JP2019198255A - Production method of collagen tube - Google Patents

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Abstract

To provide a method for producing a collagen tube whose diameter is 100 micrometer or less, whose thickness is 20 micrometer or less, and which can introduce cells into a lumen in an alive state, the method is simple and has good reproductivity.SOLUTION: There is provided a method for continuously introducing four kinds of solutions A-D, to a channel structure X comprising at least four introduction holes and at least one discharge hole. When the solutions A-D are continuously introduced to the channel structure X, in a cross section S vertical to the flow direction, the channel structure X has at least one point P where, the solution B surrounds a periphery of the solution A, the solution C contacts at least partially to a periphery of the solution B, and the solution D contacts at least partially a periphery of the solution C without contacting to a periphery of the solution B. The solution B includes 0.1% or greater of collagen dissolved therein, the solution D includes a component for gelatinizing the solution B.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、細胞培養のために好適なコラーゲンチューブの作製方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a collagen tube suitable for cell culture.

細胞を生体内と同様の3次元的環境において培養する技術は、再生医療、細胞をベースとした薬剤のアッセイ、バイオ人工臓器の開発、細胞生化学研究などの幅広い分野において極めて重要である。3次元環境において細胞を培養することで、長期にわたる細胞機能の維持、生存率の維持、細胞の分化制御、などが可能になることが報告されている。   Technology for culturing cells in a three-dimensional environment similar to that in vivo is extremely important in a wide range of fields such as regenerative medicine, cell-based drug assays, bioartificial organ development, and cell biochemistry research. It has been reported that culturing cells in a three-dimensional environment makes it possible to maintain long-term cell function, maintain survival rate, control cell differentiation, and the like.

肝臓を構成する主要な細胞である肝細胞は、薬物の代謝、解毒、タンパク質産生などの重要な役割を担っている。そのため、生体外における肝細胞培養系は、新規薬剤の開発における薬効・毒性評価において特に重要である。また、生体の肝臓機能を代替するバイオ人工肝臓の開発、あるいは臓器再生を目指した肝細胞オルガノイド作製などにおいても不可欠である。   Hepatocytes, which are the main cells that make up the liver, play important roles such as drug metabolism, detoxification, and protein production. Therefore, the in vitro hepatocyte culture system is particularly important in the evaluation of drug efficacy and toxicity in the development of new drugs. It is also indispensable for the development of bioartificial liver that replaces the liver function of the living body or for the production of hepatocyte organoids aimed at organ regeneration.

しかしながら、肝細胞を生体外に取り出し、平面的な培養系において培養すると、その機能は急速に失われてしまう。そのため,肝細胞の機能や生存率を維持できる細胞培養系の開発が活発に行われている。   However, when hepatocytes are removed from the living body and cultured in a flat culture system, the function is rapidly lost. Therefore, cell culture systems that can maintain the function and survival rate of hepatocytes are being actively developed.

生体内において、肝細胞は、規則的に線形(ひも状)に配置され、かつ、ディッセ腔と呼ばれるコラーゲンなどの細胞外マトリックス成分を含む間隙を介して類洞内皮細胞に取り囲まれている。そのような生体内における肝細胞の微小環境を模倣し、3次元的に培養することで、肝細胞の機能や生存率を維持できるものと期待されている。   In vivo, hepatocytes are regularly and linearly (string-shaped) arranged, and surrounded by sinusoidal endothelial cells via a gap containing an extracellular matrix component such as collagen called a disserum space. It is expected that the function and survival rate of hepatocytes can be maintained by imitating the microenvironment of hepatocytes in vivo and culturing in three dimensions.

このような生体内における肝細胞の特徴を満たす培養手法、つまり、3次元的、かつ線形に細胞を配置する培養手法として、特許文献1に示されるようなハイドロゲルファイバーを用いる培養法、特許文献2および特許文献3に示されるような中空糸を用いる培養法、などが提案されてきた。   As a culture method that satisfies the characteristics of hepatocytes in vivo, that is, a culture method that arranges cells three-dimensionally and linearly, a culture method using hydrogel fibers as shown in Patent Document 1, Patent Document 2 and a culture method using a hollow fiber as shown in Patent Document 3 have been proposed.

さらに、特許文献4に示すように、アルギン酸ハイドロゲルからなるシェルと、コラーゲンからなるコアによって形成された、コア−シェル型のファイバーを作製し、内部において細胞を培養することで、様々な線形の細胞集塊を形成する手法が報告されている。   Furthermore, as shown in Patent Document 4, by producing a core-shell type fiber formed by a shell made of alginate hydrogel and a core made of collagen and culturing cells inside, various linear shapes can be obtained. Techniques for forming cell clumps have been reported.

また、コラーゲンからなる特許文献5および非特許文献1に示されるように、中空糸状の構造であるコラーゲンチューブの作製方法も提案されてきた。   In addition, as shown in Patent Document 5 and Non-Patent Document 1 made of collagen, a method for producing a collagen tube having a hollow fiber-like structure has also been proposed.

特許第5945802号公報Japanese Patent No. 5945802 特許第3725147号公報Japanese Patent No. 3725147 特開2018−50498号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-50498 特許第5633077号公報Japanese Patent No. 5633077 特表2009−540896号公報Special table 2009-540896

「ACSアプライドマテリアルズ&インターフェースズ(ACS Applied Materials & Interfaces)」、2015, 7(35)、19789−97.“ACS Applied Materials & Interfaces”, 2015, 7 (35), 19789-97.

上述のように、生体内において肝細胞は、線形/ひも状に配置され、かつ、ディッセ腔と呼ばれるコラーゲンなどの細胞外マトリックス成分を含む薄膜状の間隙に3次元的に取り囲まれている。このような微小環境を模倣した細胞培養系が構築できれば、肝細胞の生存率および機能を長期にわたって維持することが可能となりうるが、生体内の肝細胞環境を実現する技術は現段階では確立されていない。   As described above, hepatocytes are arranged in a linear / string shape in a living body and are three-dimensionally surrounded by a thin film-like gap containing an extracellular matrix component such as collagen called a disserum cavity. If a cell culture system that mimics such a microenvironment can be constructed, it will be possible to maintain the survival rate and function of hepatocytes over a long period of time. However, the technology for realizing an in vivo hepatocyte environment has been established at this stage. Not.

特許文献1には、マイクロ流体デバイスを用い、直径100マイクロメートル程度の、サンドイッチ形状のアルギン酸ハイドロゲルからなるマイクロファイバーの中に肝細胞を導入する、という手法が示されている。また、特許文献2および特許文献3には、中空糸の内腔に細胞を充填する、という手法が示されている。これらの手法では、肝細胞を線形的に配置し、培養を行うことが可能である。しかしながら、これらの手法は、生体の肝臓組織には存在しない成分であるアルギン酸ハイドロゲルや合成ポリマー材料を用いるものであり、さらに、コラーゲンの薄膜に囲まれた肝細胞環境を再現することは不可能であった。また、直径が100マイクロメートル程度以下の中空糸の場合、内部への細胞導入が困難になるという課題があった。   Patent Document 1 discloses a technique in which hepatocytes are introduced into microfibers made of sandwich-shaped alginate hydrogel having a diameter of about 100 micrometers using a microfluidic device. Further, Patent Document 2 and Patent Document 3 show a method of filling cells in the lumen of a hollow fiber. In these methods, it is possible to arrange hepatocytes linearly and perform culture. However, these methods use alginate hydrogel and synthetic polymer materials that are not present in the liver tissue of living organisms, and it is impossible to reproduce the hepatocyte environment surrounded by a thin film of collagen. Met. Moreover, in the case of a hollow fiber having a diameter of about 100 micrometers or less, there is a problem that introduction of cells into the inside becomes difficult.

さらに特許文献4には、コアがコラーゲンからなるコア−シェル型のアルギン酸ハイドロゲルチューブを用いて線形の細胞組織を作製する手法が報告されているが、コラーゲンよって形成された薄膜からなる中空状の構造を作製することは不可能であった。   Further, Patent Document 4 reports a method of producing a linear cell tissue using a core-shell type alginate hydrogel tube whose core is made of collagen, but it is a hollow shape made of a thin film made of collagen. It was impossible to make a structure.

特許文献5には、可溶化させたコラーゲンを円柱形の支柱に付着させ、乾燥させる、という二段階の操作を繰り返した後、コラーゲンを化学的に架橋し、支柱を取り外すことによって、コラーゲンチューブを作製する、という手法が示されている。しかしながら、この手法で得られたコラーゲンチューブは、細胞培養を目的としたものではないため、コラーゲンチューブの作製時に細胞を内部に導入することは不可能であった。またコラーゲンチューブの作製に手間がかかること、また内径を50マイクロメートル程度以下にすることはできないこと、などの課題があった。   In Patent Document 5, after repeating the two-stage operation of adhering solubilized collagen to a cylindrical column and drying, the collagen is chemically crosslinked, and the column is removed by removing the column. The technique of making is shown. However, since the collagen tube obtained by this method is not intended for cell culture, it was impossible to introduce cells into the interior of the collagen tube when it was produced. In addition, there are problems such as that it takes time to produce a collagen tube and that the inner diameter cannot be reduced to about 50 micrometers or less.

さらに非特許文献1には、マイクロ流路の中央部分に、細胞を懸濁させたアルギン酸ナトリウム水溶液、その周囲にコラーゲン水溶液をそれぞれ流し、流路の出口において、アルギン酸ナトリウム水溶液の部分と、コラーゲン水溶液の部分を、化学的な架橋剤を用いて同時に架橋することで、細胞を内腔に導入したコラーゲンチューブを作製する、という手法が示されている。この方法では、内部に細胞を導入することは可能であるが、コラーゲン安定化のための化学的な架橋操作が必要となるため、細胞にダメージを与えることが問題である。さらに、中空状の構造を作製する上で多段階のプロセスが必要となること、チューブの外径の制御が困難である、という課題があった。加えて、直径100マイクロメートル程度以下のチューブ、および厚さが20マイクロメートル以下のチューブの作製は不可能である、という問題点があった。   Further, in Non-Patent Document 1, a sodium alginate aqueous solution in which cells are suspended and a collagen aqueous solution are caused to flow around the center portion of the microchannel, and a sodium alginate aqueous solution portion and a collagen aqueous solution are provided at the outlet of the channel. The method of producing the collagen tube which introduce | transduced the cell into the lumen | bore by simultaneously bridge | crosslinking this part using a chemical crosslinking agent is shown. In this method, cells can be introduced into the inside, but chemical crosslinking for stabilizing the collagen is necessary, so that the cells are damaged. Furthermore, there are problems that a multi-step process is required to produce a hollow structure and that the outer diameter of the tube is difficult to control. In addition, there is a problem that it is impossible to produce a tube having a diameter of about 100 micrometers or less and a tube having a thickness of 20 micrometers or less.

以上を総括すると、上記した既存の手法では、細胞にダメージを与えることなく細胞を生きたまま内腔部に導入でき、直径が少なくとも部分的に100マイクロメートル以下であり、さらに厚みが少なくとも部分的に20マイクロメートル以下となるコラーゲンチューブを、簡便に作製する、ということを同時に達成することは不可能であった。   In summary, the above-described existing methods can introduce cells into the lumen without damaging the cells, have a diameter of at least partially 100 micrometers or less, and a thickness of at least partially. It was impossible to simultaneously produce a collagen tube having a size of 20 micrometers or less at the same time.

本発明は、従来の技術の有する上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、直径が100マイクロメートル程度以下であり、さらに厚みが20マイクロメートル以下であり、さらに細胞を内腔に生きたまま導入できるコラーゲンチューブを簡便に作製かつ再現性良く作製する新規手法を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and the object is to have a diameter of about 100 micrometers or less and a thickness of 20 micrometers or less. Furthermore, the present invention intends to provide a novel method for easily and reproducibly producing a collagen tube capable of introducing cells alive into the lumen.

また本発明は、これまで報告例のない、肝細胞を一列に配列させ、かつ、肝細胞をコラーゲンの薄層で被覆できる細胞培養技術を提供しようとするものである。   In addition, the present invention aims to provide a cell culture technique that has not been reported so far and can arrange hepatocytes in a line and coat the hepatocytes with a thin layer of collagen.

上記目的を達成するための、本発明の一観点に係る発明は、少なくとも4つの導入口および少なくとも1つの排出口を有する流路構造Xに対して、4種類の水溶液A〜Dをそれぞれ連続的に導入する方法であって、流路構造Xは、流路構造Xに対して水溶液A〜Dを連続的に導入した際、流れ方向に垂直な断面Sにおいて、水溶液Bが水溶液Aの外周を囲むように配置され、かつ、水溶液Cが水溶液Bの外周に対して少なくとも部分的に接触するように配置され、かつ、水溶液Dが水溶液Bの外周に対して接触することなく水溶液Cの外周に対して少なくとも部分的に接触するように配置される地点Pを少なくとも1か所有しており、さらに、水溶液Bにはコラーゲンが0.1%以上溶解されており、さらに、水溶液Dには水溶液Bをゲル化する成分が含まれている、コラーゲンチューブの作製方法である。このような方法を用いることによって、流路内において、水溶液Aを内部に含みながら、水溶液Bに含まれるコラーゲンがゲル化することで、中央部が液体状のコラーゲンチューブを作製することができるほか、径の小さいコラーゲンチューブの作製が可能となり、さらに、コラーゲンを含む水溶液Bと、コラーゲンをゲル化する成分を含む水溶液Dの直接的な接触を防ぐことで安定的かつ連続的なコラーゲンチューブの形成とコラーゲンチューブの径の制御が可能となる。   In order to achieve the above object, the invention according to one aspect of the present invention is such that four types of aqueous solutions A to D are continuously applied to the channel structure X having at least four inlets and at least one outlet. In the flow path structure X, when the aqueous solutions A to D are continuously introduced into the flow path structure X, the aqueous solution B crosses the outer periphery of the aqueous solution A in the cross section S perpendicular to the flow direction. The aqueous solution C is arranged so as to surround and at least partially contacts the outer periphery of the aqueous solution B, and the aqueous solution D does not contact the outer periphery of the aqueous solution B and Possesses at least one point P that is arranged to be at least partially in contact with the aqueous solution B. Further, the aqueous solution B contains 0.1% or more of collagen, and the aqueous solution D contains the aqueous solution B. Gelled That component is contained, a method for manufacturing a collagen tube. By using such a method, the collagen contained in the aqueous solution B gels while containing the aqueous solution A inside the flow path, so that a collagen tube having a liquid center part can be produced. It is possible to produce a collagen tube with a small diameter, and furthermore, a stable and continuous collagen tube can be formed by preventing direct contact between the aqueous solution B containing collagen and the aqueous solution D containing a component that gels collagen. And the diameter of the collagen tube can be controlled.

また、本観点に係る発明において、限定されるわけではないが、水溶液Aには、1mLあたり1000個以上の細胞が懸濁されていることが望ましい。このようにすることで、細胞を内腔に導入したコラーゲンチューブの作製が可能となる。   Moreover, in the invention which concerns on this viewpoint, although it is not necessarily limited, it is desirable for the aqueous solution A to suspend 1000 or more cells per mL. By doing so, it is possible to produce a collagen tube in which cells are introduced into the lumen.

また、本観点に係る発明において、限定されるわけではないが、前記細胞とは、哺乳動物由来の接着性細胞であることが望ましい。このようにすることで、肝細胞に代表されるような、哺乳類細胞を内腔に導入したコラーゲンチューブの作製が可能となる。   Moreover, in the invention which concerns on this viewpoint, although it is not necessarily limited, it is desirable that the said cell is an adherent cell derived from a mammal. In this way, a collagen tube into which mammalian cells are introduced into the lumen, as represented by hepatocytes, can be produced.

また、本観点に係る発明において、限定されるわけではないが、水溶液DのpHは、7〜10の範囲にあることが望ましい。このようにすることで、水溶液Bを効率的にゲル化することができるほか、水溶液Aに含まれる細胞に対するダメージを最小限にすることができる。   Moreover, in the invention which concerns on this viewpoint, although not necessarily limited, it is desirable that pH of the aqueous solution D exists in the range of 7-10. By doing so, the aqueous solution B can be efficiently gelled, and damage to cells contained in the aqueous solution A can be minimized.

また、本観点に係る発明において、限定されるわけではないが、水溶液Dは、リン酸イオンを1mMから200mMの範囲において含有することが望ましい。このようにすることによって、より効率的にコラーゲンチューブを作製することができるほか、強度の高いコラーゲンチューブの作製が可能となる。   Moreover, in the invention which concerns on this viewpoint, although not necessarily limited, it is desirable that the aqueous solution D contains a phosphate ion in the range of 1 mM to 200 mM. By doing in this way, a collagen tube can be produced more efficiently and a collagen tube with high strength can be produced.

また、本観点に係る発明において、限定されるわけではないが、水溶液A、水溶液C、水溶液Dのうち少なくともいずれかは、増粘剤を含むことが望ましい。このようにすることによって、流路構造X内における流れの安定性を向上させることが可能となるため、より安定的かつ再現性良くコラーゲンチューブを作製でき、作製の操作性を向上させることも可能となる。   Moreover, in the invention which concerns on this viewpoint, although not necessarily limited, it is desirable that at least any one among the aqueous solution A, the aqueous solution C, and the aqueous solution D contains a thickener. By doing so, it becomes possible to improve the stability of the flow in the flow channel structure X, so it is possible to produce a collagen tube more stably and with good reproducibility, and also improve the operability of production. It becomes.

また、本観点に係る発明において、限定されるわけではないが、前記増粘剤とは、ポリエチレングリコール、デキストラン、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸プロピレングリコール、のうちの少なくとも1つであることが望ましい。このようにすることによって、より一層安定的にコラーゲンチューブを作製することが可能となる。   Further, in the invention according to this aspect, the thickener is at least one of polyethylene glycol, dextran, carboxymethyl cellulose, polyvinyl alcohol, sodium alginate, and propylene glycol alginate. It is desirable. By doing in this way, it becomes possible to produce a collagen tube more stably.

また、本観点に係る発明において、限定されるわけではないが、流路構造Xの幅・深さ・直径等の値のうち少なくともいずれか一つは、少なくとも部分的に500マイクロメートル以下であることが望ましい。このようにすることによって、直径100マイクロメートル程度以下のコラーゲンチューブを効率的かつ簡便に作製することが可能となる。   In the invention according to this aspect, although not limited, at least one of the values such as the width, depth, and diameter of the channel structure X is at least partially 500 micrometers or less. It is desirable. In this way, a collagen tube having a diameter of about 100 micrometers or less can be efficiently and easily produced.

また、本観点に係る発明において、限定されるわけではないが、流路構造Xは、少なくとも部分的に、キャピラリー管によって構成されていても良い。このようにすることによって、水溶液A〜Dを、キャピラリー管の内部において配置させることが可能となり、コラーゲンチューブを効率的に作製することが可能となる。   Further, in the invention according to this aspect, although not limited, the flow channel structure X may be configured at least partially by a capillary tube. By doing in this way, aqueous solution AD can be arrange | positioned inside a capillary tube, and it becomes possible to produce a collagen tube efficiently.

また、本観点に係る発明において、限定されるわけではないが、流路構造Xは、少なくとも部分的に、微細加工技術を用いて作製されたマイクロ流路構造によって構成されても良い。このようにすることによって、水溶液A〜Dを、流路構造の内部においてより正確に配置させることが可能となり、コラーゲンチューブを効率的に作製することが可能となるほか、径の小さいコラーゲンチューブを容易に得ることが可能となる。   Further, in the invention according to this aspect, although not limited, the flow channel structure X may be configured at least partially by a micro flow channel structure manufactured using a microfabrication technique. By doing so, it becomes possible to arrange the aqueous solutions A to D more accurately inside the flow channel structure, and it becomes possible to efficiently produce a collagen tube, and a collagen tube with a small diameter can be produced. It can be easily obtained.

また、本観点に係る発明において、限定されるわけではないが、地点Pにおける断面Sにおいて、水溶液Cの幅は少なくとも部分的に50マイクロメートル以下であることが好ましい。このようにすることによって、コラーゲン部の厚みが少なくとも部分的に20マイクロメートル程度以下となるコラーゲンチューブを効率的に形成することが可能となる。   Moreover, in the invention which concerns on this viewpoint, although not necessarily limited, in the cross section S in the point P, it is preferable that the width | variety of the aqueous solution C is at least partially 50 micrometers or less. By doing so, it becomes possible to efficiently form a collagen tube in which the thickness of the collagen portion is at least partially about 20 micrometers or less.

また、本観点に係る発明において、限定されるわけではないが、得られるコラーゲンチューブの直径は、少なくとも部分的に100マイクロメートル以下であることが望ましい。このようにすることによって、内部に導入した細胞に対して、均一かつ効率的に酸素や栄養分を供給することが可能となる。   Moreover, in the invention which concerns on this viewpoint, although not necessarily limited, it is desirable that the diameter of the collagen tube obtained is at least partially 100 micrometers or less. By doing in this way, it becomes possible to supply oxygen and nutrients uniformly and efficiently to the cells introduced into the inside.

また、本観点に係る発明において、限定されるわけではないが、得られるコラーゲンチューブの膜厚は、少なくとも部分的に10マイクロメートル以下であることが望ましい。このようにすることによって、特に生体内の細胞環境を高度に模倣した細胞培養基材を提供することが可能となるほか、内部の細胞に対して効率的に酸素や栄養分を供給するという観点からも有利である。   Moreover, in the invention which concerns on this viewpoint, although not necessarily limited, it is desirable that the film thickness of the collagen tube obtained is at least partially 10 micrometers or less. In this way, in particular, it becomes possible to provide a cell culture substrate that highly mimics the cell environment in a living body, and also from the viewpoint of efficiently supplying oxygen and nutrients to internal cells. Is also advantageous.

本発明は、以上に述べられたように構成されているため、内腔に細胞を導入した、直径100マイクロメートル程度以下で、膜厚が20マイクロメートル程度以下の、微小なコラーゲンチューブを簡便かつ再現性良く作製する手法を提供することができる。また、コラーゲンチューブの径を自由に調節することが可能となり、さらに、化学的な架橋剤を用いることなく、コラーゲンチューブを作製できるため、内腔部に導入する細胞に与えるダメージを最小限にすることができる。   Since the present invention is configured as described above, a small collagen tube having a diameter of about 100 micrometers or less and a film thickness of about 20 micrometers or less, in which cells are introduced into the lumen, can be easily and easily formed. A method for manufacturing with good reproducibility can be provided. In addition, the diameter of the collagen tube can be freely adjusted, and since the collagen tube can be produced without using a chemical cross-linking agent, damage to cells introduced into the lumen is minimized. be able to.

また本発明は、以上に述べられたように構成されているため、特に内部に肝細胞を導入することによって、肝細胞が線形あるいはひも状に配置し、さらにその周囲がコラーゲン成分によって3次元的に被覆された細胞培養環境を提供することができる。このように生体内の環境を模倣することで、肝細胞の機能維持が可能となり、薬物代謝試験のためのモデルや、生体外での肝組織モデルとしての応用が可能となる。   In addition, since the present invention is configured as described above, in particular, by introducing hepatocytes into the interior, hepatocytes are arranged linearly or in a string shape, and the periphery thereof is three-dimensionally formed by collagen components. A cell culture environment coated with can be provided. By imitating the environment in the living body in this way, it becomes possible to maintain the function of hepatocytes, and it can be applied as a model for drug metabolism tests and a liver tissue model in vitro.

実施形態に係る、コラーゲンチューブ作製用の流路構造Xの例および断面Sにおける水溶液A〜Dの流れの状態を示した概略図であり、図1(a)には、断面が円形の流路構造Xが、図1(b)および(c)には、断面が矩形の流路構造Xが、それぞれ示されている。It is the schematic which showed the state of the flow of aqueous solution AD in the cross-section S of the example of the flow-path structure X for collagen tube preparation based on embodiment, and FIG. The structure X is shown in FIGS. 1B and 1C, respectively, and the channel structure X having a rectangular cross section is shown. 実施形態に係る、コラーゲンチューブ作製用の、多層状の流路構造Xと、その内部における水溶液A〜Dの流れの状態を示した概略図である。It is the schematic which showed the state of the flow of the multilayer flow path structure X for collagen tube preparation which concerns on embodiment, and the aqueous solution AD inside it. 実施形態に係る、コラーゲンチューブを作製するための、断面が円形のキャピラリーを連結させて形成した流路構造Xと、断面Sにおける水溶液A〜Dの流れの状態を模式的に示した概略図である。The schematic which showed the state of the flow of the flow path structure X formed by connecting the capillary with a circular cross section for producing the collagen tube based on embodiment, and the aqueous solution AD in the cross section S in the figure is there. 実施例において、コラーゲンチューブを作製するために利用した、4枚のアクリル板を重ね合わせて作製された、流路構造Xを有するマイクロ流体デバイスを示した概略図であり、図4(a)〜図4(d)は、上から一層目のアクリル板の下面に形成された流路構造、二層目のアクリル板の下面に形成された流路構造、三層目のアクリル板を貫通するように形成された流路構造、三層目の流路構造の下面に形成された流路構造を、それぞれ示した概略図であるとともに、図4(f)に示したマイクロ流体デバイスのB矢視図である。図4(e)は、図4(d)における領域eの拡大図であるとともに、図4(f)におけるマイクロ流体デバイスのB矢視図である。図4(f)は、マイクロ流体デバイスの、図4(a)〜図4(e)におけるA−A’線における断面図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a microfluidic device having a flow channel structure X, which is produced by superimposing four acrylic plates used to produce a collagen tube in Examples. FIG. 4D shows a flow path structure formed on the lower surface of the first acrylic board from the top, a flow path structure formed on the lower surface of the second acrylic board, and a third acrylic board. FIG. 4B is a schematic diagram showing the channel structure formed on the lower surface of the third-layer channel structure and the arrow B in the microfluidic device shown in FIG. FIG. FIG. 4E is an enlarged view of the region e in FIG. 4D, and is a B arrow view of the microfluidic device in FIG. 4F. FIG. 4F is a cross-sectional view of the microfluidic device taken along the line A-A ′ in FIGS. 4A to 4E. 実施例において、図4に示される流路構造Xを用いて作製した、内腔にHepG2細胞を導入したコラーゲンチューブの顕微鏡写真であり、それぞれ、図5(a)は作製直後、図5(b)は細胞培養2日後、図5(c)細胞培養6日後の顕微鏡写真である。FIG. 5 is a micrograph of a collagen tube having HepG2 cells introduced into the lumen, produced using the flow channel structure X shown in FIG. 4 in Examples, and FIG. ) Is a photomicrograph after 2 days of cell culture and FIG. 5 (c) after 6 days of cell culture. 実施例において、図4に示される流路構造Xを用いて作製した、内腔にHepG2細胞を導入したコラーゲンチューブの、凍結切片の顕微鏡写真であり、それぞれ、図6(a)は、水溶液Aと水溶液Bの流量比を1:4に調整して作製したコラーゲンチューブ、図6(b)は、水溶液Aと水溶液Bの流量比を1:20に調整して作製したコラーゲンチューブの、断面を示す顕微鏡写真である。FIG. 6A is a micrograph of a frozen section of a collagen tube having HepG2 cells introduced into its lumen, prepared using the channel structure X shown in FIG. FIG. 6B shows a cross section of a collagen tube prepared by adjusting the flow ratio of aqueous solution A and aqueous solution B to 1:20. It is a microscope picture shown. 実施例において、図4に示される流路構造Xを用いて作製した、内腔にHepG2細胞を導入したコラーゲンチューブの顕微鏡写真であり、それぞれ、図7(a)は、水溶液Aと水溶液Bの合計流量を5マイクロリットル毎分に調整して作製したコラーゲンチューブの顕微鏡写真であり、図7(b)は水溶液Aと水溶液Bの合計流量を25マイクロリットル毎分に調整して作製したコラーゲンチューブの顕微鏡写真である。FIG. 7A is a micrograph of a collagen tube prepared by using the flow channel structure X shown in FIG. 4 and having HepG2 cells introduced into the lumen, and FIG. 7A shows an aqueous solution A and an aqueous solution B, respectively. FIG. 7B is a micrograph of a collagen tube prepared by adjusting the total flow rate to 5 microliters per minute, and FIG. 7B is a collagen tube prepared by adjusting the total flow rate of aqueous solution A and aqueous solution B to 25 microliters per minute. FIG.

以下、本発明に係るコラーゲンチューブの作製方法に関する最良の形態を詳細に説明するものとする。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態、実施例の例示にのみ限定されるものではない。   Hereinafter, the best mode relating to the method for producing a collagen tube according to the present invention will be described in detail. However, the present invention can be implemented in many different forms, and is not limited only to the embodiments and examples described below.

図1には、コラーゲンチューブ作製用の流路構造Xの例および断面Sにおける水溶液A〜Dの流れの状態を示した概略図が示されており、図1(a)には、断面が円形の流路構造Xが、図1(b)および(c)には、断面が矩形の流路構造Xが、それぞれ示されている。   FIG. 1 shows an example of a flow path structure X for producing a collagen tube and a schematic diagram showing a flow state of the aqueous solutions A to D in the cross section S. FIG. 1A shows a circular cross section. FIGS. 1B and 1C show the channel structure X having a rectangular cross section.

図1(a)〜(c)に示される流路構造Xは、いずれも、それぞれ少なくとも4つの導入口を有しており、それらの入口から連続的に導入された4種類の水溶液A〜Dは、地点Pにおいて、合流するように流れる。   Each of the flow channel structures X shown in FIGS. 1A to 1C has at least four inlets, and four types of aqueous solutions A to D continuously introduced from the inlets. Flow at the point P so as to merge.

地点Pにおける断面Sにおいて、水溶液Aの周囲を水溶液Bが完全に取り囲むように流れることによって、最終的に水溶液Bの部分がゲル化し、水溶液Aの部分が中空構造となることによって形成されたコラーゲンチューブを得ることができる。   In the cross section S at the point P, the aqueous solution B completely flows around the aqueous solution A, so that the aqueous solution B part finally gels and the aqueous solution A part has a hollow structure. A tube can be obtained.

また、図1(a)〜(c)に示される流路構造Xは、いずれの場合にも、断面Sにおいて、水溶液BとCが接触するように流れ、水溶液CとDが接触するように流れるものであり、一方、水溶液Dは水溶液Bとは直接接触しないように流れる。このような条件を満たすことができれば、これらの水溶液が断面Sにおいてどのような配置にあっても良く、図1(c)に示されるように、水溶液Cの部分および水溶液Dの部分が複数存在しても良い。さらに断面Sの形状も、円形あるいは矩形ではない、他の任意形状とすることができる。   Further, in any case, the flow channel structure X shown in FIGS. 1A to 1C flows so that the aqueous solutions B and C are in contact with each other in the cross section S, and the aqueous solutions C and D are in contact with each other. On the other hand, the aqueous solution D flows so as not to come into direct contact with the aqueous solution B. As long as these conditions can be satisfied, these aqueous solutions may be arranged in the cross section S. As shown in FIG. 1C, there are a plurality of portions of the aqueous solution C and a plurality of portions of the aqueous solution D. You may do it. Furthermore, the shape of the cross section S can be any other shape that is not circular or rectangular.

図2は、コラーゲンチューブ作製用の、多層状の流路構造Xの他の例と、その内部における水溶液A〜Dの流れの状態を示した概略図である。   FIG. 2 is a schematic view showing another example of the multilayered channel structure X for producing a collagen tube and the flow state of the aqueous solutions A to D therein.

図2に示す流路構造Xは、下部に存在するパターン化されたノズル部分と、上部に存在する流路ネットワークから形成されており、中央のノズルを通して水溶液Aを、その周囲のノズルを通して水溶液Bを連続的に導入すると、それらの水溶液が上部の流路構造に導入され、さらに断面Sにおいて水溶液Bの流れを挟むように水溶液Cが流れ、さらにその外側に水溶液Dが流れるような構造になっている。   The flow path structure X shown in FIG. 2 is formed of a patterned nozzle portion present in the lower part and a flow path network present in the upper part. The aqueous solution A is passed through the central nozzle, and the aqueous solution B is passed through the surrounding nozzles. Are introduced into the upper channel structure, the aqueous solution C flows so as to sandwich the flow of the aqueous solution B in the cross section S, and the aqueous solution D flows further outside. ing.

図2に示すような流路構造Xにおける流路幅は100〜500マイクロメートル程度であり、このような流路構造Xを用いることで、断面の形状、内腔の直径、外径を制御したコラーゲンチューブの作製が可能となる。   The flow path width in the flow path structure X as shown in FIG. 2 is about 100 to 500 micrometers. By using such a flow path structure X, the shape of the cross section, the diameter of the lumen, and the outer diameter were controlled. A collagen tube can be produced.

図3には、コラーゲンチューブを作製するための、断面が円形のキャピラリーを連結させて形成した流路構造Xと、断面Sにおける水溶液A〜Dの流れの状態を模式的に示した概略図が示されている。   FIG. 3 is a schematic diagram schematically showing a flow channel structure X formed by connecting capillaries having a circular cross section for producing a collagen tube, and the flow states of the aqueous solutions A to D in the cross section S. It is shown.

図3に示す流路構造Xは、4つの入口と、1つの出口を有しており、キャピラリー構造が連結されることで構成されている。また、出口付近の断面S部の直径は500マイクロメートル以下である。このような構造を用いることで、断面Sにおいて水溶液A〜Dが同心円状になるように配置された状態を容易に達成することが可能であるほか、流量を制御することで、コラーゲンチューブの径を正確に制御することができる。   The flow channel structure X shown in FIG. 3 has four inlets and one outlet, and is configured by connecting capillary structures. Further, the diameter of the cross section S near the outlet is 500 micrometers or less. By using such a structure, it is possible to easily achieve the state where the aqueous solutions A to D are arranged concentrically in the cross section S, and the diameter of the collagen tube can be controlled by controlling the flow rate. Can be controlled accurately.

図1〜3に示されるような流路構造Xにおいて、水溶液Cの幅は、少なくとも部分的に、50マイクロメートル以下であることが望ましい。このようにすることで、コラーゲン層の膜厚が少なくとも部分的に20マイクロメートル以下となったコラーゲンチューブを容易に形成することができる。   In the channel structure X as shown in FIGS. 1 to 3, the width of the aqueous solution C is desirably at least partially 50 micrometers or less. By doing in this way, the collagen tube in which the film thickness of the collagen layer is at least partially 20 micrometers or less can be easily formed.

さらに、流路構造Xは、幅、直径、深さのうちいずれかの値が、少なくとも部分的に、500マイクロメートル以下であることが好ましい。このようなサイズの流路構造を用いることで、直径100マイクロメートル以下のコラーゲンチューブを容易に作製することが可能となる。   Furthermore, in the channel structure X, it is preferable that any one of the width, diameter, and depth is at least partially 500 micrometers or less. By using a channel structure of such a size, a collagen tube having a diameter of 100 micrometers or less can be easily produced.

また、流路構造Xは、微細加工技術を用いて作製されたマイクロ流路構造によって構成されていてもよい。このようにすることで、サイズや形状が任意かつ正確に制御された流路構造Xを用いることができるため、コラーゲンチューブの作製の再現性を容易に担保することが可能となる。   Further, the flow channel structure X may be configured by a micro flow channel structure manufactured using a fine processing technique. By doing in this way, since the flow path structure X in which the size and shape are arbitrarily and accurately controlled can be used, the reproducibility of the production of the collagen tube can be easily ensured.

なお、微細加工技術を用いて流路構造Xを作製する場合、デバイスの材質としては、PDMS(ポリジメチルシロキサン)、アクリル等の各種ポリマー材料、ガラス、シリコン、セラミクス、ステンレスなどの各種金属、などを用いることができ、また、これらの材料のうちの任意の複数種類の基板を組み合わせて用いることも可能である。流路構造の加工技術としては、機械加工は、流路構造を容易に作製可能であるという点において好ましいが、その他にも、モールディングやエンボシングといった鋳型を利用する作製技術、ウェットエッチング、ドライエッチング、レーザー加工、電子線直接描画、立体造形、3次元光造形、などの作製技術を用いることも可能である。   In addition, when the flow path structure X is manufactured using a microfabrication technique, the material of the device includes various polymer materials such as PDMS (polydimethylsiloxane) and acrylic, various metals such as glass, silicon, ceramics, and stainless steel, etc. In addition, it is also possible to use any of a plurality of types of these materials in combination. As the processing technology of the channel structure, machining is preferable in that the channel structure can be easily manufactured, but in addition, a manufacturing technology using a mold such as molding or embossing, wet etching, dry etching, Manufacturing techniques such as laser processing, direct electron beam drawing, three-dimensional modeling, and three-dimensional optical modeling can also be used.

用いる水溶液A〜水溶液Dに対しては、浸透圧調整のために、グルコースなどを添加することも可能である。このような操作によって内腔に導入する細胞へのダメージを最小限に抑えることが可能となる。   In order to adjust the osmotic pressure, glucose or the like can be added to the aqueous solutions A to D used. Such an operation makes it possible to minimize damage to cells introduced into the lumen.

水溶液Aに対して、細胞をあらかじめ導入することによって、細胞を内腔に導入したコラーゲンチューブをワンステップで作製することが可能となる。この場合、細胞培養を高効率に行うためには、水溶液Aに懸濁させる細胞の濃度は、1mLあたり1000個以上にすることが好ましく、さらに、たとえば初代肝細胞を用いる場合など、細胞同士の相互作用を効率的に形成する必要がある場合には、水溶液A1mLあたり細胞を100万個以上にすることがより好ましい。   By introducing the cells into the aqueous solution A in advance, a collagen tube into which the cells have been introduced into the lumen can be produced in one step. In this case, in order to perform cell culture with high efficiency, the concentration of the cells suspended in the aqueous solution A is preferably 1000 or more per mL. Further, for example, when primary hepatocytes are used, When it is necessary to efficiently form an interaction, it is more preferable that the number of cells is 1 million or more per 1 mL of the aqueous solution A.

さらに、用いる細胞としては、限定されないが、哺乳動物由来の接着細胞を用いることが望ましい。特に肝細胞を利用することで、創薬や再生医療における革新がもたらされる可能性がある。肝細胞を用いる場合には、実験動物由来の初代肝細胞、ヒト由来の初代肝細胞、肝がん細胞を含む培養肝細胞、iPS細胞などを含む幹細胞由来の分化肝細胞などを利用することができる。ただし、肝細胞以外の細胞として、神経細胞、血管細胞、管腔構造を形成する細胞、骨格筋細胞、心筋細胞、など、様々な細胞を内部に導入したコラーゲンチューブを作製することも可能である。   Furthermore, the cells to be used are not limited, but it is desirable to use adherent cells derived from mammals. In particular, the use of hepatocytes may bring about innovation in drug discovery and regenerative medicine. When hepatocytes are used, primary hepatocytes derived from experimental animals, human-derived primary hepatocytes, cultured hepatocytes including hepatoma cells, stem cell-derived differentiated hepatocytes including iPS cells, and the like can be used. it can. However, as cells other than hepatocytes, it is also possible to produce collagen tubes into which various cells such as nerve cells, vascular cells, cells forming luminal structures, skeletal muscle cells, cardiomyocytes, etc. are introduced. .

水溶液Bに含まれるコラーゲンの濃度は、0.1%以上であることが望ましい。このようにすることで、強度の高いコラーゲンチューブを容易に形成することができる。なお、コラーゲンとしては、ヒト、ウシ、ウマ、ブタ、マウス等の動物由来のコラーゲンを使用することができるほか、コラーゲン様ペプチドやアテロコラーゲンを利用することも可能である。   The concentration of collagen contained in the aqueous solution B is desirably 0.1% or more. By doing in this way, a high intensity | strength collagen tube can be formed easily. As collagen, collagen derived from animals such as humans, cows, horses, pigs and mice can be used, and collagen-like peptides and atelocollagen can also be used.

水溶液Cとしては、水溶液Bをゲル化する成分を含まないという条件であれば、様々なバッファー類を使用することができる。増粘剤のみを含む純水を用いることも可能であるほか、増粘剤等を含まない純水を用いても良い。グルコースなどの成分によって等張となった水溶液を用いることも可能である。   As the aqueous solution C, various buffers can be used as long as they do not contain a component that gels the aqueous solution B. It is possible to use pure water containing only a thickener, or pure water not containing a thickener or the like may be used. It is also possible to use an aqueous solution that is made isotonic with components such as glucose.

ゲル化剤である水溶液Dに含まれるゲル化剤としては、コラーゲンをゲル化することのできる溶液あれば、任意のものを用いることが可能である。ただし、細胞へのダメージを低減し、また、強度の高いコラーゲンチューブを効率的に形成するという意味において、そのpHは7〜10の範囲にあることが好ましい。さらに、リン酸イオンを1mM〜200mMの範囲において含有したバッファーであることがより好ましい。   As the gelling agent contained in the aqueous solution D which is a gelling agent, any solution can be used as long as it is a solution capable of gelling collagen. However, the pH is preferably in the range of 7 to 10 in the sense of reducing damage to cells and efficiently forming a high strength collagen tube. Furthermore, a buffer containing phosphate ions in the range of 1 mM to 200 mM is more preferable.

また、コラーゲンを含む水溶液Bは比較的高粘度であるため、水溶液A、水溶液C、水溶液Dのうち少なくともいずれかに増粘剤を添加することによって、安定な送液が可能となり、コラーゲンチューブを効率的に形成することが可能となる。増粘剤としては、あくまで例ではあるが、たとえばポリエチレングリコール、デキストラン、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸プロピレングリコール、あるいはそれらのうちの任意の組み合わせを用いることができる。   In addition, since the aqueous solution B containing collagen has a relatively high viscosity, the addition of a thickener to at least one of the aqueous solution A, the aqueous solution C, and the aqueous solution D enables stable liquid feeding, and the collagen tube It can be formed efficiently. As the thickener, for example, polyethylene glycol, dextran, carboxymethyl cellulose, polyvinyl alcohol, sodium alginate, propylene glycol alginate, or any combination thereof can be used.

図1〜3に示すような流路構造Xに対して、各入口から個別に水溶液A〜Bを連続的に導入すると、水溶液Bに対し、水溶液Cを介して外側から水溶液D中に含まれるゲル化剤成分が拡散によって供給されることによって、水溶液Bが流路Xの内部においてゲル化され、出口から連続的に排出される。水溶液Aがゲル化されない溶液であれば、水溶液Aの部分が液体の状態のままであるため、中空状の構造が形成される。   When the aqueous solutions A to B are continuously introduced individually from the respective inlets to the channel structure X as shown in FIGS. 1 to 3, the aqueous solution B is contained in the aqueous solution D from the outside via the aqueous solution C. By supplying the gelling agent component by diffusion, the aqueous solution B is gelled in the flow path X and continuously discharged from the outlet. If the aqueous solution A is a solution that is not gelled, the portion of the aqueous solution A remains in a liquid state, so that a hollow structure is formed.

なお、流路構造X内において、水溶液A、水溶液B、水溶液Cおよび水溶液Dの全てが層流を保ちながら流れることが好ましく、より具体的には、レイノルズ数が1000以下となることが好ましい。コラーゲンを含む水溶液は一般的に粘度が高いため、流路構造の直径が1mm以下である場合には、層流を保つことは容易である。   In the channel structure X, it is preferable that all of the aqueous solution A, the aqueous solution B, the aqueous solution C, and the aqueous solution D flow while maintaining a laminar flow, and more specifically, the Reynolds number is preferably 1000 or less. Since an aqueous solution containing collagen is generally high in viscosity, it is easy to maintain a laminar flow when the diameter of the channel structure is 1 mm or less.

コラーゲンチューブ内腔に導入した細胞に対して、培養操作を行うことも可能である。用いる培養液としては、対象とする細胞種に応じた一般的な細胞培養用培養液を用いることができる。また、培養時には、細胞導入コラーゲンチューブを、シャーレやフラスコ等に満たした培養液中に浸し、CO2インキュベーター等の培養装置を用いて培養することが好ましい。また、必要に応じて振盪操作を行うことも可能である。   It is also possible to perform a culture operation on the cells introduced into the collagen tube lumen. As a culture solution to be used, a general culture solution for cell culture according to the target cell type can be used. Moreover, at the time of culture | cultivation, it is preferable to immerse a cell introduction | transduction collagen tube in the culture solution with which the petri dish, the flask, etc. were filled, and culture | cultivate using culture apparatuses, such as a CO2 incubator. Moreover, it is also possible to perform shaking operation as needed.

以下、上記実施形態に係るコラーゲンチューブ作製方法を実際に行うことで、本発明の効果を確認した。以下説明する。   Hereafter, the effect of this invention was confirmed by actually performing the collagen tube preparation method concerning the said embodiment. This will be described below.

図4は、コラーゲンチューブを作製するために利用した、4枚のアクリル板を重ね合わせて作製された流路構造Xを有するマイクロ流体デバイスを示した概略図であり、図4(a)〜図4(d)は、上から一層目のアクリル板の下面に形成された流路構造、二層目のアクリル板の下面に形成された流路構造、三層目のアクリル板を貫通するように形成された流路構造、三層目の流路構造の下面に形成された流路構造を、それぞれ示した概略図であるとともに、図4(f)に示したマイクロ流体デバイスのB矢視図である。図4(e)は、図4(d)における領域eの拡大図であるとともに、図4(f)におけるマイクロ流体デバイスのB矢視図である。図4(f)は、マイクロ流体デバイスの、図4(a)〜図4(e)におけるA−A’線における断面図である。   FIG. 4 is a schematic view showing a microfluidic device having a flow channel structure X, which is produced by superposing four acrylic plates, used to produce a collagen tube. 4 (d) passes through the channel structure formed on the lower surface of the first acrylic plate from the top, the channel structure formed on the lower surface of the second acrylic plate, and the third acrylic plate. FIG. 4B is a schematic view showing the formed channel structure and the channel structure formed on the lower surface of the third-layer channel structure, and is a view as viewed from the arrow B of the microfluidic device shown in FIG. It is. FIG. 4E is an enlarged view of the region e in FIG. 4D, and is a B arrow view of the microfluidic device in FIG. 4F. FIG. 4F is a cross-sectional view of the microfluidic device taken along the line A-A ′ in FIGS. 4A to 4E.

図4に示した流路構造は、微細加工技術を用いて切削を施した、厚さ1.5ミリメートルのアクリルの平板を3枚と、切削を施していない厚さ1.5ミリメートルのアクリルの平板を、熱圧着により積層化することによって形成されている。   The flow channel structure shown in FIG. 4 includes three 1.5 mm-thick acrylic flat plates cut using a microfabrication technique and 1.5 mm thick acrylic plates that have not been cut. It is formed by laminating flat plates by thermocompression bonding.

図4に示した流路構造は、6つの入口A、入口B、入口B’、入口B’’、入口C、入口D、1つの出口O、各入口にそれぞれ接続される入口流路AF1、入口流路BF1、入口流路B’F1、入口流路B’’F1、入口流路CF1、入口流路DF1を有している。また、入口流路AF1、入口流路BF1、入口流路B’F1、入口流路B’’F1が合流する合流点P1、その下流において入口流路CF1が合流する合流点P2、さらにその下流において入口流路DF1が合流する合流点P3、合流点P3と出口Oの間に存在する合流流路G、を有している。   The flow path structure shown in FIG. 4 has six inlets A, inlet B, inlet B ′, inlet B ″, inlet C, inlet D, one outlet O, and inlet flow paths AF1 connected to the respective inlets. It has an inlet channel BF1, an inlet channel B′F1, an inlet channel B ″ F1, an inlet channel CF1, and an inlet channel DF1. Further, the inlet channel AF1, the inlet channel BF1, the inlet channel B′F1, the junction P1 where the inlet channel B ″ F1 merges, the junction P2 where the inlet channel CF1 merges downstream, and further downstream. , The merging point P3 where the inlet channel DF1 merges, and the merging channel G existing between the merging point P3 and the outlet O.

一層目の平板の下面に存在する流路の幅は、たとえば、合流流路は400マイクロメートルであった。また深さは均一で、300マイクロメートルであった。合流流路の長さは35ミリメートルであった。なお、合流流路の径を制御することで、得られるコラーゲンチューブの径を制御することが可能となる。   The width of the channel existing on the lower surface of the first flat plate was, for example, 400 micrometers for the merged channel. The depth was uniform and 300 micrometers. The length of the confluence channel was 35 millimeters. In addition, it becomes possible to control the diameter of the collagen tube obtained by controlling the diameter of the merging channel.

図4に示した流路構造に対し、入口Aから水溶液Aを、入口B、入口B’および入口B’’からコラーゲンを0.1%以上含む水溶液Bを、入口Cから水溶液Cを、入口Dから水溶液Dを、それぞれ連続的に導入すると、合流点P1において水溶液Aと水溶液Bが接触し、水溶液Aを水溶液Bが取り囲むように層流がパターン化される。このパターン化された溶液は、合流流路G内部において、その外側に水溶液Cが接触するように配置され、さらにその外側に水溶液Dが配置されるように流れる。そして、水溶液Cを介して外側から水溶液Dに含まれるゲル化剤成分が拡散によって供給されることによって、水溶液Bの流れが連続的にゲル化し、コラーゲンチューブが連続的に形成され、出口Oより回収される、というものである。   4, the aqueous solution A is introduced from the inlet A, the aqueous solution B containing 0.1% or more of collagen is introduced from the inlet B, the inlet B ′ and the inlet B ″, and the aqueous solution C is introduced from the inlet C to the inlet. When each of the aqueous solutions D is continuously introduced from D, the aqueous solution A and the aqueous solution B come into contact at the junction P1, and the laminar flow is patterned so that the aqueous solution B surrounds the aqueous solution A. The patterned solution flows inside the merging channel G so that the aqueous solution C is in contact with the outside thereof, and further, the aqueous solution D is arranged on the outside thereof. Then, the gelling agent component contained in the aqueous solution D is supplied from the outside through the aqueous solution C by diffusion, whereby the flow of the aqueous solution B is continuously gelled, and the collagen tube is continuously formed. It will be collected.

細胞としては、ヒト肝がん由来細胞株であるHepG2細胞を用いた。予め通常の細胞培養ディッシュ上で培養することで、細胞を増殖させ、酵素処理によってプレートから剥離し、遠心分離によって培養液成分を除いた後に用いた。   As the cells, HepG2 cells, which is a human liver cancer-derived cell line, were used. The cells were proliferated by culturing in advance on a normal cell culture dish, detached from the plate by enzyme treatment, and used after removing the culture solution components by centrifugation.

水溶液Aとしては、水100mLに対し、グルコースを5g、分子量50万のデキストラン10gを溶解させた水溶液を用いた。肝細胞を、細胞の体積を含めて1mLあたり約1兆個懸濁させた。なお、これらの成分のうち、溶液の粘度調整のためにデキストランを使用したが、必要に応じて他の成分を加える、あるいは他の成分と置き換えることも可能である。   As the aqueous solution A, an aqueous solution in which 5 g of glucose and 10 g of dextran having a molecular weight of 500,000 were dissolved in 100 mL of water was used. About 1 trillion hepatocytes were suspended per mL including the cell volume. Of these components, dextran was used to adjust the viscosity of the solution, but other components can be added or replaced with other components as necessary.

水溶液Bとしては、水100mLに対し、コラーゲン0.4g、塩酸を0.1mM、グルコースを5g溶解させた水溶液を用いた。なお、コラーゲン濃度を変化させることで、得られるコラーゲンチューブの強度を制御することが可能である。   As the aqueous solution B, an aqueous solution in which 0.4 g of collagen, 0.1 mM of hydrochloric acid and 5 g of glucose were dissolved in 100 mL of water was used. In addition, it is possible to control the intensity | strength of the collagen tube obtained by changing a collagen density | concentration.

水溶液Cとしては、水100mLに対し、グルコースを5g、分子量50万のデキストラン10gを溶解させた水溶液を用いた。デキストランを増粘剤として用いることで、安定的な送液が可能となることが確認されたほか、ポリエチレングリコールなどの他の水溶性ポリマーを用いた場合にも同様の効果が得られることが確認された。   As the aqueous solution C, an aqueous solution in which 5 g of glucose and 10 g of dextran having a molecular weight of 500,000 were dissolved in 100 mL of water was used. In addition to confirming that dextran can be used as a thickener, it is possible to send liquids stably, and it is confirmed that similar effects can be obtained when other water-soluble polymers such as polyethylene glycol are used. It was done.

水溶液Dとしては、水100mLに対し、リン酸水素二ナトリウムを0.3g、グルコースを5g、増粘剤として分子量50万のデキストランを10g溶解させた水溶液を用いた。水溶液Cと同様、デキストランを増粘剤として用いることで、安定的な送液が可能となることが確認されたほか、ポリエチレングリコールなどの他の水溶性ポリマーを用いた場合にも同様の効果が得られることが確認された。   As the aqueous solution D, an aqueous solution in which 0.3 g of disodium hydrogen phosphate, 5 g of glucose, and 10 g of dextran having a molecular weight of 500,000 as a thickener was dissolved in 100 mL of water. Similar to the aqueous solution C, it was confirmed that dextran can be used as a thickener to enable stable liquid feeding, and the same effect can be obtained when other water-soluble polymers such as polyethylene glycol are used. It was confirmed that it was obtained.

なおこれらの全ての水溶液に対して、予め加熱あるいはフィルター処理を施すことによって滅菌操作を行った。   Note that all these aqueous solutions were sterilized by heating or filtering in advance.

これらの溶液を、シリンジポンプを用いて、図4に示した流路構造Xに対して連続的に導入した。なお、シリンジと、流路構造Xにおける各入口を接続するために、PTFEチューブを使用した。   These solutions were continuously introduced into the channel structure X shown in FIG. 4 using a syringe pump. In addition, in order to connect each inlet in the syringe and the flow path structure X, a PTFE tube was used.

作製対象とするコラーゲンチューブのサイズに応じて、各入口から導入する水溶液の流量を変化させた。各入口からの導入流量は、合流流路Gの幅が400マイクロメートル、深さが300マイクロメートルの場合、例えば、入口Aより導入した水溶液Aは1〜10マイクロリットル毎分、入口B、入口B’、および入口B’’より導入した水溶液Bは各5〜50マイクロリットル毎分、入口Cより導入した水溶液Cは1〜50マイクロリットル毎分、入口Dより導入した水溶液Dは30〜200マイクロリットル毎分であった。   The flow rate of the aqueous solution introduced from each inlet was changed according to the size of the collagen tube to be produced. As for the introduction flow rate from each inlet, when the width of the confluence channel G is 400 micrometers and the depth is 300 micrometers, for example, the aqueous solution A introduced from the inlet A is 1 to 10 microliters per minute, the inlet B, the inlet B ′ and the aqueous solution B introduced from the inlet B ″ are 5 to 50 microliters per minute, the aqueous solution C introduced from the inlet C is 1 to 50 microliters per minute, and the aqueous solution D introduced from the inlet D is 30 to 200 Microliter per minute.

入口Aから導入された水溶液Aは、入口流路AF1を通過して、三層目の平板の下面に形成された上方向の流路構造へと導入され、二層目の平板に存在する、合流点P1において、入口B、入口B’、および入口B’’から導入された水溶液Bと合流する。さらに、一層目の平板の下面に存在する合流点P2において水溶液Cと、さらに下流の合流点P3において水溶液Dと、それぞれ合流する。そして、合流流路Gの内部において、水溶液Bの流れはゲル化し、連続的にコラーゲンチューブが形成され、出口Oより回収された。   The aqueous solution A introduced from the inlet A passes through the inlet channel AF1, is introduced into the upward channel structure formed on the lower surface of the third-layer flat plate, and exists in the second-layer flat plate. At the merge point P1, the solution B merges with the aqueous solution B introduced from the inlet B, the inlet B ′, and the inlet B ″. Furthermore, the aqueous solution C joins at the junction P2 existing on the lower surface of the first flat plate, and the aqueous solution D joins at the further downstream junction P3. And inside the confluence | merging flow path G, the flow of the aqueous solution B gelatinized, the collagen tube was formed continuously, and it collect | recovered from the exit O. FIG.

図5には、実施例において、図4に示される流路構造Xを用いて作製した、内腔にHepG2細胞を導入したコラーゲンチューブの顕微鏡写真が示されており、それぞれ、図5(a)は作製直後、図5(b)は細胞培養2日後、図5(c)は細胞培養6日後の顕微鏡写真である。   FIG. 5 shows micrographs of collagen tubes prepared by using the flow channel structure X shown in FIG. 4 and introducing HepG2 cells into the lumen in the examples. FIG. 5B is a photomicrograph after 2 days of cell culture, and FIG. 5C is a photomicrograph after 6 days of cell culture.

図5に示されたコラーゲンチューブの直径は50マイクロメートル程度であり、細胞がコラーゲンチューブの内腔に接着し、培養日数の経過とともに増殖することが確認された。細胞を生きた状態で内腔に導入できることが確認された。   The diameter of the collagen tube shown in FIG. 5 was about 50 micrometers, and it was confirmed that the cells adhered to the lumen of the collagen tube and proliferated with the passage of the culture days. It was confirmed that cells can be introduced into the lumen in a living state.

図5に示したコラーゲンチューブは、入口Aより導入した水溶液Aの流量が5マイクロリットル毎分、入口B、入口B’、および入口B’’より導入した水溶液Bの流量が合計20マイクロリットル毎分、入口Cより導入した水溶液Cの流量が5マイクロリットル毎分、入口Dより導入した水溶液Dの流量が70マイクロリットル毎分の場合に得られたものである。   In the collagen tube shown in FIG. 5, the flow rate of the aqueous solution A introduced from the inlet A is 5 microliters per minute, and the total flow rate of the aqueous solution B introduced from the inlets B, B ′ and B ″ is every 20 microliters. This is obtained when the flow rate of the aqueous solution C introduced from the inlet C is 5 microliters per minute and the flow rate of the aqueous solution D introduced from the inlet D is 70 microliters per minute.

図6には、実施例において、図4に示される流路構造Xを用いて作製した、内腔にHepG2細胞を導入したコラーゲンチューブの、凍結切片の顕微鏡写真が示されており、それぞれ、図6(a)は、水溶液Aと水溶液Bの流量比を1:4に調整して作製したコラーゲンチューブ、図6(b)は、水溶液Aと水溶液Bの流量比を1:20に調整して作製したコラーゲンチューブの、断面を示す顕微鏡写真である。   FIG. 6 shows micrographs of frozen sections of collagen tubes prepared using the flow channel structure X shown in FIG. 4 and having HepG2 cells introduced into the lumen. 6 (a) is a collagen tube prepared by adjusting the flow rate ratio of the aqueous solution A and the aqueous solution B to 1: 4, and FIG. 6 (b) shows the flow rate ratio of the aqueous solution A and the aqueous solution B adjusted to 1:20. It is a microscope picture which shows the cross section of the produced collagen tube.

図6に示す断面観察の結果から、内腔に導入した細胞の接着力によって、コラーゲンチューブが変形している様子が観察された。また、コラーゲンチューブの膜厚を20マイクロメートル以下にすることが可能であり、栄養や酸素供給の観点から、細胞培養において好適な環境を提供できていることが確認された。また、流量条件を変化させることによって、膜厚の制御が可能であることが実証された。   From the cross-sectional observation result shown in FIG. 6, it was observed that the collagen tube was deformed by the adhesive force of the cells introduced into the lumen. In addition, it was confirmed that the collagen tube thickness could be 20 micrometers or less, and that a suitable environment for cell culture could be provided from the viewpoint of nutrition and oxygen supply. It was also demonstrated that the film thickness can be controlled by changing the flow rate condition.

図7には、実施例において、図4に示される流路構造Xを用いて作製した、内腔にHepG2細胞を導入したコラーゲンチューブの顕微鏡写真が示されており、それぞれ、図7(a)は、水溶液Aと水溶液Bの合計流量を5マイクロリットル毎分に調整して作製したコラーゲンチューブの顕微鏡写真であり、図7(b)は水溶液Aと水溶液Bの合計流量を25マイクロリットル毎分に調整して作製したコラーゲンチューブの顕微鏡写真である。   FIG. 7 shows micrographs of collagen tubes prepared by using the flow channel structure X shown in FIG. 4 and having HepG2 cells introduced into the lumen in the examples. FIG. 7 is a micrograph of a collagen tube prepared by adjusting the total flow rate of aqueous solution A and aqueous solution B to 5 microliters per minute, and FIG. 7B shows the total flow rate of aqueous solution A and aqueous solution B at 25 microliters per minute. It is the microscope picture of the collagen tube produced by adjusting to.

図7にされるように、流路構造に導入する各溶液の流量を変化させることにより、コラーゲンチューブの径を調節することが可能であった。特に、直径100マイクロメートル以下のコラーゲンチューブを作製することが可能であり、さらに、最も細いもので、細胞を1列に整列することができる、直径20マイクロメートル程度のチューブを得ることも可能であった。   As shown in FIG. 7, it was possible to adjust the diameter of the collagen tube by changing the flow rate of each solution introduced into the channel structure. In particular, it is possible to produce a collagen tube having a diameter of 100 micrometers or less, and it is also possible to obtain a tube having a diameter of about 20 micrometers, which is the thinnest and can align cells in a row. there were.

本発明は、以上に述べられたように構成されているため、マイクロ流路構造を用いることで、複雑な装置や操作を必要とせず、内腔に細胞を導入した微小なコラーゲンチューブをワンステップで作製することを可能とし、さらにその径を自由に調節することが可能となる。また、架橋剤を用いることなく、コラーゲンチューブを作製でき、細胞へのダメージをより低減することが可能となる。そのため、従来の組織作製法および細胞培養用コラーゲンチューブ作製法では不可能であった、肝細胞培養において有用な新しい材料の作製法を提供することが可能となる。このような材料は、創薬における新規薬剤の評価において有用であるほか、再生医療のための移植用組織構築、人工肝臓をはじめとするバイオ人工臓器開発、生化学のための組織モデル、など幅広い産業上の用途に適用可能である。   Since the present invention is configured as described above, a micro collagen structure in which cells are introduced into a lumen without using a complicated device or operation is used in one step by using a microchannel structure. And the diameter can be freely adjusted. Moreover, a collagen tube can be produced without using a cross-linking agent, and damage to cells can be further reduced. Therefore, it is possible to provide a method for producing a new material useful in hepatocyte culture, which is impossible with conventional tissue preparation methods and collagen tube preparation methods for cell culture. Such materials are useful in the evaluation of new drugs in drug discovery, as well as the construction of transplanted tissues for regenerative medicine, the development of bioartificial organs such as artificial livers, and tissue models for biochemistry. Applicable for industrial use.

また本発明は、以上に述べられたように構成されているため、細胞を線形に整列させ、その周囲をコラーゲンで3次元的に被覆した細胞培養系を構築することができる。そのため、生体外において、たとえば幹細胞から分化させた細胞を用いて組織体を構築する際に、より生体組織に近い状態を再現できるため、再生医療における有意義な手法として当該分野において広く用いられるものと考えられる。   In addition, since the present invention is configured as described above, it is possible to construct a cell culture system in which cells are linearly aligned and three-dimensionally covered with collagen. Therefore, when constructing a tissue body in vitro using cells differentiated from stem cells, for example, a state closer to a living tissue can be reproduced. Therefore, it is widely used in the field as a meaningful technique in regenerative medicine. Conceivable.

Claims (13)

少なくとも4つの導入口および少なくとも1つの排出口を有する流路構造Xに対して、4種類の水溶液A〜Dをそれぞれ連続的に導入するコラーゲンチューブの作製方法であって、
流路構造Xは、
流路構造Xに対して水溶液A〜Dを連続的に導入した際、流れ方向に垂直な断面Sにおいて、水溶液Bが水溶液Aの外周を囲むように配置され、かつ、水溶液Cが水溶液Bの外周に少なくとも部分的に接触するように配置され、かつ、水溶液Dが水溶液Bの外周に対して接触することなく水溶液Cの外周に少なくとも部分的に接触するように配置される地点Pを少なくとも1か所有しており、
さらに、水溶液Bにはコラーゲンが0.1%以上溶解されており、
さらに、水溶液Dには水溶液Bをゲル化する成分が含まれている
コラーゲンチューブの作製方法。
A method for producing a collagen tube, wherein four types of aqueous solutions A to D are successively introduced into a flow path structure X having at least four inlets and at least one outlet,
The channel structure X is
When the aqueous solutions A to D are continuously introduced into the channel structure X, the aqueous solution B is disposed so as to surround the outer periphery of the aqueous solution A in the cross section S perpendicular to the flow direction, and the aqueous solution C is the aqueous solution B. At least one point P is disposed so as to be at least partially in contact with the outer periphery, and is disposed so that the aqueous solution D is at least partially in contact with the outer periphery of the aqueous solution C without contacting the outer periphery of the aqueous solution B. Or own
Furthermore, 0.1% or more of collagen is dissolved in the aqueous solution B,
Furthermore, the method for producing a collagen tube, wherein the aqueous solution D contains a component that gels the aqueous solution B.
水溶液Aには、1mLあたり1000個以上の細胞が懸濁されている
請求項1に記載のコラーゲンチューブの作製方法。
The method for producing a collagen tube according to claim 1, wherein 1000 or more cells are suspended in 1 mL of the aqueous solution A.
前記細胞とは、哺乳動物由来の接着性細胞である
請求項2に記載のコラーゲンチューブの作製方法。
The method for producing a collagen tube according to claim 2, wherein the cell is an adherent cell derived from a mammal.
水溶液DのpHは、7〜10の範囲にある
請求項1乃至3のいずれか1項に記載のコラーゲンチューブの作製方法。
The method for producing a collagen tube according to any one of claims 1 to 3, wherein the pH of the aqueous solution D is in the range of 7 to 10.
水溶液Dは、リン酸イオンを1mMから200mMの範囲において含有する
請求項1乃至4のいずれか1項に記載のコラーゲンチューブの作製方法。
The method for producing a collagen tube according to any one of claims 1 to 4, wherein the aqueous solution D contains phosphate ions in a range of 1 mM to 200 mM.
水溶液A、水溶液C、水溶液Dのうち少なくともいずれかは、増粘剤を含む
請求項1乃至5のいずれか1項に記載のコラーゲンチューブの作製方法。
The method for producing a collagen tube according to any one of claims 1 to 5, wherein at least one of the aqueous solution A, the aqueous solution C, and the aqueous solution D includes a thickener.
前記増粘剤とは、ポリエチレングリコール、デキストラン、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸プロピレングリコール、のうちの少なくとも1つである
請求項6に記載のコラーゲンチューブの作製方法。
The method for producing a collagen tube according to claim 6, wherein the thickener is at least one of polyethylene glycol, dextran, carboxymethyl cellulose, polyvinyl alcohol, sodium alginate, and propylene glycol alginate.
流路構造Xの幅・深さ・直径等の値のうち少なくともいずれか一つは、少なくとも部分的に500マイクロメートル以下である
請求項1乃至7のいずれか1項に記載のコラーゲンチューブの作製方法。
The production of the collagen tube according to any one of claims 1 to 7, wherein at least one of the width, depth, diameter, etc. of the channel structure X is at least partially 500 micrometers or less. Method.
流路構造Xは、少なくとも部分的に、キャピラリー管によって構成されている
請求項1乃至8のいずれか1項に記載のコラーゲンチューブの作製方法。
The method for producing a collagen tube according to any one of claims 1 to 8, wherein the channel structure X is at least partially constituted by a capillary tube.
流路構造Xは、少なくとも部分的に、微細加工技術を用いて作製されたマイクロ流路構造によって構成されている
請求項1乃至9のいずれか1項に記載のコラーゲンチューブの作製方法。
The method for producing a collagen tube according to any one of claims 1 to 9, wherein the channel structure X is at least partially configured by a microchannel structure manufactured using a microfabrication technique.
地点Pにおける断面Sにおいて、水溶液Cの幅は少なくとも部分的に50マイクロメートル以下である
請求項1乃至10のいずれか1項に記載のコラーゲンチューブの作製方法。
The method for producing a collagen tube according to any one of claims 1 to 10, wherein in the cross section S at the point P, the width of the aqueous solution C is at least partially 50 micrometers or less.
得られるコラーゲンチューブの直径は、少なくとも部分的に100マイクロメートル以下である
請求項1乃至11のいずれか1項に記載のコラーゲンチューブの作製方法。
The method for producing a collagen tube according to any one of claims 1 to 11, wherein a diameter of the obtained collagen tube is at least partially 100 micrometers or less.
得られるコラーゲンチューブの膜厚は、少なくとも部分的に20マイクロメートル以下である
請求項1乃至12のいずれか1項に記載のコラーゲンチューブの作製方法。
The method for producing a collagen tube according to any one of claims 1 to 12, wherein a film thickness of the obtained collagen tube is at least partially 20 micrometers or less.
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