JP2015126720A - Cell culture method and cell culture apparatus - Google Patents

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浩介 石井
Kosuke Ishii
浩介 石井
知哉 村本
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知哉 村本
敏宏 赤池
Toshihiro Akaike
敏宏 赤池
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a suspension culture method in which shear power is reduced by suppressing turbulent flow generation in a culture fluid.SOLUTION: The present invention relates to a cell culture apparatus that includes: an incubator having the culture fluid into which a cell to be cultured is impregnated; support means which supports the incubator in an inclined posture to the horizontal plane; and driving means which makes the incubator revolve, wherein the incubator is made to be revolved around a vertical revolution axis or the revolution axis inclined to the horizontal plane as the center of the revolution orbit. The present invention also relates to a cell culture method using the cell culture apparatus.

Description

本発明は、細胞培養方法およびこれを行う細胞培養装置に関する。特に浮遊培養方法に関する。   The present invention relates to a cell culture method and a cell culture apparatus for performing the method. In particular, it relates to a suspension culture method.

幹細胞は、血球、粘膜上皮、表皮等特定の機能を有する細胞に分化する能力を、細胞分裂後も保持し続けるため、個体組織の発生メカニズムの研究に重用される。また医療分野では、治療対象の組織や器官の幹細胞を培養して患者に移植することが期待される。
受精卵から発生する胚性幹細胞(Emblyonic Stem cell、ES細胞)は、あらゆる細胞に分化しうる多能性を有する。そのような多能性を有する幹細胞を人工的に作製する技術も向上している。多能性幹細胞から分化させた任意の細胞を利用することにより、難病の原因解明や薬物の安全確認を分子レベルで行える可能性が高まっている。
Stem cells continue to retain the ability to differentiate into cells with specific functions, such as blood cells, mucosal epithelium, and epidermis, even after cell division. In the medical field, it is expected that stem cells of tissues or organs to be treated are cultured and transplanted to patients.
Embryonic stem cells (ES cells) that develop from fertilized eggs have pluripotency that can differentiate into any cell. Techniques for artificially producing such pluripotent stem cells have also been improved. By using arbitrary cells differentiated from pluripotent stem cells, the possibility of elucidating the cause of intractable diseases and confirming the safety of drugs is increasing at the molecular level.

上記の基礎研究、臨床研究の進展や実用化には、所望の細胞に分化誘導させ得る未分化の幹細胞の量産が前提となる。従来、多能性幹細胞の大量培養方法として、浮遊培養方法がある。浮遊培養方法は、培養液を培養槽内で流動させることにより細胞を浮遊させて三次元培養する細胞培養方法である。浮遊培養方法は、高密度で幹細胞を培養することができる。浮遊培養方法と静地培養方法との培養効率を比較すると、例えば、一般的に直径20μmの動物細胞を培養する場合、浮遊培養方法では培養される細胞の密度は1×106cells/cm2程度である。一方、静地培養方法における上記密度は6×104cells/cm2程度である。 Progress and practical application of the basic research and clinical research described above are premised on the mass production of undifferentiated stem cells that can be induced to differentiate into desired cells. Conventionally, there is a suspension culture method as a mass culture method of pluripotent stem cells. The suspension culture method is a cell culture method in which cells are suspended and three-dimensionally cultured by flowing a culture solution in a culture tank. The suspension culture method can culture stem cells at high density. Comparing the culture efficiency between the suspension culture method and the static culture method, for example, when animal cells having a diameter of 20 μm are generally cultured, the density of cells cultured in the suspension culture method is 1 × 10 6 cells / cm 2 Degree. On the other hand, the density in the static culture method is about 6 × 10 4 cells / cm 2 .

細胞の三次元培養においては、培養液を流動させることにより生じるせん断力が、未分化細胞の培養効率を低減する原因となる。例えば血管内皮や心臓の弁組織の細胞等は、過度のせん断力により細胞分化が促進される。担体を用いて三次元培養を行う場合には、せん断力により細胞が担体から剥離しやすい。   In the three-dimensional culture of cells, the shearing force generated by flowing the culture solution becomes a cause of reducing the culture efficiency of undifferentiated cells. For example, cell differentiation of vascular endothelium and heart valve tissue cells is promoted by excessive shearing force. When three-dimensional culture is performed using a carrier, cells are easily detached from the carrier due to shearing force.

上記に例示する問題を解決する為、培養液のせん断力を抑制させた細胞培養技術が、種々提案されている。そのような技術としては、撹拌翼の形状を改良したり、培養槽内で層流を形成させたりすることが挙げられる。特許文献1には、それぞれマイクロ流路構造を備える第一の基板と第二の基板とを備え、第一の基板と、多孔膜と、第二の基板とが積層されたデバイスが開示される。上記デバイスにおいては、第二の基板のマイクロ流路構造を流通する液体の物性、流速を考慮してそのレイノルズ数が2000未満となるように、第二の基板の幅および高さが設定される。   In order to solve the problems exemplified above, various cell culture techniques in which the shearing force of the culture solution is suppressed have been proposed. Such techniques include improving the shape of the stirring blade or forming a laminar flow in the culture tank. Patent Document 1 discloses a device that includes a first substrate and a second substrate each having a microchannel structure, and in which a first substrate, a porous film, and a second substrate are stacked. . In the above device, the width and height of the second substrate are set so that the Reynolds number is less than 2000 in consideration of the physical properties and flow velocity of the liquid flowing through the microchannel structure of the second substrate. .

しかし、上記のデバイスは構造が複雑であるため、簡便に細胞を大量培養することは困難である。また幹細胞培養、特に多能性幹細胞培養では、わずかなせん断力の影響で細胞のロスが多量に生じる。そのため簡便な装置構成で、せん断力をさらに抑制できる細胞培養装置および細胞培養方法が望まれる。   However, since the above device has a complicated structure, it is difficult to easily mass-produce cells. In stem cell culture, particularly pluripotent stem cell culture, a large amount of cell loss occurs under the influence of a slight shear force. Therefore, a cell culture device and a cell culture method that can further suppress shearing force with a simple device configuration are desired.

特開2011-147387号公報JP 2011-147387 A

本発明の課題は、培養液中の乱流発生を抑制し、せん断力を低減する浮遊培養方法を提供することである。   The subject of this invention is providing the floating culture method which suppresses generation | occurrence | production of the turbulent flow in a culture solution, and reduces a shear force.

本発明は、培養器内で被培養細胞を培養液に浸漬させて、細胞培養させる細胞培養方法であって、前記培養器を水平面に対して傾斜させた状態で、公転軸を中心として公転させる細胞培養方法である。該細胞培養方法は、培養器の底面と水平面とがなす傾斜角と、培養器の公転半径と、培養器の公転速度との少なくとも一つ以上を、培養器内の培養液を培養器の公転運動に追従させる範囲内で変化させ、前記培養液に層流を形成させる。本発明においては、上記培養器の公転軸を水平面に対して傾斜させた状態で、培養器を公転させることが好ましい。本発明は、被培養細胞を浸漬させる培養液を有する培養器と、前記培養器を水平面に対して傾斜姿勢で支持させる支持手段と、前記支持手段に支持させた前記培養器を公転させる駆動手段とを備え、前記培養器を、鉛直な公転軸、又は水平面に対し傾斜させた公転軸を公転軌道の中心として公転させることを特徴とする細胞培養装置を包含する。   The present invention relates to a cell culture method in which a cell to be cultured is immersed in a culture medium in a culture vessel to culture the cell, and revolves around a revolution axis in a state where the culture vessel is inclined with respect to a horizontal plane. Cell culture method. The cell culture method includes at least one of an inclination angle formed by the bottom surface of the incubator and a horizontal plane, a revolving radius of the incubator, and a revolving speed of the incubator. A laminar flow is formed in the culture solution by changing within a range to follow the movement. In the present invention, it is preferable to revolve the incubator with the revolution axis of the incubator inclined with respect to the horizontal plane. The present invention includes an incubator having a culture solution in which cells to be cultured are immersed, support means for supporting the incubator in an inclined posture with respect to a horizontal plane, and drive means for revolving the incubator supported by the support means. And a cell culture device characterized in that the incubator is revolved with a vertical revolution axis or a revolution axis inclined with respect to a horizontal plane as the center of the revolution trajectory.

本発明は、培養液の乱流発生を抑制し、細胞培養効率を向上させることができる。   The present invention can suppress the generation of turbulent flow in the culture solution and improve cell culture efficiency.

本発明の細胞培養装置の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example of the cell culture apparatus of this invention. 本発明の細胞培養装置の例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example of the cell culture apparatus of this invention.

[細胞培養方法]
本発明の細胞培養方法は、培養器を水平面に対して傾斜させた状態で、公転軸を中心として公転させる。これにより、培養器内の培養液が培養器の公転運動に追従し、層流を形成する。その結果、培養液のせん断力を抑制し、培養効率を向上させることができる。
[Cell culture method]
The cell culture method of the present invention revolves around the revolution axis in a state where the incubator is inclined with respect to the horizontal plane. Thereby, the culture solution in the incubator follows the revolution movement of the incubator to form a laminar flow. As a result, the shearing force of the culture solution can be suppressed and the culture efficiency can be improved.

該細胞培養方法を説明するため、本発明に用いられる細胞培養装置の例を示す。図1は鉛直な公転軸を中心として培養器を公転させる細胞培養装置の概略図である。図1において、100は細胞培養装置、200は細胞培養装置100を載置させる水平面である。細胞培養装置100は、その筐体101内に駆動源102を備える。駆動源102の駆動力は、駆動手段103を介して支持軸104に伝達される。   In order to explain the cell culture method, an example of the cell culture apparatus used in the present invention is shown. FIG. 1 is a schematic view of a cell culture apparatus for revolving an incubator around a vertical revolution axis. In FIG. 1, 100 is a cell culture device, and 200 is a horizontal plane on which the cell culture device 100 is placed. The cell culture device 100 includes a drive source 102 in the housing 101 thereof. The driving force of the driving source 102 is transmitted to the support shaft 104 through the driving means 103.

支持軸104は、筐体101の開口部105を挿通して筐体外に露出し、培養器106を載置させるプラットフォーム107を支持する。支持軸104は、これを自転させない構造により駆動手段103および筐体101の開口部105に支持される。そのような構造の例として、支持軸104の端部を駆動手段103に固定し、さらに支持軸104において筐体101の開口部105に対向する挿通部を多軸的に軸支させる構造がある。支持軸104とプラットフォーム107とは、本発明の培養器を支持する支持手段の例である。該支持手段により培養器106は、水平面200に対し傾斜姿勢で支持される。θ1は、培養器106の底面106aと水平面200とがなす傾斜角である。   The support shaft 104 is inserted through the opening 105 of the housing 101 and exposed outside the housing, and supports the platform 107 on which the incubator 106 is placed. The support shaft 104 is supported by the driving means 103 and the opening 105 of the housing 101 by a structure that does not rotate the support shaft 104. As an example of such a structure, there is a structure in which the end portion of the support shaft 104 is fixed to the driving unit 103 and the insertion portion of the support shaft 104 facing the opening 105 of the housing 101 is pivotally supported in multiple axes. . The support shaft 104 and the platform 107 are examples of support means for supporting the incubator of the present invention. The incubator 106 is supported in an inclined posture with respect to the horizontal plane 200 by the support means. θ1 is an inclination angle formed by the bottom surface 106a of the incubator 106 and the horizontal plane 200.

駆動手段103を介して駆動源102の駆動力が支持軸104に伝達されると、支持軸104は、公転軸300を中心として回動する。支持軸104の回動に伴い、プラットフォーム107上の培養器106は、培養器の底面106aが水平面に対する傾斜角θ1を一定に保った状態で、公転軸300を中心として公転する。本発明において培養器の公転軌道とは、支持軸の軸心の延長線と培養器の底面との接点の軌道を意味する。矢印A1は、支持軸104の軸心の延長線と培養器106の底面106aとの接点の軌道である。r1は公転軌道A1の公転半径である。   When the driving force of the drive source 102 is transmitted to the support shaft 104 via the drive means 103, the support shaft 104 rotates about the revolution shaft 300. As the support shaft 104 rotates, the incubator 106 on the platform 107 revolves around the revolution axis 300 in a state where the bottom surface 106a of the incubator keeps the inclination angle θ1 with respect to the horizontal plane constant. In the present invention, the revolution trajectory of the incubator means the trajectory of the contact point between the extension line of the axis of the support shaft and the bottom surface of the incubator. An arrow A1 is a trajectory of a contact point between the extension line of the axis of the support shaft 104 and the bottom surface 106a of the incubator 106. r1 is the revolution radius of the revolution orbit A1.

本発明は、培養液を培養器の公転運動に追従させることにより、言い換えれば多軸的に流動させることにより、層流を形成させることができる。これにより培養液のせん断力を抑制し、培養液中に懸濁させる被培養細胞のロスを低減することができる。上記の層流形成は、培養器の底面と水平面とがなす傾斜角と、培養器の公転半径と、公転軸の水平面に対する姿勢とにより決まる培養器の公転軌道と、培養器の公転速度との複合的な効果である。上記の要素を所定の範囲内で組合せることにより、本発明の乱流抑制効果や細胞沈降抑制効果が発揮される。   In the present invention, a laminar flow can be formed by causing the culture solution to follow the revolving motion of the incubator, in other words, by causing the culture solution to flow in a multiaxial manner. Thereby, the shearing force of the culture solution can be suppressed, and the loss of cells to be cultured suspended in the culture solution can be reduced. The above laminar flow formation is based on the inclination angle formed by the bottom surface of the incubator and the horizontal plane, the revolution radius of the incubator, the revolution trajectory of the incubator determined by the attitude of the revolution axis with respect to the horizontal plane, and the revolution speed of the incubator. It is a combined effect. By combining the above elements within a predetermined range, the turbulent flow suppressing effect and the cell sedimentation suppressing effect of the present invention are exhibited.

本発明は、培養器において培養液を追従させ得る公転運動をさせるため、培養器の底面と水平面とがなす傾斜角、培養器の公転半径、培養器の公転速度の少なくとも一つ以上を調節する。また水平面に対する公転軸の傾斜角を調節することも好ましい。図1は公転軸300が水平面に対し90°の姿勢、すなわち鉛直な公転軸を中心として培養器106を公転させる例である。公転軸を傾斜させた状態で培養器を公転させる本発明の例は、後に図2を用いて説明する。   The present invention adjusts at least one of the inclination angle formed by the bottom surface of the incubator and the horizontal plane, the revolving radius of the incubator, and the revolving speed of the incubator in order to make the revolving motion that allows the culture medium to follow in the incubator. . It is also preferable to adjust the inclination angle of the revolution axis with respect to the horizontal plane. FIG. 1 shows an example in which the incubator 106 is revolved around a posture in which the revolution axis 300 is 90 ° with respect to a horizontal plane, that is, a vertical revolution axis. An example of the present invention in which the incubator is revolved with the revolution axis tilted will be described later with reference to FIG.

図1に例示される、鉛直な公転軸300を中心として培養器106を公転させる細胞培養装置100においては、水平面200と培養器106の底面106aとがなす培養器106の傾斜角θ1は、1°以上30°以下が好ましい。該傾斜角が1°未満の場合、培養液を十分に培養器の公転運動に追従させることができない。傾斜角が30°を超える場合、培養液の乱流が形成されやすくなる。   In the cell culture apparatus 100 that revolves the incubator 106 around the vertical revolution axis 300 illustrated in FIG. 1, the inclination angle θ1 of the incubator 106 formed by the horizontal plane 200 and the bottom surface 106a of the incubator 106 is 1 The angle is preferably from 30 ° to 30 °. When the inclination angle is less than 1 °, the culture solution cannot sufficiently follow the revolution movement of the incubator. When the inclination angle exceeds 30 °, a turbulent flow of the culture solution is easily formed.

培養器106の公転軌道A1の公転半径r1は、1cm以上50cm以下が好ましい。公転半径が50cmを超える場合、遠心力が大きくなり、担体のぶつかり等悪影響が生じる。   The revolution radius r1 of the revolution track A1 of the incubator 106 is preferably 1 cm or more and 50 cm or less. When the revolution radius exceeds 50 cm, the centrifugal force increases and adverse effects such as collision of the carrier occur.

培養器106の公転速度は、0.1〜60rpmが好ましく、5〜20rpmがより好ましい。培養器の公転速度は支持軸の回動速度に連動させうる。その場合、支持軸104の回動速度を上記の好ましい公転速度の範囲内で設定することにより、培養器を、所定の公転速度で公転させることができる。本発明においては培養液が培養器の公転運動に良好に追従する。したがって公転運動開始当初から培養液に層流が形成される。該層流にのせて細胞や担体を浮遊させることができる。公転速度が0.1rpmより遅い場合、培養液を十分に培養器の公転運動に追従させることができない。公転速度が60rpmより速い場合、培養液の乱流が形成されやすくなる。   The revolution speed of the incubator 106 is preferably 0.1 to 60 rpm, and more preferably 5 to 20 rpm. The revolution speed of the incubator can be linked to the rotation speed of the support shaft. In that case, the incubator can be revolved at a predetermined revolution speed by setting the rotation speed of the support shaft 104 within the range of the preferable revolution speed. In the present invention, the culture solution follows the revolving motion of the incubator well. Therefore, a laminar flow is formed in the culture solution from the beginning of the revolving motion. Cells and carriers can be suspended on the laminar flow. When the revolution speed is slower than 0.1 rpm, the culture solution cannot sufficiently follow the revolution movement of the incubator. When the revolution speed is higher than 60 rpm, a turbulent flow of the culture solution is easily formed.

本発明は、水平面に対し所定の傾斜角で傾斜させた公転軸を中心として、培養器を公転させることが好ましい。これによりさらに培養液の層流を形成させやすくなる。図2は、水平面に対し傾斜させた公転軸を公転軌道の中心として公転させる細胞培養装置の例を示す概略図である。図2において301は水平面200に対し傾斜する公転軸である。図2に例示される細胞培養装置は、公転軸301を傾斜させた他は図1に例示される細胞培養装置と同様の構成を備える。したがって図1と共通する符号は説明を省略する。矢印A2は培養器106の公転軌道、r2は公転軌道A2の公転半径である。θ2は、公転軸301と水平面200とがなす公転軸の傾斜角である。なお、図2においてθ2は、説明を簡便にするため筐体を形成する水平面と平行な面と公転軸とがなす角度で表されるが、かかる角度は公転軸と水平面とがなす公転軸の傾斜角と同じ大きさである。   In the present invention, the incubator is preferably revolved around a revolution axis inclined at a predetermined inclination angle with respect to a horizontal plane. This further facilitates the formation of a laminar flow of the culture solution. FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a cell culture device that revolves around the revolution axis inclined with respect to the horizontal plane as the center of the revolution trajectory. In FIG. 2, reference numeral 301 denotes a revolution axis inclined with respect to the horizontal plane 200. The cell culture device illustrated in FIG. 2 has the same configuration as the cell culture device illustrated in FIG. 1 except that the revolution axis 301 is inclined. Therefore, the description of the same reference numerals as those in FIG. 1 is omitted. Arrow A2 is the revolution trajectory of the incubator 106, and r2 is the revolution radius of the revolution trajectory A2. θ2 is an inclination angle of the revolution axis formed by the revolution axis 301 and the horizontal plane 200. In FIG. 2, θ2 is represented by an angle formed between a plane parallel to the horizontal plane forming the housing and the revolution axis for the sake of simplicity of explanation, but this angle is the revolution axis formed between the revolution axis and the horizontal plane. It is the same size as the tilt angle.

水平面200に対する公転軸の傾斜角θ2は、75°以上90°未満が好ましい。公転軸の傾斜角が75°未満の場合、液体を安定に保つことが難しい。水平面に対する公転軸の傾斜角θ2は、予め公転軸が所望の傾斜角に設計された細胞培養装置を選択することにより得ることができる。他法として、細胞培養装置に備えられる公知の角度調節部材を用いて、所望の公転軸の傾斜角に1°〜30°加えた角度になるように調節して、得ることもできる。   The inclination angle θ2 of the revolution axis with respect to the horizontal plane 200 is preferably 75 ° or more and less than 90 °. When the tilt angle of the revolution axis is less than 75 °, it is difficult to keep the liquid stable. The inclination angle θ2 of the revolution axis with respect to the horizontal plane can be obtained by selecting a cell culture device in which the revolution axis is previously designed to have a desired inclination angle. As another method, it can also be obtained by using a known angle adjusting member provided in the cell culture device so as to adjust to an angle obtained by adding 1 ° to 30 ° to a desired inclination angle of the revolution axis.

水平面に対し傾斜させた公転軸301を中心として培養器106を公転させる場合、公転軌道A2を公転する培養器106の傾斜姿勢は、培養器106が公転軌道A2を進むにしたがって変化する。すなわち、水平面200と培養器106の底面106aとがなす傾斜角θ1は、培養器106の公転運動に伴って変化する。傾斜させた公転軸を中心として培養器を公転させる場合の培養器106は、傾斜角θ1が0°より大きく45°以下の範囲内で変化することが好ましく、0°以上30°以下の範囲内で変化することがより好ましい。   When the incubator 106 is revolved around the revolution axis 301 inclined with respect to the horizontal plane, the inclined posture of the incubator 106 that revolves around the revolution trajectory A2 changes as the incubator 106 advances along the revolution trajectory A2. That is, the inclination angle θ1 formed by the horizontal plane 200 and the bottom surface 106a of the incubator 106 changes with the revolution movement of the incubator 106. The incubator 106 for revolving the incubator around the inclined revolution axis preferably has an inclination angle θ1 that changes within a range of 0 ° to 45 °, preferably within a range of 0 ° to 30 °. It is more preferable to change with.

傾斜させた公転軸を中心として培養器を公転させる場合の公転速度や公転半径の好ましい範囲は、鉛直な公転軸を中心として培養器を公転させる場合と同じである。   The preferable range of the revolution speed and the revolution radius when the incubator is revolved around the inclined revolution axis is the same as the case where the incubator is revolved around the vertical revolution axis.

培養器の底面と水平面とがなす傾斜角と、培養器の公転半径と、培養器の公転速度と、公転軸と水平面とがなす傾斜角とは、被培養細胞の種類、細胞直径、播種密度、培養器の容積、培養器の内半径を考慮して設定される。培養器は、後に説明する培養液を満たし、担体を供給し、単一細胞に分散させた細胞を播種させた後に、上記の培養器の傾斜角、培養器の公転半径等の各設置条件を少なくとも一つ以上満たして細胞培養装置に設置される。培養器の設置後、上記の好ましい範囲内の公転速度で培養器を公転運動させる。   The inclination angle between the bottom of the incubator and the horizontal plane, the revolution radius of the incubator, the revolution speed of the incubator, and the inclination angle between the revolution axis and the horizontal plane are the type of cell to be cultured, cell diameter, and seeding density. It is set in consideration of the volume of the incubator and the inner radius of the incubator. The incubator is filled with a culture solution to be described later, supplied with a carrier, seeded with cells dispersed in a single cell, and then set each of the installation conditions such as the inclination angle of the incubator and the revolution radius of the incubator. At least one is filled and installed in the cell culture device. After installation of the incubator, the incubator is revolved at a revolution speed within the above preferred range.

本発明は、培養器の公転運動に対する培養液の追従性が高いため、公転運動開始と同時に上記の層流が形成され、乱流はほとんど生じない。そのため、培養器の公転運動開始当初から培養液のせん断力が抑制された環境下で細胞を三次元培養することができる。これにより、本発明においては培養液中に播種された細胞は損傷しにくい。担体を用いて細胞培養を行う場合には、細胞が担体から剥離しにくい。すなわち本発明は、細胞のロスが少なく細胞培養効率が良好である。   In the present invention, since the culture solution has high followability to the revolution movement of the incubator, the laminar flow is formed at the same time as the revolution movement starts, and turbulence hardly occurs. Therefore, cells can be three-dimensionally cultured in an environment in which the shearing force of the culture solution is suppressed from the beginning of the revolution movement of the incubator. Thereby, in this invention, the cell seed | inoculated in the culture solution is hard to be damaged. When cell culture is performed using a carrier, the cells are less likely to be detached from the carrier. That is, the present invention has low cell loss and good cell culture efficiency.

直径20μmのマウス多能性幹細胞を、播種密度1×105細胞/mlで、鉛直な公転軸を中心として公転する容積15ml、内半径5cmの培養器内で培養する場合、培養器の傾斜角θ1を2°〜10°、培養器の公転半径r1を0cm以上5cm以下とすることが好ましい。その場合、好ましくは培養器を公転速度10〜60rpmで公転させる。 When cultivating mouse pluripotent stem cells with a diameter of 20 μm in a culture vessel with a seeding density of 1 × 10 5 cells / ml and a volume of 15 ml that revolves around the vertical revolution axis and an inner radius of 5 cm, the incline angle It is preferable that θ1 is 2 ° to 10 ° and the revolution radius r1 of the incubator is 0 cm or more and 5 cm or less. In that case, the incubator is preferably revolved at a revolution speed of 10 to 60 rpm.

また、上記のマウス多能性幹細胞を、播種密度1×105細胞/mlで、水平面に対し85°傾斜させた公転軸を中心として公転する容積15mlの培養器内で培養する場合、培養器の公転半径r2が0〜3cmとなるように培養器を支持する支持軸を調節することが好ましい。その場合、培養器の傾斜角θ1は、培養器の公転運動に伴い0°以上10°以下の範囲内で変化することが好ましい。これにより培養液の層流を形成させることができる。 In addition, when the above mouse pluripotent stem cells are cultured in a 15 ml incubator with a seeding density of 1 × 10 5 cells / ml and revolving around a revolution axis inclined at an angle of 85 ° with respect to a horizontal plane, It is preferable to adjust the support shaft for supporting the incubator so that the revolving radius r2 is 0 to 3 cm. In that case, it is preferable that the inclination angle θ1 of the incubator changes within a range of 0 ° or more and 10 ° or less with the revolution motion of the incubator. Thereby, a laminar flow of the culture solution can be formed.

また、本発明においては、培養器を上記の公転運動に加え自転運動させることにより、さらに乱流抑制効果を向上させることができる。自転軸は、好ましくは培養器底面の中心領域に設けられることが好ましい。好ましい自転速度は、0.01〜20rpmであり、より好ましくは、0.1〜5rpmである。   In the present invention, the turbulent flow suppressing effect can be further improved by rotating the incubator in addition to the above revolving motion. The rotation axis is preferably provided in the central region of the bottom of the incubator. A preferable rotation speed is 0.01 to 20 rpm, and more preferably 0.1 to 5 rpm.

形成された層流にのって浮遊した細胞や担体は、培養器の公転速度が遅い場合でも沈降しにくい。細胞や担体は沈降し始めたとしても、より下層で浮遊する細胞や担体に接触するとはね返されて再浮遊する。したがって本発明は、細胞が沈降してコロニーを形成することを回避できる。   Cells and carriers floating on the formed laminar flow are less likely to settle even when the revolution speed of the incubator is slow. Even if the cells and carriers start to settle, they are rebounded and resuspended when they come into contact with the cells and carriers floating in the lower layer. Therefore, this invention can avoid that a cell settles and forms a colony.

該培養液中に播種される被培養細胞は特に限定されないが、本発明は、特にヒト、マウス、ウシ等種々の哺乳動物由来のES細胞、人工多能性幹細胞(iPS細胞)、多能性生殖幹細胞(mGS細胞)等に好適である。上記の幹細胞の担体に対する播種密度は、5〜100cells/cm2が好ましく、20〜50cells/cm2がより好ましい。 The cell to be cultured to be seeded in the culture solution is not particularly limited, but the present invention is not limited to ES cells, artificial pluripotent stem cells (iPS cells), pluripotency derived from various mammals such as humans, mice and cows. Suitable for germ stem cells (mGS cells) and the like. Seeding density to the carrier of the stem cells, preferably 5~100cells / cm 2, 20~50cells / cm 2 is more preferable.

本発明においては培養液のせん断力が小さいため細胞の損傷が少なく、細胞が担体から剥離しにくい。担体に対する接着効率は、50〜100%である。また細胞や担体が培養器の底部まで完全に沈降しがたいため、三次元培養を効率よく行うことができる。本発明は、細胞の大量培養に有用である。   In the present invention, since the shearing force of the culture solution is small, there is little damage to the cells, and the cells are not easily detached from the carrier. The adhesion efficiency to the carrier is 50 to 100%. In addition, since the cells and the carrier hardly settle down to the bottom of the incubator, three-dimensional culture can be performed efficiently. The present invention is useful for mass culture of cells.

上記の方法により、コンフルエントになるまで担体上で細胞の培養を続ける。培養条件は、従来公知の浮遊培養条件を適用できる。例えば、本発明の培養装置でマウスES細胞を培養する場合、温度条件35〜37℃、2〜5%CO2の環境下で行える。 Continue culturing the cells on the carrier by the above method until confluent. As the culture conditions, conventionally known suspension culture conditions can be applied. For example, when culturing mouse ES cells with the culture apparatus of the present invention, it can be carried out in an environment of temperature conditions of 35 to 37 ° C. and 2 to 5% CO 2 .

上記の適切な形状の担体を用いて幹細胞を培養する場合、幹細胞の未分化率は、95〜99%程度であると推察される。幹細胞を分散状態で培養させる場合、幹細胞同士の接触領域が少ない。そのため幹細胞がコロニーを形成しにくい。従って、担体に付着させた全ての幹細胞に十分に分化抑制剤を作用させることができる。その結果、幹細胞の未分化状態を維持させることができる。   When stem cells are cultured using the carrier having an appropriate shape as described above, the undifferentiated rate of stem cells is estimated to be about 95 to 99%. When culturing stem cells in a dispersed state, the contact area between the stem cells is small. Therefore, it is difficult for stem cells to form colonies. Therefore, the differentiation inhibitor can sufficiently act on all the stem cells attached to the carrier. As a result, the undifferentiated state of the stem cell can be maintained.

培養細胞の未分化状態の確認は、被培養細胞の種類に対応するALP活性や特異的マーカー遺伝子の発現量を測定することにより行うことができる。上記特異的マーカーとしては、Oct-3/4やRex1/Zfp42等の遺伝子産物の発現を利用することができる。   Confirmation of the undifferentiated state of the cultured cells can be performed by measuring the ALP activity corresponding to the type of cell to be cultured and the expression level of a specific marker gene. As the specific marker, expression of gene products such as Oct-3 / 4 and Rex1 / Zfp42 can be used.

ALP活性の検出の一例は、培養したES細胞をPBSで洗浄後、66%アセトン/3%ホルマリンを含むクエン酸溶液で固定し、PBSで洗浄後、naphthol AS-BI phosphate alkaline染色液で15分間処理し、発色反応させることにより行われる。   An example of detection of ALP activity is that cultured ES cells are washed with PBS, fixed with a citric acid solution containing 66% acetone / 3% formalin, washed with PBS, and then washed with naphthol AS-BI phosphate alkaline staining solution for 15 minutes. It is carried out by processing and color reaction.

また、抗原性分子を未分化マーカーとして利用してもよい。各種抗原性分子の低減、消失によってもES細胞の分化を確認することができるからである。そのような抗原性分子の例として、マウスES細胞の場合は、SSEA-1、ヒトES細胞の場合は、SSEA-3、SSEA-4、TRA-1-60、TRA-1-81、GCTM-2等がある。   In addition, antigenic molecules may be used as undifferentiated markers. This is because the differentiation of ES cells can be confirmed by the reduction or disappearance of various antigenic molecules. Examples of such antigenic molecules include SSEA-1 for mouse ES cells, SSEA-3, SSEA-4, TRA-1-60, TRA-1-81, GCTM- for human ES cells. There are 2 mags.

未分化マーカーの利用例として以下の方法がある。まず、培養されたES細胞からRNAを調整し、常法に従ってcDNAを合成する。該cDNAを鋳型としてPCRにより、所定の未分化マーカーの遺伝子の断片を増幅させる。得られたPCR産物を染色し検出する。未分化マーカーが有意に検出されることにより、培養されたES細胞が未分化であることを確認できる。   The following method is an example of using an undifferentiated marker. First, RNA is prepared from cultured ES cells, and cDNA is synthesized according to a conventional method. A gene fragment of a predetermined undifferentiated marker is amplified by PCR using the cDNA as a template. The resulting PCR product is stained and detected. By significantly detecting the undifferentiated marker, it can be confirmed that the cultured ES cells are undifferentiated.

培養液がコンフルエントになった場合、本発明は常法により被培養細胞を継代させることができる。継代は少なくとも3〜10継代まで行い得る。   When the culture solution becomes confluent, the present invention can pass the cells to be cultured by a conventional method. Passaging can be performed up to at least 3 to 10 passages.

培養した幹細胞を回収する場合、培養液中から幹細胞を分散状態で付着させた担体を回収し、常法により担体から単一細胞を得る。培養器の公転運動を停止させると担体は3〜4時間で自然に培養器の底部に沈降する。細胞の回収は、担体の洗浄後、トリプシン等のタンパク質分解酵素溶液やEDTA溶液を用いて単一細胞を得ることにより行われる。   When recovering the cultured stem cells, a carrier on which the stem cells are attached in a dispersed state is recovered from the culture solution, and single cells are obtained from the carrier by a conventional method. When the revolving motion of the incubator is stopped, the carrier naturally settles to the bottom of the incubator in 3 to 4 hours. The cells are collected by washing the carrier and obtaining single cells using a protease enzyme solution such as trypsin or an EDTA solution.

[細胞培養装置]
本発明の細胞培養装置は、被培養細胞を浸漬させる培養液を有する培養器と、前記培養器を水平面に対して傾斜姿勢で支持させる支持手段と、前記支持手段に支持させた前記培養器を公転させる駆動手段とを備え、前記培養器を、鉛直な公転軸、又は水平面に対し傾斜させた公転軸を公転軌道の中心として公転させる。本発明においては、培養液が培養器の公転運動に良好に追従し、層流を形成する。これにより細胞培養効率を向上させることができる。
[Cell culture equipment]
The cell culture device according to the present invention includes an incubator having a culture solution in which cells to be cultured are immersed, support means for supporting the incubator in an inclined posture with respect to a horizontal plane, and the incubator supported by the support means. Drive means for revolving, and the incubator is revolved with a vertical revolution axis or a revolution axis inclined with respect to a horizontal plane as a center of a revolution trajectory. In the present invention, the culture solution follows the revolving motion of the incubator well and forms a laminar flow. Thereby, cell culture efficiency can be improved.

本発明の細胞培養装置は、上記の図1または図2に例示される装置構成を備える。本発明に備えられる支持手段は、培養器を水平面に対し上記の所定の傾斜角をなす傾斜姿勢で支持させる構造のものであれば特に限定されない。具体例としては、1本の棒状体からなる支持軸と、角度調節部材を介して該支持軸の端部に連結され、かつ支持軸に固定可能なプラットフォームからなる構成が挙げられる。その場合、支持軸とプラットフォームとを、該プラットフォーム上に載置される培養器の底部が水平面に対し所望の傾斜角をなす状態に角度調節部材により調節した後、プラットフォームを支持軸に固定する。   The cell culture device of the present invention has the device configuration illustrated in FIG. 1 or FIG. The supporting means provided in the present invention is not particularly limited as long as it has a structure in which the incubator is supported in an inclined posture having the predetermined inclination angle with respect to the horizontal plane. As a specific example, there is a configuration including a support shaft made of a single rod-like body and a platform connected to an end of the support shaft via an angle adjusting member and fixed to the support shaft. In this case, the support shaft and the platform are adjusted by the angle adjusting member so that the bottom of the incubator placed on the platform forms a desired inclination angle with respect to the horizontal plane, and then the platform is fixed to the support shaft.

本発明に備えられる駆動手段は、モーター等の駆動源の駆動力を支持手段に伝達可能な構造のものであれば特に限定されない。具体例としては、モーターのシャフトの先端にプレートを固定し、該プレートに培養器の支持手段を固定する構成が挙げられる。その場合、モーターのトルク出力がシャフトを介してプレートに伝達され、プレートが回転する。該プレートの回転運動が、支持軸等の支持手段に伝達されることにより支持軸を回動させることができる。なお支持軸においては、シャフト固定領域と異なる領域を、2本の支持軸で回動可能に軸支させることにより、支持軸の自転を抑制しながら本発明所定の培養器の公転運動を得ることができる。   The driving means provided in the present invention is not particularly limited as long as it has a structure capable of transmitting the driving force of a driving source such as a motor to the supporting means. As a specific example, there is a configuration in which a plate is fixed to the tip of a motor shaft, and a support means of an incubator is fixed to the plate. In that case, the torque output of the motor is transmitted to the plate via the shaft, and the plate rotates. The support shaft can be rotated by transmitting the rotational movement of the plate to support means such as a support shaft. In addition, in the support shaft, a region different from the shaft fixing region is pivotally supported by two support shafts so as to be able to obtain the revolution motion of the incubator according to the present invention while suppressing the rotation of the support shaft. Can do.

本発明にかかる培養器の公転軸は、鉛直または水平面に対し傾斜する。図1は、培養器を、鉛直な公転軸を公転軌道の中心として公転させる本発明の例である。図2は、培養器を水平面に対し傾斜させた公転軸を公転軌道の中心として公転させる本発明の例である。培養器を水平面に対し傾斜させた公転軸を中心として公転運動を行う培養器においては、該公転軸と水平面とがなす傾斜角が、75°以上90°未満が好ましい。   The revolution axis of the incubator according to the present invention is inclined with respect to the vertical or horizontal plane. FIG. 1 is an example of the present invention in which an incubator is revolved with a vertical revolution axis as the center of a revolution trajectory. FIG. 2 shows an example of the present invention in which the revolution axis in which the incubator is inclined with respect to the horizontal plane is revolved around the revolution trajectory. In an incubator that revolves around a revolution axis in which the incubator is inclined with respect to a horizontal plane, the inclination angle formed by the revolution axis and the horizontal plane is preferably 75 ° or more and less than 90 °.

本発明においては、フレキシブルジョイント等を用いて支持軸を駆動手段103に接続させることにより、培養器を自転可能に支持させてもよい。その場合、培養器を公転運動に加え自転運動させることにより、より均質に培養液を撹拌させることができる。   In the present invention, the incubator may be rotatably supported by connecting the support shaft to the driving means 103 using a flexible joint or the like. In that case, the culture solution can be stirred more uniformly by rotating the incubator in addition to the revolving motion.

培養器の水平面に対する傾斜姿勢は、鉛直な公転軸を中心として公転する培養器においては、培養器の底面と水平面とがなす傾斜角が、1〜30°となることが好ましい。上記の範囲内で設定された傾斜角は、培養器の公転運動中一定に保たれる。一方、傾斜させた公転軸を中心として公転する培養器においては、該傾斜角が、培養器の公転運動に伴い0°以上45°以下の範囲内で変化するように調整されることが好ましい。   Regarding the inclining posture of the incubator with respect to the horizontal plane, in the incubator that revolves around the vertical revolution axis, the inclination angle formed by the bottom surface of the incubator and the horizontal plane is preferably 1 to 30 °. The inclination angle set within the above range is kept constant during the revolution of the incubator. On the other hand, in an incubator that revolves around an inclined revolution axis, the inclination angle is preferably adjusted so as to change within a range of 0 ° or more and 45 ° or less with the revolution motion of the incubator.

本発明における培養器の公転半径は、0cm以上50cm以下が好ましい。培養器の公転半径の調節は、指示軸の支点と培養器までの距離を調節することにより行うことができる。培養器の公転速度は、培養液を培養器の公転運動に追従させることができる速度であればよく、0.1〜60rpmが好ましく、5〜20rpmがより好ましい。   The revolution radius of the incubator in the present invention is preferably 0 cm or more and 50 cm or less. The revolution radius of the incubator can be adjusted by adjusting the distance between the fulcrum of the indicator shaft and the incubator. The revolution speed of the incubator may be any speed that allows the culture solution to follow the revolution motion of the incubator, preferably 0.1 to 60 rpm, and more preferably 5 to 20 rpm.

本発明に用いられる培養器としては、ビニルバック、円筒器、シャーレ等が好ましく用いられる。培養器の内壁には、細胞の付着を抑制する成分を塗布してもよい。本発明は潅流培養に適用することができる。その場合、培養器に培養液の流入口と流出口とが設けられる。その場合、流出口にフィルタ等を取り付け、担体や細胞の流出を防止することが好ましい。   As the incubator used in the present invention, a vinyl bag, a cylindrical vessel, a petri dish or the like is preferably used. You may apply | coat the component which suppresses attachment of a cell to the inner wall of an incubator. The present invention can be applied to perfusion culture. In that case, the incubator is provided with an inlet and an outlet for the culture solution. In that case, it is preferable to attach a filter or the like to the outlet to prevent the carrier and cells from flowing out.

本発明は、培養器内で担体を用いることが好ましい。担体に細胞を付着させて分散培養することにより、未分化状態の細胞を大量培養することができる。担体の形状は、ディスク状、棒状、六角形以上の多角形状のものが好ましい。上記に例示する形状の担体は、担体表面に付着させた細胞が摩擦を受けにくく担体表面から剥離しにくい。また沈降速度が遅い形状を選択することで、担体を浮遊させやすくなる。そのような担体は、沈降し始めても他の担体に接触すると容易に再浮遊するため、浮遊培養に適する。上記の観点から、ディスク状の担体を用いることは特に好ましい。   In the present invention, it is preferable to use a carrier in an incubator. Undifferentiated cells can be cultured in a large amount by dispersing and culturing the cells on a carrier. The shape of the carrier is preferably a disc shape, a rod shape, or a polygonal shape of hexagon or more. In the carrier having the shape exemplified above, the cells attached to the surface of the carrier are less susceptible to friction and difficult to peel off from the surface of the carrier. Moreover, it becomes easy to float a support | carrier by selecting a shape with a slow sedimentation speed. Such a carrier is suitable for suspension culture because it easily resuspends when it comes into contact with other carriers even if it begins to settle. From the above viewpoint, it is particularly preferable to use a disk-shaped carrier.

担体のサイズは、最大外寸が0.1〜6mmのものが好ましく、2〜4mmのものがより好ましい。また、培養器の最小内寸の1/10以下のサイズの担体を選択することが好ましい。直径0.1mmのディスク状担体を用いる場合、ディスクの表裏あわせて直径が20μmの細胞にして50細胞分の面積を有する。そのようなディスク状担体に5細胞を付着させた場合、細胞の種類によっては細胞を10倍に増殖させることができる。   The maximum size of the carrier is preferably 0.1 to 6 mm, more preferably 2 to 4 mm. Further, it is preferable to select a carrier having a size of 1/10 or less of the minimum internal dimension of the incubator. When a disc-shaped carrier having a diameter of 0.1 mm is used, cells having a diameter of 20 μm are combined with the front and back of the disc to have an area of 50 cells. When 5 cells are attached to such a disk-shaped carrier, the cells can be grown 10 times depending on the type of cells.

担体の形状やサイズは、培養器の容積、培養する細胞の直径や、播種密度等に対応させて適宜選択される。担体の供給量は、10〜100個/cm3が好ましい。具体例として、培養液量3〜20mlに対する担体の供給量は、3〜100個が好ましく、6〜50個がより好ましい。 The shape and size of the carrier are appropriately selected according to the volume of the incubator, the diameter of cells to be cultured, the seeding density, and the like. The supply amount of the carrier is preferably 10 to 100 pieces / cm 3 . As a specific example, the supply amount of the carrier with respect to 3 to 20 ml of the culture solution is preferably 3 to 100, and more preferably 6 to 50.

担体の材料としては、動物細胞の培養、特に幹細胞、マウスES細胞やヒトES細胞の培養に使用する公知の材料を用いることができる。成形加工性の観点からは、ポリスチレン、ニトロセルロース、ナイロン、ポリウレタン等が好ましい。   As the material for the carrier, known materials used for culturing animal cells, in particular, stem cells, mouse ES cells and human ES cells can be used. From the viewpoint of moldability, polystyrene, nitrocellulose, nylon, polyurethane and the like are preferable.

幹細胞培養に際しては、担体に、幹細胞付着性物質をコートさせることも好ましい。幹細胞付着性物質の例としては、フィブロネクチン、コラーゲン等の細胞結合物質が好ましく、特にE-カドヘリン、マトリゲル、ラミニン等がより好ましく用いられる。本発明において、上記の幹細胞付着性物質は一種を用いてもよく、二種以上を混合させて用いてもよい。   In stem cell culture, it is also preferable to coat a carrier with a stem cell adhesion substance. As examples of the stem cell adhesion substance, cell binding substances such as fibronectin and collagen are preferable, and E-cadherin, matrigel, laminin and the like are more preferably used. In the present invention, the above stem cell adhesion substance may be used alone or in combination of two or more.

該幹細胞付着性物質は、常法にしたがって製造してもよく、市販品を用いてもよい。担体表面に接触した幹細胞は、幹細胞表面に発現する所定の基底膜成分と、担体表面にコートさせた幹細胞付着性物質とが互いの親和性により強固に結合するため、担体表面に十分に接着させることができる。   The stem cell adhesion substance may be produced according to a conventional method, or a commercially available product may be used. Stem cells that are in contact with the surface of the carrier are sufficiently adhered to the surface of the carrier because a predetermined basement membrane component expressed on the surface of the stem cell and the stem cell adhesion substance coated on the surface of the carrier are strongly bonded to each other due to their affinity. be able to.

E-カドヘリンは、未分化のマウスES細胞で発現するタンパク質の一種で、多能性幹細胞の付着性にかかわる物質として知られている。マトリゲルは、マウスEHS肉腫から抽出、生成される基底膜成分である。マトリゲルにはIV型コラーゲン、ラミニン、ヘパラン硫酸プロテオグリカン、エンタクテン等が含有される。ラミニンは、基底膜を構成する主要タンパク質の一つであり、細胞の接着、遊走、増殖に関与すると考えられている。好ましくは、ラミニン、ヒトラミニン、ヒトラミニンα5β1γ1、ヒトラミニンα3β3γ2が用いられる。   E-cadherin is a kind of protein expressed in undifferentiated mouse ES cells, and is known as a substance involved in the adhesion of pluripotent stem cells. Matrigel is a basement membrane component extracted and generated from mouse EHS sarcoma. Matrigel contains type IV collagen, laminin, heparan sulfate proteoglycan, entactene and the like. Laminin is one of the major proteins that make up the basement membrane, and is thought to be involved in cell adhesion, migration, and proliferation. Preferably, laminin, human laminin, human laminin α5β1γ1, human laminin α3β3γ2 are used.

幹細胞付着性物質のコート量は、付着性向上の観点から、担体に対しコートさせ得る最
大量とすることが好ましい。担体基材表面に対する幹細胞付着性物質のコート量は、0.6〜1.1μg/cm2が好ましく、0.8〜1.1μg/cm2がより好ましい。
The coating amount of the stem cell adhesion substance is preferably the maximum amount that can be coated on the carrier from the viewpoint of improving adhesion. Coating amount of stem cells adherent material to the support substrate surface, preferably 0.6~1.1μg / cm 2, 0.8~1.1μg / cm 2 is more preferable.

幹細胞付着性物質を担体表面にコートさせる方法は特に限定されない。一例としては、幹細胞付着性物質を蒸留水またはPhosphate Buffered Salin(PBS)で10μg/mlに調製後、ろ過、滅菌した溶液に担体基材を接触させ、室温35〜37℃で30〜60分間静置させる方法を挙げることができる。   The method for coating the surface of the carrier with the stem cell adhesion substance is not particularly limited. As an example, after preparing the stem cell adhesion substance to 10 μg / ml with distilled water or Phosphate Buffered Salin (PBS), the carrier substrate is brought into contact with the filtered and sterilized solution, and left at room temperature 35 to 37 ° C. for 30 to 60 minutes. Can be mentioned.

担体に上記の幹細胞付着性物質を接触させることにより、担体に対し、幹細胞付着性物質を吸着させたり、共有結合させたりすることにより、幹細胞付着性物質が担体に定着させることができる。幹細胞付着性物質を担体基材に接触させる前に、幹細胞付着性物質に予め抗原性分子を結合させておくと共に、担体基材表面に該抗原性分子と特異的に結合する抗体分子を付加させておくことも好ましい。これにより幹細胞付着性物質中の抗原と担体基材表面の抗体とが特異的に結合し、担体表面に幹細胞付着性物質を良好に定着させることができる。   By bringing the stem cell adhesion substance into contact with the carrier, the stem cell adhesion substance can be adsorbed or covalently bonded to the carrier, thereby fixing the stem cell adhesion substance to the carrier. Before bringing the stem cell adhesion substance into contact with the carrier substrate, an antigenic molecule is previously bound to the stem cell adhesion substance, and an antibody molecule that specifically binds to the antigenic molecule is added to the surface of the carrier substrate. It is also preferable to keep it. As a result, the antigen in the stem cell adhesion substance specifically binds to the antibody on the surface of the carrier base material, and the stem cell adhesion substance can be well fixed on the carrier surface.

本発明に用いられる担体は、その表面に高低を形成させてもよい。高部と低部とで構成される平坦でない表面を有する担体を用いることにより、細胞を担体表面にフィットさせやすく、担体表面に形成される高部は、細胞を支持する足場として機能する。そのため、該担体は、細胞の剥離を抑制することができる。また、該担体は表面積を大きくできるため、表面に多量の幹細胞付着性物質を保持させやすい。これにより、良好な幹細胞付着性を有する。   The carrier used in the present invention may be formed with a height on its surface. By using a carrier having an uneven surface composed of a high part and a low part, the cells can be easily fitted to the carrier surface, and the high part formed on the carrier surface functions as a scaffold for supporting the cells. Therefore, the carrier can suppress cell detachment. In addition, since the surface area of the carrier can be increased, a large amount of stem cell adhesion substance can be easily held on the surface. Thereby, it has favorable stem cell adhesiveness.

上記の表面粗さを有する担体における低部存在数は、担体表面積1000000μm2あたりおよそ400〜3000000個である。担体表面積1000000μm2あたり1000000〜3000000個が好ましく、1300000〜1700000個がより好ましく、1500000個がさらに好ましい。他の好ましい低部存在数は、担体表面積1000000μm2あたり400〜14000個であり、より好ましくは4000〜7000個である。 The number of low portions in the carrier having the above surface roughness is about 400 to 3000000 per 1 million μm 2 of the carrier surface area. The number is preferably 1000000 to 3000000, more preferably 1300,000 to 1700,000 and even more preferably 150,000 per 1000000 μm 2 of the carrier surface area. The other preferable low part existence number is 400 to 14000 per carrier surface area of 1000000 μm 2 , more preferably 4000 to 7000.

上記の表面粗さを備える担体において、となり合う高部の頂点と低部の最低点との距離を高低差とすると、高低差の平均値は0.5μmより大きいことが好ましい。となり合う高部と高部との頂点間距離は、細胞の直径の1〜5%程度が好ましい。これにより細胞の足場が確保され、担体表面で培養細胞を支持しやすくなる。   In the carrier having the above surface roughness, if the distance between the apex of the adjacent high part and the lowest point of the low part is the height difference, the average value of the height difference is preferably larger than 0.5 μm. The distance between apexes between adjacent high parts is preferably about 1 to 5% of the cell diameter. As a result, a scaffold for the cells is secured, and the cultured cells are easily supported on the surface of the carrier.

上記の低部存在数、頂点間距離、高低差は、培養される細胞の直径や柔軟性、移動速度等により適宜決定される。細胞は担体表面上を移動して増殖する。その速度はその担体表面性状により異なる。細胞の移動速度が速い場合、細胞は急速に伸張、収縮する。急速に収縮して球形に近い形状になった細胞は、担体との接触面積が減少する。したがって好ましい付着性を得難くなる。上記に推察される低付着性を補完する観点から、移動速度が速い細胞を培養する場合は、細胞の伸張時に足場となる高部を提供しうる担体を用いることが好ましいと考えられる。すなわち移動速度が速い細胞を培養する場合、本発明所定の範囲内で比較的高部の存在数が多い担体を用いることが好ましい。   The number of low parts, the distance between vertices, and the height difference are appropriately determined depending on the diameter and flexibility of cells to be cultured, the moving speed, and the like. Cells migrate on the carrier surface and grow. The speed depends on the surface properties of the carrier. When the moving speed of the cell is high, the cell rapidly expands and contracts. Cells that rapidly shrink to a nearly spherical shape have a reduced contact area with the carrier. Therefore, it becomes difficult to obtain preferable adhesion. From the viewpoint of complementing the low adhesiveness presumed above, it is considered preferable to use a carrier that can provide a high part that serves as a scaffold when cells with high migration speed are cultured. That is, when culturing cells having a high moving speed, it is preferable to use a carrier having a relatively large number of high parts within the predetermined range of the present invention.

マウス多能性幹細胞の培養に用いられる担体の場合、好ましい頂点間距離は、0.1〜2.7μmであり、より好ましくは、0.5〜2.0μmである。担体表面の平均高低差は、0.5〜2.7μmが好ましく、0.5〜2.0μmがより好ましい。   In the case of a carrier used for culturing mouse pluripotent stem cells, a preferable distance between vertices is 0.1 to 2.7 μm, and more preferably 0.5 to 2.0 μm. The average height difference on the surface of the carrier is preferably 0.5 to 2.7 μm, more preferably 0.5 to 2.0 μm.

付着性が高い幹細胞の培養において、コロニー形成を防止するためには、幹細胞のサイズに対し適切な表面粗さを備える担体を用いることが好ましい。これにより、底部に多数の幹細胞が入り込むことを回避し、コロニー形成を防止することができる。その結果、未分化の幹細胞を大量培養することができる。   In order to prevent colony formation in culturing highly adherent stem cells, it is preferable to use a carrier having a surface roughness appropriate for the size of the stem cells. Thereby, it can avoid that many stem cells enter a bottom part, and can prevent colony formation. As a result, undifferentiated stem cells can be cultured in large quantities.

上記の担体表面においては細胞を分散状態で付着させることができる。本発明において分散状態とは、担体表面に幹細胞を単一細胞として個々に付着させた状態を意味し、さらに各幹細胞が明確なコロニーを形成しない程度に互いの接触領域が少ない状態で付着させることを包含する。したがって本発明により培養される幹細胞は細胞塊になりにくく未分化状態を維持しやすい。   Cells can be attached in a dispersed state on the surface of the carrier. In the present invention, the dispersed state means a state in which stem cells are individually attached as single cells to the surface of the carrier, and further, the stem cells are attached in a state where there is little contact area so that each stem cell does not form a clear colony. Is included. Therefore, the stem cells cultured according to the present invention are unlikely to become a cell mass and easily maintain an undifferentiated state.

担体表面に上記の高低を形成する方法としては、担体にガラス板を圧接させる方法や、射出成型法が挙げられる。上記の圧接による製造方法を行う場合、圧接材は、選択される担体の硬度に対応して適宜選択される。好ましい圧接材としては、ガラス、ステンレス、鉄等の金属、セラミックが挙げられる。   Examples of a method for forming the height on the surface of the carrier include a method in which a glass plate is pressed against the carrier and an injection molding method. When performing the manufacturing method by the above-mentioned pressure welding, the pressure welding material is appropriately selected according to the hardness of the selected carrier. Preferable pressure contact materials include metals such as glass, stainless steel and iron, and ceramics.

被培養細胞を浸漬させる培養液としては、従来公知の培養液を用いることができる。従来公知の培養液の例としては、Dulbecco's Modified Eagle's Medium(DMEM)、Grasgow Minimum Essential Medium(GMEM)、RPMI640等を挙げることができる。   A conventionally known culture solution can be used as the culture solution in which the cells to be cultured are immersed. Examples of conventionally known culture solutions include Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM), Grass Minimum Essential Medium (GMEM), RPMI640, and the like.

上記に例示した培養液にL-グルタミン、インスリン、トランスフェリン、エタノールアミン、セレニウム、2-メルカプトエタノール、L-アラニル-L-グルタミン、ピルビン酸ナトリウム、L-アラニン、L-アスパラギン、L-アスパラチン酸、グリシン、L-プロリン、L-セリン等公知の成分を添加することができる。培養液には、ウシ胎児血清(FBS)等添加できるが、無血清培養してもよい。   L-glutamine, insulin, transferrin, ethanolamine, selenium, 2-mercaptoethanol, L-alanyl-L-glutamine, sodium pyruvate, L-alanine, L-asparagine, L-aspartic acid Known components such as glycine, L-proline, and L-serine can be added. Although fetal bovine serum (FBS) can be added to the culture solution, serum-free culture may be performed.

上記の培養液に、分化抑制剤として白血病抑制因子(LIF)を添加してもよい。ヒト多能性幹細胞を培養する場合には、フィーダー細胞を用いない公知の方法を適用することができる。これにより共培養法の影響を回避してヒト多能性幹細胞を適用することができる。   A leukemia inhibitory factor (LIF) may be added to the culture medium as a differentiation inhibitor. When culturing human pluripotent stem cells, a known method that does not use feeder cells can be applied. Thereby, the influence of a co-culture method can be avoided and a human pluripotent stem cell can be applied.

本発明所定の細胞培養装置を用いて被培養細胞を浮遊培養する場合、培養液が培養器の公転に追従させて培養液の層流を形成させることができる。これにより培養液のせん断力が抑制される。そのため細胞培養効率を向上させることができる。   In the case of subjecting cells to be cultured in suspension using the predetermined cell culture apparatus of the present invention, the culture solution can follow the revolution of the incubator to form a laminar flow of the culture solution. Thereby, the shear force of a culture solution is suppressed. Therefore, cell culture efficiency can be improved.

[実施例1]
図1に図示される基本構造を備える本発明の細胞培養装置を、表1に記載の状態になるように調節した。容積15mlの培養器に培養液として15%FBS、非必須アミノ酸、ピルビン酸、グルタミン酸、0.1mMメルカプトエタノール、及びLIFを添加したGMEMを満たしたのち、厚み0.02mm、直径0.4cmのポリスチレン製ディスク型担体を300個供給した。該担体は予めE-カドヘリンをコートさせた。さらに直径20μmのマウス幹細胞を播種密度1×105細胞/mlで播種した。上記培養器を、表1に記載する公転速度で公転させながら、温度条件36〜38℃、5%CO2で培養を開始した。
[Example 1]
The cell culture device of the present invention having the basic structure shown in FIG. 1 was adjusted so as to be in the state shown in Table 1. A 15 ml FBS, 15% FBS, non-essential amino acids, pyruvic acid, glutamic acid, 0.1 mM mercaptoethanol, and GIF with addition of LIF are filled as a culture medium. 300 carriers were supplied. The carrier was previously coated with E-cadherin. Furthermore, mouse stem cells having a diameter of 20 μm were seeded at a seeding density of 1 × 10 5 cells / ml. While the above incubator was revolved at the revolution speed described in Table 1, culture was started at a temperature condition of 36 to 38 ° C. and 5% CO 2 .

常法に従って培地交換を行いながら培養を続け、72時間後、培養器の公転運動を停止した。培養液の流動が収まり、担体が自然に沈降した。全ての担体を完全に沈降させた後、該担体を培養器から取り出し細胞を回収した。細胞の回収は、担体にAccutaseを添加して37℃で約10分間インキュベートした後、培養液に懸濁させて単一細胞とすることにより行った。   The culture was continued while exchanging the medium according to a conventional method, and after 72 hours, the revolving motion of the incubator was stopped. The flow of the culture broke down and the carrier settled naturally. After all the carrier was completely settled, the carrier was removed from the incubator and the cells were collected. Cells were collected by adding Accutase to a carrier and incubating at 37 ° C. for about 10 minutes, and then suspending in a culture solution to form single cells.

[実施例2]
図2に図示される基本構造を備える本発明の細胞培養装置を表1に記載の状態になるように調節した。容積15mlの培養器に培養液として15%FBS、非必須アミノ酸、ピルビン酸、グルタミン酸、0.1mMメルカプトエタノール、及びLIFを添加したGMEMを満たしたのち、厚み0.02mm、直径0.4cmのポリスチレン製ディスク型担体を300個供給した。該担体は予めE-カドヘリンをコートさせた。さらに直径20μmのマウス幹細胞を播種密度1×105細胞/mlで播種した。上記培養器を、表1に記載する公転速度で公転させながら、マウス幹細胞の培養を温度条件35〜37℃、2〜5%CO2で培養を開始した。
[Example 2]
The cell culture device of the present invention having the basic structure shown in FIG. 2 was adjusted to the state shown in Table 1. A 15 ml FBS, 15% FBS, non-essential amino acids, pyruvic acid, glutamic acid, 0.1 mM mercaptoethanol, and GIF with addition of LIF are filled as a culture medium. 300 carriers were supplied. The carrier was previously coated with E-cadherin. Furthermore, mouse stem cells having a diameter of 20 μm were seeded at a seeding density of 1 × 10 5 cells / ml. While the above incubator was revolving at the revolving speed shown in Table 1, culturing of mouse stem cells was started under temperature conditions of 35 to 37 ° C. and 2 to 5% CO 2 .

常法に従って培地交換操作を行いながら培養を続け、72時間後、培養器の公転を停止した。培養液の流動が収まり、担体が自然に沈降した。全ての担体を完全に沈降させた後、該担体を培養器から取り出し細胞を回収した。細胞の回収は、実施例1と同様にして行った。   The culture was continued while changing the medium according to a conventional method, and after 72 hours, the revolution of the incubator was stopped. The flow of the culture broke down and the carrier settled naturally. After all the carrier was completely settled, the carrier was removed from the incubator and the cells were collected. Cells were collected in the same manner as in Example 1.

[比較例]
WAVEバイオリアクターを用いて、マウス幹細胞の培養を温度条件35〜37℃、2〜5%CO2で行った。用いた培養器の容積は、200ml、マウス幹細胞の播種密度は、1×105細胞/mlであった。搖動角は5°、搖動速度は30rpmであった。常法に従って培地交換を行いながら培養を続け、72時間後、培養器の搖動を停止した。培養液の流動が収まり、担体が自然に沈降した。全ての担体を完全に沈降させた後、該担体を培養器から取り出し細胞を回収した。細胞の回収は、実施例1と同様にして行った。
[Comparative example]
Using a WAVE bioreactor, mouse stem cells were cultured under temperature conditions of 35 to 37 ° C. and 2 to 5% CO 2 . The volume of the incubator used was 200 ml, and the seeding density of mouse stem cells was 1 × 10 5 cells / ml. The peristaltic angle was 5 ° and the peristaltic speed was 30 rpm. The culture was continued while exchanging the medium according to a conventional method. After 72 hours, the incubator was stopped. The flow of the culture broke down and the carrier settled naturally. After all the carrier was completely settled, the carrier was removed from the incubator and the cells were collected. Cells were collected in the same manner as in Example 1.

[細胞数の測定方法および細胞密度の算出方法]
実施例1、実施例2および比較例1で培養した後Accutaseで分散させた細胞を回収し、培養器内にいれて沈降させた。培養器底面に沈降させた細胞を異なる視野から3枚写真撮影し、細胞数の平均値を計数した。総細胞数は、総細胞数=細胞数平均値×培養器底面積/視野面積として算出した。得られた総細胞数を培養器の容積で除して細胞密度を算出した。実施例1、実施例2および比較例で得られた細胞密度を表1に記載する。
[Method for measuring cell number and calculating cell density]
Cells cultured in Example 1, Example 2 and Comparative Example 1 and then dispersed with Accutase were collected, placed in an incubator, and allowed to settle. Three photographs of cells settled on the bottom of the incubator were taken from different fields of view, and the average number of cells was counted. The total number of cells was calculated as total cell number = average cell number × incubator bottom area / viewing area. The total cell number obtained was divided by the volume of the incubator to calculate the cell density. Table 1 shows the cell densities obtained in Example 1, Example 2, and Comparative Example.

100 細胞培養装置
101 筐体
102 駆動源
103 駆動手段
104 支持軸
105 開口部
106 培養器
106a 培養器の底面
107 プラットフォーム
108 培養液
200 水平面(細胞培養装置の載置面)
300、301 公転軸
A1、A2 培養器の公転軌道
r1、r2 培養器の公転半径
θ1 培養器の傾斜角
θ2 公転軸の傾斜角
X 鉛直方向
100 cell culture equipment
101 housing
102 Drive source
103 Drive means
104 Support shaft
105 opening
106 Incubator
106a Bottom of the incubator
107 platform
108 medium
200 Horizontal plane (Cell culture device mounting surface)
300, 301 Revolving axis
Revolution trajectory of A1, A2 incubator
r1, r2 Revolution radius of incubator θ1 Inclination angle of incubator θ2 Inclination angle of revolution axis X Vertical direction

Claims (4)

培養器内で被培養細胞を培養液に浸漬させて、細胞培養させる細胞培養方法であって、前記培養器を水平面に対して傾斜させた状態で、公転軸を中心として公転させることを特徴とする細胞培養方法。   A cell culture method for culturing cells by immersing cells to be cultured in a culture medium in an incubator, characterized in that the incubator is revolved around a revolution axis in a state inclined with respect to a horizontal plane. Cell culture method. 前記培養器の底面と水平面とがなす傾斜角と、培養器の公転半径と、培養器の公転速度との少なくとも一つ以上を、培養器内の培養液を培養器の公転運動に追従させる範囲内で変化させ、前記培養液に層流を形成させることを特徴とする請求項1に記載の細胞培養方法。   Range in which at least one of the inclination angle formed by the bottom surface of the incubator and the horizontal plane, the revolution radius of the incubator, and the revolution speed of the incubator follows the revolving motion of the incubator. The cell culture method according to claim 1, wherein a laminar flow is formed in the culture solution. 培養器の公転軸を水平面に対して傾斜させた状態で培養器を公転させることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の細胞培養方法。   The cell culture method according to claim 1 or 2, wherein the incubator is revolved in a state where the revolution axis of the incubator is inclined with respect to a horizontal plane. 被培養細胞を浸漬させる培養液を有する培養器と、前記培養器を水平面に対して傾斜姿勢で支持させる支持手段と、前記支持手段に支持させた前記培養器を公転させる駆動手段とを備え、前記培養器を、鉛直な公転軸、又は水平面に対し傾斜させた公転軸を公転軌道の中心として公転させることを特徴とする細胞培養装置。   An incubator having a culture solution for immersing the cells to be cultured; a supporting means for supporting the incubator in an inclined posture with respect to a horizontal plane; and a driving means for revolving the incubator supported by the supporting means, A cell culture apparatus characterized in that the incubator is revolved with a vertical revolution axis or a revolution axis inclined with respect to a horizontal plane as a center of a revolution trajectory.
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