JP2019122335A - 人工三次元組織のバリア機能測定システム、人工三次元組織のバリア機能測定方法及び人工三次元組織を用いた薬剤評価方法 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、本発明に係るバリア機能測定システムについて、図1を参照して説明する。
図1は、バリア機能測定システム100の概略的な構成図である。
図1に示すように、バリア機能測定システム100は、灌流デバイス(デバイス)40、培養皿50、ポンプ(供給装置)60、培地リザーバー61、フィルター62、流路電極70、組織電極80及び測定部90を備えている。
図2は、人工三次元組織を形成(培養)する前段階の灌流デバイス40の外観斜視図である。
灌流デバイス40は、培養槽41、コネクタ(支持部)42、流路形成部材43及び組織電極80を備えている。培養槽41は、側壁44に囲まれた上部が開口する培養空間45と、底壁46に設けられた底板47を備えている。側壁44は、平面視で矩形状に設けられている。底板47は、培養槽41に取り付けおよび取り外し自在である。底板47は、培養槽41の底壁46に設けられた開口部を開閉可能である。
図3に示すように、コネクタ42A、42Bは、装着部(筒部)42a、接続部42b、係合部42cおよび流路形成部材43の延びる方向(側壁44を貫通する方向)に内部を貫通する貫通孔42dを有している。装着部42aは軸状に形成され培養槽41の側壁44を貫通して装着されている。接続部42bは、装着部42bの一端に設けられている。接続部42bは、培養槽41の外側に配置された配管64に接続可能である。
図4に示すように、流路形成部材43を長さ方向の他端側(図4中、左側)に移動させることにより、流路電極70が培養空間45に懸架される。
図7に示すように、流路電極70は、第1流路電極71及び第2流路電極72を有している。第1流路電極71と第2流路電極72とは、互いに撚り合わされた第1撚り線73を形成している。組織電極80は、第1組織電極81及び第2組織電極82を有している。第1組織電極81と第2組織電極82とは、互いに撚り合わされた第2撚り線83を形成している。第1撚り線73の最大外径は、流路形成部材43の外径よりも小さく形成されている。
次に、図8を参照して人工三次元組織について説明する。図8は、人工三次元組織1の概略的な構成図である。
図8に示すように、人工三次元組織1は、灌流流路13を有する管状の管腔部15と、管腔部15の外側に配置された組織部10とを含む。本実施形態における組織部10は、細胞外マトリックス成分11で形成されている。
次に、人工三次元組織1の製造方法について、図9乃至図12を参照して説明する。
本発明に係る人工三次元組織1の製造方法は、側壁44に囲まれた培養空間45を有する培養槽41と、対向する側壁44を貫いて培養空間45に所定方向に沿って懸架された流路形成部材43及び組織電極80とを備えた灌流デバイス(人工三次元組織灌流デバイス、デバイス)40を準備することと、培養空間45で細胞外マトリックス成分11を培養して、流路形成部材43及び組織電極80が貫く組織部10を形成することと、組織部10から流路形成部材43を抜去して組織部10を貫通する灌流流路13を形成することと、灌流流路13に流路電極70を配置することと、灌流流路13に臨む組織部10の表面に血管系細胞を播種して管腔部15を形成することを含む。
図9乃至図12においては、適宜、灌流デバイス40のみを図示し、培養皿50、ポンプ60等の図示を省略している。
灌流デバイス40の準備としては、図2及び図9に示すように、上記の培養槽41の対向する側壁44に貫通孔42dが同軸となるようにコネクタ42A、42Bを装着する。同軸となっているコネクタ42Bの貫通孔42dに流路形成部材43を挿通し、コネクタ42Aの貫通孔42dに組織電極80を挿通し、培養空間45に流路形成部材43及び組織電極80を懸架させる。
灌流デバイス40の準備が完了すると、組織部10を形成する。組織部10の形成は、図9に示すように、細胞外マトリックス成分11の溶液を培養槽41の培養空間45に注ぎ込む。細胞外マトリックス成分11は、流路形成部材43及び組織電極80が浸漬される高さとなる量で注ぎ込まれる。本実施形態では、細胞外マトリックス成分11としてコラーゲン、10倍濃度のPBS及び細胞培養液の混合液を用いており、混合比は、9:1:5である。細胞培養液としては、例えば血管内皮細胞用の培養液であるEGMを用いる。また、混合比はコラーゲン溶液がゲル化される範囲であれば、必ずしも前記比率でなくともよい。
次に、コネクタ42Bに支持されている流路形成部材43を抜去する。具体的には、流路電極70が連結された一端側とは逆側(図10中。左側)に流路形成部材43を移動させる。流路形成部材43が他端側へ移動することにより、組織部10には流路形成部材43の外径に応じた直径で直線状に延びる空洞である灌流流路13が形成される。このとき、組織部10は、両端部において係合部42cに係合しているため、流路形成部材43の抜去時にコネクタ42Bから脱離することなく安定してコネクタ42Bに支持される。
次に、形成された人工三次元組織1のバリア機能を測定する方法について、図13を参照して説明する。
すなわち、本実施形態では、管腔部15における血管系細胞14の成長状態の差に伴って生じる経内皮電気抵抗の差を測定できることを確認できた。
本発明は、さらにその他の態様として、本発明の人工三次元組織1を用いた薬剤の組織部10に対する刺激性を評価する方法に関する。本発明における薬剤とは、医薬品等の薬物、化粧品や医薬部外品等を含む。本発明の評価方法によれば、例えば、従来の方法と比較して実際の組織部10に近い環境で薬剤の評価を行うことができる。また、本発明の評価方法は、例えば、新薬の創出(スクリーニング)等における各種分子量の薬物の動態評価、化粧品や医薬部外品等の開発における評価において極めて有用である。
また、上記のバリア機能測定方法を用いることにより、バリア機能測定システム100における管腔部においてバリア機能が十分に構築されているかどうかバリデートすることができる。
ヒトの脳から細胞を採取することは困難であるから、血液脳関門モデルを構築する際に必要な細胞は、iPS細胞から分化させた細胞であってもよい。iPS細胞へ初期化する際に用いられる細胞としては、脂肪細胞、軟骨細胞、骨芽細胞、血液細胞、線維芽細胞等が挙げられる。
Claims (20)
- 所定方向に延びる灌流流路を有する管腔部と、
前記管腔部の外側に配置された組織部と、
前記灌流流路に培地を供給する供給装置と、
前記灌流流路に配置された流路電極と、
前記組織部に配置された組織電極と、
前記流路電極及び前記組織電極を介して経内皮電気抵抗を測定する測定装置と、
を備えることを特徴とする人工三次元組織のバリア機能測定システム。 - 前記流路電極は、前記灌流流路に配置された第1流路電極及び第2流路電極を有し、
前記組織電極は、前記組織部に配置された第1組織電極及び第2組織電極を有し、
前記測定装置は、前記第1流路電極及び前記第1組織電極を介して測定された電流値と、前記第2流路電極及び前記第2組織電極を介して測定された電圧値とに基づいて前記経内皮電気抵抗を測定することを特徴とする請求項1記載の人工三次元組織のバリア機能測定システム。 - 前記第1流路電極と外周面を絶縁被覆された前記第2流路電極とは、互いに撚り合わされた第1撚り線を形成し、
前記第1組織電極と外周面を絶縁被覆された前記第2組織電極とは、互いに撚り合わされた第2撚り線を形成することを特徴とする請求項2記載の人工三次元組織のバリア機能測定システム。 - 前記人工三次元組織を培養するデバイスを備え、
前記デバイスは、側壁に囲まれた培養空間を有する培養槽と、
対向する前記側壁を貫いて前記培養空間における前記人工三次元組織を配置する領域に前記所定方向に沿って懸架される前記組織電極を支持する第1支持部と、
対向する前記側壁を貫いて前記培養空間における前記人工三次元組織を配置する領域に前記所定方向に沿って懸架される軸状の流路形成部材を取り付けおよび取り外し自在に支持する第2支持部とを有し、
前記人工三次元組織から前記流路形成部材が抜去された空間に前記灌流流路が形成されるとともに、前記流路電極が配置されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の人工三次元組織のバリア機能測定システム。 - 前記流路形成部材の一端に前記流路電極の一端が連結され、
前記流路形成部材を他端側に抜去した際に前記流路電極が前記灌流流路に配置されることを特徴とする請求項4記載の人工三次元組織のバリア機能測定システム。 - 前記第1支持部及び前記第2支持部は、前記人工三次元組織に係合して前記人工三次元組織の前記所定方向への収縮を抑える係合部をそれぞれ有することを特徴とする請求項4または5記載の人工三次元組織のバリア機能測定システム。
- 前記第2支持部は、前記流路形成部材及び前記流路電極が挿通される挿通孔を有し、
前記供給装置は、前記挿通孔を介して前記灌流流路に培地を供給することを特徴とする請求項4から6のいずれか一項に記載の人工三次元組織のバリア機能測定システム。 - 前記管腔部は、血管系細胞を用いて形成されていることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の人工三次元組織のバリア機能測定システム。
- 前記組織部は、細胞外マトリックス成分を含むことを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の人工三次元組織のバリア機能測定システム。
- 前記組織部は、神経系細胞を含むことを特徴とする請求項9記載の人工三次元組織のバリア機能測定システム。
- 所定方向に延びる灌流流路を有する管腔部と、前記管腔部の外側に配置された組織部と、を有する人工三次元組織を形成することと、
前記灌流流路に培地を供給することと、
前記灌流流路に配置した流路電極及び前記組織部に配置した組織電極を介して経内皮電気抵抗を測定することと、を含むことを特徴とする人工三次元組織のバリア機能測定方法。 - 前記流路電極は、前記灌流流路に配置された第1流路電極及び第2流路電極を有し、
前記組織電極は、前記組織部に配置された第1組織電極及び第2組織電極を有し、
前記経内皮電気抵抗を測定することは、前記第1流路電極及び前記第1組織電極を介して測定された電流値と、前記第2流路電極及び前記第2組織電極を介して測定された電圧値とに基づいて前記経内皮電気抵抗を測定することを特徴とする請求項11記載の人工三次元組織のバリア機能測定方法。 - 前記第1流路電極と外周面を絶縁被覆された前記第2流路電極とは、互いに撚り合わされた第1撚り線を形成し、
前記第1組織電極と外周面を絶縁被覆された前記第2組織電極とは、互いに撚り合わされた第2撚り線を形成することを特徴とする請求項12記載の人工三次元組織のバリア機能測定方法。 - 側壁に囲まれた培養空間を有する培養槽と、対向する前記側壁を貫いて前記培養空間に前記所定方向に沿って懸架された軸状の流路形成部材及び前記組織電極とを備えたデバイスを準備することと、
前記培養空間で細胞を培養して、前記流路形成部材及び前記組織電極が貫く前記組織部を形成することと、
前記人工三次元組織から前記流路形成部材を抜去して前記人工三次元組織を貫通する前記灌流流路を形成することと、
前記灌流流路に前記流路電極を配置することと、
前記灌流流路に臨む前記組織部の表面に血管系細胞を播種して前記管腔部を形成することと、を含むことを特徴とする請求項11から13のいずれか一項に記載の人工三次元組織のバリア機能測定方法。 - 前記デバイスは、前記所定方向に沿って懸架される前記組織電極を支持する第1支持部と、前記所定方向に沿って懸架される前記流路形成部材を取り付けおよび取り外し自在に支持する第2支持部とを有し、
前記第1支持部及び前記第2支持部にそれぞれ設けた係合部に、前記人工三次元組織の一部を係合させて前記所定方向への収縮を抑えながら前記組織部を形成することを特徴とする請求項14記載の人工三次元組織のバリア機能測定方法。 - 前記第2支持部は、前記流路形成部材及び前記流路電極が挿通される挿通孔を有し、
前記灌流流路に培地を供給することは、前記挿通孔を介して前記灌流流路に培地を供給することを特徴とする請求項15記載の人工三次元組織のバリア機能測定方法。 - 前記灌流流路に前記流路電極を配置することは、一端に前記流路電極の一端が連結された前記流路形成部材を他端側に抜去することにより、前記流路電極を前記灌流流路に配置することを含むことを特徴とする請求項14から16のいずれか一項に記載の人工三次元組織のバリア機能測定方法。
- 前記組織部は、細胞外マトリックス成分を含むことを特徴とする請求項11から17のいずれか一項に記載の人工三次元組織のバリア機能測定方法。
- 前記組織部は、神経系細胞を含むことを特徴とする請求項11から18のいずれか一項に記載の人工三次元組織のバリア機能測定方法。
- 請求項11から19のいずれか一項に記載の測定方法で人工三次元組織のバリア機能を測定することと、
薬剤を前記人工三次元組織に接触させることと、
前記薬剤の接触による刺激に対する前記人工三次元組織の応答を測定することと、
を含むことを特徴とする人工三次元組織を用いた薬剤評価方法。
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