培養し、培地を分化培地(2%牛胎児血清を含むDMEM培地)に交換し、筋分化を誘導した。分化培地を24時間毎に交換し、1週間培養することによって分化した筋管細胞が得られた。細胞を蛍光色素によって染色し、蛍光顕微鏡で観察すると、支持体の長尺部の長軸方向に配向した筋管細胞を確認できた。これらを出力装置として用いることとした。 After incubating at 37 ° C. under 5% CO 2 for 24 hours and confirming that C2C12 cells adhered to the collagen film, unadhered cells were washed and removed with a growth medium. Thereafter, the adhered cells are cultured at 37 ° C. under 5% CO 2 using a growth medium until confluent, and the medium is replaced with a differentiation medium (DMEM medium containing 2% fetal calf serum). Differentiation was induced. Differentiated myotubes were obtained by changing the differentiation medium every 24 hours and culturing for one week. When the cells were stained with a fluorescent dye and observed with a fluorescence microscope, myotube cells oriented in the long axis direction of the long part of the support were confirmed. These were used as output devices.

(出力評価)
得られた各出力装置を、図4に示す評価系に適用した。すなわち、分化培地が充填された培養容器を温度制御用ホットプレート上に載置して、内部の培地を28℃に保持した。この容器内に出力装置の連結部の貫通孔部を介して弛まないようにピンによって出力装置を等尺収縮可能に固定した。また、一方の連結部を出力装置の収縮力が伝達されるようにひずみゲージに連結した。ひずみゲージからの電気信号をPCに出力できるようにした。出力装置の長尺部の長軸方向に沿う各面に炭素電極を配置して、筋管細胞の収縮に必要な電気パルスを付与できるようにアンプに接続した。
(Output evaluation)
Each output device obtained was applied to the evaluation system shown in FIG. That is, the culture container filled with the differentiation medium was placed on a temperature control hot plate, and the medium inside was kept at 28 ° C. In the container, the output device was fixed to be isometrically contractible by a pin so as not to loosen through the through hole of the connecting portion of the output device. Moreover, one connection part was connected with the strain gauge so that the contraction force of an output device might be transmitted. The electric signal from the strain gauge can be output to the PC. Carbon electrodes were arranged on each surface along the long axis direction of the long part of the output device, and connected to an amplifier so that an electric pulse necessary for contraction of myotube cells could be applied.

各出力装置の長尺部上の筋管細胞に対して、電気パルス(1V/mm、10ms plus duration)を付与して、筋管細胞に発生した収縮力に基づく張力をひずみゲージを用いて測定した。結果を図5に示す。   An electrical pulse (1 V / mm, 10 ms plus duration) is applied to the myotube cells on the long part of each output device, and the tension based on the contractile force generated in the myotube cells is measured using a strain gauge. did. The results are shown in FIG.

図5に示すように、250μmから650μmの範囲で、長尺部上の筋細胞の収縮力を張力として検出できた。特に、長尺部の幅が約500μmまで幅の増大にほぼ応じて発生した張力も増大していた。500μmを超えたあたりから、支持体の厚みによらずに張力は一定となった。このことから、長尺部の幅が500μmを超えると、効果的な筋収縮も生じず、幅に応じた張力も発生しないことがわかった。また、支持体の幅が250μmから約500μmまでは、おおよそ幅に応じた張力が発生する点で好ましいが、最も刺激に対して効果的に筋収縮させて張力を取り出す又は評価するには、400μm以上500μm以下、より好ましくは、450μm近傍(440μm以上460μm以下程度)であることがわかった。   As shown in FIG. 5, the contractile force of the muscle cells on the long part could be detected as the tension in the range of 250 μm to 650 μm. In particular, the tension generated almost corresponding to the increase in the width of the long portion up to about 500 μm was also increased. From around 500 μm, the tension became constant regardless of the thickness of the support. From this, it was found that when the width of the long portion exceeds 500 μm, effective muscle contraction does not occur and tension according to the width does not occur. Further, the width of the support is preferably 250 μm to about 500 μm in that a tension corresponding to the width is generated. However, in order to extract or evaluate the tension with the most effective muscle contraction with respect to the stimulus, 400 μm It was found that the thickness was 500 μm or less, more preferably around 450 μm (440 μm or more and 460 μm or less).

また、2本型支持体を利用して作製した出力装置についても、同様にして発生張力を評価したところ、図6に示すように、同じ幅の1本型出力装置に比較して、大きな出力を取り出せることがわかった。この結果から、適切な幅の長尺部を複数本備えることで、本数に応じたより大きな出力が得られることがわかった。   Also, when the generated tension was evaluated in the same manner for the output device manufactured using the two-type support, as shown in FIG. 6, the output power was larger than that of the single-type output device having the same width. It was found that can be taken out. From this result, it was found that a larger output corresponding to the number can be obtained by providing a plurality of long portions having appropriate widths.

さらに、異なる厚み(35μmと20μm)のコラーゲンフィルムを用いて作製した支持体(長尺部の幅が450μm)を用いた出力装置についての発生張力を同一条件で試験した。結果を図7に示す。図7に示すように、厚みが20μmであるとき、発生張力は厚みが35μmの場合に比べて半減していた。このことから、長尺部の厚みが20μm程度であると、筋細胞の収縮力を取り出しにくく、また筋細胞の収縮力の検出感度が低下する傾向があることがわかった。以上の結果から、筋細胞の収縮力に基づく出力の取り出し及び評価を考慮すると長尺部ないし支持体の厚みは25μm以上であることが好ましいことがわかった。   Furthermore, the generated tension was tested under the same conditions for the output device using the support (the width of the long portion was 450 μm) prepared using collagen films having different thicknesses (35 μm and 20 μm). The results are shown in FIG. As shown in FIG. 7, when the thickness was 20 μm, the generated tension was halved compared to the case where the thickness was 35 μm. From this, it was found that when the thickness of the long portion is about 20 μm, it is difficult to extract the contraction force of the muscle cells, and the detection sensitivity of the contraction force of the muscle cells tends to decrease. From the above results, it has been found that the thickness of the long portion or the support is preferably 25 μm or more in consideration of output extraction and evaluation based on the contractile force of muscle cells.

2 出力装置
4 複合体
10 支持体
12 長尺部
14 連結部
16 貫通孔部
20 筋細胞
2 Output device 4 Composite body 10 Support body 12 Long part 14 Connection part 16 Through-hole part 20 Myocyte

Claims (9)

筋細胞の出力装置であって、
所定の幅を有する1又は2以上の長尺部を備えるコラーゲンを主体とする支持体と、前記支持体の前記長尺部上に保持された筋細胞と、を有する複合体、
を備える、出力装置。
An output device for muscle cells,
A complex comprising a support mainly composed of collagen having one or more long portions having a predetermined width, and myocytes held on the long portions of the support;
An output device comprising:
前記長尺部の所定の幅は、250μm以上650μm以下である、請求項1に記載の出力装置。   The output device according to claim 1, wherein the predetermined width of the long portion is not less than 250 μm and not more than 650 μm. 前記長尺部の所定の幅は、400μm以上500μm以下である、請求項2に記載の出力装置。   The output device according to claim 2, wherein the predetermined width of the long portion is not less than 400 μm and not more than 500 μm. 前記長尺部の長さは、2mm以上50mm以下である、請求項1〜3のいずれかに記載の出力装置。   The length of the said elongate part is an output device in any one of Claims 1-3 which are 2 mm or more and 50 mm or less. 前記筋細胞は、前記長尺部表面に接着されている、請求項1〜4のいずれかに記載の出力装置。   The output device according to claim 1, wherein the muscle cells are adhered to the surface of the long portion. 2以上の前記複合体が集積されている、請求項1〜5のいずれかに記載の出力装置。   The output device according to claim 1, wherein two or more of the complexes are integrated. 前記筋細胞は、骨格筋細胞、心筋細胞、平滑筋細胞及び筋管細胞から選択される1種又は2種以上である、請求項1〜6のいずれかに記載の出力装置。   The output device according to any one of claims 1 to 6, wherein the muscle cells are one or more selected from skeletal muscle cells, cardiomyocytes, smooth muscle cells, and myotube cells. 筋細胞の出力評価方法であって、
以下の工程;
(a)請求項1〜7いずれかに記載の筋細胞の出力装置の前記筋細胞に対して、筋収縮を促進又は阻害する可能性のある1又は2以上の刺激を付与する工程と、
(b)前記出力装置に発生した収縮力を検出する工程と、
を備える、方法。
A method for evaluating myocyte output,
The following steps:
(A) applying one or more stimuli that may promote or inhibit muscle contraction to the muscle cells of the muscle cell output device according to any one of claims 1 to 7;
(B) detecting a contraction force generated in the output device;
A method comprising:
前記(a)の工程は、少なくとも電気刺激を前記培養細胞に付与する工程である、請求項8に記載の方法。   The method according to claim 8, wherein the step (a) is a step of applying at least electrical stimulation to the cultured cells.
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