JP2016077229A - Fiber-like substrate, 3-dimensional cell structure and production method for the same, as well as culture method for 3-dimensional cell structure - Google Patents

Fiber-like substrate, 3-dimensional cell structure and production method for the same, as well as culture method for 3-dimensional cell structure Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a 3-dimensional cell structure capable of supplying a culture broth to every corner of a tissue, and the production method for the same, as well as a culture method for the 3-dimensional cell structure.SOLUTION: There is provided a 3-dimensional cell structure comprising a fiber-like substrate and a cell layer coating a surface of the substrate. The substrate is a core-shell type fiber-like substrate having a first dissociative hydrogel for forming a core part and a second dissociative hydrogel for forming a shell part. There is also provided a production method for the 3-dimensional cell structure, comprising a step of coating a cell on the core-shell type fiber-like substrate. There is further provided a culture method for the 3-dimensional cell structure, comprising the steps of: coating a cell on the core-shell type fiber-like substrate including the first dissociative hydrogel for forming the core part and the second dissociative hydrogel for forming the shell part; removing the first dissociative hydrogel and hollowing the inside of the substrate; and supplying a culture medium into the inside of the substrate.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、3次元細胞構造体及びその製造方法並びに3次元細胞構造体の培養方法に関する。   The present invention relates to a three-dimensional cell structure, a method for producing the same, and a method for culturing the three-dimensional cell structure.

細胞培養に汎用されているプラスチック製の細胞培養ディッシュでは、培養細胞がディッシュ表面に張り付くように2次元的に伸展しながら増殖した培養物が得られる。このような培養物は個々の細胞の機能解明や増殖過程の解明などの研究目的には合致しているものの、生体内で細胞が3次元構造体である組織を形成して増殖・維持されている環境とはかけ離れていることから、より生体内環境に近い状態で細胞培養を可能にする技術が求められている。   In a plastic cell culture dish that is widely used for cell culture, a culture in which the cultured cells proliferate while extending in two dimensions so as to stick to the dish surface is obtained. Although these cultures are suitable for research purposes such as elucidating the functions of individual cells and elucidating the growth process, the cells are grown and maintained in a living body by forming a tissue that is a three-dimensional structure. Therefore, there is a need for a technique that enables cell culture in a state closer to the in vivo environment.

また、近年、iPS細胞等の幹細胞から所望の組織を形成する方法の開発が進められており、幹細胞から分化させた細胞を用いて所望の3次元組織を構築するためにも3次元細胞構造体を作製する培養技術は有用である。   In recent years, methods for forming a desired tissue from stem cells such as iPS cells have been developed, and a three-dimensional cell structure is also used to construct a desired three-dimensional tissue using cells differentiated from stem cells. The culture technique for producing the is useful.

このような背景のもと、例えば特許文献1には、3次元ネットワークを形成する毛細血管様組織の形成方法、及び当該毛細血管様組織を備えたスフェロイドからなる血管・スフェロイド融合体が記載されている。   Under such a background, for example, Patent Document 1 describes a method for forming a capillary-like tissue that forms a three-dimensional network, and a blood vessel / spheroid fusion comprising a spheroid having the capillary-like tissue. Yes.

また、特許文献2には、スキャフォルドを用いず、成体の心臓を構成する心筋組織以外の部分に由来する筋芽細胞からなる心臓疾患に適用するためのシート状3次元構造体が記載されている。   Patent Document 2 describes a sheet-like three-dimensional structure that is applied to a heart disease composed of myoblasts derived from a portion other than the myocardial tissue constituting an adult heart without using a scaffold. Yes.

特開2009−213716号公報JP 2009-213716 A 特開2010−29680号公報JP 2010-29680 A

しかしながら、従来の方法では、作製した組織の厚みが増すにつれて培養液を組織の隅々にまで供給することが困難になり、組織の中央部で細胞が壊死してしまう場合があった。   However, in the conventional method, as the thickness of the prepared tissue increases, it becomes difficult to supply the culture solution to every corner of the tissue, and the cell may be necrotized at the center of the tissue.

そこで、本発明は、培養液を組織の隅々にまで供給することが可能な3次元細胞構造体を提供することを目的とする。本発明はまた、上記の3次元細胞構造体の製造方法及び培養方法を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the three-dimensional cell structure which can supply a culture solution to every corner of a structure | tissue. Another object of the present invention is to provide a method for producing and culturing the above three-dimensional cell structure.

本発明は以下の通りである。
(1)ファイバ状基材と、前記基材の表面に被覆された細胞層と、を備え、前記基材が、コア部を形成する第1の解離性ハイドロゲルと、シェル部を形成する第2の解離性ハイドロゲルと、を有するコアシェル型のファイバ状基材である、3次元細胞構造体。
(2)前記第1及び第2の解離性ハイドロゲルが、異なる解離条件下で解離するものである、(1)に記載の3次元細胞構造体。
(3)前記第1及び第2の解離性ハイドロゲルが、金属イオンの存在下でゲル化するハイドロゲル、酵素溶解性ハイドロゲル、温度応答性ハイドロゲル、pH応答性ハイドロゲル、光応答性ハイドロゲル及び磁場応答性ハイドロゲルからなる群より選択される、(2)に記載の3次元細胞構造体。
(4)前記細胞層が、積層された複数種類の細胞層を備える、(1)〜(3)のいずれかに記載の3次元細胞構造体。
(5)ファイバ状基材と、前記基材の表面に被覆された細胞層と、を備え、前記基材の内部が中空である、3次元細胞構造体。
(6)前記細胞層が、積層された複数種類の細胞層を備える、(5)に記載の3次元細胞構造体。
(7)コア部を形成する第1の解離性ハイドロゲルと、シェル部を形成する第2の解離性ハイドロゲルと、を有するコアシェル型のファイバ状基材上に細胞を被覆する工程を備える、3次元細胞構造体の製造方法。
(8)前記第1の解離性ハイドロゲルを除去し、前記基材の内部を中空にする工程を更に備える、(7)に記載の製造方法。
(9)前記第2の解離性ハイドロゲルを除去する工程を更に備える、(8)に記載の製造方法。
(10)前記細胞を被覆する工程が、前記基材上にファイバ状の細胞塊を巻きつけることにより行われる、(7)〜(9)のいずれかに記載の製造方法。
(11)コア部を形成する第1の解離性ハイドロゲルと、シェル部を形成する第2の解離性ハイドロゲルと、を有するコアシェル型のファイバ状基材上に細胞を被覆する工程と、前記第1の解離性ハイドロゲルを除去し、前記基材の内部を中空にする工程と、前記基材の内部に培地を供給する工程と、を備える、3次元細胞構造体の培養方法。
The present invention is as follows.
(1) A fiber-shaped base material and a cell layer coated on the surface of the base material, wherein the base material forms a first dissociable hydrogel that forms a core part, and a shell part. A three-dimensional cell structure, which is a core-shell fiber-like substrate having 2 dissociable hydrogels.
(2) The three-dimensional cell structure according to (1), wherein the first and second dissociative hydrogels are dissociated under different dissociation conditions.
(3) The first and second dissociative hydrogels are gelled in the presence of metal ions, enzyme-soluble hydrogels, temperature-responsive hydrogels, pH-responsive hydrogels, and photo-responsive hydrogels. The three-dimensional cell structure according to (2), which is selected from the group consisting of a gel and a magnetic field responsive hydrogel.
(4) The three-dimensional cell structure according to any one of (1) to (3), wherein the cell layer includes a plurality of types of stacked cell layers.
(5) A three-dimensional cell structure comprising a fibrous base material and a cell layer coated on the surface of the base material, wherein the base material is hollow.
(6) The three-dimensional cell structure according to (5), wherein the cell layer includes a plurality of stacked cell layers.
(7) A step of coating cells on a core-shell type fibrous substrate having a first dissociative hydrogel that forms a core part and a second dissociative hydrogel that forms a shell part, A method for producing a three-dimensional cell structure.
(8) The manufacturing method according to (7), further comprising a step of removing the first dissociative hydrogel and making the inside of the base material hollow.
(9) The production method according to (8), further comprising a step of removing the second dissociative hydrogel.
(10) The production method according to any one of (7) to (9), wherein the step of coating the cells is performed by winding a fiber-shaped cell mass on the base material.
(11) A step of coating cells on a core-shell type fiber-shaped substrate having a first dissociable hydrogel that forms a core part and a second dissociative hydrogel that forms a shell part, A method for culturing a three-dimensional cell structure, comprising: removing the first dissociative hydrogel to make the inside of the base material hollow; and supplying a medium to the inside of the base material.

本発明によれば、培養液を組織の隅々にまで供給することが可能な3次元細胞構造体を提供することができる。また、上記の3次元細胞構造体の製造方法及び培養方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the three-dimensional cell structure which can supply a culture solution to every corner of a structure | tissue can be provided. Moreover, the manufacturing method and culture | cultivation method of said three-dimensional cell structure can be provided.

細胞ファイバ300の製造過程の1実施形態を説明する模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram for explaining an embodiment of a manufacturing process of a cell fiber 300. コアシェル型のファイバ状基材400の製造過程の1実施形態を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining one Embodiment of the manufacturing process of the core-shell type fiber-like base material 400. FIG. (a)、(b)は、細胞ファイバを巻きつけた直後の3次元細胞構造体の顕微鏡写真である。(c)は、細胞ファイバを巻きつけた後2日間培養後の3次元細胞構造体の顕微鏡写真である。(A), (b) is the microscope picture of the three-dimensional cell structure immediately after winding a cell fiber. (C) is a photomicrograph of the three-dimensional cell structure after culturing for 2 days after winding the cell fiber. (a)は、第1の細胞を被覆した3次元細胞構造体に、更に第2の細胞を被覆する過程を示す写真である。(b)は、3次元細胞構造体のクリオスタット切片を観察した結果を示す蛍光顕微鏡写真である。(A) is a photograph showing a process of coating a second cell on a three-dimensional cell structure coated with a first cell. (B) is a fluorescence micrograph showing the result of observing a cryostat section of a three-dimensional cell structure. (a)は、ファイバ状基材のコア部がゾル化する前の状態を示す写真である。図5(b)は、ファイバ状基材のコア部分に青色のインクが流れる状態を示す写真である。(A) is a photograph which shows the state before the core part of a fiber-like base material is sol-ized. FIG. 5B is a photograph showing a state in which blue ink flows through the core portion of the fiber-shaped substrate.

[3次元細胞構造体]
1実施形態において、本発明は、ファイバ状基材と、前記基材の表面に被覆された細胞層と、を備え、前記基材が、コア部を形成する第1の解離性ハイドロゲルと、シェル部を形成する第2の解離性ハイドロゲルと、を有するコアシェル型のファイバ状基材である、3次元細胞構造体を提供する。
[Three-dimensional cell structure]
In one embodiment, the present invention comprises a fibrous base material, and a cell layer coated on the surface of the base material, wherein the base material forms a first dissociating hydrogel, Provided is a three-dimensional cell structure, which is a core-shell fiber-like substrate having a second dissociable hydrogel that forms a shell portion.

血管が存在しない状態で維持することができる3次元細胞構造体の細胞層の厚さは、最大で200μm程度であるといわれている。そこで、3次元細胞構造体の細胞層が厚くなるほど、3次元細胞構造体の形成後早い段階で培養液の供給を開始して、細胞に栄養分や酸素等を供給する必要がある。培養液の供給方法として、例えば、基材の表面に細胞層を被覆した後に、基材を除去することにより形成された中空部分を通じて培養液を供給することが考えられる。しかしながら、基材がコアシェル型の基材でない場合には、基材の表面に被覆された細胞を一定時間以上培養し、細胞同士が密着して結合するまで、基材を除去することができない。さもないと、3次元細胞構造体の3次元構造が壊れてしまう。   It is said that the thickness of the cell layer of the three-dimensional cell structure that can be maintained in the absence of blood vessels is about 200 μm at the maximum. Therefore, as the cell layer of the three-dimensional cell structure becomes thicker, it is necessary to start supplying the culture solution at an early stage after the formation of the three-dimensional cell structure to supply nutrients, oxygen, and the like to the cells. As a method for supplying the culture solution, for example, it is conceivable to supply the culture solution through a hollow portion formed by removing the substrate after coating the cell layer on the surface of the substrate. However, when the base material is not a core-shell type base material, the base material cannot be removed until the cells coated on the surface of the base material are cultured for a certain time or more and the cells are in close contact with each other. Otherwise, the three-dimensional structure of the three-dimensional cell structure will be broken.

これに対し、本実施形態の3次元細胞構造体によれば、第1の解離性ハイドロゲルを除去することにより、ファイバ状基材の内部を中空にすることができる。そして、この中空部分に培養液を送液することにより、培養液を組織の隅々にまで供給することができる。また、中空部分への培養液の供給は、細胞同士が密着して結合するのを待たずに開始しても、ファイバ状基材のシェル部分が機械的強度を維持することができるため、3次元細胞構造体の3次元構造が破壊されることがない。   On the other hand, according to the three-dimensional cell structure of this embodiment, the inside of the fibrous substrate can be made hollow by removing the first dissociative hydrogel. And a culture solution can be supplied to every corner of a structure | tissue by sending a culture solution to this hollow part. Moreover, even if the supply of the culture solution to the hollow portion is started without waiting for the cells to be closely bonded to each other, the shell portion of the fiber-like substrate can maintain the mechanical strength. The three-dimensional structure of the three-dimensional cell structure is not destroyed.

このため、本実施形態の3次元細胞構造体によれば、3次元細胞構造体の形成後早い段階で培養液の供給を開始することができる。そこで、組織の中央部で細胞を壊死させることなく、細胞層の厚みの大きな3次元細胞構造体を提供することができる。つまり、本実施形態の3次元細胞構造体により、容易に高細胞密度の組織を得ることができる。   For this reason, according to the three-dimensional cell structure of this embodiment, the supply of the culture solution can be started at an early stage after the formation of the three-dimensional cell structure. Thus, a three-dimensional cell structure having a large cell layer thickness can be provided without necrotizing cells at the center of the tissue. That is, a tissue having a high cell density can be easily obtained by the three-dimensional cell structure of the present embodiment.

細胞層の厚みの大きな3次元細胞構造体を形成する方法として、予め内部が中空であるファイバ状基材の表面上に細胞層を被覆することも考えられる。しかしながら、発明者らは、このようなファイバ状基材は、十分な機械的強度を有しておらず、細胞層を被覆する段階で基材がつぶれたり、基材が壊れてしまう傾向にあることを見出した。   As a method of forming a three-dimensional cell structure having a large cell layer thickness, it is also conceivable to previously coat the cell layer on the surface of a fiber-like substrate having a hollow interior. However, the inventors do not have sufficient mechanical strength, and the substrate tends to be crushed or broken at the stage of coating the cell layer. I found out.

また、中空糸膜を基材に使用して、その表面に細胞層を被覆することも考えられる。中空糸膜は十分な機械的強度を有しているが、3次元細胞構造体を形成した後に、中空糸膜を除去することができない。このため、3次元細胞構造体の適用が制限されてしまう場合がある。   It is also conceivable to use a hollow fiber membrane as a base material and coat the cell layer on the surface. Although the hollow fiber membrane has sufficient mechanical strength, the hollow fiber membrane cannot be removed after the three-dimensional cell structure is formed. For this reason, application of a three-dimensional cell structure may be limited.

これに対し、本実施形態の3次元細胞構造体は、細胞層を被覆するのに十分な強度を有しており、かつ、必要に応じてファイバ状基材の内部を中空にし、培養液を供給することができる。更に、必要に応じて、一度中空にしたファイバ状基材の内部に再び解離性ハイドロゲルを導入して硬化させることにより、再度細胞を被覆する等の処理を行うことが可能である。   On the other hand, the three-dimensional cell structure of the present embodiment has sufficient strength to cover the cell layer, and if necessary, the inside of the fiber-like substrate is hollowed, and the culture solution is used. Can be supplied. Furthermore, if necessary, the dissociative hydrogel is again introduced into the inside of the fiber-shaped base material that has been once hollowed and then cured, whereby a treatment such as coating of cells can be performed again.

例えば、一度作製した複数の3次元細胞構造体同士を束ねることにより、より大きく複雑な3次元細胞構造体を作製することができる。これにより、理論的には、培養液からの細胞の距離を200μm以内に維持したまま、大きさの制限なく、大きな3次元細胞構造体を作製することができる。   For example, a larger and more complicated three-dimensional cell structure can be produced by bundling a plurality of three-dimensional cell structures produced once. Thereby, theoretically, a large three-dimensional cell structure can be produced without limiting the size while maintaining the distance of the cells from the culture solution within 200 μm.

また、巻き付ける細胞ファイバの中にあらかじめ血管内皮細胞を入れておくことによって、培養しながら細胞層の内部に毛細血管網を作製することができる。そして、このようにして作製した毛細血管網を通じて培養液を供給することができる。したがって、巻き付けた細胞層内部に毛細血管網の構築がなされた後、新たな細胞層を巻き付けることによって、理論的には、培養液からの距離を200μm以内に維持したまま、大きさの制限なく、大きな3次元細胞構造体を作製することができる。この場合、細胞層の厚さは、例えば400μm以上であってもよく、例えば1mm以上であってもよく、例えば2mm以上であってもよい。   In addition, by placing vascular endothelial cells in advance in the cell fiber to be wound, a capillary network can be produced inside the cell layer while culturing. And a culture solution can be supplied through the capillary network produced in this way. Therefore, by constructing a capillary network inside the wound cell layer and then winding a new cell layer, theoretically, the distance from the culture solution is maintained within 200 μm without any size limitation. A large three-dimensional cell structure can be produced. In this case, the thickness of the cell layer may be, for example, 400 μm or more, for example, 1 mm or more, for example, 2 mm or more.

また、3次元細胞構造体の表面に、最初に被覆した細胞と異なる種類の細胞層を被覆することにより、積層された複数種類の細胞層を備える3次元細胞構造体を得ることもできる。   In addition, by coating the surface of the three-dimensional cell structure with a cell layer of a different type from the cells coated first, a three-dimensional cell structure having a plurality of types of stacked cell layers can be obtained.

本実施形態の3次元細胞構造体において、第1及び第2の解離性ハイドロゲルは、異なる解離条件下で解離するものであることが好ましい。このような解離性ハイドロゲルとしては、金属イオンの存在下でゲル化するハイドロゲル、酵素溶解性ハイドロゲル、温度応答性ハイドロゲル、pH応答性ハイドロゲル、光応答性ハイドロゲル及び磁場応答性ハイドロゲル等が挙げられる。   In the three-dimensional cell structure of this embodiment, the first and second dissociative hydrogels are preferably dissociated under different dissociation conditions. Examples of such dissociable hydrogels include hydrogels that gel in the presence of metal ions, enzyme-soluble hydrogels, temperature-responsive hydrogels, pH-responsive hydrogels, photo-responsive hydrogels, and magnetic-field-responsive hydrogels. A gel etc. are mentioned.

金属イオンの存在下でゲル化するハイドロゲルは、金属イオンを除去することにより解離させることができる。金属イオンとしては、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、ストロンチウムイオン、バリウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン等が挙げられる。また、酵素溶解性ハイドロゲルは、酵素を作用させることによりゲルを構成している分子を分解して溶解することができる。また、温度応答性ハイドロゲルは、相転移温度を超えて温度を変化させることにより、ゾル化及びゲル化の状態を変化させることができる。また、pH応答性ハイドロゲルは、pHを変化させることにより解離させることができる。また、光応答性ハイドロゲルは、例えばある波長の光を照射することにより解離させることができる。また、磁場応答性ハイドロゲルは、例えば磁場を変化させることにより解離させることができる。   A hydrogel that gels in the presence of metal ions can be dissociated by removing the metal ions. Examples of the metal ion include calcium ion, magnesium ion, strontium ion, barium ion, sodium ion, potassium ion and the like. Moreover, the enzyme-soluble hydrogel can decompose and dissolve molecules constituting the gel by the action of an enzyme. Further, the temperature-responsive hydrogel can change the state of solification and gelation by changing the temperature beyond the phase transition temperature. The pH-responsive hydrogel can be dissociated by changing the pH. The photoresponsive hydrogel can be dissociated by, for example, irradiating light with a certain wavelength. The magnetic field responsive hydrogel can be dissociated by changing the magnetic field, for example.

第1及び第2の解離性ハイドロゲルがこのようなものであると、それぞれのハイドロゲルを選択的に解離させ、除去することができる。金属イオンの存在下でゲル化するハイドロゲルとしては、二価ないしは三価の金属イオンの存在下でゲル化するアルギン酸ゲル、カルシウムイオンやカリウムイオンの存在下でゲル化するカラギーナンゲル、ナトリウムイオンの存在下でゲル化するアクリル酸系合成ゲル等が挙げられる。酵素溶解性ハイドロゲルとしては、アルギン酸ゲル、キトサンゲル、セルロース系ゲル、コラーゲンゲル、フィブリンゲル等が挙げられる。温度応答性ハイドロゲルとしては、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)をポリエチレングリコールで架橋した温度応答性ハイドロゲル(市販名:メビオールゲル)、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリ乳酸とポリエチレングリコールの共重合体、ポリエチレングリコールとポリプロピレンオキシドのトリブロック共重合体(市販名:プルロニック、ポロキサマー)等が挙げられる。pH応答性ハイドロゲルとしては、アルギン酸ゲル、キトサンゲル、カルボキシメチルセルロースゲル、アクリル酸系合成ゲル等が挙げられる。光応答性ハイドロゲルとしては、骨格にアゾベンゼンとシクロデキストリンを組み合わせた合成ゲル、フマル酸アミドをスペーサーとした超分子からなるゲル、ニトロベンジル基を介して架橋されたないしは結合されているゲル等が挙げられる。磁場応答性ハイドロゲルとしては、磁性粒子を含有させた架橋ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)からなるゲル等が挙げられる。   When the first and second dissociative hydrogels are such, each hydrogel can be selectively dissociated and removed. Hydrogels that gel in the presence of metal ions include alginate gels that gel in the presence of divalent or trivalent metal ions, carrageenan gels that gel in the presence of calcium ions and potassium ions, and sodium ions. An acrylic acid-based synthetic gel that gels in the presence of the resin may be used. Examples of the enzyme-soluble hydrogel include alginic acid gel, chitosan gel, cellulose gel, collagen gel, and fibrin gel. As temperature-responsive hydrogel, poly (N-isopropylacrylamide) cross-linked with polyethylene glycol, temperature-responsive hydrogel (commercial name: meviol gel), methylcellulose, hydroxypropylcellulose, polylactic acid and polyethylene glycol copolymer, polyethylene And triblock copolymers of glycol and polypropylene oxide (commercial names: Pluronic, Poloxamer). Examples of the pH-responsive hydrogel include alginic acid gel, chitosan gel, carboxymethylcellulose gel, and acrylic acid-based synthetic gel. Photoresponsive hydrogels include synthetic gels combining azobenzene and cyclodextrin in the skeleton, gels composed of supramolecules using fumaric acid amide as a spacer, gels crosslinked or bonded via nitrobenzyl groups, etc. Can be mentioned. Examples of the magnetic field responsive hydrogel include a gel made of crosslinked poly (N-isopropylacrylamide) containing magnetic particles.

1実施形態において、本発明は、ファイバ状基材と、前記基材の表面に被覆された細胞層と、を備え、前記基材の内部が中空である、3次元細胞構造体を提供する。   In one embodiment, the present invention provides a three-dimensional cell structure comprising a fibrous substrate and a cell layer coated on the surface of the substrate, wherein the interior of the substrate is hollow.

本実施形態の3次元細胞構造体は、上記の3次元細胞構造体において、第1の解離性ハイドロゲルを除去することにより、ファイバ状基材の内部を中空にしたものに相当する。本実施形態の3次元細胞構造体によれば、ファイバ状基材の内部の中空部分に培養液を送液することにより、培養液を組織の隅々にまで供給することができる。   The three-dimensional cell structure of this embodiment corresponds to the above-described three-dimensional cell structure in which the first dissociative hydrogel is removed to make the inside of the fiber-shaped substrate hollow. According to the three-dimensional cell structure of the present embodiment, the culture solution can be supplied to every corner of the tissue by feeding the culture solution to the hollow portion inside the fiber-like substrate.

また、内部が中空の状態の3次元細胞構造体は、機械的強度が不足しており、更に細胞を被覆することが困難な場合がある。このような場合には、一度中空にしたファイバ状基材の内部に再び解離性ハイドロゲルを導入して硬化させるとよい。これにより、ファイバ状基材の機械的強度が高まり、再度細胞を被覆する等の処理を行うことが可能になる。ここで、最初に被覆した細胞と異なる種類の細胞層を被覆することにより、積層された複数種類の細胞層を備える3次元細胞構造体を得ることもできる。   In addition, a three-dimensional cell structure having a hollow interior lacks mechanical strength, and it may be difficult to coat cells. In such a case, the dissociable hydrogel may be introduced again into the inside of the fiber-shaped substrate once hollowed and cured. Thereby, the mechanical strength of the fiber-shaped substrate is increased, and it becomes possible to perform a process such as coating the cells again. Here, a three-dimensional cell structure including a plurality of types of stacked cell layers can be obtained by coating a cell layer of a different type from the cells coated first.

[3次元細胞構造体の製造方法]
1実施形態において、本発明は、コア部を形成する第1の解離性ハイドロゲルと、シェル部を形成する第2の解離性ハイドロゲルと、を有するコアシェル型のファイバ状基材上に細胞を被覆する工程を備える、3次元細胞構造体の製造方法を提供する。
[Method for producing three-dimensional cell structure]
In one embodiment, the present invention provides a cell on a core-shell type fiber-shaped substrate having a first dissociative hydrogel that forms a core part and a second dissociative hydrogel that forms a shell part. Provided is a method for producing a three-dimensional cell structure comprising a coating step.

本実施形態の3次元細胞構造体の製造方法において、細胞を被覆する工程は、コアシェル型のファイバ状基材にファイバ状の細胞塊を巻きつけることにより行ってもよい。この方法によれば、短時間に高細胞密度の組織を容易に作製することができる。また、複数の種類の細胞を被覆することにより、複雑な機能及び構造を有する3次元細胞構造体を作製することもできる。   In the method for producing a three-dimensional cell structure according to this embodiment, the step of coating cells may be performed by winding a fiber-shaped cell mass around a core-shell type fiber-shaped substrate. According to this method, a tissue having a high cell density can be easily produced in a short time. In addition, a three-dimensional cell structure having a complicated function and structure can be produced by coating a plurality of types of cells.

(細胞ファイバの作製)
まず、ファイバ状の細胞塊(以下、「細胞ファイバ」という場合がある。)の作製方法について説明する。細胞ファイバの作製方法は特に限定されないが、例えば、図1に示すような二重の同軸マイクロ流体装置(coaxial microfluidic device)100を用いることにより簡便に作製することができる。2つの流体を同軸となるようにコア部及びシェル部に分けて射出することができるマイクロ流体装置100は、例えば、Wonje Jeong, et al., Hydrodynamic microfabrication via "on the fly" photopolymerization of microscale fibers and tubes, Lab Chip, 2004, 4, 576-580 のFig.1にも具体的に説明されている。
(Manufacture of cell fibers)
First, a method for producing a fiber-like cell mass (hereinafter sometimes referred to as “cell fiber”) will be described. The method for producing the cell fiber is not particularly limited. For example, the cell fiber can be easily produced by using a double coaxial microfluidic device 100 as shown in FIG. For example, Wonje Jeong, et al., Hydrodynamic microfabrication via "on the fly" photopolymerization of microscale fibers and Wonje Jeong, et al. tubes, Lab Chip, 2004, 4, 576-580, FIG. 1 is also specifically described.

図1は、細胞ファイバ300の製造過程の1実施形態を説明する模式図である。一例として、コア部の材料にコラーゲン溶液を用い、シェル部の材料に架橋前のアルギン酸ナトリウム溶液を用いた場合について説明する。   FIG. 1 is a schematic diagram for explaining one embodiment of a manufacturing process of the cell fiber 300. As an example, a case where a collagen solution is used as the material of the core part and a sodium alginate solution before crosslinking is used as the material of the shell part will be described.

まず、マイクロ流体装置100の導入口110から、細胞115を含むコラーゲン溶液を導入して射出する。また、マイクロ流体装置100の導入口120から、架橋前のアルギン酸ナトリウム溶液を導入して射出する。また、マイクロ流体装置100の導入口130から、塩化カルシウム溶液を導入して射出する。すると、シェル部のアルギン酸ナトリウム溶液がゲル化し、シェル部220がアルギン酸ゲルである細胞ファイバ200を製造することができる。また、細胞ファイバ200を37℃程度で数分から1時間程度加熱することにより、コア部210の細胞115を含むコラーゲン溶液をゲル化させることができる。   First, a collagen solution containing cells 115 is introduced and ejected from the inlet 110 of the microfluidic device 100. Further, a sodium alginate solution before cross-linking is introduced and injected from the inlet 120 of the microfluidic device 100. In addition, a calcium chloride solution is introduced and injected from the inlet 130 of the microfluidic device 100. Then, the sodium alginate solution in the shell part is gelled, and the cell fiber 200 in which the shell part 220 is an alginate gel can be manufactured. Moreover, the collagen solution containing the cells 115 of the core part 210 can be gelled by heating the cell fiber 200 at about 37 ° C. for about several minutes to about 1 hour.

導入口110及び120における溶液の射出速度は特に限定されないが、マイクロ流体装置100の口径が50μm〜2mm程度である場合には、10〜500μL/分程度であってもよい。導入口110及び120における溶液の射出速度を調節することにより、コア部の直径及びシェル部の被覆厚みを適宜調節できる。導入口130における溶液の射出速度は特に限定されないが、例えば1〜10mL/分程度であってもよい。   The injection speed of the solution at the inlets 110 and 120 is not particularly limited, but may be about 10 to 500 μL / min when the diameter of the microfluidic device 100 is about 50 μm to 2 mm. By adjusting the injection speed of the solution at the inlets 110 and 120, the diameter of the core part and the coating thickness of the shell part can be adjusted as appropriate. The injection speed of the solution at the inlet 130 is not particularly limited, but may be, for example, about 1 to 10 mL / min.

細胞ファイバ200の外径は特に限定されず、例えば10μm〜2mm、例えば200μm〜2mm、例えば50μm〜1mm程度であってもよい。細胞ファイバ200の長さは特に限定されず、数mm〜数m程度であってもよい。細胞ファイバ200の断面形状としては、円形、楕円系、四角形や五角形等の多角形等が挙げられる。   The outer diameter of the cell fiber 200 is not particularly limited, and may be, for example, about 10 μm to 2 mm, for example, about 200 μm to 2 mm, for example, about 50 μm to 1 mm. The length of the cell fiber 200 is not particularly limited, and may be about several mm to several m. Examples of the cross-sectional shape of the cell fiber 200 include a circle, an elliptical system, a polygon such as a quadrangle and a pentagon.

細胞ファイバ200を培養液中で培養することにより、細胞を増殖させることができる。細胞ファイバ200は、培養液を適切に交換することにより、数か月培養することもできる。   Cells can be grown by culturing the cell fiber 200 in a culture solution. The cell fiber 200 can be cultured for several months by appropriately replacing the culture medium.

コア部210には、細胞115の維持、増殖又は機能発現等に適した各種の成長因子、例えば上皮成長因子(EGF)、血小板由来成長因子(PDGF)、トランスフォーミング成長因子(TGF)、インスリン様成長因子(IGF)、線維芽細胞成長因子(FGF)、神経成長因子(NGF)等を含有させてもよい。成長因子を含有させる場合には、成長因子の種類に応じて適宜の濃度を選択することができる。   The core part 210 includes various growth factors suitable for maintenance, proliferation or functional expression of the cells 115, such as epidermal growth factor (EGF), platelet-derived growth factor (PDGF), transforming growth factor (TGF), insulin-like Growth factor (IGF), fibroblast growth factor (FGF), nerve growth factor (NGF) and the like may be contained. When a growth factor is contained, an appropriate concentration can be selected according to the type of growth factor.

細胞ファイバ200のシェル部220を形成する第2の解離性ハイドロゲルを選択的に解離させることにより、シェル部220を除去し、ファイバ状の細胞塊(細胞ファイバ300)を得ることができる。   By selectively dissociating the second dissociable hydrogel forming the shell part 220 of the cell fiber 200, the shell part 220 can be removed, and a fiber-like cell mass (cell fiber 300) can be obtained.

シェル部220がアルギン酸ゲルである場合には、EDTA等のキレート剤を適宜の濃度で作用させてカルシウムイオンを除去させることにより、シェル部のみを解離させることができる。アルギン酸ゲルを解離させる方法としては、キレート剤の他にも、クエン酸等の弱酸、アルギン酸リアーゼ等の酵素等を作用させる方法が挙げられる。   In the case where the shell part 220 is an alginate gel, only the shell part can be dissociated by causing a chelating agent such as EDTA to act at an appropriate concentration to remove calcium ions. Examples of the method for dissociating the alginate gel include a method in which a weak acid such as citric acid and an enzyme such as alginate lyase are used in addition to the chelating agent.

アルギン酸リアーゼを使用する場合の濃度としては、例えば0.01〜1mg/mL、例えば0.1mg/mL程度が挙げられる。例えば、細胞ファイバ300をアルギン酸リアーゼ溶液に浸漬し、シェーカーで揺動させながら、37℃で10分から数時間程度処理することによりシェル部のみを解離することができる。   As a density | concentration when using alginate lyase, 0.01-1 mg / mL, for example, about 0.1 mg / mL is mentioned, for example. For example, only the shell portion can be dissociated by immersing the cell fiber 300 in an alginate lyase solution and treating the cell fiber 300 at 37 ° C. for about 10 minutes to several hours while shaking with a shaker.

このようにして得られた細胞ファイバ300は、ピンセット等を用いて容易に操作することができる。細胞ファイバ300を、コアシェル型のファイバ状基材に巻きつけることにより、細胞を被覆することができる。   The cell fiber 300 thus obtained can be easily operated using tweezers or the like. The cell can be coated by winding the cell fiber 300 around a core-shell type fiber-like substrate.

(コアシェル型のファイバ状基材)
続いて、コアシェル型のファイバ状基材の作製方法について説明する。コアシェル型のファイバ状基材の作製方法は特に限定されないが、例えば、上述したマイクロ流体装置100を用いることにより簡便に作製することができる。
(Core-shell type fiber base material)
Next, a method for producing a core-shell type fiber-like substrate will be described. The method for manufacturing the core-shell type fiber-shaped substrate is not particularly limited, but for example, it can be easily manufactured by using the microfluidic device 100 described above.

図2は、コアシェル型のファイバ状基材400の製造過程の1実施形態を説明する模式図である。一例として、コア部の溶液に、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)をポリエチレングリコールで架橋した温度応答性ハイドロゲル(市販名:メビオールゲル)を用い、シェル部の溶液として架橋前のアルギン酸ナトリウム溶液を用いた場合について説明する。   FIG. 2 is a schematic view for explaining one embodiment of a manufacturing process of the core-shell type fiber-like substrate 400. As an example, a temperature-responsive hydrogel (commercial name: meviol gel) obtained by crosslinking poly (N-isopropylacrylamide) with polyethylene glycol was used as the core solution, and a sodium alginate solution before crosslinking was used as the shell solution. The case will be described.

メビオールゲルは、22〜25℃に相転移温度を有し、低温側でゾル(液体)状態、高温側でゲル状態になる温度応答性ハイドロゲルである。相転移は可逆的であり速やかに進行する。   Meviol gel is a temperature-responsive hydrogel that has a phase transition temperature of 22 to 25 ° C. and is in a sol (liquid) state on the low temperature side and in a gel state on the high temperature side. The phase transition is reversible and proceeds rapidly.

まず、マイクロ流体装置100の導入口110から、メビオールゲルを導入して射出する。また、マイクロ流体装置100の導入口120から、架橋前のアルギン酸ナトリウム溶液を導入して射出する。また、マイクロ流体装置100の導入口130から、塩化カルシウム溶液を導入して射出する。導入口110、120及び130における溶液の射出速度は上述したものと同様である。この結果、シェル部のアルギン酸ナトリウム溶液がゲル化し、シェル部420がアルギン酸ゲルであるファイバ状基材400を製造することができる。   First, meviol gel is introduced and injected from the inlet 110 of the microfluidic device 100. Further, a sodium alginate solution before cross-linking is introduced and injected from the inlet 120 of the microfluidic device 100. In addition, a calcium chloride solution is introduced and injected from the inlet 130 of the microfluidic device 100. The injection speed of the solution at the inlets 110, 120 and 130 is the same as described above. As a result, the sodium alginate solution in the shell is gelled, and the fiber-shaped substrate 400 in which the shell 420 is the alginate gel can be manufactured.

また、ファイバ状基材400を、例えば37℃に設定したインキュベーター等の相転移温度以上の温度環境下に置くとことにより、コア部410のメビオールゲルを速やかにゲル化させることができる。コア部410がゲル化した状態において、ファイバ状基材400は十分な機械的強度を示す。このため、細胞ファイバ300を巻きつける方法等により、ファイバ状基材400上に細胞を被覆することができる。   Moreover, the mebiol gel of the core part 410 can be rapidly gelatinized by putting the fiber-like base material 400 in a temperature environment equal to or higher than a phase transition temperature such as an incubator set at 37 ° C., for example. In the state where the core portion 410 is gelled, the fiber-shaped substrate 400 exhibits sufficient mechanical strength. For this reason, the cell can be coated on the fibrous substrate 400 by a method of winding the cell fiber 300 or the like.

ファイバ状基材400の外径は、特に限定されず、例えば10μm〜2mm、例えば200μm〜2mm、例えば50μm〜1mm程度であってもよい。ファイバ状基材400の長さは特に限定されず、数mm〜数m程度であってもよい。ファイバ状基材400の断面形状としては、円形、楕円系、四角形や五角形等の多角形等が挙げられる。   The outer diameter of the fiber-shaped substrate 400 is not particularly limited, and may be, for example, about 10 μm to 2 mm, for example, 200 μm to 2 mm, for example, about 50 μm to 1 mm. The length of the fiber-shaped substrate 400 is not particularly limited, and may be about several mm to several m. Examples of the cross-sectional shape of the fiber-shaped substrate 400 include a circle, an elliptical system, a polygon such as a quadrangle and a pentagon.

(3次元細胞構造体のファイバ状基材のコア部の除去)
本実施形態の3次元細胞構造体の製造方法は、ファイバ状基材400のコア部を構成する解離性ハイドロゲルを除去する工程を更に備えることにより、ファイバ状基材400の内部が中空である3次元細胞構造体を製造することができる。
(Removal of the core part of the fiber base material of the three-dimensional cell structure)
The manufacturing method of the three-dimensional cell structure according to the present embodiment further includes a step of removing the dissociable hydrogel constituting the core portion of the fiber-shaped substrate 400, so that the inside of the fiber-shaped substrate 400 is hollow. A three-dimensional cell structure can be produced.

例えば、コア部410が上記のメビオールゲルである場合、3次元細胞構造体を、相転移温度以下の定温環境下に数秒間置くことにより、コア部410をゾル化させることができる。コア部410をゾル化させた後、ファイバ状基材400の一端から培養液等を送液することにより、コア部410を押し流して培養液等に置換することができる。   For example, when the core part 410 is the above-mentioned meviol gel, the core part 410 can be made into a sol by placing the three-dimensional cell structure in a constant temperature environment below the phase transition temperature for several seconds. After the core part 410 is made into a sol, the culture solution or the like is fed from one end of the fiber-like substrate 400, whereby the core part 410 can be washed away and replaced with the culture solution or the like.

本明細書において、ファイバ状基材の内部が中空であるとは、ファイバ状基材のコア部がゲル化していない状態であることを意味する。この状態において、例えば、ファイバ状基材の内部に空気を導入すれば、ファイバ状基材のコア部分を空洞にすることができる。また、培養液等の流体を導入すれば、ファイバ状基材のコア部分を当該流体に置換することができる。   In this specification, the inside of the fiber base material being hollow means that the core portion of the fiber base material is not gelled. In this state, for example, if air is introduced into the fiber-shaped substrate, the core portion of the fiber-shaped substrate can be made hollow. Moreover, if a fluid such as a culture solution is introduced, the core portion of the fiber base material can be replaced with the fluid.

(3次元細胞構造体のファイバ状基材のシェル部の除去)
本実施形態の3次元細胞構造体の製造方法は、ファイバ状基材400のシェル部420を構成する解離性ハイドロゲルを除去する工程を更に備えることにより、3次元細胞構造体からファイバ状基材400を除去した3次元細胞構造体を製造することができる。
(Removal of shell part of fiber base material of three-dimensional cell structure)
The method for producing a three-dimensional cellular structure according to the present embodiment further includes a step of removing the dissociable hydrogel that constitutes the shell portion 420 of the fibrous substrate 400 to thereby remove the fibrous substrate from the three-dimensional cellular structure. A three-dimensional cell structure from which 400 is removed can be produced.

本実施形態の製造方法により、例えば、所望の3次元細胞構造体を製造した後、ファイバ状基材を完全に除去して細胞のみから形成された組織を得ることができる。このような組織は、例えば生体に移植する場合等に有用であると考えられる。   According to the manufacturing method of the present embodiment, for example, after a desired three-dimensional cell structure is manufactured, the fibrous base material can be completely removed to obtain a tissue formed only from cells. Such a tissue is considered useful, for example, when transplanted into a living body.

[3次元細胞構造体の培養方法]
1実施形態において、本発明は、コア部を形成する第1の解離性ハイドロゲルと、シェル部を形成する第2の解離性ハイドロゲルと、を有するコアシェル型のファイバ状基材上に細胞を被覆する工程と、前記第1の解離性ハイドロゲルを除去し、前記基材の内部を中空にする工程と、前記基材の内部に培地を供給する工程と、を備える、3次元細胞構造体の培養方法を提供する。
[Culture method of three-dimensional cell structure]
In one embodiment, the present invention provides a cell on a core-shell type fiber-shaped substrate having a first dissociative hydrogel that forms a core part and a second dissociative hydrogel that forms a shell part. A three-dimensional cell structure comprising: a coating step; a step of removing the first dissociative hydrogel to make the inside of the base material hollow; and a step of supplying a medium to the inside of the base material. A culture method is provided.

本実施形態の培養方法によれば、ファイバ状基材上に細胞を被覆して3次元細胞構造体を形成した後、細胞同士が密着して結合するのを待つことなく、中空部分への培養液の供給を開始することができる。細胞同士が密着して結合していなくても、ファイバ状基材のシェル部分が機械的強度を維持することができるため、3次元細胞構造体の3次元構造を破壊することなく、培養液の供給を行うことができる。   According to the culture method of the present embodiment, after the cells are coated on the fiber-shaped substrate to form a three-dimensional cell structure, the cells are cultured in the hollow portion without waiting for the cells to adhere and bond to each other. The liquid supply can be started. Even if the cells are not closely bonded to each other, the shell portion of the fiber-like base material can maintain the mechanical strength, so that the culture solution can be obtained without destroying the three-dimensional structure of the three-dimensional cell structure. Supply can be made.

この結果、組織の中央部で細胞を壊死させることなく、細胞層の厚みの大きな3次元細胞構造体を提供することができる。つまり、本実施形態の培養方法により、容易に高細胞密度の組織を得ることができる。   As a result, a three-dimensional cell structure having a large cell layer thickness can be provided without necrotizing cells at the center of the tissue. That is, a tissue having a high cell density can be easily obtained by the culture method of the present embodiment.

培養液の供給方法としては、例えば、ファイバ状基材の末端にシリコン製のチューブを接続し、ペリスタリックポンプ等を用いてチューブ内部の培養液を循環させる方法等が挙げられる。ファイバ状基材の末端にシリコン製のチューブを接続する方法としては、例えば、ファイバ状基材の末端に、光架橋性ゼラチン等の生体接着剤を用いて、サーフロー(テルモ社製留置針)の一端を接着し、他端をシリコン製のチューブに接続する方法等が挙げられる。   Examples of the method for supplying the culture solution include a method in which a silicon tube is connected to the end of the fiber-like substrate and the culture solution in the tube is circulated using a peristaltic pump or the like. As a method of connecting the tube made of silicon to the end of the fiber base material, for example, by using a bioadhesive such as photocrosslinkable gelatin at the end of the fiber base material, Examples include a method of bonding one end and connecting the other end to a silicon tube.

以下、実験例により本発明を説明するが、本発明は以下の実験例に限定されるものではない。   Hereinafter, although an example of an experiment explains the present invention, the present invention is not limited to the following example of an experiment.

[実験例1]
(細胞ファイバの作製)
図1に模式的に示す製造過程にしたがって、細胞ファイバを作製した。細胞としては、マウス繊維芽細胞3T3、ラット骨格筋細胞L6及びウシ血管内皮細胞HHを用いた。マイクロ流体装置100の導入口110から、細胞密度1×10個/mLの各細胞を含むコラーゲン溶液(濃度2mg/mL)を流速25μL/分で導入し、導入口120から、1.5w/v%アルギン酸ナトリウムを流速75μL/分で導入し、導入口130から100mM塩化カルシウムを含む3%スクロース溶液を流速3600μL/分で導入して射出することにより、コア部直径約100μm、外径約200μmの細胞ファイバを得た。
[Experiment 1]
(Manufacture of cell fibers)
Cell fibers were produced according to the production process schematically shown in FIG. As the cells, mouse fibroblast 3T3, rat skeletal muscle cell L6 and bovine vascular endothelial cell HH were used. A collagen solution (concentration 2 mg / mL) containing cells with a cell density of 1 × 10 8 cells / mL is introduced from the introduction port 110 of the microfluidic device 100 at a flow rate of 25 μL / min. By introducing v% sodium alginate at a flow rate of 75 μL / min and injecting and injecting a 3% sucrose solution containing 100 mM calcium chloride from the inlet 130 at a flow rate of 3600 μL / min, the core diameter is about 100 μm and the outer diameter is about 200 μm. Cell fiber was obtained.

得られた各細胞ファイバを1日間培養液中で培養した後、50mMのEDTAを含むダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)中に浸漬し、37℃で10秒間処理することにより、シェル部分のアルギン酸ゲルを除去した細胞ファイバを作製した。この細胞ファイバは、ファイバ状の形状を維持しており、培養液中にてピンセットで取り扱うのに十分な機械的強度を有していた。   After culturing each obtained cell fiber in a culture solution for 1 day, it was immersed in Dulbecco's modified Eagle medium (DMEM) containing 50 mM EDTA and treated at 37 ° C. for 10 seconds, whereby the alginate gel in the shell portion was treated. The removed cell fiber was produced. This cell fiber maintained a fiber-like shape, and had sufficient mechanical strength to be handled with tweezers in the culture solution.

[実験例2]
(コアシェル型のファイバ状基材の作製)
図2に模式的に示す製造過程にしたがって、コア部が温度応答性ハイドロゲルであり、シェル部がアルギン酸ゲルである、コアシェル型のファイバ状基材を作製した。マイクロ流体装置100の導入口110から、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)をポリエチレングリコールで架橋した温度応答性ハイドロゲル(市販名:メビオールゲル、濃度10w/v%)を流速100μL/分で導入し、導入口120から、1.5w/v%アルギン酸ナトリウムを流速200μL/分で導入し、導入口130から100mM塩化カルシウムを含む3%スクロース溶液を流速1000μL/分で導入して射出することにより、コア部直径約250μm、外径約450μmのコアシェル型のファイバ状基材を得た。
[Experiment 2]
(Fabrication of core-shell type fiber base material)
In accordance with the manufacturing process schematically shown in FIG. 2, a core-shell type fiber-shaped base material in which the core part is a temperature-responsive hydrogel and the shell part is an alginate gel was produced. From the introduction port 110 of the microfluidic device 100, a temperature-responsive hydrogel obtained by crosslinking poly (N-isopropylacrylamide) with polyethylene glycol (commercial name: meviol gel, concentration 10 w / v%) is introduced at a flow rate of 100 μL / min. By introducing 1.5 w / v% sodium alginate from the port 120 at a flow rate of 200 μL / min, and introducing and injecting a 3% sucrose solution containing 100 mM calcium chloride from the inlet 130 at a flow rate of 1000 μL / min, A core-shell fiber-shaped substrate having a diameter of about 250 μm and an outer diameter of about 450 μm was obtained.

[実験例3]
(3次元細胞構造体の作製1)
培養液中で、実験例2で作製したファイバ状基材に、実験例1で作製した3T3細胞の細胞ファイバを、ピンセットを用いて巻きつけて被覆し、3次元細胞構造体を作製した。図3(a)、図3(b)は、細胞ファイバを巻きつけた直後の3次元細胞構造体の顕微鏡写真である。1日で細胞密度1×10個/cmの厚い組織を形成することができた。続いて、得られた3次元細胞構造体を培養液中で培養した。図3(c)は、細胞ファイバを巻きつけた後2日間培養後の3次元細胞構造体の顕微鏡写真である。図3(c)では、細胞同士が強固に結合し、一体的な組織が形成されていることが示された。
[Experiment 3]
(Production of three-dimensional cell structure 1)
In the culture solution, the 3T3 cell fiber prepared in Experimental Example 1 was wrapped around the fiber-shaped substrate prepared in Experimental Example 2 using tweezers, and a three-dimensional cell structure was prepared. 3 (a) and 3 (b) are photomicrographs of the three-dimensional cell structure immediately after winding the cell fiber. A thick tissue having a cell density of 1 × 10 8 cells / cm 3 could be formed in one day. Subsequently, the obtained three-dimensional cell structure was cultured in a culture solution. FIG. 3C is a photomicrograph of a three-dimensional cell structure after culturing for 2 days after winding the cell fiber. FIG. 3 (c) shows that cells are firmly bonded to each other and an integral tissue is formed.

[実験例4]
(3次元細胞構造体の作製2)
実験例1で作製した3T3細胞の細胞ファイバの一部を、セルトラッカーオレンジ(インビトロジェン社)を用いて、オレンジ色の蛍光色素で染色した。また、実験例1で作製した細胞ファイバの残りの一部を、セルトラッカーグリーン(インビトロジェン社)を用いて、緑色の蛍光色素で染色した。続いて、実験例2で作製したファイバ状基材2本それぞれに、上記のオレンジ色に染色した細胞ファイバを巻きつけて被覆し、3次元細胞構造体を作製した(第1の細胞層による被覆)。続いて、これらの3次元細胞構造体2本を束ねて、上記の緑色に染色した細胞ファイバを巻きつけて被覆し、3次元細胞構造体を作製した(第2の細胞層による被覆)。図4(a)は、上記の第2の細胞を被覆する過程を示す写真である。
[Experimental Example 4]
(Production of three-dimensional cell structure 2)
A part of the 3T3 cell fiber prepared in Experimental Example 1 was stained with an orange fluorescent dye using Cell Tracker Orange (Invitrogen). Further, the remaining part of the cell fiber prepared in Experimental Example 1 was stained with a green fluorescent dye using Cell Tracker Green (Invitrogen). Subsequently, each of the two fiber-like base materials prepared in Experimental Example 2 was covered with the cell fiber dyed in orange, and a three-dimensional cell structure was prepared (covering with the first cell layer). ). Subsequently, two of these three-dimensional cell structures were bundled, and the above-described green-stained cell fiber was wrapped and covered to prepare a three-dimensional cell structure (covering with the second cell layer). FIG. 4 (a) is a photograph showing the process of coating the second cells.

続いて、この3次元細胞構造体を2日間培養後、固定してクリオスタット切片を作製し、蛍光顕微鏡で観察した。図4(b)は、3次元細胞構造体のクリオスタット切片を観察した結果を示す蛍光顕微鏡写真である。その結果、上記第1の細胞層及び上記第2の細胞層は、階層的な構造を維持していることが示された。本実験例の方法により、細胞密度が高く、複雑な階層構造を有する3次元細胞構造体を迅速に作製できることが示された。   Subsequently, the three-dimensional cell structure was cultured for 2 days and then fixed to prepare a cryostat section, which was observed with a fluorescence microscope. FIG. 4B is a fluorescence micrograph showing the result of observing a cryostat section of a three-dimensional cell structure. As a result, it was shown that the first cell layer and the second cell layer maintain a hierarchical structure. It was shown that a three-dimensional cell structure having a high cell density and a complicated hierarchical structure can be rapidly produced by the method of this experimental example.

[実験例5]
(コアシェル型のファイバ状基材のコア部の解離)
実験例2で作製したファイバ状基材のコア部を選択的に解離させ、ファイバ基材の内部に中空部分を形成した。
[Experimental Example 5]
(Dissociation of the core part of the core-shell type fiber base material)
The core part of the fiber base material produced in Experimental Example 2 was selectively dissociated to form a hollow part inside the fiber base material.

図5(a)は、ファイバ状基材のコア部がゾル化する前の状態を示す写真である。続いて、ファイバ状基材を4℃の環境下に30秒間放置した。これにより、ファイバ状基材のコア部のメビオールゲルがゾル化した。ファイバ状基材にシリコン製のチューブを接続し、青色のインクを送液した結果、ファイバ状基材のコア部分に青色のインクが流れる様子が観察された。図5(b)は、ファイバ状基材のコア部分に青色のインクが流れる状態を示す写真である。この結果から、ファイバ状基材のコア部を選択的に解離させ、除去できることが示された。   Fig.5 (a) is a photograph which shows the state before the core part of a fiber-like base material is sol-ized. Subsequently, the fibrous substrate was left in an environment of 4 ° C. for 30 seconds. Thereby, the meviol gel of the core part of a fiber-like base material was sol-ized. As a result of connecting a silicon tube to the fiber base material and feeding blue ink, it was observed that the blue ink flowed into the core portion of the fiber base material. FIG. 5B is a photograph showing a state in which blue ink flows through the core portion of the fiber-shaped substrate. From this result, it was shown that the core part of the fiber base material can be selectively dissociated and removed.

本発明によれば、培養液を組織の隅々にまで供給することが可能な3次元細胞構造体を提供することができる。また、上記の3次元細胞構造体の製造方法及び培養方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the three-dimensional cell structure which can supply a culture solution to every corner of a structure | tissue can be provided. Moreover, the manufacturing method and culture | cultivation method of said three-dimensional cell structure can be provided.

100…マイクロ流体装置、110,120,130…導入口、115…細胞、210,410…コア部、220,420…シェル部、200,300…細胞ファイバ、400…ファイバ状基材。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Microfluidic device, 110, 120, 130 ... Inlet, 115 ... Cell, 210, 410 ... Core part, 220, 420 ... Shell part, 200, 300 ... Cell fiber, 400 ... Fiber-like base material.

本発明は以下の通りである。
(1)コア部を形成する第1の解離性ハイドロゲルと、シェル部を形成する第2の解離性ハイドロゲルと、を有するコアシェル型のファイバ状基材。
(2)前記第1及び第2の解離性ハイドロゲルが、異なる解離条件下で解離するものである、(1)に記載のファイバ状基材
(3)前記第1及び第2の解離性ハイドロゲルが、金属イオンの存在下でゲル化するハイドロゲル、酵素溶解性ハイドロゲル、温度応答性ハイドロゲル、pH応答性ハイドロゲル、光応答性ハイドロゲル及び磁場応答性ハイドロゲルからなる群より選択される、(2)に記載のファイバ状基材
(4)(1)〜(3)のいずれか一項に記載のファイバ状基材と、前記基材の表面に被覆された細胞層とを備える、3次元細胞構造体。
)前記細胞層が、積層された複数種類の細胞層を備える、()に記載の3次元細胞構造体。
)ファイバ状基材と、前記基材の表面に被覆された細胞層と、を備え、前記基材の内部が中空である、3次元細胞構造体。
)前記細胞層が、積層された複数種類の細胞層を備える、()に記載の3次元細胞構造体。
)コア部を形成する第1の解離性ハイドロゲルと、シェル部を形成する第2の解離性ハイドロゲルと、を有するコアシェル型のファイバ状基材上に細胞を被覆する工程を備える、3次元細胞構造体の製造方法。
)前記第1の解離性ハイドロゲルを除去し、前記基材の内部を中空にする工程を更に備える、()に記載の製造方法。
10)前記第2の解離性ハイドロゲルを除去する工程を更に備える、()に記載の製造方法。
11)前記細胞を被覆する工程が、前記基材上にファイバ状の細胞塊を巻きつけることにより行われる、()〜(10)のいずれかに記載の製造方法。
12)コア部を形成する第1の解離性ハイドロゲルと、シェル部を形成する第2の解離性ハイドロゲルと、を有するコアシェル型のファイバ状基材上に細胞を被覆する工程と、前記第1の解離性ハイドロゲルを除去し、前記基材の内部を中空にする工程と、前記基材の内部に培地を供給する工程と、を備える、3次元細胞構造体の培養方法。
The present invention is as follows.
(1) A core-shell fiber-shaped substrate having a first dissociable hydrogel that forms a core part and a second dissociative hydrogel that forms a shell part.
(2) The fiber-shaped substrate according to (1), wherein the first and second dissociative hydrogels are dissociated under different dissociation conditions.
(3) The first and second dissociative hydrogels are gelled in the presence of metal ions, enzyme-soluble hydrogels, temperature-responsive hydrogels, pH-responsive hydrogels, and photo-responsive hydrogels. The fiber substrate according to (2), which is selected from the group consisting of a gel and a magnetic field responsive hydrogel.
(4) A three-dimensional cell structure comprising the fibrous substrate according to any one of (1) to (3) and a cell layer coated on the surface of the substrate.
( 5 ) The three-dimensional cell structure according to ( 4 ), wherein the cell layer includes a plurality of types of stacked cell layers.
( 6 ) A three-dimensional cell structure comprising a fibrous base material and a cell layer coated on the surface of the base material, wherein the base material is hollow.
( 7 ) The three-dimensional cell structure according to ( 6 ), wherein the cell layer includes a plurality of types of stacked cell layers.
( 8 ) comprising a step of coating cells on a core-shell type fibrous substrate having a first dissociable hydrogel that forms a core part and a second dissociative hydrogel that forms a shell part, A method for producing a three-dimensional cell structure.
( 9 ) The manufacturing method according to ( 8 ), further comprising a step of removing the first dissociative hydrogel and making the inside of the base material hollow.
( 10 ) The production method according to ( 9 ), further comprising a step of removing the second dissociative hydrogel.
( 11 ) The method according to any one of ( 8 ) to ( 10 ), wherein the step of coating the cells is performed by winding a fiber-shaped cell mass on the base material.
( 12 ) a step of coating cells on a core-shell type fiber-shaped substrate having a first dissociable hydrogel that forms a core part and a second dissociative hydrogel that forms a shell part; A method for culturing a three-dimensional cell structure, comprising: removing the first dissociative hydrogel to make the inside of the base material hollow; and supplying a medium to the inside of the base material.

Claims (11)

ファイバ状基材と、
前記基材の表面に被覆された細胞層と、
を備え、前記基材が、コア部を形成する第1の解離性ハイドロゲルと、シェル部を形成する第2の解離性ハイドロゲルと、を有するコアシェル型のファイバ状基材である、3次元細胞構造体。
A fibrous substrate;
A cell layer coated on the surface of the substrate;
And the base material is a core-shell fiber-like base material having a first dissociable hydrogel that forms a core part and a second dissociative hydrogel that forms a shell part. Cell structure.
前記第1及び第2の解離性ハイドロゲルが、異なる解離条件下で解離するものである、請求項1に記載の3次元細胞構造体。   The three-dimensional cell structure according to claim 1, wherein the first and second dissociative hydrogels are dissociated under different dissociation conditions. 前記第1及び第2の解離性ハイドロゲルが、金属イオンの存在下でゲル化するハイドロゲル、酵素溶解性ハイドロゲル、温度応答性ハイドロゲル、pH応答性ハイドロゲル、光応答性ハイドロゲル及び磁場応答性ハイドロゲルからなる群より選択される、請求項2に記載の3次元細胞構造体。   The first and second dissociative hydrogels gel in the presence of metal ions, enzyme-soluble hydrogels, temperature-responsive hydrogels, pH-responsive hydrogels, photo-responsive hydrogels, and magnetic fields The three-dimensional cell structure according to claim 2, which is selected from the group consisting of responsive hydrogels. 前記細胞層が、積層された複数種類の細胞層を備える、請求項1〜3のいずれか一項に記載の3次元細胞構造体。   The three-dimensional cell structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the cell layer includes a plurality of types of stacked cell layers. ファイバ状基材と、
前記基材の表面に被覆された細胞層と、
を備え、前記基材の内部が中空である、3次元細胞構造体。
A fibrous substrate;
A cell layer coated on the surface of the substrate;
A three-dimensional cell structure in which the inside of the substrate is hollow.
前記細胞層が、積層された複数種類の細胞層を備える、請求項5に記載の3次元細胞構造体。   The three-dimensional cell structure according to claim 5, wherein the cell layer includes a plurality of types of cell layers stacked. コア部を形成する第1の解離性ハイドロゲルと、シェル部を形成する第2の解離性ハイドロゲルと、を有するコアシェル型のファイバ状基材上に細胞を被覆する工程を備える、3次元細胞構造体の製造方法。   A three-dimensional cell comprising a step of coating a cell on a core-shell type fibrous substrate having a first dissociable hydrogel that forms a core part and a second dissociative hydrogel that forms a shell part Manufacturing method of structure. 前記第1の解離性ハイドロゲルを除去し、前記基材の内部を中空にする工程を更に備える、請求項7に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 7, further comprising a step of removing the first dissociative hydrogel and making the inside of the base material hollow. 前記第2の解離性ハイドロゲルを除去する工程を更に備える、請求項8に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 8, further comprising a step of removing the second dissociative hydrogel. 前記細胞を被覆する工程が、前記基材上にファイバ状の細胞塊を巻きつけることにより行われる、請求項7〜9のいずれか一項に記載の製造方法。   The manufacturing method according to any one of claims 7 to 9, wherein the step of coating the cells is performed by winding a fiber-shaped cell mass on the base material. コア部を形成する第1の解離性ハイドロゲルと、シェル部を形成する第2の解離性ハイドロゲルと、を有するコアシェル型のファイバ状基材上に細胞を被覆する工程と、
前記第1の解離性ハイドロゲルを除去し、前記基材の内部を中空にする工程と、
前記基材の内部に培地を供給する工程と、
を備える、3次元細胞構造体の培養方法。
Coating a cell on a core-shell type fibrous substrate having a first dissociable hydrogel forming a core part and a second dissociative hydrogel forming a shell part;
Removing the first dissociative hydrogel and making the interior of the substrate hollow;
Supplying a medium inside the substrate;
A method for culturing a three-dimensional cell structure.
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