JP2019137639A - Collagen structure - Google Patents

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哲郎 佐藤
一朗 藤本
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一朗 藤本
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加容子 勢村
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Abstract

To provide a novel structure collagen structure for solving problems for example, in prior cell culture in vitro of PHHs using a collagen coat, a liver function and viability of PHHs are deteriorated for a few days, so that application to a middle/long-term drug development related test, namely, there is a problem in which a function of PHHs cannot be maintained for a few days.SOLUTION: The invention found that, a collagen structure comprising a collagen fibril having a dimple on a surface thereof can solve the above-mentioned problem.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、新規なコラーゲン構造体、該コラーゲン構造体を含むコラーゲン担体及び該担体を用いた細胞培養方法に関する。   The present invention relates to a novel collagen structure, a collagen carrier containing the collagen structure, and a cell culture method using the carrier.

(コラーゲン)
コラーゲンは、ヒト初代培養肝細胞(PHHs)等を培養するために一般的に用いられる細胞外基質(ECM)である。
従来の肝細胞2次元培養は、簡便で最も一般的な培養方法である(非特許文献2)。PHHsの培養における従来のコラーゲンコート(コラーゲンが表面にコーティングされている培養容器等)は、コラーゲン密度がマイクログラム/cm2オーダーで培養されている。
(collagen)
Collagen is an extracellular matrix (ECM) generally used for culturing human primary cultured hepatocytes (PHHs) and the like.
Conventional two-dimensional culture of hepatocytes is a simple and most common culture method (Non-patent Document 2). Conventional collagen coats (such as culture vessels coated with collagen on the surface) in the culture of PHHs are cultured with a collagen density of the order of microgram / cm 2 .

(肝細胞)
ヒト初代培養肝細胞は、創薬における候補薬物の肝薬物代謝、クリアランス(clearance)、薬物相互作用、トランスポーター活性、肝毒性等の有効性・毒性試験や肝再生研究において広く用いられている(非特許文献1〜3)。
従来のコラーゲンコート上で培養した初代培養肝細胞は、急速に機能を消失するため約1日(24時間時点)まで適した培養モデルであるが、中長期的な毒性試験に適さない(非特許文献4)。
(Hepatocytes)
Human primary cultured hepatocytes are widely used in efficacy and toxicity tests such as hepatic drug metabolism, clearance, drug interaction, transporter activity, hepatotoxicity, and liver regeneration studies of candidate drugs in drug discovery ( Non-patent documents 1 to 3).
Primary cultured hepatocytes cultured on conventional collagen coats are a culture model suitable for up to about 1 day (at 24 hours) because of their rapid loss of function, but are not suitable for medium- to long-term toxicity tests (non-patented) Reference 4).

(肝細胞様細胞)
人工多能性幹(iPS)細胞又は胚性幹(ES)細胞由来の肝細胞様細胞{HLC(s)}が、増殖能及び分化能から薬物試験等の利用に有望視されている。しかし、HLCsは未成熟な表現型を有し、必ずしもPHHsと類似した機能を示すわけではない(非特許文献5及び6)。
(Hepatocyte-like cells)
Artificial pluripotent stem (iPS) cells or embryonic stem (ES) cell-derived hepatocyte-like cells {HLC (s)} are promising for use in drug tests and the like because of their proliferation ability and differentiation ability. However, HLCs have an immature phenotype and do not necessarily exhibit functions similar to PHHs (Non-patent Documents 5 and 6).

(先行特許文献)
任意の培養容器に所定の濃度のコラーゲン溶液を塗布後、所定の角度の傾斜を設けた面上に静置して、コラーゲン線維を重合させたことを特徴とするコラーゲンコート細胞培養容器が報告されている(特許文献1)。しかし、特許文献1に記載のコラーゲンコート細胞培養容器は、本発明のコラーゲン構造体とは明らかに構造が異なる。
アミノ基を有する基材表面にコラーゲン層を形成させ、該アミノ基とコラーゲンとを化学的に結合させたことを特徴とするコラーゲンコート細胞培養器が報告されている(特許文献2)。しかし、特許文献2に記載のコラーゲンコート細胞培養容器は、本発明のコラーゲン構造体とは明らかに構造が異なる。
少なくとも表面付近がリン酸カルシウム系化合物で構成された担体の表面の少なくとも一部が、コラーゲンと親和性の高いタンパク質を介して、前記コラーゲンで被覆されてなることを特徴とするコラーゲン被覆担体が報告されている(特許文献3)。しかし、特許文献3に記載のコラーゲン被覆担体は、本発明のコラーゲン構造体とは明らかに構造が異なる。
(Prior Patent Literature)
A collagen-coated cell culture vessel characterized by polymerizing collagen fibers by applying a collagen solution of a predetermined concentration to an arbitrary culture vessel and then allowing it to stand on an inclined surface with a predetermined angle has been reported. (Patent Document 1). However, the collagen-coated cell culture container described in Patent Document 1 is clearly different in structure from the collagen structure of the present invention.
A collagen-coated cell incubator has been reported in which a collagen layer is formed on the surface of a substrate having an amino group, and the amino group and collagen are chemically bonded (Patent Document 2). However, the collagen-coated cell culture container described in Patent Document 2 is clearly different in structure from the collagen structure of the present invention.
A collagen-coated carrier characterized in that at least a part of the surface of a carrier composed of a calcium phosphate compound at least near the surface is coated with the collagen via a protein having a high affinity for collagen has been reported. (Patent Document 3). However, the collagen-coated carrier described in Patent Document 3 is clearly different in structure from the collagen structure of the present invention.

特開2002−142752JP2002-142752 特開平8−168372JP-A-8-168372 特開2006−325467JP 2006-325467 A

Godoy, P. et al. Recent advances in 2D and 3Din vitro systems using primary hepatocytes,alternative hepatocyte sources andnon-parenchymal liver cells and their use in investigating mechanisms ofhepatotoxicity, cell signaling and ADME. Arch. toxicol. 87, (2013).Godoy, P. et al. Recent advances in 2D and 3D in vitro systems using primary hepatocytes, alternative hepatocyte sources and non-parenchymal liver cells and their use in investigating mechanisms of hepatotoxicity, cell signaling and ADME. Arch. Toxicol. 87, (2013). Zeilinger, K., Freyer, N., Damm, G., Seehofer,D. & Knöspel, F. Cell sources for in vitro human liver cell culture models.Exp. Biol. Med. 241, 1684-1698 (2016).Zeilinger, K., Freyer, N., Damm, G., Seehofer, D. & Kn ö spel, F. Cell sources for in vitro human liver cell culture models.Exp. Biol. Med. 241, 1684-1698 (2016 ). Fraczek, J., Bolleyn, J., Vanhaecke, T.,Rogiers, V. & Vinken, M. Primary hepatocyte cultures forpharmaco-toxicological studies: At the busy crossroad of variousanti-dedifferentiation strategies. Arch. toxicol. 87, (2013).Fraczek, J., Bolleyn, J., Vanhaecke, T., Rogiers, V. & Vinken, M. Primary hepatocyte cultures forpharmaco-toxicological studies: At the busy crossroad of variousanti-dedifferentiation strategies. Arch. Toxicol. 87, (2013 ). Beigel, J., Fella, K., Kramer, P.-J.,Kroeger, M. & Hewitt, P. Genomics and proteomics analysis of culturedprimary rat hepatocytes. Toxicol. In Vitro 22, 171-181 (2008).Beigel, J., Fella, K., Kramer, P.-J., Kroeger, M. & Hewitt, P. Genomics and proteomics analysis of cultured primary rat hepatocytes. Toxicol. In Vitro 22, 171-181 (2008). Godoy, P. et al. Gene networks and transcription factormotifs defining the differentiation of stem cells into hepatocyte-like cells. J.Hepatol. 63, 934-942 (2015).Godoy, P. et al. Gene networks and transcription factormotifs defining the differentiation of stem cells into hepatocyte-like cells. J. Hepatol. 63, 934-942 (2015). Baxter, M. et al. Phenotypic and functional analyses showstem cell-derived hepatocyte-like cells better mimic fetal rather than adulthepatocytes. J. Hepatol. 62, 581-589 (2015).Baxter, M. et al. Phenotypic and functional analyzes showstem cell-derived hepatocyte-like cells better mimic fetal rather than adulthepatocytes. J. Hepatol. 62, 581-589 (2015).

従来のコラーゲンコートを用いたPHHsのin vitroの細胞培養では、数日でPHHsの肝機能及び生存能力が低下するため、中長期的な創薬関連試験への適用が制限されている。すなわち、PHHsの機能を数日間維持できないという問題があった。
本発明は、上記問題を解決する新規構造のコラーゲン構造体を提供することを課題とする。
In vitro cell culture of PHHs using a conventional collagen coat reduces the liver function and viability of PHHs within a few days, and therefore is limited to medium- to long-term drug discovery-related tests. That is, there is a problem that the function of PHHs cannot be maintained for several days.
An object of the present invention is to provide a collagen structure having a novel structure that solves the above problems.

本発明者らは、上記課題を解決するために研究した結果、表面にディンプルを有するコラーゲン原線維を含むコラーゲン構造体(以後、「本発明のコラーゲン構造体」と称する場合がある)が、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of researches to solve the above problems, the present inventors have found that a collagen structure containing collagen fibrils having dimples on the surface (hereinafter sometimes referred to as “collagen structure of the present invention”) The present inventors have found that the problem can be solved and have completed the present invention.

すなわち本発明は、以下の通りである。
1.表面にディンプルを有する、コラーゲン原線維を含むコラーゲン構造体。
2.前記表面のディンプルは、複数のコラーゲン原線維が重なり合うことにより生じる窪み形状の空間である前項1に記載のコラーゲン構造体。
3.前記ディンプルは、表面475 μm2あたりに、1個〜4,000個有する前項1又は2に記載のコラーゲン構造体。
4.前記表面475 μm2あたりのモチーフ数が4,377以下である前項1〜3のいずれか1に記載のコラーゲン構造体。
5.前記モチーフの平均面積が0.12 μm2以上である前項4に記載のコラーゲン構造体。
6.前記表面がランダムな配向である前項1〜5のいずれか1に記載のコラーゲン構造体。
7.前記コラーゲン構造体を形成する複数のコラーゲン原線維間に空間が形成されている前項1〜6のいずれか1に記載のコラーゲン構造体。
8.前記コラーゲン構造体を形成する複数のコラーゲン原線維はランダムに配向している前項1〜7のいずれか1に記載のコラーゲン構造体。
9.前記コラーゲン原線維がアテロコラーゲン原線維である前項1〜8のいずれか1に記載のコラーゲン。
10.前記コラーゲン構造体のコラーゲン密度が0.21 mg/cm2以上である前項1〜9のいずれか1に記載のコラーゲン構造体。
11.前項1〜10のいずれか1に記載のコラーゲン構造体を含むコラーゲン担体。
12.細胞培養用である前項10又は11に記載のコラーゲン担体。
13.培養細胞の酵素活性増強作用を有する前項12に記載のコラーゲン担体。
14.培養細胞の薬物応答性増強作用を有する前項12又は13に記載のコラーゲン担体。
15.培養細胞の脱分化抑制作用を有する前項12〜14のいずれか1に記載のコラーゲン担体。
16.以下の工程を含む、表面にディンプルを有するコラーゲン原線維を含むコラーゲン構造体の製造方法、
(1)濃度0.1 mg/ml〜100 mg/mlのコラーゲン溶液をコート対象の表面に被覆して、コラーゲン密度を0.21 mg/cm2以上にする工程。
17.さらに以下の工程を含む前項16に記載のコラーゲンの製造方法、
(2)前記コラーゲン構造体を架橋する工程。
18.前記コラーゲンがアテロコラーゲンである前項16又は17に記載のコラーゲンの製造方法。
That is, the present invention is as follows.
1. A collagen structure containing collagen fibrils having dimples on the surface.
2. 2. The collagen structure according to item 1, wherein the dimple on the surface is a hollow space formed by overlapping a plurality of collagen fibrils.
3. 3. The collagen structure according to item 1 or 2, wherein the dimple has 1 to 4,000 per 475 μm 2 of surface.
4). 4. The collagen structure according to any one of items 1 to 3, wherein the number of motifs per surface 475 μm 2 is 4,377 or less.
5). 5. The collagen structure according to item 4 above, wherein the average area of the motif is 0.12 μm 2 or more.
6). 6. The collagen structure according to any one of 1 to 5 above, wherein the surface has a random orientation.
7). 7. The collagen structure according to any one of items 1 to 6, wherein a space is formed between a plurality of collagen fibrils forming the collagen structure.
8). The collagen structure according to any one of the preceding items 1 to 7, wherein the plurality of collagen fibrils forming the collagen structure are randomly oriented.
9. The collagen according to any one of the preceding items 1 to 8, wherein the collagen fibril is atelocollagen fibril.
10. 10. The collagen structure according to any one of items 1 to 9, wherein a collagen density of the collagen structure is 0.21 mg / cm 2 or more.
11. A collagen carrier comprising the collagen structure according to any one of 1 to 10 above.
12 12. The collagen carrier according to 10 or 11 above, which is for cell culture.
13. 13. The collagen carrier according to item 12 above, which has an action of enhancing enzyme activity of cultured cells.
14 14. The collagen carrier according to item 12 or 13, which has an action of enhancing drug responsiveness of cultured cells.
15. 15. The collagen carrier according to any one of 12 to 14 above, which has a dedifferentiation inhibitory action on cultured cells.
16. A method for producing a collagen structure comprising collagen fibrils having dimples on the surface, comprising the following steps:
(1) A step of coating the surface of the object to be coated with a collagen solution having a concentration of 0.1 mg / ml to 100 mg / ml so that the collagen density is 0.21 mg / cm 2 or more.
17. The method for producing collagen according to item 16, further comprising the following steps:
(2) A step of crosslinking the collagen structure.
18. 18. The method for producing collagen according to 16 or 17 above, wherein the collagen is atelocollagen.

本発明のコラーゲン構造体(又は、本発明のコラーゲン担体)は、少なくとも以下のいずれか1以上の効果を有する。
(1)培養細胞の肝細胞形状形成作用を有する。
(2)培養細胞の細胞間相互作用増強作用及び脱分化抑制作用を有する。
(3)培養細胞のエステラーゼ活性増強作用を有する。
(4)培養細胞のアルブミン分泌促進作用を有する。
(5)培養細胞のCYP3A4酵素活性増強作用を有する。
(6)培養細胞の薬物応答性(リファンピシンによるCYP3A4誘導酵素活性)増強作用を有する。
(7)培養細胞の肝特異的分泌タンパク質遺伝子発現促進又は維持作用を有する。また、培養細胞の肝関連タンパク質産生増強又は維持作用を有する。
(8)培養細胞のCYP活性増強又は維持作用を有する。
(9)培養細胞の核内受容体遺伝子発現促進又は維持作用を有する。
(10)培養細胞の核内受容体遺伝子発現維持作用を有する。
(11)培養細胞のインテグリン遺伝子の発現を抑制することにより、FAKシグナルの活性化を抑制し、脱分化及び肝機能低下を抑制する作用を有する。
(12)培養細胞のDDR1遺伝子発現抑制又は維持作用を有する。
(13)ヒトiPS細胞由来肝細胞様細胞のアルブミン分泌促進作用を有する。
(14)ヒトiPS細胞由来肝細胞様細胞のCYP3A4酵素活性増強作用を有する。
(15)ヒトiPS細胞由来肝細胞様細胞の肝特異的分泌タンパク質遺伝子発現促進作用を有する。
(16)ヒトiPS細胞由来肝細胞様細胞の薬物代謝酵素Phase2遺伝子発現促進作用を有する。
(17)ヒトiPS細胞由来肝細胞様細胞の薬物代謝酵素Phase3遺伝子発現促進作用を有する。
(18)ヒトiPS細胞由来肝細胞様細胞の核内受容体遺伝子発現促進作用を有する。
The collagen structure of the present invention (or the collagen carrier of the present invention) has at least one of the following effects.
(1) Has an effect of forming a hepatocyte shape on cultured cells.
(2) It has a cell-cell interaction enhancing action and a dedifferentiation inhibiting action of cultured cells.
(3) Has an effect of enhancing esterase activity of cultured cells.
(4) It has an action to promote albumin secretion of cultured cells.
(5) It has a CYP3A4 enzyme activity enhancing effect on cultured cells.
(6) It has a drug responsiveness (CYP3A4-inducing enzyme activity by rifampicin) enhancing effect of cultured cells.
(7) It has the effect of promoting or maintaining the expression of liver-specific secreted protein gene in cultured cells. In addition, it has the effect of enhancing or maintaining the production of liver-related protein in cultured cells.
(8) It has the effect of enhancing or maintaining CYP activity of cultured cells.
(9) It has an action of promoting or maintaining nuclear receptor gene expression in cultured cells.
(10) It has an action of maintaining the expression of nuclear receptor genes in cultured cells.
(11) By suppressing the expression of the integrin gene in the cultured cells, it has the effect of suppressing activation of FAK signal and suppressing dedifferentiation and liver function deterioration.
(12) It has the effect of suppressing or maintaining DDR1 gene expression in cultured cells.
(13) It has an action of promoting albumin secretion of human iPS cell-derived hepatocyte-like cells.
(14) It has a CYP3A4 enzyme activity enhancing action of human iPS cell-derived hepatocyte-like cells.
(15) It has a liver-specific secretory protein gene expression promoting action of human iPS cell-derived hepatocyte-like cells.
(16) It has an action of promoting the expression of the drug metabolizing enzyme Phase 2 gene of human iPS cell-derived hepatocyte-like cells.
(17) It has an action of promoting the expression of drug metabolizing enzyme Phase 3 gene in human iPS cell-derived hepatocyte-like cells.
(18) It has an action of promoting nuclear receptor gene expression of human iPS cell-derived hepatocyte-like cells.

本発明のコラーゲン構造体の構造特性の評価。(a)〜(d)はSEMによるコラーゲンコート及び構造体表面の観察を示す。(e)〜(h)はDigital surf(商標)MountainsMap 解析ソフトによるモチーフ解析を示す。(k)及び(l)はTEMによるコラーゲン断面の観察を示す。(a)コラーゲン密度0.04 mg/cm2の従来法コラーゲンコート。(b)コラーゲン密度0.2 mg/cm2の従来法コラーゲンコート。(c)コラーゲン密度1 mg/cm2のコラーゲン構造体。(d)コラーゲン密度2 mg/cm2のコラーゲン構造体。(c)及び(d)において、矢印は代表的なコラーゲン原線維を示す。矢尻(arrow head)は代表的なディンプルを示す。スケールバー: 10 μm。(e)コラーゲン密度0.04 mg/cm2の従来法コラーゲンコート。(f)コラーゲン密度0.2 mg/cm2の従来法コラーゲンコート。(g)コラーゲン密度1 mg/cm2のコラーゲン構造体。(h)コラーゲン密度2 mg/cm2のコラーゲン構造体。(i)コラーゲン密度0.04 mg/cm2、0.2 mg/cm2、1 mg/cm2、2 mg/cm2におけるモチーフの数。(j)コラーゲン密度0.04 mg/cm2、0.2 mg/cm2、1 mg/cm2、2 mg/cm2におけるモチーフの平均面積。(k)コラーゲン密度0.04 mg/cm2の従来法コラーゲンコート。コラーゲンの中に認められる2つの傷はアーティファクトである。(l)コラーゲン密度2 mg/cm2のコラーゲン構造体。矢印は代表的なコラーゲン原線維を示す。矢尻(arrow head)は代表的なディンプルの断面を示す(各ディンプルの断面形状の相違は切断位置の相違に起因する)。スケールバー: 1 μm。(a)〜(h)、(k)及び(l)の全ての画像はウェルの中心付近から取得した。Evaluation of structural characteristics of the collagen structure of the present invention. (a)-(d) show the observation of the collagen coat and structure surface by SEM. (e) to (h) show motif analysis by Digital surf (trademark) MountainsMap analysis software. (k) and (l) show observation of the collagen cross section by TEM. (a) A conventional collagen coat having a collagen density of 0.04 mg / cm 2 . (b) A conventional collagen coat having a collagen density of 0.2 mg / cm 2 . (c) A collagen structure having a collagen density of 1 mg / cm 2 . (d) A collagen structure having a collagen density of 2 mg / cm 2 . In (c) and (d), arrows indicate representative collagen fibrils. An arrow head indicates a typical dimple. Scale bar: 10 μm. (e) Conventional collagen coat having a collagen density of 0.04 mg / cm 2 . (f) A conventional collagen coat having a collagen density of 0.2 mg / cm 2 . (g) A collagen structure having a collagen density of 1 mg / cm 2 . (h) A collagen structure having a collagen density of 2 mg / cm 2 . (i) Number of motifs at collagen density 0.04 mg / cm 2 , 0.2 mg / cm 2 , 1 mg / cm 2 , 2 mg / cm 2 . (j) Average area of motifs at collagen densities of 0.04 mg / cm 2 , 0.2 mg / cm 2 , 1 mg / cm 2 and 2 mg / cm 2 . (k) A conventional collagen coat having a collagen density of 0.04 mg / cm 2 . The two wounds found in collagen are artifacts. (l) A collagen structure having a collagen density of 2 mg / cm 2 . Arrows indicate representative collagen fibrils. An arrow head indicates a cross section of a typical dimple (difference in cross-sectional shape of each dimple is caused by a difference in cutting position). Scale bar: 1 μm. All images (a) to (h), (k), and (l) were acquired from near the center of the well. LIVE/DEAD染色。(a、b、c)従来の0.04 mg/cm2コラーゲン。(d、e、f)0.2 mg/cm2コラーゲン。(g、h、i)1 mg/cm2コラーゲン。(j、k、l)2 mg/cm2コラーゲン。矢尻は細胞間相互作用を示唆する複数細胞の島様形態を示す。Hoechst33342(A:細胞の核)、Calcein AM(B:生細胞の細胞質)及びEthidium homodimer-1(C:死細胞の核)、の位相差観察のmerge画像を示した。スケールバー:100 μm。LIVE / DEAD staining. (A, b, c) Conventional 0.04 mg / cm 2 collagen. (D, e, f) 0.2 mg / cm 2 collagen. (G, h, i) 1 mg / cm 2 collagen. (J, k, l) 2 mg / cm 2 collagen. Arrowheads show multiple cell island-like morphology suggesting cell-cell interactions. The merge images of phase contrast observation of Hoechst33342 (A: cell nucleus), Calcein AM (B: cytoplasm of live cells) and Ethidium homodimer-1 (C: nucleus of dead cells) were shown. Scale bar: 100 μm. アルブミン分泌量及びCYP3A4酵素活性の評価。(A)アルブミン分泌量。(B)CYP3A4基礎酵素活性。(C)CYP3A4誘導酵素活性(Rifampicin又はDMSO48時間)。N=4、Mean±SD。*P<0.05、**P<0.01、***P<0.001、****P<0.0001。統計解析はOne-way ANOVA tukey test(A、B)、t-test(C)を用いた。Evaluation of albumin secretion and CYP3A4 enzyme activity. (A) Albumin secretion amount. (B) CYP3A4 basic enzyme activity. (C) CYP3A4 induced enzyme activity (Rifampicin or DMSO 48 hours). N = 4, Mean ± SD. * P <0.05, ** P <0.01, *** P <0.001, **** P <0.0001. Statistical analysis used One-way ANOVA tukey test (A, B) and t-test (C). 肝関連遺伝子発現の評価(qRT-PCR、培養開始3日後)。(a)肝特異的分泌タンパク質。(b、c、d)薬物代謝関連遺伝子Phase1、Phase2、Phase3。(e)核内受容体。0.04 mg/cm2を1とした相対値を示した。N=4、Mean±SD。Evaluation of liver-related gene expression (qRT-PCR, 3 days after the start of culture). (A) Liver-specific secreted protein. (B, c, d) Drug metabolism-related genes Phase1, Phase2, Phase3. (E) Nuclear receptor. Relative values with 0.04 mg / cm 2 as 1. N = 4, Mean ± SD. 肝関連遺伝子発現維持の評価(qRT-PCR、培養開始1、3、7日後)。(a)肝特異的分泌タンパク質。(b、c、d)薬物代謝関連遺伝子Phase1、Phase2、Phase3。(e)核内受容体。N=4、Mean±SD。0.04 mg/cm2(点線)と2 mg/cm2(実線)の発現を比較した。Evaluation of liver-related gene expression maintenance (qRT-PCR, 1, 3, 7 days after start of culture). (A) Liver-specific secreted protein. (B, c, d) Drug metabolism-related genes Phase1, Phase2, Phase3. (E) Nuclear receptor. N = 4, Mean ± SD. Expression of 0.04 mg / cm 2 (dotted line) and 2 mg / cm 2 (solid line) were compared. 細胞接着因子の遺伝子発現の評価(qRT-PCR、培養開始3日後)。0.04 mg/cm2を1とした相対値を示した。Day0は培養開始前の肝細胞の発現量。Day0はN=1、その他はN=4、Mean±SD。Evaluation of gene expression of cell adhesion factor (qRT-PCR, 3 days after start of culture). Relative values with 0.04 mg / cm 2 as 1. Day 0 is the expression level of hepatocytes before the start of culture. Day 0 is N = 1, others are N = 4, Mean ± SD. iPS細胞から誘導した肝細胞の肝機能の評価(誘導開始21、26、31日後)。(A)アルブミン分泌量。(B)CYP3A酵素活性。Conv.は従来法を示す。(C)肝関連遺伝子の評価結果(qRT-PCR、誘導開始31日後)。GAPDHで補正。Conv.(従来法)の発現量を1とした相対発現量を示す。n=4。従来法(Cと略記)としてMatrigelコート上の分化誘導をコントロールとした。Evaluation of liver function of hepatocytes derived from iPS cells (21, 26, 31 days after initiation of induction). (A) Albumin secretion amount. (B) CYP3A enzyme activity. Conv. Shows the conventional method. (C) Liver-related gene evaluation results (qRT-PCR, 31 days after initiation of induction). Corrected with GAPDH. The relative expression level is shown with the expression level of Conv. n = 4. As a conventional method (abbreviated as C), differentiation induction on the Matrigel coat was used as a control.

本発明は、表面にディンプルを有するコラーゲン原線維を含むコラーゲン構造体、該コラーゲン構造体を含むコラーゲン担体、並びに、該コラーゲン構造体の製造方法に関する。以下に、本発明を詳細に説明する。
なお、本発明でのコラーゲン担体とは、なんらかの物質、細胞、組織を支持するためのコラーゲン構造体を意味する。コラーゲン担体は、コラーゲン構造体のみ又は主成分が実質的にコラーゲン構造体から構成されていても良いし、何らかの容器(特に、容器の表面)にコラーゲン構造体がコーティングされていても良い。
容器は、例えば、ウェルプレート、ディッシュ、フラスコ等が挙げられる。該容器の材質は、特に限定されず、プラスチック、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ガラス等が挙げられる。
The present invention relates to a collagen structure including collagen fibrils having dimples on the surface, a collagen carrier including the collagen structure, and a method for producing the collagen structure. The present invention is described in detail below.
The collagen carrier in the present invention means a collagen structure for supporting any substance, cell, or tissue. In the collagen carrier, only the collagen structure or the main component may be substantially composed of the collagen structure, or a certain structure (particularly, the surface of the container) may be coated with the collagen structure.
Examples of the container include a well plate, a dish, and a flask. The material of the container is not particularly limited, and examples thereof include plastic, polyethylene, polycarbonate, polystyrene, and glass.

(コラーゲン材料)
本発明のコラーゲン構造体(又は、本発明のコラーゲン担体)の材料として用いられるコラーゲンは、自体公知のコラーゲンを利用することができる。例えば、生体組織より採取された不溶性コラーゲン、例えばアキレス腱由来のテンドンコラーゲン、皮膚由来のコラーゲン、可溶性コラーゲン、可溶化コラーゲン、例えば酵素可溶化コラーゲン(アテロコラーゲン)、アルカリ可溶化コラーゲン、酸可溶性コラーゲン、塩可溶性コラーゲン等を用いることができるが、特にアテロコラーゲンが望ましい。
コラーゲンが由来する動物種にも特に制限はなく、培養時にコラーゲンが熱変性を起こすことのない変性温度を持つコラーゲンであれば問題はない。具体的にはウシ、ブタ等哺乳動物由来、ニワトリ等の鳥類由来、マグロ、イズミダイ等の魚類由来等を用いることができる。またリコンビナントコラーゲンも用いることができる。
さらに、必要に応じて、コラーゲンの構成アミノ酸側鎖が化学修飾されていてもよい。具体的にはアセチル化、サクシニル化、フタール化等のアシル化、メチル化、エチル化等のアルキル化、エステル化等されたコラーゲンが挙げられる。
(Collagen material)
As the collagen used as the material of the collagen structure of the present invention (or the collagen carrier of the present invention), collagen known per se can be used. For example, insoluble collagen collected from living tissue, such as tendon collagen derived from Achilles tendon, collagen derived from skin, soluble collagen, solubilized collagen, such as enzyme-solubilized collagen (atelocollagen), alkali-solubilized collagen, acid-soluble collagen, salt-soluble Collagen or the like can be used, but atelocollagen is particularly desirable.
There is no particular limitation on the animal species from which the collagen is derived, and there is no problem as long as the collagen has a denaturation temperature at which the collagen does not undergo thermal denaturation during culture. Specifically, it can be derived from mammals such as cows and pigs, birds such as chickens, fishes such as tuna and sea bream. Recombinant collagen can also be used.
Furthermore, if necessary, the constituent amino acid side chains of collagen may be chemically modified. Specific examples include collagens that have been acylated, such as acetylated, succinylated, and phthalated, alkylated such as methylated and ethylated, and esterified.

(アテロコラーゲン材料)
アテロコラーゲンは、テロペプチドが酵素的に枯渇したコラーゲンであり、免疫原性が低い。更に、アテロコラーゲンは、天然のコラーゲンとして、同一の典型的な三重らせん構造を有し、生理的条件下でコラーゲン原線維を形成できる。よって、再生医学やドラッグデリバリーシステム等のin vivo及びin vitroの両方に適用できる。
(Atelocollagen material)
Atelocollagen is collagen in which telopeptides are enzymatically depleted and has low immunogenicity. Furthermore, atelocollagen has the same typical triple helix structure as natural collagen, and can form collagen fibrils under physiological conditions. Therefore, it can be applied to both in vivo and in vitro such as regenerative medicine and drug delivery system.

高密度のアテロコラーゲンからなる厚みのあるコラーゲン担体としては、コラーゲンゲル及びビトリゲルが知られている。 走査型電子顕微鏡(SEM)観察により、コラーゲンゲル及びビトリゲルの両方が、個別のコラーゲン原線維から約70 nm毎の横紋線の特徴だけでなく多くのコラーゲン原線維からなる網状ネットワーク構造を有することが報告されている(参照:Takezawa, T. et al. Collagen vitrigel membrane useful forparacrine assays in vitro and drug delivery systems in vivo. J. Biotechnol. 131,76-83 (2007).)。
本発明のコラーゲン構造体の構造は、従来のコラーゲンコート(コラーゲン密度0.20 mg/cm2以下のコラーゲンコート)、コラーゲンゲル及びビトリゲルの構造とは大きく異なることを下記の実施例で確認している。
具体的には、本発明のコラーゲン構造体はコラーゲン原線維を含みかつ表面にディンプルを有するのに対し、従来のコラーゲンコートはコラーゲン原線維を含まずかつ表面にディンプルを有せず、並びに、コラーゲンゲル及びビトリゲルはコラーゲン原線維を含むが表面にディンプルを有しない。
Collagen gels and vitrigels are known as thick collagen carriers made of high-density atelocollagen. Scanning electron microscope (SEM) observations reveal that both collagen gels and vitrigels have a network structure consisting of many collagen fibrils as well as features of striated lines every 70 nm from individual collagen fibrils. Has been reported (see Takezawa, T. et al. Collagen vitrigel membrane useful for paracrine assays in vitro and drug delivery systems in vivo. J. Biotechnol. 131, 76-83 (2007)).
The following examples confirm that the structure of the collagen structure of the present invention is significantly different from the structures of the conventional collagen coat (collagen coat with a collagen density of 0.20 mg / cm 2 or less), collagen gel and vitrigel.
Specifically, the collagen structure of the present invention includes collagen fibrils and has dimples on the surface, whereas the conventional collagen coat does not include collagen fibrils and does not have dimples on the surface. Gels and vitrigels contain collagen fibrils but do not have dimples on the surface.

(本発明のコラーゲン構造体)
本発明のコラーゲン構造体である「表面にディンプルを有する、コラーゲン原線維を含むコラーゲン構造体」は、少なくとも、複数のコラーゲン原線維が重なり合うことにより生じる窪み形状(例、略半円球形状の窪み)の空間であるディンプルを有する。
さらに、本発明のコラーゲン構造体は、以下の特徴のうち少なくとも1つ、好ましくは2以上、3以上、4以上、5以上、6以上又は全ての特徴を有する。
(1)ディンプルは、直径100 μm以下、好ましくは0.01 μm〜50 μm、より好ましくは0.5 μm〜30 μm、さらに好ましくは1 μm〜3.5 μmの略半円球形状を有する。
(2)ディンプルは、表面(コーティング対象の表面に接していない開放面及び/又はコーティング対象の表面に接している面)475 μm2あたりに、1個〜4,000個、好ましくは10個〜2,000個、より好ましくは70個〜700個有する。
なお、「表面475 μm2あたり」とは、例えば「SEM 5,000倍観察の写真1枚当たり」である。また、個数の算出方法は、該写真に記載のディンプル数を測定することである。
(3)表面475 μm2あたりのモチーフ数が4,377以下、好ましくは1,000〜4,000、より好ましく2,000〜3,000、さらに好ましくは2,100〜2,500、最も好ましくは2,200〜2,400である。
なお、「モチーフ」とは、ISO 25178対応のモチーフ解析によりセグメント化された領域である。「モチーフ数」は、コラーゲン構造体の表面475 μm2のSEM画像をMountainsMap(商標)ソフトウェア(Digital Surf)を用いて「底検知(ボトム検出)」の条件でモチーフ解析して得られる。
(4)モチーフの平均面積が0.12 μm2以上、好ましくは0.12 μm2〜1.00 μm2、より好ましくは0.20 μm2〜0.24 μm2である。
(5)表面の構造がランダムな配向性である。
(6)コラーゲン構造体がコラーゲン原線維を有し、コラーゲン原線維の直径が9 μm以下、好ましくは1 μm以下、より好ましくは0.01 μm〜0.3 μmである。
(7)コラーゲン原線維は好ましくはランダムに配向し、さらに、コラーゲン原線維間に10 μm2以下のスペースが存在し、より好ましくは0.01 μm2〜1 μm2のスペースが存在する。
(Collagen structure of the present invention)
The “collagen structure including collagen fibrils having dimples on the surface” which is the collagen structure of the present invention has at least a depression shape (for example, a substantially hemispherical depression formed by overlapping a plurality of collagen fibrils. ) Dimples which are spaces.
Furthermore, the collagen structure of the present invention has at least one of the following characteristics, preferably 2 or more, 3 or more, 4 or more, 5 or more, 6 or more, or all characteristics.
(1) The dimple has a substantially hemispherical shape with a diameter of 100 μm or less, preferably 0.01 μm to 50 μm, more preferably 0.5 μm to 30 μm, and still more preferably 1 μm to 3.5 μm.
(2) 1 to 4,000, preferably 10 to 2,000 dimples per 475 μm 2 on the surface (open surface not in contact with the surface to be coated and / or surface in contact with the surface to be coated) , More preferably 70 to 700.
Note that “per surface 475 μm 2 ” means, for example, “per SEM 5,000 × observation photograph”. The number calculation method is to measure the number of dimples described in the photograph.
(3) The number of motifs per surface 475 μm 2 is 4,377 or less, preferably 1,000 to 4,000, more preferably 2,000 to 3,000, still more preferably 2,100 to 2,500, and most preferably 2,200 to 2,400.
The “motif” is an area segmented by motif analysis corresponding to ISO 25178. The “number of motifs” is obtained by analyzing a motif of a SEM image of the surface of a collagen structure 475 μm 2 using MountainsMap ™ software (Digital Surf) under the conditions of “bottom detection (bottom detection)”.
(4) The average area of the motif is 0.12 μm 2 or more, preferably 0.12 μm 2 to 1.00 μm 2 , more preferably 0.20 μm 2 to 0.24 μm 2 .
(5) The surface structure has random orientation.
(6) The collagen structure has collagen fibrils, and the diameter of the collagen fibrils is 9 μm or less, preferably 1 μm or less, more preferably 0.01 μm to 0.3 μm.
(7) Collagen fibrils are preferably oriented randomly, and a space of 10 μm 2 or less is present between the collagen fibrils, more preferably a space of 0.01 μm 2 to 1 μm 2 .

(本発明のコラーゲン担体)
本発明のコラーゲン担体は、下記実施例に記載のように、細胞等の培養等をするための支持体(細胞外基質)として使用することができる。コラーゲン担体の態様、形状は、特に限定されないが、好ましくは容器にコーティングしたコラーゲン構造体である。
また、本発明のコラーゲン担体は、遺伝子、タンパク質等を含む物質の運搬体、各種の足場、組織培養等に利用することができる。
(Collagen carrier of the present invention)
The collagen carrier of the present invention can be used as a support (extracellular matrix) for culturing cells or the like as described in the following examples. The form and shape of the collagen carrier are not particularly limited, but are preferably collagen structures coated on a container.
In addition, the collagen carrier of the present invention can be used for a carrier of a substance containing genes, proteins, etc., various scaffolds, tissue culture and the like.

本発明のコラーゲン担体で培養する細胞は、特に限定されないが、好ましくは肝細胞、より好ましくはヒト初代培養肝細胞、ヒトiPS由来肝細胞様細胞、ES由来肝細胞様細胞、Muse由来肝細胞様細胞、MSC由来肝細胞様細胞、ヒト肝腫瘍由来細胞{例えば、HepaRG(商標)等}、ヒト肝癌由来細胞株(例えばHepG2、HuH7等)であり、さらに好ましくはヒト初代培養肝細胞、ヒトiPS由来肝細胞様細胞である。   Cells to be cultured with the collagen carrier of the present invention are not particularly limited, but preferably hepatocytes, more preferably human primary culture hepatocytes, human iPS-derived hepatocyte-like cells, ES-derived hepatocyte-like cells, Muse-derived hepatocyte-like cells. Cells, MSC-derived hepatocyte-like cells, human liver tumor-derived cells {eg, HepaRG (trademark), etc.}, human liver cancer-derived cell lines (eg, HepG2, HuH7, etc.), more preferably human primary cultured hepatocytes, human iPS It is a derived hepatocyte-like cell.

(本発明のコラーゲン構造体の製造方法)
本発明の表面にディンプルを有するコラーゲン原線維を含むコラーゲン構造体の製造方法は、少なくとも以下の(A)及び(B)の工程を含む。
(A)濃度0.1 mg/ml〜100 mg/mlのコラーゲン溶液をコート対象の表面に添加し被覆させたのち、コラーゲン密度を0.21 mg/cm2以上又は0.21 mg/cm2〜50 mg/cm2にする工程、及び
(B)前記コラーゲン構造体を架橋する工程。
さらに、好ましくは、少なくとも以下の(1)〜(3)の工程を含む。
(1)濃度0.1 mg/ml〜100 mg/mlのコラーゲン溶液をコート対象の表面に添加し被覆させる工程、
(2)前記コラーゲン溶液を乾燥させコラーゲン密度を0.21 mg/cm2以上又は0.21 mg/cm2〜50 mg/cm2にする工程、及び
(3)前記乾燥済コラーゲン構造体を架橋する工程(特に、前記乾燥済コラーゲン構造体に紫外線(UV)照射することにより架橋する工程)。
(Method for producing collagen structure of the present invention)
The method for producing a collagen structure containing collagen fibrils having dimples on the surface of the present invention includes at least the following steps (A) and (B).
(A) After adding and coating a collagen solution having a concentration of 0.1 mg / ml to 100 mg / ml on the surface of the coat, the collagen density is 0.21 mg / cm 2 or more or 0.21 mg / cm 2 to 50 mg / cm 2 And (B) a step of crosslinking the collagen structure.
Furthermore, it preferably includes at least the following steps (1) to (3).
(1) A step of adding a collagen solution having a concentration of 0.1 mg / ml to 100 mg / ml to the surface to be coated and coating the surface;
(2) a step of drying the collagen solution to have a collagen density of 0.21 mg / cm 2 or more or 0.21 mg / cm 2 to 50 mg / cm 2 , and (3) a step of crosslinking the dried collagen structure (particularly , A step of crosslinking the dried collagen structure by irradiating with ultraviolet rays (UV)).

工程(1)は、コラーゲンと溶媒とを混合したコラーゲン溶液でコート対象の表面を被覆すること含む。「コラーゲンと溶媒とを混合したコラーゲン溶液」とは、コラーゲンと溶媒が共存している溶液であればよく、コラーゲンが溶媒に溶解していない状態であっても、コラーゲンを溶媒に溶解した状態であってもよい。工程(1)には、以下の工程(1−1)及び/又は工程(1−2)が含まれる。
(1−1)コラーゲンを溶媒に添加して混合することにより、コラーゲン溶液を調製する工程、
(1−2)コラーゲンと溶媒とを混合したコラーゲン溶液をコート対象の表面に被覆する工程。
好ましくは、工程(1)は、工程(1−1)及び工程(1−2)の両方が含まれる。
工程(1)におけるコラーゲン溶液の濃度は特に限定されないが、好ましくは0.01 mg/ml〜100 mg/ml、より好ましくは0.1 mg/ml〜50 mg/ml、さらに好ましくは1.0 mg/ml〜10 mg/ml、特に好ましくは2.5 mg/ml〜7.5 mg/mlである。
コート対象の表面にコラーゲン溶液を被覆した際のコラーゲン密度は0.2 mg/cm2よりも高ければよく、好ましくは0.25 mg/cm2〜50.0 mg/cm2、より好ましくは0.5 mg/cm2〜20.0 mg/cm2、さらに好ましくは0.75 mg/cm2〜10.0 mg/cm2、特に好ましくは1.0 mg/cm2〜5.0 mg/cm2である。
工程(1−1)では、コラーゲン溶液を調製するための溶媒は特に限定されないが、酸性のpHを有する溶媒が好ましく、例えば、塩酸、酢酸、クエン酸、リンゴ酸等を用いることができる。またコラーゲン溶液は、本発明の目的を損なわない範囲で添加剤を含んでいてもよい。より具体的にはコラーゲン溶液のpHは、pH1以上4.5以下であり、好ましくはpH2以上4以下である。
工程(1−2)においても、コラーゲン溶液は特に限定されないが、酸性のpHを有する溶媒が好ましい。より具体的にはコラーゲン溶液のpHは、pH1以上4.5以下であり、好ましくはpH2以上4以下である。
Step (1) includes coating the surface to be coated with a collagen solution in which collagen and a solvent are mixed. The “collagen solution in which collagen and a solvent are mixed” may be a solution in which collagen and a solvent coexist, and even if the collagen is not dissolved in the solvent, the collagen is dissolved in the solvent. There may be. Step (1) includes the following step (1-1) and / or step (1-2).
(1-1) A step of preparing a collagen solution by adding collagen to a solvent and mixing,
(1-2) A step of coating the surface of the object to be coated with a collagen solution obtained by mixing collagen and a solvent.
Preferably, step (1) includes both step (1-1) and step (1-2).
Although the density | concentration of the collagen solution in a process (1) is not specifically limited, Preferably it is 0.01 mg / ml-100 mg / ml, More preferably, it is 0.1 mg / ml-50 mg / ml, More preferably, it is 1.0 mg / ml-10 mg / ml, particularly preferably 2.5 mg / ml to 7.5 mg / ml.
The collagen density when the collagen solution is coated on the surface of the coating target should be higher than 0.2 mg / cm 2 , preferably 0.25 mg / cm 2 to 50.0 mg / cm 2 , more preferably 0.5 mg / cm 2 to 20.0. mg / cm 2 , more preferably 0.75 mg / cm 2 to 10.0 mg / cm 2 , particularly preferably 1.0 mg / cm 2 to 5.0 mg / cm 2 .
In the step (1-1), the solvent for preparing the collagen solution is not particularly limited, but a solvent having an acidic pH is preferable, and for example, hydrochloric acid, acetic acid, citric acid, malic acid and the like can be used. Moreover, the collagen solution may contain an additive within a range not impairing the object of the present invention. More specifically, the pH of the collagen solution is from pH 1 to 4.5, preferably from pH 2 to 4.
In the step (1-2), the collagen solution is not particularly limited, but a solvent having an acidic pH is preferable. More specifically, the pH of the collagen solution is from pH 1 to 4.5, preferably from pH 2 to 4.

工程(2)における乾燥時間及び乾燥温度は、コラーゲンの水分の少なくとも50、60、70又は80%が除去されればよい。乾燥時間は特に限定されず、例えば3時間以上、12時間以上、24時間以上でもよく、好ましくは1日〜10日、より好ましくは2日〜8日、特に好ましくは4日〜6日である。乾燥温度は特に限定されず、例えば0℃〜100℃、好ましくは10℃〜50℃、より好ましくは室温である。   The drying time and drying temperature in the step (2) may be such that at least 50, 60, 70 or 80% of the moisture of the collagen is removed. The drying time is not particularly limited, and may be, for example, 3 hours or more, 12 hours or more, 24 hours or more, preferably 1 day to 10 days, more preferably 2 days to 8 days, and particularly preferably 4 days to 6 days. . A drying temperature is not specifically limited, For example, 0 to 100 degreeC, Preferably it is 10 to 50 degreeC, More preferably, it is room temperature.

工程(3)におけるコラーゲン構造体を架橋する方法は、特に限定されないが、紫外線(UV)照射による架橋、架橋剤による架橋等が挙げられ、好ましくはUV照射による架橋である。
UV照射による架橋の場合、UV波長は特に限定されないが、好ましくは100 nm〜400 nm、より好ましくは200 nm〜300 nm、さらに好ましくは240 nm〜270 nm、特に好ましくは254 nmである。UV照射量は特に限定されないが、好ましくは0.01 J/cm2〜100 J/cm2、より好ましくは0.1 J/cm2〜10 J/cm2、さらに好ましくは0.1 J/cm2〜5 J/cm2、特に好ましくは1 J/cm2である。UV照射は複数回に分けてもよく、例えばUV照射量を1 J/cm2とする場合、0.5 J/cm2を2回照射してもよい。
架橋剤による架橋の場合、架橋剤としては、同一の反応基を有するホモバイファンクショナルな試薬を用いることも可能だが、好ましくは両端が別々の反応基を有するヘテロバイファンクショナルな試薬が望ましい、より好ましくは、コラーゲンは溶液状態で反応できる架橋試薬、例えば、AMAS(N-[α-Maleimidoacetoxy]succinimideester)、BMPH(N-[β-Maleimidopropionic acid] hydrazideoTFA)、BMPS(N-[β-Maleimidopropyloxy] succinimide ester)、EDC(1-Ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl]carbodiimidehydrochloride)、EMCS(N-[ε-Maleimidocaproyloxy] succinimide ester)、GMBS(N-[γ-Maleimidobutyryloxy]succinimide ester)、MBS(m-Maleimidobenzoyl-N-hydroxysuccinimideester)、SBAP(Succinimidyl3-[bromoacetamido] propionate)、SIA(N-Succinimidyl iodoacetate)、SIAB(N-Succinimidyl[4-iodoacetyl]aminobenzoate)、SMCC(Succinimidyl 4-[N-maleimidomethyl]-cyclohexane-1-carboxylate)、SM(PEG)n(Succinimidyl-([N-maleimidopropionamido]-n-ethyleneglycol)ester)、Sulfo-EMCS(N-[ε-Maleimidocaproyloxy] sulfosuccinimide ester)、Sulfo-GMBS(N-[γ-Maleimidobutyryloxy]sulfosuccinimide ester)等が挙げられる。
The method for cross-linking the collagen structure in the step (3) is not particularly limited, and examples thereof include cross-linking by ultraviolet (UV) irradiation, cross-linking by a cross-linking agent, etc., preferably cross-linking by UV irradiation.
In the case of crosslinking by UV irradiation, the UV wavelength is not particularly limited, but is preferably 100 nm to 400 nm, more preferably 200 nm to 300 nm, still more preferably 240 nm to 270 nm, and particularly preferably 254 nm. The UV irradiation amount is not particularly limited, but preferably 0.01 J / cm 2 to 100 J / cm 2 , more preferably 0.1 J / cm 2 to 10 J / cm 2 , and still more preferably 0.1 J / cm 2 to 5 J /. cm 2 , particularly preferably 1 J / cm 2 . UV irradiation may be divided into a plurality of times. For example, when the UV irradiation amount is 1 J / cm 2 , 0.5 J / cm 2 may be irradiated twice.
In the case of cross-linking with a cross-linking agent, a homobifunctional reagent having the same reactive group can be used as the cross-linking agent, but preferably a heterobifunctional reagent having separate reactive groups at both ends is desirable. More preferably, the collagen is a crosslinking reagent capable of reacting in a solution state, such as AMAS (N- [α-Maleimidoacetoxy] succinimideester), BMPH (N- [β-Maleimidopropionic acid] hydrazideoTFA), BMPS (N- [β-Maleimidopropyloxy] succinimide ester), EDC (1-Ethyl-3- [3-dimethylaminopropyl] carbodiimide hydrochloride), EMCS (N- [ε-Maleimidocaproyloxy] succinimide ester), GMBS (N- [γ-Maleimidobutyryloxy] succinimide ester), MBS (m- Maleimidobenzoyl-N-hydroxysuccinimideester), SBAP (Succinimidyl3- [bromoacetamido] propionate), SIA (N-Succinimidyl iodoacetate), SIAB (N-Succinimidyl [4-iodoacetyl] aminobenzoate), SMCC (Succinimidyl 4- [N-maleimidomethyl] -cyclohexane -1-carb oxylate), SM (PEG) n (Succinimidyl-([N-maleimidopropionamido] -n-ethyleneglycol) ester), Sulfo-EMCS (N- [ε-Maleimidocaproyloxy] sulfosuccinimide ester), Sulfo-GMBS (N- [γ-Maleimidobutyryloxy) ] sulfosuccinimide ester) and the like.

本発明のコラーゲン担体は、細胞培養容器にコーティングしていなくても、表面にディンプルを有することができる。
細胞培養容器等にコーティングしない場合の本発明のコラーゲン担体の製造方法は、例えば、以下の工程を含む製造方法により製造される。
(1)コラーゲンと溶媒とを混合したコラーゲン溶液を型に注ぐ工程。
(2)コラーゲン(溶液)を乾燥する工程。
(3)型から取り出す工程。
なお、必要に応じて、型から取り出す前又は後のコラーゲンに架橋する工程を追加しても良い。
The collagen carrier of the present invention can have dimples on the surface even if the cell culture container is not coated.
The method for producing a collagen carrier of the present invention when the cell culture container or the like is not coated is produced, for example, by a production method including the following steps.
(1) A step of pouring a collagen solution obtained by mixing collagen and a solvent into a mold.
(2) A step of drying collagen (solution).
(3) A step of removing from the mold.
In addition, you may add the process of bridge | crosslinking to the collagen before or after taking out from a type | mold as needed.

本発明のコラーゲン構造体又はコラーゲン担体は、以下のいずれか1以上の効果を有する。
(1)培養細胞及び/又はヒトiPS細胞の肝機能維持作用を有する。
(2)ヒトiPS細胞由来肝細胞様細胞の肝細胞の機能の増強、維持、機能亢進及び/又は成熟亢進作用を有する。
(3)肝細胞(特に、ヒト初代培養肝細胞)の培養に用いることにより、従来のコラーゲンコートと比較して、該細胞及び該細胞から増殖した細胞をより丸く、より小さく及びより生体内の肝細胞に近い形態に形成できる。すなわち、培養細胞の肝細胞形状形成作用を有する。
(4)肝細胞(特に、ヒト初代培養肝細胞)の培養に用いることにより、該細胞及び該細胞から増殖した細胞を運動性のある島様形態に形成できる。すなわち、培養細胞の細胞間相互作用増強作用及び脱分化抑制作用を有する。
(5)肝細胞(特に、ヒト初代培養肝細胞)の培養に用いることにより、(少なくとも培養開始7日間)該細胞及び該細胞から増殖した細胞のエステラーゼ活性を増強し、細胞を生存させることができる。すなわち、培養細胞のエステラーゼ活性増強作用を有する。
(6)肝細胞(特に、ヒト初代培養肝細胞)の培養に用いることにより、従来のコラーゲンコートと比較して、アルブミン分泌量を増強する。すなわち、培養細胞のアルブミン分泌促進作用を有する。
(7)肝細胞(特に、ヒト初代培養肝細胞)の培養に用いることにより、従来のコラーゲンコートと比較して、CYP3A4の基礎酵素活性を増強する。すなわち、培養細胞のCYP3A4酵素活性増強作用を有する。
(8)肝細胞(特に、ヒト初代培養肝細胞)の培養に用いることにより、従来のコラーゲンコートと比較して、CYP3A4の誘導酵素活性を増強する。すなわち、培養細胞の薬物応答性(リファンピシンによるCYP3A4誘導酵素活性)増強作用を有する。
(9)肝細胞(特に、ヒト初代培養肝細胞)の培養に用いることにより、従来のコラーゲンコートと比較して、肝特異的分泌タンパク質であるアルブミン(ALB)、α1−アンチトリプシン(AAT)及びトリプトファン2,3−ジオキシゲナーゼ(TO)の遺伝子発現を増加又は維持する。すなわち、培養細胞の肝特異的分泌タンパク質遺伝子発現促進又は維持作用を有する。また、培養細胞の肝関連タンパク質産生増強又は維持作用を有する。
(10)肝細胞(特に、ヒト初代培養肝細胞)の培養に用いることにより、従来のコラーゲンコートと比較して、薬物代謝酵素Phase1であるCYP1A2、CYP2C9、CYP2C19及びCYP2D6の遺伝子発現を増加又は維持する。すなわち、培養細胞の薬物代謝酵素Phase1遺伝子発現促進又は維持作用を有する。また、培養細胞のCYP活性増強又は維持作用を有する。
(11)肝細胞(特に、ヒト初代培養肝細胞)の培養に用いることにより、従来のコラーゲンコートと比較して、核内受容体であるCAR、PXR及びHNF4αの遺伝子発現を増加又は維持する。すなわち、培養細胞の核内受容体遺伝子発現促進又は維持作用を有する。
(12)肝細胞(特に、ヒト初代培養肝細胞)の培養に用いることにより、従来のコラーゲンコートと比較して、核内受容体であるAhr遺伝子発現を維持する。すなわち、培養細胞の核内受容体遺伝子発現維持作用を有する。
(13)肝細胞(特に、ヒト初代培養肝細胞)の培養に用いることにより、従来のコラーゲンコートと比較して、細胞接着因子であるインテグリンα2、α3、α5、α6、αV、β1及びβ3の遺伝子発現を低減又は維持する。すなわち、培養細胞の細胞接着因子遺伝子発現抑制又は維持作用を有する。また、培養細胞のインテグリン遺伝子の発現を抑制することにより、FAKシグナルの活性化を抑制し、脱分化及び肝機能低下を抑制する作用を有する。
(14)肝細胞(特に、ヒト初代培養肝細胞)の培養に用いることにより、従来のコラーゲンコートと比較して、DDR1の遺伝子発現を低減又は維持する。すなわち、培養細胞のDDR1遺伝子発現抑制又は維持作用を有する。
(15)本発明のコラーゲン構造体は、ヒトiPS細胞の肝細胞様細胞分化誘導に用いることにより、従来のコラーゲンコートと比較して、アルブミン分泌量を増加する。すなわち、本発明のコラーゲン構造体は、ヒトiPS細胞由来肝細胞様細胞のアルブミン分泌促進作用を有する。
(16)ヒトiPS細胞由来の肝細胞様細胞分化誘導に用いることにより、従来のコラーゲンコートと比較して、CYP3A酵素活性を増強する。すなわち、ヒトiPS細胞由来肝細胞様細胞のCYP3A酵素活性増強作用を有する。
(17)ヒトiPS細胞の肝細胞様細胞分化誘導に用いることにより、従来のコラーゲンコートと比較して、肝特異的分泌タンパク質であるALB、AAT及びTO遺伝子発現量を増加する。すなわち、ヒトiPS細胞由来肝細胞様細胞の肝特異的分泌タンパク質遺伝子発現促進作用を有する。
(18)ヒトiPS細胞の肝細胞様細胞分化誘導に用いることにより、従来のコラーゲンコートと比較して、薬物代謝酵素Phase2であるUGT1A1の遺伝子発現を増加する。すなわち、ヒトiPS細胞由来肝細胞様細胞の薬物代謝酵素Phase2遺伝子発現促進作用を有する。
(19)ヒトiPS細胞の肝細胞様細胞分化誘導に用いることにより、従来のコラーゲンコートと比較して、薬物代謝酵素Phase3であるMRP2の遺伝子発現を増加する。すなわち、ヒトiPS細胞由来肝細胞様細胞の薬物代謝酵素Phase3遺伝子発現促進作用を有する。
(20)ヒトiPS細胞の肝細胞様細胞分化誘導に用いることにより、従来のコラーゲンコートと比較して、核内受容体であるAhr遺伝子発現を増加する。すなわち、ヒトiPS細胞由来肝細胞様細胞の核内受容体遺伝子発現促進作用を有する。
(21)培養細胞及び/又はヒトiPS細胞のインテグリン発現を介してFAK活性化を低減する作用を有する。
The collagen structure or collagen carrier of the present invention has one or more of the following effects.
(1) It has the function of maintaining the liver function of cultured cells and / or human iPS cells.
(2) The function of enhancing, maintaining, enhancing function and / or enhancing maturation of hepatocytes of human iPS cell-derived hepatocyte-like cells.
(3) By using for culturing hepatocytes (especially human primary cultured hepatocytes), the cells and cells proliferated from the cells are rounder, smaller and more in vivo compared to the conventional collagen coat. It can be formed in a form close to hepatocytes. That is, it has a hepatocyte shape forming action of cultured cells.
(4) By using for culturing hepatocytes (especially human primary cultured hepatocytes), the cells and cells proliferated from the cells can be formed into motility island-like morphology. That is, it has a cell-cell interaction enhancing action and a dedifferentiation inhibiting action of cultured cells.
(5) By using for culturing hepatocytes (especially human primary cultured hepatocytes), the esterase activity of the cells and cells proliferated from the cells can be enhanced (at least for 7 days from the start of culture), and the cells can survive. it can. That is, it has an effect of enhancing esterase activity of cultured cells.
(6) By using it for culturing hepatocytes (particularly human primary cultured hepatocytes), the amount of albumin secretion is enhanced as compared with a conventional collagen coat. That is, it has an action of promoting albumin secretion of cultured cells.
(7) By using for culturing hepatocytes (particularly human primary cultured hepatocytes), the basic enzyme activity of CYP3A4 is enhanced as compared with the conventional collagen coat. That is, it has an effect of enhancing CYP3A4 enzyme activity of cultured cells.
(8) When used for culturing hepatocytes (especially human primary cultured hepatocytes), the inducible enzyme activity of CYP3A4 is enhanced as compared with a conventional collagen coat. That is, it has an action of enhancing drug responsiveness (CYP3A4 inducing enzyme activity by rifampicin) of cultured cells.
(9) Compared with the conventional collagen coat, albumin (ALB), α1-antitrypsin (AAT) and liver-specific secreted proteins are used by culturing hepatocytes (particularly human primary cultured hepatocytes). Increase or maintain tryptophan 2,3-dioxygenase (TO) gene expression. That is, it has the effect of promoting or maintaining liver-specific secretory protein gene expression in cultured cells. In addition, it has the effect of enhancing or maintaining the production of liver-related protein in cultured cells.
(10) Increased or maintained gene expression of CYP1A2, CYP2C9, CYP2C19 and CYP2D6, which are drug metabolizing enzymes, compared to conventional collagen coat by using for culturing hepatocytes (especially human primary cultured hepatocytes) To do. That is, it has the effect of promoting or maintaining the expression of the drug metabolizing enzyme Phase1 gene in cultured cells. It also has the effect of enhancing or maintaining CYP activity of cultured cells.
(11) Increase or maintain gene expression of CAR, PXR, and HNF4α, which are nuclear receptors, by using for culturing hepatocytes (particularly human primary cultured hepatocytes), as compared with conventional collagen coats. That is, it has an action of promoting or maintaining nuclear receptor gene expression in cultured cells.
(12) By using it for culturing hepatocytes (particularly human primary cultured hepatocytes), the expression of Ahr gene, which is a nuclear receptor, is maintained as compared with a conventional collagen coat. That is, it has an action of maintaining the expression of nuclear receptor genes in cultured cells.
(13) By using it for culturing hepatocytes (especially human primary cultured hepatocytes), integrin α2, α3, α5, α6, αV, β1, and β3, which are cell adhesion factors, compared to the conventional collagen coat Reduce or maintain gene expression. That is, it has an action of suppressing or maintaining cell adhesion factor gene expression in cultured cells. Moreover, by suppressing the expression of the integrin gene in cultured cells, it has the action of suppressing activation of FAK signal and suppressing dedifferentiation and liver function deterioration.
(14) By using for culturing hepatocytes (particularly human primary cultured hepatocytes), the gene expression of DDR1 is reduced or maintained as compared with a conventional collagen coat. That is, it has the effect of suppressing or maintaining DDR1 gene expression in cultured cells.
(15) The collagen structure of the present invention increases the amount of albumin secretion as compared with a conventional collagen coat when used for induction of hepatocyte-like cell differentiation of human iPS cells. That is, the collagen structure of the present invention has an action of promoting albumin secretion of human iPS cell-derived hepatocyte-like cells.
(16) By using for induction of human iPS cell-derived hepatocyte-like cell differentiation, CYP3A enzyme activity is enhanced as compared with a conventional collagen coat. That is, it has a CYP3A enzyme activity enhancing action of human iPS cell-derived hepatocyte-like cells.
(17) By using for induction of hepatocyte-like cell differentiation of human iPS cells, the expression levels of ALB, AAT, and TO genes, which are liver-specific secreted proteins, are increased as compared with the conventional collagen coat. That is, it has a liver-specific secretory protein gene expression promoting action of human iPS cell-derived hepatocyte-like cells.
(18) By using for induction of hepatocyte-like cell differentiation of human iPS cells, gene expression of UGT1A1, which is a drug metabolizing enzyme Phase 2, is increased as compared with a conventional collagen coat. That is, it has the effect of promoting the expression of the drug metabolizing enzyme Phase 2 gene in human iPS cell-derived hepatocyte-like cells.
(19) By using for induction of hepatocyte-like cell differentiation of human iPS cells, gene expression of MRP2, which is a drug metabolizing enzyme Phase 3, is increased as compared with a conventional collagen coat. That is, it has an action of promoting the expression of the drug metabolizing enzyme Phase 3 gene in human iPS cell-derived hepatocyte-like cells.
(20) By using for induction of hepatocyte-like cell differentiation of human iPS cells, the expression of Ahr gene, which is a nuclear receptor, is increased as compared with a conventional collagen coat. That is, it has a nuclear receptor gene expression promoting action of human iPS cell-derived hepatocyte-like cells.
(21) It has an effect of reducing FAK activation through integrin expression of cultured cells and / or human iPS cells.

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited to these Examples.

[本発明のコラーゲン担体の作製]
本発明のコラーゲン担体は、以下の方法により作製した。
[Production of Collagen Carrier of the Present Invention]
The collagen carrier of the present invention was produced by the following method.

<材料>
96ウェルプレート(コーニング)、コラーゲン酸性溶液{コラーゲン酸性溶液I-PC 5 mg/mL 50 mL Atelocollagen Bovine Dermis(IPC-50)、高研}、1 mM HCl、プチローター(和研薬)、UVクロスリンカー(CL-1000、UVP)を用いた。
<Material>
96-well plate (Corning), collagen acidic solution {collagen acidic solution I-PC 5 mg / mL 50 mL Atelocollagen Bovine Dermis (IPC-50), Koken}, 1 mM HCl, Petit Rotor (Wakken Yakuhin), UV cloth A linker (CL-1000, UVP) was used.

<方法>
以下はクリーンルーム内で調整した。コラーゲンは氷上で取り扱った。
1.コラーゲン溶液(pH3)を調製した。コラーゲン溶液の濃度は、本発明のコラーゲン担体の作製においては5 mg/mL(IPC-50原液)を使用し、従来のコラーゲンコートの作製においてはIPC-50に1 mM HClを加えて0.25 mg/ml及び1.25 mg/mlに調整したものを使用した。
2.冷蔵庫内で撹拌機(プチローター(Speed 8.5))を使用し、コラーゲン溶液を転倒混和した(4℃、15分)。
3.コラーゲン溶液を96 ウェルプレートに分注し、本発明のコラーゲン担体の作製においてはコラーゲン密度1 mg/cm2及び2 mg/cm2とし、従来のコラーゲンコートの作製においてはコラーゲン密度0.04 mg/cm2及び0.2 mg/cm2とした。
4.クリーンベンチ内で5日間風乾した。風乾中はUVライトによる架橋を防ぐためにUVライトをOFFにした。
5.コラーゲンが完全に乾燥した状態を肉眼で確認し、後日UV架橋を行うまで保存した。
6.クリーンルーム内で従来のコラーゲンコート又は本発明のコラーゲン担体でコーティングされた96ウェルプレートをUVクロスリンカーに入れ、1 J/cm2を照射した。
<Method>
The following was adjusted in a clean room. Collagen was handled on ice.
1. A collagen solution (pH 3) was prepared. The concentration of the collagen solution is 5 mg / mL (IPC-50 stock solution) in the production of the collagen carrier of the present invention, and 0.25 mg / mL by adding 1 mM HCl to IPC-50 in the production of the conventional collagen coat. Those adjusted to ml and 1.25 mg / ml were used.
2. Using a stirrer (petit rotor (Speed 8.5)) in the refrigerator, the collagen solution was mixed by inversion (4 ° C., 15 minutes).
3. The collagen solution is dispensed into a 96-well plate, the collagen density is 1 mg / cm 2 and 2 mg / cm 2 in the production of the collagen carrier of the present invention, and the collagen density is 0.04 mg / cm 2 in the production of the conventional collagen coat. And 0.2 mg / cm 2 .
4). Air-dried in a clean bench for 5 days. During air drying, the UV light was turned off to prevent crosslinking by the UV light.
5). The state in which the collagen was completely dried was confirmed with the naked eye and stored until UV crosslinking was performed at a later date.
6). A 96 well plate coated with a conventional collagen coat or a collagen carrier of the present invention in a clean room was placed in a UV crosslinker and irradiated with 1 J / cm 2 .

[コラーゲン構造特性の評価]
実施例1で作製した本発明のコラーゲン担体及び従来のコラーゲンコートの構造特性を解析し比較した。
[Evaluation of collagen structure characteristics]
The structural characteristics of the collagen carrier of the present invention produced in Example 1 and the conventional collagen coat were analyzed and compared.

<材料>
オスミウムコータ(Neoc-STB、メイワフォーシス)、走査型電子顕微鏡(SU6600、日立)、ウルトラミクロトーム(Leica EM UC7、ライカ)、透過型電子顕微鏡(JEM-1400Plus、JEOL)、MountainsMap(商標)ソフトウェア(Digital Surf)、実施例1の従来のコラーゲンコート(コラーゲン密度0.04 mg/cm2)又は本発明のコラーゲン担体(2 mg/cm2)でコーティングされた96ウェルプレートを用いた。
<Material>
Osmium coater (Neoc-STB, Meiwaforsys), scanning electron microscope (SU6600, Hitachi), ultramicrotome (Leica EM UC7, Leica), transmission electron microscope (JEM-1400Plus, JEOL), MountainsMap ™ software (Digital) Surf), a conventional collagen coat of Example 1 (collagen density 0.04 mg / cm 2 ) or a 96 well plate coated with a collagen carrier of the present invention (2 mg / cm 2 ).

<方法>
{走査型電子顕微鏡(SEM)}
1.実施例1のコラーゲン担体を2%のグルタルアルデヒドに固定した。
2.エタノールで脱水した。
3.t-ブチルアルコールに浸漬した。その後凍結乾燥し、Neoc-STBを用いてオスミウムでスパッタコーティングした。
4.SU6600を用いて画像を取得した。
5.取得したSEM画像のマイクロラフネス(微小な粗さ)を、MountainsMap(商標)ソフトウェアを用いたISO 25178対応のモチーフ解析(ボトム検出)により解析して評価した。
<Method>
{Scanning electron microscope (SEM)}
1. The collagen carrier of Example 1 was fixed to 2% glutaraldehyde.
2. Dehydrated with ethanol.
3. Soaked in t-butyl alcohol. Thereafter, it was freeze-dried and sputter coated with osmium using Neoc-STB.
4). Images were acquired using SU6600.
5). The micro roughness (micro roughness) of the acquired SEM image was analyzed and evaluated by motif analysis (bottom detection) corresponding to ISO 25178 using MountainsMap (trademark) software.

{透過型電子顕微鏡(TEM)}
1.実施例1のコラーゲン担体を2%のグルタルアルデヒドに固定した。
2.エタノールで脱水し、エポン包埋した。
3.ウルトラミクロトームを用いて70 nmの厚さに薄切し、酢酸ウランで染色した。
4.JEM-1400Plusを用いて画像を取得した。
{Transmission electron microscope (TEM)}
1. The collagen carrier of Example 1 was fixed to 2% glutaraldehyde.
2. Dehydrated with ethanol and embedded in Epon.
3. It was sliced to a thickness of 70 nm using an ultramicrotome and stained with uranium acetate.
4). Images were acquired using JEM-1400Plus.

<結果>
SEM及びTEMの画像を図1に示す。
本発明のコラーゲン担体を構成するコラーゲン構造体の構造特性を評価するために、従来のコラーゲンコート(コラーゲン密度0.04 mg/cm2)と比較した。従来のコラーゲンコートの表面は、微細で平坦な構造であった(図1(a))。0.2 mg/cm2のコラーゲンコートも、従来のコラーゲンコートと同様であった(図1(b))。対照的に、1 mg/cm2及び2 mg/cm2のコラーゲン構造体の表面は、粗いランダムな配向性の構造であった(図1(c)及び(d))。1 mg/cm2及び2 mg/cm2のコラーゲン構造体においてのみコラーゲン原線維(図1(c)及び(d)の矢印)及び直径約2〜3 μmの特徴的なディンプル(図1(c)及び(d)の矢尻)が観察された。
<Result>
SEM and TEM images are shown in FIG.
In order to evaluate the structural characteristics of the collagen structure constituting the collagen carrier of the present invention, it was compared with a conventional collagen coat (collagen density 0.04 mg / cm 2 ). The surface of the conventional collagen coat has a fine and flat structure (FIG. 1 (a)). The 0.2 mg / cm 2 collagen coat was similar to the conventional collagen coat (FIG. 1 (b)). In contrast, the surface of the 1 mg / cm 2 and 2 mg / cm 2 collagen structures were rough, randomly oriented structures (FIGS. 1 (c) and (d)). Collagen fibrils (arrows in Fig. 1 (c) and (d)) and characteristic dimples with a diameter of about 2 to 3 μm (Fig. 1 (c) only in 1 mg / cm 2 and 2 mg / cm 2 collagen structures ) And (d) arrowheads) were observed.

表面の微小な粗さを分析するために、解析ソフトを用いてISO 25178に準拠したモチーフ解析を行った(図1(e)〜(j))。このモチーフ解析は、ISO25178準拠のセグメント化アルゴリズムを使用して、隔離された表面を検出して定量化する手法である。
0.04 mg/cm2及び0.2 mg/cm2のコラーゲンコート、並びに1 mg/cm2及び2 mg/cm2のコラーゲン構造体のSEM 5,000倍観察の写真1枚あたり(表面475 μm2に相当する)のモチーフ数はそれぞれ5,949、4,378、2,320及び2,201であった(図1(i))。このことから1 mg/cm2及び2 mg/cm2のコラーゲン構造体は、従来のコラーゲンコートよりも少ないモチーフ数(従来のコラーゲンコートのおよそ半数又は半数以下)で構成され、本発明のコラーゲン構造体が従来のコラーゲンコートより粗い表面を有することを示した。
0.04 mg/cm2及び0.2 mg/cm2のコラーゲンコート、並びに1 mg/cm2及び2 mg/cm2のコラーゲン構造体の平均モチーフ面積はそれぞれ0.08 μm2、0.11μm2、0.21 μm2及び0.22 μm2であった(図1(j))。このことから1 mg/cm2及び2 mg/cm2のコラーゲン構造体は、従来のコラーゲンコートよりも大きなモチーフ(従来のコラーゲンコートのおよそ2倍又は2倍以上)から構成され、本発明のコラーゲン構造体が従来のコラーゲンコートより粗い表面を有することを示した。
In order to analyze the minute roughness of the surface, motif analysis based on ISO 25178 was performed using analysis software (FIGS. 1 (e) to (j)). This motif analysis is a technique for detecting and quantifying isolated surfaces using a segmentation algorithm based on ISO25178.
Per SEM 5,000 times photograph of collagen coat of 0.04 mg / cm 2 and 0.2 mg / cm 2 and collagen structure of 1 mg / cm 2 and 2 mg / cm 2 (corresponding to surface 475 μm 2 ) The number of motifs was 5,949, 4,378, 2,320, and 2,201, respectively (FIG. 1 (i)). Therefore, the collagen structures of 1 mg / cm 2 and 2 mg / cm 2 are composed of a smaller number of motifs than the conventional collagen coat (approximately half or less than the conventional collagen coat), and the collagen structure of the present invention It has been shown that the body has a rougher surface than a conventional collagen coat.
The average motif area of the collagen coat of 0.04 mg / cm 2 and 0.2 mg / cm 2 and the collagen structure of 1 mg / cm 2 and 2 mg / cm 2 is 0.08 μm 2 , 0.11 μm 2 , 0.21 μm 2 and 0.22 respectively. It was μm 2 (FIG. 1 (j)). Therefore, the collagen structures of 1 mg / cm 2 and 2 mg / cm 2 are composed of a motif larger than the conventional collagen coat (approximately twice or more than the conventional collagen coat), and the collagen of the present invention. The structure was shown to have a rougher surface than a conventional collagen coat.

コラーゲン分子は、長さ300 nm、幅1.5 nmの棒状構造を有する。TEMを用いてコラーゲン分子の配置を調べた。従来のコラーゲンコートではコラーゲン原線維はなく、少量のコラーゲンに空間(スペース)は観察されなかった(図1(k))。一方、本発明のコラーゲン構造体はコラーゲン原線維からなり、それらはランダムに配向していた(図1(l)、矢印)。また、本発明のコラーゲン構造体はコラーゲン原線維間にはスペースが存在した(図1(l))。ディンプルは本発明のコラーゲン構造体表面上にのみ観察され(図1(l)、矢尻)、SEM画像(図1(d))と一致した。   Collagen molecules have a rod-like structure with a length of 300 nm and a width of 1.5 nm. The arrangement of collagen molecules was examined using TEM. In the conventional collagen coat, there was no collagen fibrils, and no space was observed in a small amount of collagen (FIG. 1 (k)). On the other hand, the collagen structure of the present invention was composed of collagen fibrils, which were randomly oriented (FIG. 1 (l), arrow). In the collagen structure of the present invention, there was a space between collagen fibrils (FIG. 1 (l)). The dimples were observed only on the surface of the collagen structure of the present invention (FIG. 1 (l), arrowhead) and coincided with the SEM image (FIG. 1 (d)).

以上より、本発明のコラーゲン構造体は、従来のコラーゲンコートと比較して、構造について以下の相違点を有する。
(1)従来のコラーゲンコートの表面は微細で平坦な構造であるのに対し、本発明のコラーゲン構造体の表面は粗いランダムな配向性の構造であった。
(2)本発明のコラーゲン構造体はコラーゲン原線維及び直径約2〜3 μmの特徴的なディンプルを有するが、従来のコラーゲンコートの表面はいずれも有しなかった。コラーゲン原線維はランダムに配向し、該コラーゲン原線維間にはスペースが存在した。
(3)本発明のコラーゲン構造体の表面は、従来のコラーゲンコートよりも少ないモチーフ数(2,320〜2,201)で構成され、従来のコラーゲンコートより粗い表面を有した。
(4)本発明のコラーゲン構造体の表面は、従来のコラーゲンコートよりも大きなモチーフ(0.21 μm2〜0.22μm2)から構成され、従来のコラーゲンコートより粗い表面を有した。
From the above, the collagen structure of the present invention has the following differences in structure compared with the conventional collagen coat.
(1) The surface of the conventional collagen coat has a fine and flat structure, whereas the surface of the collagen structure of the present invention has a rough random orientation structure.
(2) The collagen structure of the present invention has collagen fibrils and characteristic dimples having a diameter of about 2 to 3 μm, but none of the surface of the conventional collagen coat. Collagen fibrils were randomly oriented, and there were spaces between the collagen fibrils.
(3) The surface of the collagen structure of the present invention was composed of a smaller number of motifs (2,320 to 2,201) than the conventional collagen coat, and had a rougher surface than the conventional collagen coat.
(4) The surface of the collagen structure of the present invention was composed of a larger motif (0.21 μm 2 to 0.22 μm 2 ) than the conventional collagen coat, and had a rougher surface than the conventional collagen coat.

[本発明のコラーゲン担体を使用したヒト初代培養肝細胞(PHHs)の培養]
本発明のコラーゲン担体を使用してヒト初代培養肝細胞(PHHs)の培養を行い、従来のコラーゲンコートを使用した培養と比較した。
[Culture of primary human hepatocytes (PHHs) using the collagen carrier of the present invention]
Human primary cultured hepatocytes (PHHs) were cultured using the collagen carrier of the present invention, and compared with culture using a conventional collagen coat.

<細胞>
PHHs1バイアル{接着型ヒト肝細胞(酵素誘導試験用)CryoHuman Hepatocytes Induction Qualified(HUCPI)、lot: HUM4218B(男性、Caucasian、19 歳、09-May-2017 年、凍結細胞数7.4×106 cells/vial、Lonza)}を用いた。
<材料>
HCMBullet kit{HCM(商標)肝細胞培養培地BulletKit(商標)、基本培地及びSingleQuots(商標) キット(cc-3198、Lonza)}、HCM(+2%FBS、37℃保温)、実施例1の各コラーゲン密度の本発明のコラーゲン担体でコーティングされた96 ウェルプレート、リン酸緩衝塩(ダルベッコ,カルシウム,マグネシウム不含)(D-PBS)(DSファーマ)、イーグル最少必須培地(MEM)(M4655-500ML、Sigma)、遠心機{CF8DL、搭載ローターT3S6、日立}、RNeasy micro kit(Qiagen)を用いた。
<Cell>
PHHs 1 vial {Adherent human hepatocytes (for enzyme induction test) CryoHuman Hepatocytes Induction Qualified (HUCPI), lot: HUM4218B (Male, Caucasian, 19 years old, 09-May-2017, frozen cells 7.4 × 10 6 cells / vial , Lonza)}.
<Material>
HCMBullet kit {HCM (trademark) hepatocyte culture medium BulletKit (trademark), basic medium and SingleQuots (trademark) kit (cc-3198, Lonza)}, HCM (+ 2% FBS, incubated at 37 ° C.), each collagen of Example 1 96-well plate coated with a density of the collagen carrier of the present invention, phosphate buffered salt (without Dulbecco, calcium, magnesium) (D-PBS) (DS Pharma), Eagle's minimal essential medium (MEM) (M4655-500ML, Sigma), centrifuge {CF8DL, mounted rotor T3S6, Hitachi}, RNeasy micro kit (Qiagen).

<培養方法>
(コラーゲンプレートの準備)
1.実施例1で作製した本発明のコラーゲン担体でコーティングされた96 ウェルプレートをD-PBS0.1 mlで2 回洗浄し、HCM(+2%FBS)を0.05 ml/well加えた。洗浄中にコラーゲンが乾燥しないように注意した。
2.37℃、 5%CO2 インキュベーターで一晩インキュベートした。
<Culture method>
(Preparation of collagen plate)
1. The 96-well plate coated with the collagen carrier of the present invention prepared in Example 1 was washed twice with 0.1 ml of D-PBS, and 0.05 ml / well of HCM (+ 2% FBS) was added. Care was taken not to dry the collagen during washing.
2. Incubate overnight at 37 ° C, 5% CO 2 incubator.

(PHHs解凍)
1.PHHsを37℃ウォーターバスで半解凍しHCM(37℃)50 mlに懸濁した。
2.遠心沈殿後に細胞をHCM(+2%FBS、37℃)10 mlに懸濁した。
3.トリパンブルー染色及び細胞数計測を行った。
4.細胞懸濁液を100×104 viable cells/mlになるように希釈した。
5.96ウェルプレートに100 μl/well播種した。
6.37℃、5%CO2で7日間培養した。
7.後日RNAを抽出するために播種細胞の余りはRNeasy micro kitのBuffer RLTに溶解して−80℃保存した。
(PHHs thawing)
1. PHHs were half-thawed in a 37 ° C. water bath and suspended in 50 ml of HCM (37 ° C.).
2. After centrifugation, the cells were suspended in 10 ml of HCM (+ 2% FBS, 37 ° C.).
3. Trypan blue staining and cell count were performed.
4). The cell suspension was diluted to 100 × 10 4 viable cells / ml.
5. 100 μl / well was seeded in a 96-well plate.
6. Cultured at 37 ° C., 5% CO 2 for 7 days.
7). To extract RNA at a later date, the remainder of the seeded cells was dissolved in Buffer RLT of the RNeasy micro kit and stored at −80 ° C.

(培地交換)
1.PHHs解凍の翌日(培養開始1日後)に培地交換を行った。HCM(without FBS)0.15 ml/well で培地交換した。
2.以降、毎日、HCM(without FBS)0.15ml/wellに培地交換した。
(Medium exchange)
1. The medium was changed on the day after thawing PHHs (one day after the start of culture). The medium was changed at 0.15 ml / well of HCM (without FBS).
2. Thereafter, the medium was changed to HCM (without FBS) 0.15 ml / well every day.

(培養結果)
培養液10 mlにおける全細胞数は1.2×107 cellsであった。生存率は87%、生存細胞濃度は1.04×106viable cells/mlであった。
(Culture result)
The total number of cells in 10 ml of the culture solution was 1.2 × 10 7 cells. The survival rate was 87%, and the viable cell concentration was 1.04 × 10 6 viable cells / ml.

[本発明のコラーゲン担体を使用したヒト初代培養肝細胞(PHHs)の形態及び生存の確認]
本実施例では、本発明のコラーゲン担体を使用したヒト初代培養肝細胞(PHHs)の形態及び生存を、従来のコラーゲンコートのそれらと比較した。
[Confirmation of morphology and survival of primary human hepatocytes (PHHs) using the collagen carrier of the present invention]
In this example, the morphology and survival of human primary cultured hepatocytes (PHHs) using the collagen carrier of the present invention were compared with those of a conventional collagen coat.

<材料>
LIVE/DEADViability/Cytotoxicity Kit, for mammalian cells(Thermo、Ethidium homodimer-1及びCalcein AMをキット内容に含む)、HCM bullet kit(Lonza)、Hoechst33342(同仁化学)、Working solution{HCM 1ml、Ethidium homodimer-1(EhtD-1) 2μl、カルセインAM(Calcein AM)0.5μl、Hoechst33342 0.5μl}、実施例3の培養細胞を用いた。
<Material>
LIVE / DEADViability / Cytotoxicity Kit, for mammalian cells (Thermo, Ethidium homodimer-1 and Calcein AM are included in the kit contents), HCM bullet kit (Lonza), Hoechst33342 (Dojin Chemical), Working solution {HCM 1ml, Ethidium homodimer-1 (EhtD-1) 2 μl, calcein AM 0.5 μl, Hoechst33342 0.5 μl}, and the cultured cells of Example 3 were used.

<方法>
1.上記の実施例3の培養開始1日後、3日後、7日後に培地を除き、あらかじめ調製したWorking solutionを50 μl/96well加えた。
2.37℃、5分間インキュベートした。
3.HCM50 μlに培地交換した。
4.蛍光顕微鏡(IX83、オリンパス)で写真を撮影した。
<Method>
1. The culture medium was removed 1 day, 3 days, and 7 days after the start of culture in Example 3 above, and 50 μl / 96 well of a previously prepared Working solution was added.
2. Incubated at 37 ° C for 5 minutes.
3. The medium was changed to 50 μl of HCM.
4). Pictures were taken with a fluorescence microscope (IX83, Olympus).

<結果>
従来のコラーゲンコート上で増殖させたPHHsは、培養開始1日目に典型的な多角形形状を示した(図2(a))が、培養開始3日目及び培養開始7日目に徐々に伸長し(図2(b)、(c))、脱分化を示した。
一方、本発明のコラーゲン担体(1 mg/cm2及び2 mg/cm2)上で培養したPPHは、非常にコンパクトな細胞質で丸くなっていた(図2(g)、(j))。本発明のコラーゲン担体(1 mg/cm2及び2 mg/cm2)上で培養したPPHは、従来のコラーゲンコート上で増殖させたPHHsと比較して、非常に小さかった(図2(g)、(j))。本発明のコラーゲン担体上で増殖させた細胞の円形形状は、3日目まで維持していた(図2(h)、(k))。すなわち、本発明のコラーゲン担体上で増殖させたPHHsは、従来のコラーゲンコート上で増殖させたPHHsと比較して生体内の肝細胞により近い形態であった。本発明のコラーゲン担体で増殖させた細胞の7日目では、運動性のある島様形態が観察できた(図2(i)、(l))。7日目で検出された島様形態は、3日目よりも、細胞間の相互作用が高いことを示し、脱分化が進行していないことを示した。
本発明のコラーゲン担体で増殖させた細胞は、3日目には多数の死細胞が一時的に観察された(図2(h)、(k))。しかし、死細胞は、培地交換によって減少し、ほとんどの細胞は7日目に生存した(図2(i)、(l))。すなわち、該死細胞は、栄養不足が原因であり、本発明のコラーゲン担体を構成するコラーゲン構造体の構造に起因する理由ではないことを確認した。培養期間中、緑色蛍光強度(カルセインAM)は、従来のコラーゲンコートで低かったが、本発明のコラーゲン担体では高かった。これは、本発明のコラーゲン担体上で増殖させた細胞は、従来のコラーゲンコート上で増殖させた細胞と比較して、エステラーゼ活性が増強していることを意味する。
すなわち、本発明のコラーゲン担体を使用したヒト初代培養肝細胞(PHHs)では、従来のコラーゲンコートを使用した培養と比較して、(1)細胞間の相互作用を促進する、(2)脱分化が進行しにくいことを確認した。
<Result>
PHHs grown on a conventional collagen coat showed a typical polygonal shape on the first day of culture (FIG. 2 (a)), but gradually on the third day of culture and on the seventh day of culture. Elongation (Fig. 2 (b), (c)) showed dedifferentiation.
On the other hand, PPH cultured on the collagen carrier of the present invention (1 mg / cm 2 and 2 mg / cm 2 ) was round with a very compact cytoplasm (FIGS. 2 (g) and (j)). PPH cultured on the collagen carrier of the present invention (1 mg / cm 2 and 2 mg / cm 2 ) was very small compared to PHHs grown on the conventional collagen coat (FIG. 2 (g) (J)). The circular shape of the cells grown on the collagen carrier of the present invention was maintained until the third day (FIGS. 2 (h) and (k)). That is, PHHs grown on the collagen carrier of the present invention were in a form closer to in vivo hepatocytes compared to PHHs grown on a conventional collagen coat. On day 7 of the cells grown on the collagen carrier of the present invention, motility island-like morphology was observed (FIGS. 2 (i) and (l)). The island-like morphology detected on day 7 showed higher interaction between cells than on day 3, indicating that dedifferentiation was not progressing.
In the cells grown on the collagen carrier of the present invention, many dead cells were temporarily observed on the third day (FIGS. 2 (h) and (k)). However, dead cells were reduced by medium exchange, and most cells survived on the 7th day (FIGS. 2 (i) and (l)). That is, it was confirmed that the dead cells were caused by nutritional deficiency and were not caused by the structure of the collagen structure constituting the collagen carrier of the present invention. During the culture period, the green fluorescence intensity (calcein AM) was low with the conventional collagen coat, but was high with the collagen carrier of the present invention. This means that the cells grown on the collagen carrier of the present invention have enhanced esterase activity compared to cells grown on a conventional collagen coat.
That is, in human primary cultured hepatocytes (PHHs) using the collagen carrier of the present invention, (1) promoting the interaction between cells as compared with culture using a conventional collagen coat, (2) dedifferentiation Confirmed that it was difficult to progress.

[肝機能(アルブミン分泌量)の評価]
本発明のコラーゲン担体を使用した培養でのPHHsの肝機能への影響を評価するため、肝機能マーカーであるアルブミン分泌量を調べた。
[Evaluation of liver function (albumin secretion)]
In order to evaluate the effect of PHHs on liver function in culture using the collagen carrier of the present invention, the amount of albumin secretion, which is a liver function marker, was examined.

<材料>
HumanAlbumin ELISA kit(Bethyl Laboratories)、実施例3の培養細胞を用いた。
<方法>
1.上記の実施例3において培養開始1日後及び培養開始2日後に培地交換を実施してから24時間経過した培養上清を全量回収し−80℃で保存した。
2.後日、−80℃で保存した培養上清を解凍し、Human Albumin ELISA kitを用いて製品添付の方法でELISAを行った。上清量は150 μl/wellとしてwellあたりのアルブミン量を算出した。
<Material>
HumanAlbumin ELISA kit (Bethyl Laboratories) and cultured cells of Example 3 were used.
<Method>
1. In Example 3 above, the whole culture supernatant was collected 24 hours after the medium was changed 1 day after the start of culture and 2 days after the start of culture, and stored at -80 ° C.
2. Later, the culture supernatant stored at −80 ° C. was thawed, and ELISA was performed using the Human Albumin ELISA kit according to the method attached to the product. The amount of albumin per well was calculated with the amount of supernatant being 150 μl / well.

<結果>
図3Aに結果を示す。本発明のコラーゲン担体で培養した細胞のアルブミン分泌量は、従来のコラーゲンコートで培養した細胞のアルブミン分泌量と比較して、高い値を示した。詳しくは、本発明のコラーゲン担体で培養した細胞のアルブミン分泌量は、従来のコラーゲンコートで培養した細胞のアルブミン分泌量と比較して、約2.5倍〜約5倍高かった。例えば、24時間の培養により、本発明のコラーゲン担体(コラーゲン密度1 mg/cm2)で培養された細胞のアルブミン分泌量(7.0 ± 1.1 mg/mg RNA)は、従来のコラーゲンコートで培養した細胞のアルブミン分泌量(1.5 ± 0.3 mg/mg RNA)と比較して、4.7倍増加した。
以上により、本発明のコラーゲン担体は、細胞の肝機能マーカーであるアルブミン分泌量を増強させることを確認した。
<Result>
The results are shown in FIG. 3A. The amount of albumin secreted by the cells cultured with the collagen carrier of the present invention was higher than the amount of albumin secreted by the cells cultured with the conventional collagen coat. Specifically, the albumin secretion amount of cells cultured with the collagen carrier of the present invention was about 2.5 times to about 5 times higher than the albumin secretion amount of cells cultured with the conventional collagen coat. For example, the amount of albumin secretion (7.0 ± 1.1 mg / mg RNA) of cells cultured on the collagen carrier of the present invention (collagen density 1 mg / cm 2 ) after 24 hours of culturing is Increased by 4.7 times compared to the amount of albumin secreted (1.5 ± 0.3 mg / mg RNA).
From the above, it was confirmed that the collagen carrier of the present invention enhances the secretion amount of albumin, which is a liver function marker of cells.

[肝機能(CYP3A4酵素活性)の評価]
本発明のコラーゲン担体を使用した培養でのPHHsの肝機能への影響を評価するため、肝機能マーカーであるCYP3A4酵素活性を調べた。
[Evaluation of liver function (CYP3A4 enzyme activity)]
In order to evaluate the effect of PHHs on liver function in culture using the collagen carrier of the present invention, the activity of CYP3A4 enzyme, which is a liver function marker, was examined.

<材料>
Rifampicin(Sigma)、DMSO(和光純薬工業)、Millex-LG, 0.20 μm,25 mm(メルクミリポア)、25 mM Rifampicin(×1000)Stock(RifampicinをDMSOに溶解し、濾過滅菌(Millex-LG)した。用時調製)、P450-Glo(商標) CYP3A4 Assay with Luciferin IPA(Promega)、Assay用96ウェルプレート(Nunc)、プレートリーダー(ARVO MX-FLA、パーキンエルマ)、実施例3の培養細胞を用いた。
<方法>
(CYP3A4酵素活性の誘導)
反応条件は、最終濃度25 μM Rifampicin / 0.1% DMSO、37℃、48時間とした。
1.上記の実施例3の培養開始1日後に培地交換を行った。培地はHCM 1 ml あたり25 mM Rifampicin 1 μl(又は、溶媒のみの対照群としてDMSO 1 μl)を加え、37℃のウォーターバスでインキュベートした後に0.15 ml/well交換した。
2.培養開始2日後に培養開始1日後と同様に培地交換した。
3.培養開始3日後(薬物を暴露してから48時間後)にCYP酵素活性を評価した。
<Material>
Rifampicin (Sigma), DMSO (Wako Pure Chemical Industries), Millex-LG, 0.20 μm, 25 mm (Merck Millipore), 25 mM Rifampicin (× 1000) Stock (Rifampicin dissolved in DMSO and filter sterilized (Millex-LG) P450-Glo ™ CYP3A4 Assay with Luciferin IPA (Promega), Assay 96-well plate (Nunc), plate reader (ARVO MX-FLA, Perkin Elma), and cultured cells of Example 3 Using.
<Method>
(Induction of CYP3A4 enzyme activity)
The reaction conditions were a final concentration of 25 μM Rifampicin / 0.1% DMSO, 37 ° C., 48 hours.
1. The medium was changed one day after the start of the culture in Example 3 above. The medium was supplemented with 0.15 ml / well after adding 1 μl of 25 mM Rifampicin per ml of HCM (or 1 μl of DMSO as a solvent-only control group) and incubating in a 37 ° C. water bath.
2. Two days after the start of culture, the medium was changed in the same manner as one day after the start of culture.
3. CYP enzyme activity was evaluated 3 days after the start of culture (48 hours after drug exposure).

(CYP3A4酵素活性の評価)
1.HCM/ Luciferin-IPA 100 μl に培地交換した。
2.バックグラウンドサンプルとして細胞が無い2 ウェルにも同様に加えた。
3.37℃、1時間インキュベートした。
4.各ウェルからAssay用プレートに上清を40 μl(duplicate)を回収した。
5.等量のLuciferin Detection Reagentを加えた。
6.アルミで遮光し、室温20分間静置した。
7.ARVOMX-FLAを用いてLuminescenceを測定した(Integrationtime:1秒)。
(Evaluation of CYP3A4 enzyme activity)
1. The medium was changed to 100 μl of HCM / Luciferin-IPA.
2. The same was added to 2 wells without cells as background samples.
3. Incubated for 1 hour at 37 ° C.
4). 40 μl (duplicate) of the supernatant was collected from each well onto an assay plate.
5). An equal amount of Luciferin Detection Reagent was added.
6). It was shielded from light with aluminum and allowed to stand at room temperature for 20 minutes.
7). Luminescence was measured using ARVOMX-FLA (Integration time: 1 second).

<結果>
結果を図3B、Cに示す。本発明のコラーゲン担体で培養した細胞のCYP3A4の基礎酵素活性は、従来のコラーゲンコートで培養した細胞のCYP3A4の基礎酵素活性と比較して、約2倍〜約3倍の高い値を示した(図3B)。例えば、本発明のコラーゲン担体(コラーゲン密度1 mg/cm2)で培養されたPHHsのCYP3A4は、従来のコラーゲンコートで培養されたPHHsのCYP3A4と比較して、3.4倍高かった。
薬物応答性を確認用CYP3A4の誘導剤(Rifampicin:リファンピシン)を培地に添加し、48時間培養した結果、溶媒(DMSO)のみに対するCYP3A4の誘導酵素活性を測定した。従来のコラーゲンコート(0.04 mg/cm2)及び本発明のコラーゲン担体(2 mg/cm2)のCYP3A4の誘導酵素活性では、それぞれ11.8 ± 2.9倍(平均値±標準偏差)及び21.8 ± 1.9倍であった(図3C)。すなわち、本発明のコラーゲン担体の場合では、従来のコラーゲンコートの場合と比較して、約2倍薬物応答性(リファンピシンに対するCYP3A4の誘導酵素活性)が高かった。
以上により、本発明のコラーゲン担体は、細胞の肝機能マーカーであるCYP3A4酵素活性及び薬物応答性を増強させた。
<Result>
The results are shown in FIGS. The basic enzyme activity of CYP3A4 in cells cultured with the collagen carrier of the present invention was about 2 to 3 times higher than the basic enzyme activity of CYP3A4 in cells cultured with a conventional collagen coat ( Figure 3B). For example, CYP3A4 of PHHs cultured with the collagen carrier of the present invention (collagen density 1 mg / cm 2 ) was 3.4 times higher than CYP3A4 of PHHs cultured with a conventional collagen coat.
A CYP3A4 inducer (Rifampicin: rifampicin) for confirming drug responsiveness was added to the medium and cultured for 48 hours. As a result, the inducible enzyme activity of CYP3A4 only against the solvent (DMSO) was measured. The CYP3A4 inducing enzyme activity of the conventional collagen coat (0.04 mg / cm 2 ) and the collagen carrier (2 mg / cm 2 ) of the present invention is 11.8 ± 2.9 times (mean ± standard deviation) and 21.8 ± 1.9 times, respectively. (Figure 3C). That is, in the case of the collagen carrier of the present invention, the drug responsiveness (inducible enzyme activity of CYP3A4 against rifampicin) was about twice as high as that of the conventional collagen coat.
As described above, the collagen carrier of the present invention enhanced CYP3A4 enzyme activity and drug responsiveness, which are liver function markers of cells.

[肝関連遺伝子及び細胞接着因子の発現解析]
PHHsは培養中に肝機能が喪失されることが知られている。そこで、本実施例では、本発明のコラーゲン担体が、培養中のPHHsの肝機能を維持できるか(又は機能低下を抑えることができるか)を確認した。詳しくは、PHHsの肝関連遺伝子の発現をqRT-PCRにより調べた。
また、インテグリンは、細胞の細胞骨格と細胞外基質とを連結する膜貫通細胞接着タンパク質である。肝細胞は、インテグリンα1及びβ1を介してコラーゲンと相互作用することが知られている。 ジスコイジンドメイン受容体(DDR)は、既知のコラーゲン受容体である。そこで、培養時の各コラーゲン濃度による細胞−細胞外基質間の相互作用への影響を調べるために、肝細胞とコラーゲンとの相互作用を介在する細胞接着因子{インテグリンα1、β1及びDDR等}の発現をqRT-PCRにより調べた。
[Expression analysis of liver-related genes and cell adhesion factors]
PHHs are known to lose liver function during culture. Therefore, in this example, it was confirmed whether the collagen carrier of the present invention can maintain the liver function of PHHs during culture (or can suppress the decrease in function). Specifically, the expression of PHHs liver-related genes was examined by qRT-PCR.
Integrins are transmembrane cell adhesion proteins that link the cytoskeleton of cells and the extracellular matrix. Hepatocytes are known to interact with collagen through integrins α1 and β1. The discoidin domain receptor (DDR) is a known collagen receptor. Therefore, in order to investigate the influence of each collagen concentration during culture on the interaction between cells and extracellular matrix, cell adhesion factors {integrins α1, β1, DDR, etc.) that mediate the interaction between hepatocytes and collagen Expression was examined by qRT-PCR.

<材料>
SYBR Premix Ex Taq(Tli RNaseH Plus)(タカラバイオ)、プライマー(10μM、下記の表1に配列を示す)、cDNA(原液を蒸留水で2 倍希釈)、サーマルサイクラ―(Light Cycler(商標) ST-300、Roche)、キャピラリー{Light Cycler Capillaries(20μl)、Roche}、遠心機(LCCarousel Centrifuge 2.0、Roche)、HumanFetal Liver(Clontech)、HumanAdult Liver{Clontech、PrimeScriptTMRTreagent kit(タカラバイオ)を用いて製品添付のプロトコルに従い、逆転写した後、原液を蒸留水で6倍希釈した}、RNeasy Micro kit(Qiagen)、PrimeScript(商標) RT reagent kit(タカラバイオ)、実施例3の培養細胞を用いた。
<Material>
SYBR Premix Ex Taq (Tli RNaseH Plus) (Takara Bio), primer (10 μM, sequence shown in Table 1 below), cDNA (diluted stock solution 2 times with distilled water), thermal cycler (Light Cycler ™ ST -300, Roche), capillary {Light Cycler Capillaries (20μl), Roche}, centrifuge (LCCarousel Centrifuge 2.0, Roche), HumanFetal Liver (Clontech), HumanAdult Liver {Clontech, PrimeScript RTreagent kit (Takara Bio) After reverse transcription according to the protocol attached to the product, the stock solution was diluted 6-fold with distilled water}, RNeasy Micro kit (Qiagen), PrimeScript ™ RT reagent kit (Takara Bio), and cultured cells of Example 3 were used. .

<方法>
RNeasyMicro kit、PrimeScript(商標) RTreagent kitをそれぞれ用いて製品添付書に従って、上記の実施例3の培養開始1、3、7日後の実施例3の培養細胞からのTotal RNAの抽出及び逆転写反応を実施した。
1.SYBR Premix Ex Taq(Tli RNaseH Plus)を用いて、製品添付書に記載された方法に従い、qRT-PCR 反応液のプレミックスを調整した(SYBR Premix 10 μl、Forward Primer 0.4 μl、Reverse Primer 0.4 μl、蒸留水7.2 μl)。
2.キャピラリーにプレミックス18 μlを分注した。
3.Template(6 倍希釈cDNA)を 2μl 加えた。
4.Light CyclerにセットしqRT-PCRを行った。反応条件は、変性(denature)(95℃ 60秒)、PCR(95℃ 5秒、60℃ 20秒、40 サイクル)、解離(melting)(65℃ 15秒)、冷却(cooling)(40℃ 30秒)を使用した。
5.ΔΔCt法を用いて比較定量解析を行った。
6.統計解析は、GraphPad Prism7 を用いてOne-ANOVA tukey test、又はMicrosoft Excelを用いてt-testを行った。
<Method>
Extraction of the total RNA from the cultured cells of Example 3 and reverse transcription reaction after 1, 3, and 7 days after the start of the culture in Example 3 according to the product attachment using the RNeasyMicro kit and PrimeScript ™ RTreagent kit, respectively. Carried out.
1. The qRT-PCR reaction premix was prepared using SYBR Premix Ex Taq (Tli RNaseH Plus) according to the method described in the product attachment (SYBR Premix 10 μl, Forward Primer 0.4 μl, Reverse Primer 0.4 μl, Distilled water 7.2 μl).
2. A 18 μl premix was dispensed into the capillary.
3. 2 μl of Template (6-fold diluted cDNA) was added.
4). QRT-PCR was performed in the Light Cycler. The reaction conditions were denaturation (95 ° C 60 seconds), PCR (95 ° C 5 seconds, 60 ° C 20 seconds, 40 cycles), dissociation (65 ° C 15 seconds), cooling (40 ° C 30 Second).
5). Comparative quantitative analysis was performed using the ΔΔCt method.
6). Statistical analysis was performed using One-ANOVA tukey test using GraphPad Prism7 or t-test using Microsoft Excel.

<結果>
本発明のコラーゲン担体で培養した細胞の肝関連遺伝子発現の結果を図4に示す。従来のコラーゲンコート(0.04 mg/cm2)での培養開始1日後の発現を1とした相対値で示した。肝特異的分泌タンパク質であるアルブミン(ALB)、α1−アンチトリプシン(AAT)及びトリプトファン2,3−ジオキシゲナーゼ(TO)が顕著に増加した(2.1 ± 0.2倍、1.5 ± 0.1倍、及び3.6 ± 0.3倍)。薬物代謝酵素Phase1であるCYP1A2、CYP2C9、CYP2C19及びCYP2D6についても顕著に増加した(それぞれ3.0 ± 0.2倍、2.0 ± 0.2倍、1.7 ± 0.1倍及び3.0 ± 0.1倍)。核内受容体であるCAR及びPXRの発現についても顕著に増加した。
よって、本発明のコラーゲン担体で培養した細胞でのこれらの遺伝子発現の増加傾向が認められた。当該結果は、本発明のコラーゲン担体が細胞の肝関連タンパク質産生及びCYP活性を増強したことを意味する。
細胞培養中の肝関連遺伝子発現維持に関する結果を図5に示す。培養開始1、3、7日後の肝関連遺伝子のqRT-PCRの結果を示した。本発明のコラーゲン担体{2 mg/cm2(実線)}において、太枠で示した肝特異的分泌タンパク質、薬物代謝酵素Phase1及び核内受容体が培養開始3、7日後に従来のコラーゲンコート{0.04 mg/cm2(点線)}と比較して遺伝子発現が高い傾向が認められた。例えば、従来のコラーゲンコートでの培養開始7日後において、アルブミン遺伝子発現は6.4 ± 0.4%まで減少した。一方、本発明のコラーゲン担体での培養開始7日後において、アルブミン遺伝子発現は17.4 ± 1.5%を維持した。AAT及びTO遺伝子発現は、本発明のコラーゲン担体での培養開始7日後において、2.2倍(454.4 ± 97.5%)及び1.7倍(20.7 ± 2.6%)に上昇した。CYP1A2、CYP2C9、CYP2C19及びCYP2D6遺伝子発現は、本発明のコラーゲン担体での培養開始7日後において、3.3倍(797.9 ± 73.0%)、1.4倍(13.9±0.9%)、1.4倍(15.6 ±0.8%)及び6.3倍(9.6 ±0.5%)に上昇した。当該結果は、本発明のコラーゲン担体が従来のコラーゲンコートよりも効率的に肝機能を維持できたことを示す。
Ahr遺伝子発現に関し、本発明のコラーゲン構造体での培養開始7日後において、低かったが、融解直後の凍結保存したPHHsと類似した。すなわち、Ahr遺伝子発現は、本発明のコラーゲン担体で培養することにより生体内の遺伝子発現動態に近くなることが示唆された。
本発明のコラーゲン担体での培養開始7日後のCAR、PXR及びHNF4α遺伝子発現は、従来のコラーゲンコートよりも顕著に高かった(それぞれ6.6倍(6.1 ± 0.8%)、1.5倍(42.1 ± 5.7%)及び1.4倍(57.0 ±2.9%)。
細胞−細胞外基質の相互作用を調べるための細胞接着因子の遺伝子発現に関する結果を図6に示す。インテグリンは細胞骨格と細胞外基質を繋ぐ膜貫通細胞接着タンパク質である。インテグリンα1及びβ1を介してコラーゲンと相互作用する。培養開始前は、インテグリンα1を除く全遺伝子の発現レベルが低レベル又は検出限界以下であった。インテグリンα2、α3、α5、α6、αV、β1及びβ3並びにDDR1発現は、培養開始3日後において、従来のコラーゲンコート(0.04 mg/cm2)での培養では異常に増加したのに対し、本発明のコラーゲン担体での培養では低発現レベルが維持された。
当該結果は、細胞接着分子の遺伝子発現は、本発明のコラーゲン担体で培養することにより生体内の遺伝子発現動態に近くなったことを示す。また、本発明のコラーゲン担体での培養は、インテグリン遺伝子の発現を抑制することにより、FAKシグナルの活性化を抑制し、脱分化及び肝機能低下を抑制したことを示す。
<Result>
The results of liver-related gene expression in cells cultured with the collagen carrier of the present invention are shown in FIG. The expression was expressed as a relative value with the expression 1 day after the start of culture in a conventional collagen coat (0.04 mg / cm 2 ) as 1. The liver-specific secreted proteins albumin (ALB), α1-antitrypsin (AAT), and tryptophan 2,3-dioxygenase (TO) were significantly increased (2.1 ± 0.2-fold, 1.5 ± 0.1-fold, and 3.6 ± 0.3) Times). The drug-metabolizing enzymes Phase 1 CYP1A2, CYP2C9, CYP2C19 and CYP2D6 also increased significantly (3.0 ± 0.2 times, 2.0 ± 0.2 times, 1.7 ± 0.1 times and 3.0 ± 0.1 times, respectively). The expression of CAR and PXR, which are nuclear receptors, was also significantly increased.
Therefore, an increasing tendency of expression of these genes in cells cultured with the collagen carrier of the present invention was observed. This result means that the collagen carrier of the present invention enhanced the production of liver-related protein and CYP activity of cells.
The results regarding the maintenance of liver-related gene expression during cell culture are shown in FIG. The results of qRT-PCR of liver-related genes 1, 3, and 7 days after the start of culture are shown. In the collagen carrier {2 mg / cm 2 (solid line)} of the present invention, the liver-specific secreted protein, the drug-metabolizing enzyme Phase 1 and the nuclear receptor indicated by a bold frame are the conventional collagen coat { The gene expression tended to be higher than 0.04 mg / cm 2 (dotted line)}. For example, albumin gene expression decreased to 6.4 ± 0.4% 7 days after the start of culture with a conventional collagen coat. On the other hand, the albumin gene expression was maintained at 17.4 ± 1.5% after 7 days from the start of cultivation with the collagen carrier of the present invention. AAT and TO gene expression increased 2.2-fold (454.4 ± 97.5%) and 1.7-fold (20.7 ± 2.6%) 7 days after the start of culture with the collagen carrier of the present invention. CYP1A2, CYP2C9, CYP2C19 and CYP2D6 gene expression is 3.3 times (797.9 ± 73.0%), 1.4 times (13.9 ± 0.9%), 1.4 times (15.6 ± 0.8%) 7 days after the start of culture on the collagen carrier of the present invention And 6.3 times (9.6 ± 0.5%). The results show that the collagen carrier of the present invention was able to maintain liver function more efficiently than the conventional collagen coat.
Regarding Ahr gene expression, although it was low 7 days after the start of cultivation with the collagen structure of the present invention, it was similar to PHHs that had been cryopreserved immediately after thawing. That is, it was suggested that Ahr gene expression is close to in vivo gene expression kinetics when cultured on the collagen carrier of the present invention.
The expression of CAR, PXR and HNF4α genes 7 days after the start of culture with the collagen carrier of the present invention was significantly higher than that of the conventional collagen coat (respectively 6.6 times (6.1 ± 0.8%) and 1.5 times (42.1 ± 5.7%). And 1.4 times (57.0 ± 2.9%).
The result regarding the gene expression of the cell adhesion factor for investigating the cell-extracellular matrix interaction is shown in FIG. Integrins are transmembrane cell adhesion proteins that connect the cytoskeleton and extracellular matrix. It interacts with collagen through integrins α1 and β1. Before the start of culture, the expression levels of all genes except integrin α1 were low or below the detection limit. Integrin α2, α3, α5, α6, αV, β1 and β3, and DDR1 expression increased abnormally in the conventional collagen coat (0.04 mg / cm 2 ) culture 3 days after the start of the culture. The low expression level was maintained in the culture with the collagen carrier.
The results show that the gene expression of the cell adhesion molecule is close to the in vivo gene expression kinetics when cultured on the collagen carrier of the present invention. Moreover, the culture | cultivation by the collagen carrier of this invention shows that the activation of FAK signal was suppressed by suppressing the expression of an integrin gene, and dedifferentiation and liver function decline were suppressed.

[本発明のコラーゲン担体を使用したiPS細胞由来の肝細胞培養]
本実施例では、本発明のコラーゲン担体を使用したiPS細胞由来の肝細胞培養を行い、従来のコラーゲンコートを使用した培養と比較した。
[Hepatocyte culture derived from iPS cells using the collagen carrier of the present invention]
In this example, iPS cell-derived hepatocyte culture using the collagen carrier of the present invention was performed and compared with culture using a conventional collagen coat.

<材料>
Corning(商標) Matrigel(商標) Growth Factor Reduced (GFR)Basement Membrane Matrix, *LDEV-Free, 10mL(Corning)を用いた。
<Material>
Corning ™ Matrigel ™ Growth Factor Reduced (GFR) Basement Membrane Matrix, * LDEV-Free, 10 mL (Corning) was used.

<方法>
ヒトiPS細胞(Tic)の肝細胞誘導はSi-Tayeb, K. etal及びMallanna, Sunil K.and
DuncanStephen, Aを参考に条件改良を加えた4段階の誘導法を実施した。
具体的には、以下の方法で、本発明のコラーゲン担体の肝細胞培養の増殖を、従来のコラーゲンコート及びMatrigel(商標)を用いた従来の分化誘導法(Conv.)と比較した。
1.Matrigel(商標)をDMEM(Gibco, 11965-092)で30倍希釈し、48ウェルプレートに0.2ml/well加えて4℃で一晩静置し、Matrigel(商標)コートを形成した。
2.ヒトiPS細胞(Tic)をMatrigel(商標)コート上に播種し、Activin A(R&D systems,338-AC-050/CF)を含む分化誘導培地にて5日間培養し、胚体内胚葉を分化誘導した。
3.分化誘導5日目にCXCR4陽性細胞をMACS(ミルテニーバイオテク)によりポジティブセレクションし、Matrigel(商標)コート上に播種してBMP4(Pepro Tech, 120-05ET)及びFGF2(Sigma, F0291-25UG)を含む培地で5日間培養して肝性内胚葉を誘導した。
4.分化誘導10日目から5日間HGF(Pepro Tech, 100-39)を含む培地で肝幹前駆細胞を分化誘導した。
5.肝前駆細胞に当たる培養15日目に細胞塊を回収し、細胞塊(100,000 cells/well)を各種コラーゲン担体またはMatrigel(商標)コート上に播種した。
6.OSM(R&D systems, 295-OM-010/CF)を含む培地0.1〜0.15 mlで分化誘導31日目までの間、成熟培養を行い、肝細胞様細胞を分化誘導した。iPS細胞から分化誘導した肝細胞様細胞(iPS-Hep)を、従来の分化誘導法(Conv.)であるMatrigel(商標)、本発明のコラーゲン担体(2 mg/cm2)、又は従来のコラーゲンコート(0.04mg/cm2)上で培養した。
7.評価時期は誘導開始21、26、31日後とした。培養上清中のアルブミン分泌量を上記の実施例5と同様に定量し(n=4)、薬物代謝酵素CYP3A4の酵素活性を上記の実施例6と同様に定量した(n=4)。
8.肝関連遺伝子発現を上記の実施例7と同様に評価した(n=4)。
<Method>
Hepatocyte induction of human iPS cells (Tic) has been described by Si-Tayeb, K. etal and Mallanna, Sunil K. and
A four-step induction method with improved conditions was performed with reference to DuncanStephen, A.
Specifically, the proliferation of hepatocyte cultures of the collagen carrier of the present invention was compared with the conventional differentiation induction method (Conv.) Using a conventional collagen coat and Matrigel (trademark) by the following method.
1. Matrigel ™ was diluted 30-fold with DMEM (Gibco, 11965-092), added to a 48-well plate at 0.2 ml / well, and allowed to stand at 4 ° C. overnight to form a Matrigel ™ coat.
2. Human iPS cells (Tic) were seeded on a Matrigel ™ coat and cultured in a differentiation induction medium containing Activin A (R & D systems, 338-AC-050 / CF) for 5 days to induce differentiation of definitive endoderm .
3. On day 5 of differentiation induction, CXCR4 positive cells were positively selected by MACS (Miltenyi Biotech), seeded on Matrigel ™ coat, and BMP4 (Pepro Tech, 120-05ET) and FGF2 (Sigma, F0291-25UG) Hepatic endoderm was induced by culturing in the containing medium for 5 days.
4). Differentiation induction of hepatic stem progenitor cells was performed in a medium containing HGF (Pepro Tech, 100-39) for 5 days from the 10th day of differentiation induction.
5). On the 15th day of culture corresponding to hepatic progenitor cells, the cell mass was collected, and the cell mass (100,000 cells / well) was seeded on various collagen carriers or Matrigel ™ coats.
6). Mature culture was performed in 0.1 to 0.15 ml of a medium containing OSM (R & D systems, 295-OM-010 / CF) until the 31st day of differentiation induction to induce differentiation of hepatocyte-like cells. Hepatocyte-like cells (iPS-Hep) induced to differentiate from iPS cells are converted into conventional differentiation induction method (Conv.) Matrigel (trademark), collagen carrier (2 mg / cm 2 ) of the present invention, or conventional collagen The cells were cultured on the coat (0.04 mg / cm 2 ).
7). The evaluation period was 21, 26 and 31 days after the start of induction. The amount of albumin secretion in the culture supernatant was quantified in the same manner as in Example 5 (n = 4), and the enzyme activity of the drug metabolizing enzyme CYP3A4 was quantified in the same manner as in Example 6 (n = 4).
8). Liver-related gene expression was evaluated in the same manner as in Example 7 above (n = 4).

<結果>
結果を図7に示す。
本発明のコラーゲン担体で増殖した細胞のアルブミン分泌量及びCYP3A 酵素活性は、従来のコラーゲンコート及び従来の分化誘導法のそれらと比較して、経時的な増加が認められた(図7A、B)。
本発明のコラーゲン担体上で増殖した細胞の肝関連遺伝子の発現量は、従来のコラーゲンコート及び従来の分化誘導法での細胞の肝関連遺伝子の発現量と比較して、有意に増加していた(図7C)。より詳しくは、肝特異的タンパク質(ALB、AAT、TO)が有意に増加していた。また、薬物代謝酵素は、Phase2関連ではグルクロン酸抱合に関与するUGT1A1が有意に増加し、Phase3関連ではMRP2が有意に増加し、核内受容体ではAhRが増加していた。
以上により、本発明のコラーゲン担体上での肝細胞培養では、全ての細胞由来の肝細胞において、あるいは、ヒト初代培養肝細胞、ヒトiPS由来肝細胞様細胞、ES由来肝細胞様細胞、Muse由来肝細胞様細胞、MSC由来肝細胞様細胞及びヒト肝腫瘍由来細胞{例えば、HepaRG(商標)等}において、あるいは、ヒト初代培養肝細胞及びヒトiPS由来肝細胞様細胞において、肝細胞の機能を増強、維持、機能亢進及び/又は成熟亢進することができる。
<Result>
The results are shown in FIG.
The albumin secretion amount and CYP3A enzyme activity of cells grown on the collagen carrier of the present invention were observed to increase over time compared to those of the conventional collagen coat and the conventional differentiation induction method (FIGS. 7A and 7B). .
The expression level of liver-related genes in cells grown on the collagen carrier of the present invention was significantly increased compared with the expression level of liver-related genes in cells in the conventional collagen coat and the conventional differentiation induction method. (FIG. 7C). More specifically, liver-specific proteins (ALB, AAT, TO) were significantly increased. In addition, UGT1A1 involved in glucuronidation was significantly increased in Phase2-related, MRP2 was significantly increased in Phase3-related, and AhR was increased in nuclear receptors.
As described above, in the hepatocyte culture on the collagen carrier of the present invention, in all cells-derived hepatocytes, or human primary cultured hepatocytes, human iPS-derived hepatocyte-like cells, ES-derived hepatocyte-like cells, Muse-derived Hepatocyte-like cells, MSC-derived hepatocyte-like cells, and human liver tumor-derived cells {eg, HepaRG (trademark), etc.] or primary human cultured hepatocytes and human iPS-derived hepatocyte-like cells. Can enhance, maintain, enhance function and / or enhance maturity.

[総論]
以上の通り、本発明のコラーゲン担体及び従来のコラーゲンコート上での培養によるPHHsの形態及び機能を比較し、表面をSEMを用いて観察し、横断面をTEMを用いて観察した。
上記実施例の本発明のコラーゲン担体を構成するコラーゲン構造体において従来の50倍のコラーゲン量を使用した(従来のコラーゲンコートのコラーゲン密度0.04 mg/cm2に対して本発明のコラーゲン構造体のコラーゲン密度2 mg/cm2)。従来のコラーゲンコート(コラーゲン密度0.04 mg/cm2)は、微細かつ平坦な表面から成り(図1(a))、断面画像ではコラーゲン原線維は観察されなかった(図1(k))。一方、本発明のコラーゲン構造体(コラーゲン密度2 mg/cm2)は、特徴的な(微小)ディンプル表面{(Micro) dimpled surface:(M)DS}構造を示した(図1(d))。このディンプルは1 mg/cm2で観察されたが、0.2 mg/cm2atelocollagenでは観察されなかった。従って、0.2 mg/cm2以下と1 mg/cm2以上のコラーゲンの間には明確な差異が存在する。これはモチーフ解析の結果(図1(e)〜(j))と細胞培養実験の細胞形態と肝機能における0.2と1 mg/cm2の間の明らかな差と一致した。したがって、本発明のコラーゲン構造体の表面構造は、細胞の挙動に大きな影響を及ぼすと考えられる。
本発明のコラーゲン構造体は特徴的なディンプルを表面に有するため、コラーゲンゲル又はコラーゲンビトリゲルとは明らかに異なる。本発明のコラーゲン構造体は、コラーゲン原線維及び(微小)ディンプルを有することを特徴とするコラーゲン足場である。
本発明のコラーゲン構造体の従来のコラーゲンコートと異なる構造は、PHHsの形態及び機能に影響を及ぼした。より詳しくは、本発明のコラーゲン構造体は、従来のコラーゲンコートと比較して、PHHsの肝機能を増強した。
CYP3A4は、薬物代謝に最も関係がある。よって、本発明のコラーゲン担体を用いた培養モデルは、薬物代謝及び薬物誘導肝損傷のリスクの評価の感受性を改善できる。従来のコラーゲンコート又はマトリゲルサンドイッチ培養モデルを用いた初代ラット肝細胞は、72時間の培養の間CYP1A2発現を顕著に低減した(Choi, H. J. & Choi, D. Successful mouse hepatocyte culture withsandwich collagen gel formation. J. Korean Surg. Soc. 84, 202-208(2013).)。しかし、本発明のコラーゲン担体を使用した培養方法は、融解した直後の凍結保存したPHHsと比較してCYP1A2発現を増強した。よって、本発明のコラーゲン担体は、CYP1A2関連薬物代謝及び毒性の高感度解析を可能にする。CYP1A2、CYP2C9、CYP2D6、CYP2C19及びCYP3A4は、現在流通する薬物の90%を代謝し、それらの活性は、本発明のコラーゲン担体を用いて培養した細胞で維持されている。よって、本発明のコラーゲン担体は、薬理学、毒物学、組織工学及び臨床肝細胞移植等の多分野の実験期間の短縮を可能とする。
Focaladhesion kinase(FAK)及びその下流シグナルは、インテグリンを介したコラーゲンへの細胞接着により活性化する。硬い乾燥したコラーゲン上で培養されたマウス初代肝細胞において、FAKはSrcを介して活性化され、ERK及びAktシグナル伝達を活性化した。Ras/Raf/ERK経路(MAPキナーゼ)の活性化は、脱分化及び上皮間葉転換を引き起こし、PI3K/Akt経路の活性化は、アポトーシス耐性をもたらすことが知られている(Godoy, P. et al. Extracellular matrix modulates sensitivity ofhepatocytes to fibroblastoid dedifferentiation and transforming growth factorb-induced apoptosis. Hepatology 49, 2031-2043 (2009).)。本発明のコラーゲン担体での細胞培養は、従来のコラーゲンコートでの細胞培養における知見と比較して、FAK活性化を抑制した。インテグリンとFAK活性化との関係は、例えば、ヒト水晶体上皮細胞において、インテグリンβ1の阻害によりFAKリン酸化が阻害されることが知られている(Liu, J. et al. Electric field exposure promotes epithelial-mesenchymaltransition in human lens epithelial cells via integrin β1-FAK signaling. Mol. Med. Rep. 16, 4008-4014 (2017).)。FAKリン酸化は、β1コンディショナルノックアウトマウスにおいて顕著に低下したことが知られている(Wang, Y. et al. β1-Integrin deletion fromthe lens activates cellular stress responses leading to apoptosis and fibrosis.Investig. Ophthalmol. Vis. Sci. 58, 3896-3922 (2017).)。よって、本発明のコラーゲン担体は、インテグリン発現を介してFAK活性化を低減し、脱分化を抑制していると考えられる。
以上より、本実施例の結果は、本発明のコラーゲン担体を構成するコラーゲン構造体の構造がPHHsの機能及び形態の変化を引き起こしたことを示唆している。更に、本発明のコラーゲン担体は、従来のコラーゲンコートと比較して、肝機能の増強に有用である。従来の共培養及び/又はサンドイッチ培養法は、本発明の培養方法よりも煩雑である。本発明のコラーゲン担体は、簡便で有用であり、PHHsの機能維持に優れた培養担体となる。
よって、本発明のコラーゲン担体は、薬剤開発、特にヒトの肝臓薬物代謝の評価、クリアランス、薬物間相互作用、トランスポーター活性及び肝毒性のための細胞培養の担体として有用である。
[General]
As described above, the morphology and function of PHHs cultured on the collagen carrier of the present invention and the conventional collagen coat were compared, the surface was observed using SEM, and the cross section was observed using TEM.
In the collagen structure constituting the collagen carrier of the present invention of the above example, a collagen amount 50 times that of the conventional was used (collagen of the collagen structure of the present invention against the collagen density of the conventional collagen coat of 0.04 mg / cm 2 ). Density 2 mg / cm 2 ). The conventional collagen coat (collagen density 0.04 mg / cm 2 ) consists of a fine and flat surface (FIG. 1 (a)), and no collagen fibrils were observed in the cross-sectional image (FIG. 1 (k)). On the other hand, the collagen structure of the present invention (collagen density 2 mg / cm 2 ) exhibited a characteristic (micro) dimple surface ((M) DS} structure (FIG. 1 (d)). . This dimple was observed at 1 mg / cm 2 , but not at 0.2 mg / cm 2 atelocollagen. Thus, there is a clear difference between collagens below 0.2 mg / cm 2 and above 1 mg / cm 2 . This was consistent with the results of motif analysis (FIGS. 1 (e)-(j)) and obvious differences between 0.2 and 1 mg / cm 2 in cell morphology and liver function in cell culture experiments. Therefore, the surface structure of the collagen structure of the present invention is considered to have a great influence on the behavior of cells.
Since the collagen structure of the present invention has characteristic dimples on the surface, it is clearly different from collagen gel or collagen vitrigel. The collagen structure of the present invention is a collagen scaffold characterized by having collagen fibrils and (micro) dimples.
The structure different from the conventional collagen coat of the collagen structure of the present invention affected the morphology and function of PHHs. More specifically, the collagen structure of the present invention enhanced the liver function of PHHs compared to the conventional collagen coat.
CYP3A4 is most related to drug metabolism. Thus, the culture model using the collagen carrier of the present invention can improve the sensitivity of drug metabolism and risk assessment of drug-induced liver damage. Primary rat hepatocytes using conventional collagen-coated or Matrigel sandwich culture models significantly reduced CYP1A2 expression during 72 hours of culture (Choi, HJ & Choi, D. Successful mouse hepatocyte culture with sandwich collagen gel formation. J Korean Surg. Soc. 84, 202-208 (2013).). However, the culture method using the collagen carrier of the present invention enhanced CYP1A2 expression compared to PHHs stored frozen immediately after thawing. Therefore, the collagen carrier of the present invention enables highly sensitive analysis of CYP1A2-related drug metabolism and toxicity. CYP1A2, CYP2C9, CYP2D6, CYP2C19, and CYP3A4 metabolize 90% of currently distributed drugs, and their activity is maintained in cells cultured using the collagen carrier of the present invention. Therefore, the collagen carrier of the present invention enables shortening of experimental periods in various fields such as pharmacology, toxicology, tissue engineering, and clinical hepatocyte transplantation.
Focaladhesion kinase (FAK) and its downstream signal are activated by cell adhesion to collagen via integrin. In mouse primary hepatocytes cultured on hard dried collagen, FAK was activated via Src and activated ERK and Akt signaling. Activation of the Ras / Raf / ERK pathway (MAP kinase) causes dedifferentiation and epithelial-mesenchymal transition, and activation of the PI3K / Akt pathway is known to result in resistance to apoptosis (Godoy, P. et al. al. Extracellular matrix modulates sensitivity of hepatocytes to fibroblastoid dedifferentiation and transforming growth factorb-induced apoptosis. Hepatology 49, 2031-2043 (2009). Cell culture with the collagen carrier of the present invention suppressed FAK activation compared to the findings in cell culture with a conventional collagen coat. The relationship between integrin and FAK activation is known to be that FAK phosphorylation is inhibited by inhibition of integrin β1, for example, in human lens epithelial cells (Liu, J. et al. Electric field exposure promotes epithelial- mesenchymaltransition in human lens epithelial cells via integrin β1-FAK signaling. Mol. Med. Rep. 16, 4008-4014 (2017).). FAK phosphorylation is known to be significantly reduced in β1 conditional knockout mice (Wang, Y. et al. Β1-Integrin deletion from the lens activates cellular stress responses leading to apoptosis and fibrosis. Investig. Ophthalmol. Vis Sci. 58, 3896-3922 (2017).). Therefore, it is considered that the collagen carrier of the present invention reduces FAK activation through integrin expression and suppresses dedifferentiation.
From the above, the results of this Example suggest that the structure of the collagen structure constituting the collagen carrier of the present invention caused a change in the function and form of PHHs. Furthermore, the collagen carrier of the present invention is useful for enhancing liver function as compared with a conventional collagen coat. The conventional co-culture and / or sandwich culture method is more complicated than the culture method of the present invention. The collagen carrier of the present invention is simple and useful, and becomes a culture carrier excellent in maintaining the function of PHHs.
Thus, the collagen carrier of the present invention is useful as a cell culture carrier for drug development, particularly evaluation of human liver drug metabolism, clearance, drug-drug interactions, transporter activity and hepatotoxicity.

本発明のコラーゲン構造体及びコラーゲン担体は、薬剤開発、特にヒトの肝臓薬物代謝の評価、クリアランス、薬物間相互作用、トランスポーター活性及び肝毒性のための細胞培養の担体を提供できる。   The collagen structure and collagen carrier of the present invention can provide a cell culture carrier for drug development, in particular human liver drug metabolism evaluation, clearance, drug-drug interactions, transporter activity and hepatotoxicity.

Claims (18)

表面にディンプルを有する、コラーゲン原線維を含むコラーゲン構造体。
A collagen structure containing collagen fibrils having dimples on the surface.
前記表面のディンプルは、複数のコラーゲン原線維が重なり合うことにより生じる窪み形状の空間である請求項1に記載のコラーゲン構造体。
The collagen structure according to claim 1, wherein the dimple on the surface is a hollow space formed by overlapping a plurality of collagen fibrils.
前記ディンプルは、表面475 μm2あたりに、1個〜4,000個有する請求項1又は2に記載のコラーゲン構造体。
The collagen structure according to claim 1 or 2, wherein the dimple has 1 to 4,000 per 475 µm 2 of the surface.
前記表面475 μm2あたりのモチーフ数が4,377以下である請求項1〜3のいずれか1に記載のコラーゲン構造体。
The collagen structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the number of motifs per surface 475 µm 2 is 4,377 or less.
前記モチーフの平均面積が0.12 μm2以上である請求項4に記載のコラーゲン構造体。
The collagen structure according to claim 4, wherein an average area of the motif is 0.12 µm 2 or more.
前記表面がランダムな配向である請求項1〜5のいずれか1に記載のコラーゲン構造体。
The collagen structure according to any one of claims 1 to 5, wherein the surface has a random orientation.
前記コラーゲン構造体を形成する複数のコラーゲン原線維間に空間が形成されている請求項1〜6のいずれか1に記載のコラーゲン構造体。
The collagen structure according to any one of claims 1 to 6, wherein a space is formed between a plurality of collagen fibrils forming the collagen structure.
前記コラーゲン構造体を形成する複数のコラーゲン原線維はランダムに配向している請求項1〜7のいずれか1に記載のコラーゲン構造体。
The collagen structure according to any one of claims 1 to 7, wherein a plurality of collagen fibrils forming the collagen structure are randomly oriented.
前記コラーゲン原線維がアテロコラーゲン原線維である請求項1〜8のいずれか1に記載のコラーゲン構造体。
The collagen structure according to any one of claims 1 to 8, wherein the collagen fibrils are atelocollagen fibrils.
前記コラーゲン構造体のコラーゲン密度が0.21 mg/cm2以上である請求項1〜9のいずれか1に記載のコラーゲン構造体。
The collagen structure according to any one of claims 1 to 9, wherein a collagen density of the collagen structure is 0.21 mg / cm 2 or more.
請求項1〜10のいずれか1に記載のコラーゲン構造体を含むコラーゲン担体。
The collagen carrier containing the collagen structure of any one of Claims 1-10.
細胞培養用である請求項10又は11に記載のコラーゲン担体。
The collagen carrier according to claim 10 or 11, which is used for cell culture.
培養細胞の酵素活性増強作用を有する請求項12に記載のコラーゲン担体。
The collagen carrier according to claim 12, which has an effect of enhancing enzyme activity of cultured cells.
培養細胞の薬物応答性増強作用を有する請求項12又は13に記載のコラーゲン担体。
The collagen carrier according to claim 12 or 13, which has an action of enhancing drug responsiveness of cultured cells.
培養細胞の脱分化抑制作用を有する請求項12〜14のいずれか1に記載のコラーゲン担体。
The collagen carrier according to any one of claims 12 to 14, which has a dedifferentiation inhibitory action on cultured cells.
以下の工程を含む、表面にディンプルを有するコラーゲン原線維を含むコラーゲン構造体の製造方法、
(1)濃度0.1 mg/ml〜100 mg/mlのコラーゲン溶液をコート対象の表面に被覆して、コラーゲン密度を0.21 mg/cm2以上にする工程。
A method for producing a collagen structure comprising collagen fibrils having dimples on the surface, comprising the following steps:
(1) A step of coating the surface of the object to be coated with a collagen solution having a concentration of 0.1 mg / ml to 100 mg / ml so that the collagen density is 0.21 mg / cm 2 or more.
さらに以下の工程を含む請求項16に記載のコラーゲンの製造方法、
(2)前記コラーゲン構造体を架橋する工程。
Furthermore, the manufacturing method of the collagen of Claim 16 including the following processes,
(2) A step of crosslinking the collagen structure.
前記コラーゲンがアテロコラーゲンである請求項16又は17に記載のコラーゲンの製造方法。   The method for producing collagen according to claim 16 or 17, wherein the collagen is atelocollagen.
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