JP2020014456A - 培養膜及び培養皿 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の培養皿は人体環境を模倣することができなかったため、ガン細胞は、成長しにくかった。【解決手段】第一表面を有する培養膜であって、第一表面には、複数個の突起を有し、これらの突起の頂部と前記頂部同士の間の隙間とは、共同に培養部を形成する。培養部は、細胞を培養して成長させることに適する。その中で、培養部の硬度は、２ｋＰａ〜５００ｋＰａである。本発明は、更に、培養皿を提供する。【選択図】図２

Description

本発明は、培地に関し、特に培養膜及びこの培養膜を使用する培養皿に関する。

医学が発達している現在の社会において、未だに完治できない疾病が多い。ガンは、その中の一つの例である。多くの科学者は、現在ガン細胞の変換要因の研究に取り組んでいるが、近年ガン細胞の研究及び実験は、画期的な進展を遂げることが困難である。その原因の一つは、ガン細胞が体外で培養しにくいということである。

細胞培養（ｃｅｌｌ ｃｕｌｔｕｒｅ）は、生物技術であり、生物細胞をコントロールされた状態で培養して成長させるということである。この技術の発展及び方法は、組織培養又は器官培養に密接に関係している。しかし、普通の細胞に比べ、ガン細胞の培養技術に対する研究が甚だ少ないため、培養過程において多くの不確実性が生じる。現在、ガン細胞培養については、ガン細胞を、人体環境を模倣する培養環境で成長させることが望まれている。

従来の培養皿の材料は、大抵プラスチック又はガラス材質であった。その利点は、安価であり、取得しやすいということである。しかし、従来の培養皿が人体環境を模倣することができなかったため、ガン細胞は、成長しにくかった。

本発明は、細胞の生存率を向上させることができる培養膜を提供する。

本発明は、細胞の生存率を向上させることができる培養皿を提供する。

本発明に係る培養膜は、第一表面を有し、第一表面には、複数個の突起を有する。これらの突起の頂部と前記頂部同士の間の隙間とは、共同に培養部を形成する。培養部は、細胞を培養して成長させることに適する。その中で、培養部の硬度は、２ｋＰａ〜５００ｋＰａである。

本発明の一つの実施形態において、上記の培養部の硬度は、２ｋＰａ〜２０ｋＰａである。

本発明の一つの実施形態において、上記の複数個の突起の形状は、円錐状、円柱状、又は円錐台状である。

本発明の一つの実施形態において、上記の各突起の頂部の中心の間の間隔は、細胞サイズの半分以下である。

本発明の一つの実施形態において、上記の培養膜の材料のショア硬度は、６０ＨＡ未満であり、且つ各突起の頂部の第一表面における正射影の面積が、第一表面の面積に占めたパーセンテージは、２０％〜７０％である。

本発明の一つの実施形態において、上記の各突起の頂部の中心の間の間隔は、０．４μｍ〜１μｍである。

本発明の一つの実施形態において、上記の培養膜の材料は、シリカゲルを含む。

本発明の一つの実施形態において、上記の培養膜の材料のショア硬度は、６０ＨＡを超え、且つ各突起の頂部の第一表面における正射影の面積が、第一表面の面積に占めたパーセンテージは、０．０１％〜０．００１％である。

本発明の一つの実施形態において、上記の各突起の頂部の中心の間の間隔は、１μｍ〜３μｍである。

本発明の一つの実施形態において、上記の培養膜の材料は、サファイアを含む。

本発明の一つの実施形態において、上記の培養膜は、第一表面に対応する第二表面を更に有し、第一表面と第二表面とが、いずれも研磨面である。

本発明に係る培養皿は、皿体と、上記の培養膜とを含み、培養膜は、皿体の底面に配置されている。

本発明の培養膜は、培養部を有し、且つ培養部の硬度が２ｋＰａ〜５００ｋＰａであり、人体組織の硬度の範囲と重なるため、細胞の体内成長環境を模倣することができ、また培養される細胞の生存率を向上させることが可能である。本発明の培養皿も、上記の培養膜を使用するため、同じ利点を有する。

本発明の上記及びその他の目的、特徴、及び利点をより分かりやすくするため、下記においては、実施形態を挙げ、添付の図面と合わせ、下記のように詳しく説明する。

本発明の一つの実施形態の培養膜を示す図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面を示す図である。 培養部の硬度を調節する方法を説明するための図である。 培養部の硬度を調節する方法を説明するための図である。 培養部の硬度を調節する方法を説明するための図である。 培養部の硬度を調節する方法を説明するための図である。 従来の培養皿で培養された細胞を顕微鏡で見た際の画像を示す図である。 本発明の一つの実施形態の培養膜で培養された細胞を顕微鏡で見た際の画像を示す図である。 第一表面の突起の異なる形状を示す図である。 本発明の一つの実施形態の培養膜で細胞を培養することを示す図である。 本発明の他の実施形態の培養膜を示す図である。 本発明の他の実施形態の培養膜を示す断面図である。 本発明の一つの実施形態の培養皿を示す立体図である。

本明細書において、「一つの数値〜他の数値」によって示された範囲は、明細書に前記範囲における全ての数値を一つずつ列挙することを避ける概要的な示し方である。そのため、ある特定の数値範囲が記載されたことは、前記数値範囲における任意の数値、及び前記数値範囲における任意の数値によって定められた比較的に小さい数値範囲が開示されたことに相当し、明細書に前記任意の数値と前記比較的小さい数値範囲とが明記されたことと同じである。例えば、「サイズが１０ｍｍ〜１００ｍｍである」範囲が記載されたことは、「サイズが２０ｍｍ〜５０ｍｍである」範囲が開示されたことに相当し、明細書にその他の数値が列挙されたかどうかは関係ない。

図１は、本発明の一つの実施形態の培養膜を示す図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面を示す図である。図１及び図２に示すように、本実施形態の培養膜１０は、第一表面１００を有し、第一表面１００に複数個の突起１１０を有する。これらの突起１１０は、例えば、第一表面１００に均一に又は不均一に分布することが可能である。これらの突起１１０の頂部１１１は、共同に培養部Ｐを形成する（図２に点線で示す）。培養部Ｐは、突起１１０以外、突起１１０の周囲の隙間部分も含むので、培養部Ｐは、完全な平面でないが、これに限られるものではない。説明する必要があるのは、図２で標示しやすくするため、点線の長さは、培養膜１０を超えるが、培養部Ｐの面積として示していない。この示し方は、下記の各図面にも適用する。培養部Ｐが第一表面１００に正射影をする面積は、例えば、第一表面１００の面積と同じである、又は第一表面１００の面積より小さい。培養部Ｐは、細胞を培養して成長させることに適する。その中で、培養部Ｐの硬度は、２ｋＰａ〜５００ｋＰａである。培養膜１０をヒト幹細胞以外のその他の種類のヒト細胞の培養に用いる場合、培養部Ｐの硬度は、２ｋＰａ〜２０ｋＰａであることが好ましい。以下、培養部Ｐの硬度と細胞培養との関係を詳しく説明する。

具体的に、培養部Ｐの硬度の測定は、機器によって超音波が発され、超音波の、固い物質を透過するスピードがより速く、柔らかい物質を透過するスピードがより遅い原理を利用し、硬度の程度を定量化する。同じ方法は、臨床検査で、例えば、肝硬変検査で人体に使用されている。上記に述べた硬度は、組織硬度（Ｔｉｓｓｕｅ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）と見なすことができる。機器検査により、人体の異なる部位、器官、組織の硬度を知ることができ、従って、異なる種類のヒト細胞に適合する成長環境を数値に定量化する。

本発明の培養部Ｐの硬度の範囲は、人体の異なる部位、器官、組織を例としており、即ち、培養部Ｐは、人体の各種細胞を培養して成長させることに適するが、これらに限られるものではない。培養膜１０は、その他の生物細胞を培養することも可能であり、その場合は培養部Ｐの硬度の範囲が生物細胞の生長環境と同じように設定すれば良い。

上記の培養部Ｐは、頂部１１１の面積と突起１１０の数とによって硬度の数値が調整される。以下、図３Ａ〜３Ｄを参照しながら、例を挙げて説明する。図３Ａ〜３Ｄは、培養部の硬度を調節する方法を説明するための図である。図３Ａにおける培養膜１０は、如何なる突起を有せず、その培養部Ｐの硬度が１０ｋＰａと仮定する。図３Ｂの各突起１１０の頂部１１１の第一表面１００における正射影の面積の、第一表面１００の面積に占めたパーセンテージが、５０％である場合、培養部Ｐの硬度は、１０ｋＰａｘ５０％＝５ｋＰａである。この方法に基づいて類推し、図３Ｃの各突起１１０の頂部１１１の第一表面１００における正射影の面積の、第一表面１００の面積に占めたパーセンテージが、２５％である場合、培養部Ｐの硬度は、２．５ｋＰａである。図３Ｄの各突起１１０の頂部１１１の第一表面１００における正射影の面積の、第一表面１００の面積を占めたパーセンテージが、１２．５％である場合、培養部Ｐの硬度は、１．２５ｋＰａである。硬度の数値の定め方を説明するため、図３Ｂ〜３Ｄには、二つの突起１１０を例として挙げるが、突起１１０の数が制限されるものではない。

本実施形態の培養膜１０は、培養部Ｐを有し、且つ培養部Ｐの硬度が２ｋＰａ〜５００ｋＰａであり、人体組織の硬度の範囲と重なるため、培養したい細胞の体内成長環境を模倣することができ、培養される細胞の生存率を向上させることが可能である。

図４Ａは、従来の培養皿で培養された細胞を顕微鏡で見た際の画像を示す図である。図４Ｂは、本発明の一つの実施形態の培養膜で培養された細胞を顕微鏡で見た際の画像を示す図である。実験においては、乳ガン細胞を培養することを例とする。従来の培養皿で培養する際（図４Ａ）には、細胞の培養環境が天然とは異なるため、細胞が変性される場合があり、本来の特性が変わり、乳ガン細胞の生存率が高くなく、又は成長状況が良くないことが引き起こされる（図４Ａに乳ガン細胞が見られず、図における細胞は、乳房組織の正常細胞である）。本実施形態の培養膜で培養する際（図４Ｂ）には、培養部の硬度の数値が乳房と同じように調整されたため、乳ガン細胞（矢印Ａが示すところ）の成長状況が良好であることが見られる。既存の技術で培養しにくい細胞種、例えば、ガン細胞については、若し培養される細胞の生存率を向上させることが可能であれば、後続の研究及び実験に更に大きい進展を獲得することができる。

上記の図面における突起は、円柱状を例とするが、これに限られるものではない。図５は、第一表面の突起の異なる形状を示す図である。図５に示すように、突起は、円錐状又は円錐台状を含むことも可能である。円錐台状は、切頭錐体とも呼ばれ、円錐がその底面と平行する一つの平面に切断された後の、断面と底面との間の幾何学的形状である。また、設計要件に応じて、突起の底面は、円形にも限られない。突起は、例えば、角柱、角錐等を含むことも可能である。

培養される細胞の生存率を向上させる効果を達成するため、培養される細胞は、本実施形態の培養部で培養される必要がある。図６は、本発明の一つの実施形態の培養膜で細胞を培養することを示す図である。本実施形態の各突起１１０の頂部１１１の中心Ｃの間の間隔Ｄは、細胞ＣＥの細胞サイズＲの半分以下である必要がある。即ち、各突起１１０の頂部１１１の中心Ｃの間の間隔Ｄは、異なる細胞ＣＥの培養に応じて調整する必要がある。例を挙げて説明すると、細胞ＣＥの細胞サイズＲが２μｍである場合、間隔Ｄは、１μｍ以下である必要がある。若し間隔Ｄが１μｍを超えると、細胞ＣＥは、複数個の突起１１０の間の凹みに落ちる恐れがあり、ひいては第一表面１００に接触し、位置ずれが引き起こされ、培養部Ｐで培養されず、培養される細胞ＣＥの生存率を向上させる効果が達成できない。注意すべきことは、図６における細胞ＣＥは、円球状で例示するが、これに限られるものではない。なお、細胞ＣＥは、立体構造であるが、一般に細胞を観察する際には、平面を呈する。そのため、ここに述べた「細胞サイズＲ」は、細胞の直径を基準とする。

上記の培養部Ｐは、頂部１１１の面積と突起１１０の数とによって硬度の数値が調整可能である以外、培養膜１０の材料も硬度に影響する。異なる材料を使用して培養部Ｐが同じ硬度を有する培養膜１０が製造された場合、上記の各突起１１０の頂部１１１の第一表面１００における正射影の面積の、第一表面１００の面積に占めたパーセンテージと、各突起１１０の頂部１１１の中心Ｃの間の間隔Ｄとも異なる。培養膜１０の材料は、例えば、シリカゲル又はサファイアを含むが、これらに限られるものではない。

例を挙げて説明すると、培養部Ｐの硬度が２ｋＰａ〜５００ｋＰａである場合、若し培養膜１０の材料のショア硬度が６０ＨＡ未満である（例えば、シリカゲル）と、各突起１１０の頂部１１１の第一表面１００における正射影の面積の、第一表面１００の面積を占めたパーセンテージは、例えば、２０％〜７０％である。また、各突起１１０の頂部１１１の中心Ｃの間の間隔Ｄは、例えば、０．４μｍ〜１μｍである。

一方、若し培養膜１０の材料のショア硬度が６０ＨＡを超える（例えば、サファイア）と、各突起１１０の頂部１１１の第一表面１００における正射影の面積の、第一表面１００の面積に占めたパーセンテージは、例えば、０．０１％〜０．００１％である。また、各突起１１０の頂部１１１の中心Ｃの間の間隔Ｄは、例えば、１μｍ〜３μｍである。

上記のショア硬度が６０ＨＡ未満である材料の培養膜１０（例えば、シリカゲル）は、その各突起１１０の頂部１１１の第一表面１００における正射影の面積の、第一表面１００の面積に占めたパーセンテージが、例えば、２０％〜７０％である。換言すれば、突起１１０の形状は、上記の円柱状、又は円錐台状に類似する。上記のショア硬度が６０ＨＡを超える材料の培養膜１０（例えば、サファイア）は、その各突起１１０の頂部１１１の第一表面１００における正射影の面積の、第一表面１００の面積に占めたパーセンテージが、例えば、０．０１％〜０．００１％である。パーセンテージが１％未満であるため、突起１１０の形状は、上記の円錐状に類似する。

図７は、本発明の他の実施形態の培養膜を示す図である。本実施形態の培養膜１０ａは、上記の培養膜１０の構造及び利点と相似している。以下、その差異について説明する。培養膜１０ａは、シリカゲルを材料として製造された。その中で、図７における複数個の円形は、凹み１２０である。凹み１２０の底部１００ａは、上記の第一表面である。表面１１０ａは、上記の複数個の突起の頂部（複数個の頂部が互いに繋がって表面１１０ａを形成すると見なすことができる）である。注意すべきことは、上記の各突起の頂部の第一表面における正射影の面積（表面１１０ａの面積）の、第一表面の面積（凹み１２０の底部１００ａの面積）に占めたパーセンテージが、比較的小さい（例えば、サファイア材料の占めたパーセンテージが１％未満である）場合、培養膜１０ａの実施形態を呈しにくい。換言すれば、この実施形態は、ショア硬度が６０ＨＡ未満である材料で製造された培養膜に使用することに適合する。

図８は、本発明の他の実施形態の培養膜を示す断面図である。本実施形態の培養膜１０ｂは、上記の培養膜１０の構造及び利点と相似している。その中で、培養膜１０ｂは、サファイアを材料として製造されると共に、第一表面１００に対応する第二表面２００を更に有し、第一表面１００と第二表面２００とが、いずれも研磨面である。サファイアが比較的硬いため、培養膜１０ｂに製造された際に、厚さをコントロールしにくく、更に研磨によって処理する必要がある。研磨処理された第一表面１００と第二表面２００とは透明である。従って、光線が透過しやすく、細胞をより明瞭に観察することができる。第一表面１００と第二表面２００とは、例えば、光線透過率が高い研磨面であることが可能である。しかし、これに限られるものではなく、光線透過率は、細胞を明瞭に観察する程度に達することができれば良い。サファイアで製造された培養膜１０ｂの他の利点は、サファイアが酸、アルカリ及び高温に強い特性を有するため、従来のプラスチック培養皿又はガラス培養皿等に比べ、培養膜１０ｂが繰り返し使用でき、環境汚染が起こらず、またコストを節約することができる。

上記の培養膜１０は、単独に使用する以外、その他の培地と組み合わせて使用することもできる。図９は、本発明の一つの実施形態の培養皿を示す立体図である。図９に示すように、本実施形態の培養皿１は、皿体２と上記の培養膜１０とを含み、培養膜１０は、皿体２の底面２１に配置されている。培養皿１の機能及び利点は、全て培養膜１０と同じである。培養膜１０は、異なる実験の設計要件に応じて異なる形状に裁断することができる。図９には、底面２１に適合する円形を例とする。また、培養膜１０は、上記の培養膜１０ａ、１０ｂに置き換えることもできる。

上述したように、本発明の実施形態の培養膜は、培養部を有し、且つ培養部の硬度が２ｋＰａ〜５００ｋＰａであり、人体組織の硬度の範囲と重なるため、細胞の体内成長環境を模倣することができ、また培養される細胞の生存率を向上させることが可能である。本発明の培養皿も、上記の培養膜を使用するため、同じ利点を有する。

本発明は、実施形態で上述のように開示されたが、それが本発明を限定するものではない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者は、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、幾つかの変更及び修飾を加えることができる。そのため、本発明の保護範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。

１ ：培養皿
２ ：皿体
１０、１０ａ、１０ｂ：培養膜
２１ ：底面
１００ ：第一表面
１００ａ ：底部
１１０ ：突起
１１０ａ ：表面
１１１ ：頂部
１２０ ：凹み
２００ ：第二表面
Ａ ：矢印
Ｃ ：中心
ＣＥ ：細胞
Ｄ ：間隔
Ｐ ：培養部
Ｒ ：細胞サイズ

Claims (12)

1. 第一表面を有する培養膜であって、
   前記第一表面は、複数個の突起を有し、
   前記突起の頂部と、前記頂部同士の間の隙間とは、共同に培養部を形成し、
   前記培養部は、細胞を培養して成長させることに適し、
   前記培養部の硬度は、２ｋＰａ〜５００ｋＰａであることを特徴とする、培養膜。
2. 前記培養部の硬度は、２ｋＰａ〜２０ｋＰａであることを特徴とする、請求項１に記載の培養膜。
3. 前記突起の形状は、円錐状、円柱状、又は円錐台状であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の培養膜。
4. 各前記突起の頂部の中心の間の間隔は、細胞サイズの半分以下であることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の培養膜。
5. 前記培養膜の材料のショア硬度は、６０ＨＡ未満であり、
   各前記突起の頂部の前記第一表面における正射影の面積が、前記第一表面の面積に占めたパーセンテージは、２０％〜７０％である
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の培養膜。
6. 各前記突起の頂部の中心の間の間隔は、０．４μｍ〜１μｍであることを特徴とする、請求項５に記載の培養膜。
7. 前記培養膜の材料は、シリカゲルを含むことを特徴とする、請求項５に記載の培養膜。
8. 前記培養膜の材料のショア硬度は、６０ＨＡを超え、
   各前記突起の頂部の前記第一表面における正射影の面積が、前記第一表面の面積に占めたパーセンテージは、０．０１％〜０．００１％である
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の培養膜。
9. 各前記突起の頂部の中心の間の間隔は、１μｍ〜３μｍであることを特徴とする、請求項８に記載の培養膜。
10. 前記培養膜の材料は、サファイアを含むことを特徴とする、請求項８に記載の培養膜。
11. 前記第一表面に対応する第二表面を更に有し、
    前記第一表面と前記第二表面とは、いずれも研磨面であることを特徴とする、請求項１０に記載の培養膜。
12. 皿体と、
    請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の培養膜と
    を含む培養皿であって、前記培養膜は、前記皿体の底面に配置されていることを特徴とする、培養皿。

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