JP2022104240A - Cell freezing solution, and cell freezing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は細胞凍結保存液、及び細胞凍結方法に関する。 The present invention relates to a cell cryopreservation solution and a cell freezing method.
近年、各種臓器の細胞組織や多能性細胞等を凍結保存しておき、移植等の治療時に凍結保存しておいた細胞を解凍して利用する、細胞凍結技術が注目されている。細胞組織の一般的な凍結方法は、例えば、細胞組織に、生理食塩水に各種添加剤を添加した凍結保存液を加えた細胞懸濁液を作製し、その細胞懸濁液が入った容器(クライオチューブなど)を、2-プロパノールで満たされた細胞凍結容器内に設置し、その細胞凍結容器を、冷凍装置の冷凍庫内に保持することで行われる。 In recent years, a cell freezing technique has been attracting attention, in which cell tissues of various organs, pluripotent cells, and the like are cryopreserved, and the cells cryopreserved at the time of treatment such as transplantation are thawed and used. A general method for freezing cell tissue is, for example, to prepare a cell suspension in which a cryopreservation solution containing various additives added to physiological saline is added to the cell tissue, and a container containing the cell suspension ( (Cryotube, etc.) is placed in a cell freezing container filled with 2-propanol, and the cell freezing container is held in the freezer of the freezing device.
より具体的は、プログラムフリーザーなどを用いて所定の降温速度(例えば、1℃/min等)で所定の温度(例えば、-80℃)まで冷却することで行われる。あるいは、細胞凍結容器を所定の温度に設定された冷凍庫内に所定時間(例えば、24H)保持することで行われる。そして、凍結後の細胞懸濁液が入った容器を液体窒素に浸漬して凍結細胞を保存する。 More specifically, it is carried out by cooling to a predetermined temperature (for example, −80 ° C.) at a predetermined temperature lowering rate (for example, 1 ° C./min or the like) using a program freezer or the like. Alternatively, it is carried out by holding the cell freezing container in a freezer set to a predetermined temperature for a predetermined time (for example, 24H). Then, the container containing the frozen cell suspension is immersed in liquid nitrogen to store the frozen cells.
なお、以下の非特許文献1や2にはiPS細胞の凍結保存技術について記載されている。また以下の非特許文献3には、iPS細胞などの細胞組織の凍結保存方法や細胞組織用の凍結保存液の概略について記載されている。以下の特許文献1や非特許文献4には、細胞毒性が低い細胞凍結保存液である細胞凍結保存用組成物について記載されている。以下の特許文献2には、本発明の実施例に関連して、磁場を印加しながら細胞を凍結させるための冷凍装置について記載されている。
The following
一般的な細胞凍結保存液は、非特許文献3に記載されているように、添加剤としてジメチルスルホキシド(DMSO)を含んでいる。しかし、DSMOには細胞毒性があることが知られている。したがって、現在の実験レベルや臨床レベルにある、医療用途の細胞凍結保存技術を、今後の実用レベルにまで移行させていくことを考慮すると、細胞凍結保存液にはより高い安全性が求められる。もちろん、細胞凍結保存液には、安全性ととともに、解凍時に高い細胞生存率を有することも求められている。
A general cell cryopreservation solution contains dimethyl sulfoxide (DMSO) as an additive, as described in
上記特許文献1や非特許文献4に記載の細胞凍結保存液は、絹タンパク質であるセリシンを主とした添加剤を含み、さらに、これらの文献にはDSMOを含まないものについても開示されている。しかしながら、セリシンは、マユ由来の絹タンパク質を原料とし、製糸過程の製錬工程で発生する排水中から抽出して精製して得ることから、より低いコストで製造することが難しい。また、原料の入手先も限定される。
The cell cryopreservation solutions described in
医療用途の細胞凍結技術を実用レベルにまで引き上げるためには、安全性と細胞生存率が高く、かつ安価で入手が容易な原料を用いた細胞凍結保存液が必要となる。 In order to raise the cell freezing technology for medical use to a practical level, a cell cryopreservation solution using raw materials that are safe, have high cell viability, and are inexpensive and easily available is required.
そこで本発明は、解凍後の細胞生存率が高く、安全性に優れた安価で、原料の入手が容易な細胞凍結保存液と、この細胞凍結保存液を用いた細胞凍結方法を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention provides a cell cryopreservation solution having a high cell survival rate after thawing, excellent safety, low cost, and easy availability of raw materials, and a cell freezing method using this cell cryopreservation solution. I am aiming.
上記目的を達成するための本発明の一態様は、生理食塩水を溶媒とし、添加剤としてトレハロースとコンドロイチン硫酸とが含まれる、細胞凍結保存液である。 One aspect of the present invention for achieving the above object is a cell cryopreservation solution containing trehalose and chondroitin sulfate as additives using physiological saline as a solvent.
前記生理食塩水中に200mM以上300mM以下の濃度で前記トレハロースが含まれるトレハロース溶液に前記コンドロイチン硫酸が添加されてなる細胞凍結保存液とすれば好ましい。さらに、前記トレハロース溶液に5vol%以上~10vol%以下の割合で前記コンドロイチン硫酸が添加されてなる細胞凍結保存液とすればより好ましい。 It is preferable to use a cell cryopreservation solution obtained by adding the chondroitin sulfate to the trehalose solution containing the trehalose at a concentration of 200 mM or more and 300 mM or less in the physiological saline. Further, it is more preferable to prepare a cell cryopreservation solution obtained by adding the chondroitin sulfate to the trehalose solution at a ratio of 5 vol% or more to 10 vol% or less.
本発明の態様には、上記細胞凍結保存液を用いて細胞を凍結させる方法も含まれ、当該方法は、 Aspects of the present invention also include a method of freezing cells using the above-mentioned cell cryopreservation solution.
凍結対象となる細胞に前記細胞凍結保存液を加えた細胞懸濁液をサンプルとして作製するサンプル作製ステップと、 A sample preparation step of preparing a cell suspension in which the cell cryopreservation solution is added to cells to be frozen is prepared as a sample.
前記サンプルが収納された第1の容器を、2-プロパノールで満たされた第2の容器内に設置するするサンプル設置ステップと、 A sample installation step of installing the first container containing the sample in a second container filled with 2-propanol.
前記サンプル設置ステップに次いで、前記第2の容器を冷凍庫内に載置して前記サンプルを凍結させる凍結ステップと、 Following the sample installation step, a freezing step in which the second container is placed in a freezer to freeze the sample, and a freezing step.
を含み、 Including
前記凍結ステップでは、前記冷凍庫内に磁場を発生させて、当該磁場を前記サンプルに印加するとともに、-50℃以上-30℃以下の温度まで徐冷するとともに、当該温度で所定時間維持する、 In the freezing step, a magnetic field is generated in the freezer, the magnetic field is applied to the sample, the temperature is gradually cooled to −50 ° C. or higher and −30 ° C. or lower, and the temperature is maintained at the temperature for a predetermined time.
細胞凍結方法としている。 It is a cell freezing method.
本発明によれば、解凍後の細胞生存率が高く、安価で安全性に優れた細胞凍結保存液、その細胞凍結保存液を用いた細胞凍結方法が提供される。なお、その他の効果については以下の記載で明らかにする。 According to the present invention, there is provided a cell cryopreservation solution having a high cell survival rate after thawing, an inexpensive and excellent safety solution, and a cell freezing method using the cell cryopreservation solution. Other effects will be clarified in the following description.
本発明の実施例について、以下に添付図面を参照しつつ説明する。 Examples of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
===第1の実施例===
<主添加物>
=== First Example ===
<Main additive>
上述したように、医療用途の細胞凍結保存技術を実用化させるためには、高い安全性と高い細胞生存率とに加え、低価格で入手が容易であることも重要となる。そこで本発明者は、食品由来の物質を細胞凍結保存液に用いることを検討し、その上で、より高い細胞生存率を達成するべく鋭意研究を重ねた。そして、本発明に想到した。 As described above, in order to put the cell cryopreservation technique for medical use into practical use, it is important that it is inexpensive and easily available in addition to high safety and high cell viability. Therefore, the present inventor studied the use of a food-derived substance in a cell cryopreservation solution, and then repeated diligent studies to achieve a higher cell viability. Then, he came up with the present invention.
本発明の実施例に係る細胞凍結保存液は、食品由来の物質を添加剤として含んでいる。食品由来の細胞凍結保存液の添加物としては、上記特許文献1にも記載されているように、糖類がある。そこでまず、主となる添加剤として糖類を含む凍結保存液を用いた細胞懸濁液をサンプルとし、そのサンプルを凍結させ、解凍後の細胞生存率を調べた。
The cell cryopreservation solution according to the embodiment of the present invention contains a food-derived substance as an additive. As an additive of the cell cryopreservation solution derived from food, there is a saccharide as described in
<サンプルの作製手順>
以下、サンプルの作製手順、サンプルの凍結手順、及びサンプルの解凍手順について、その一例を具体的に説明する。なお、ここでは、凍結対象となる細胞組織として、ヒト胎児由来腎細胞株(HEK293A)を培養して得たHEK293細胞を採用した。
<Sample preparation procedure>
Hereinafter, an example of the sample preparation procedure, the sample freezing procedure, and the sample thawing procedure will be specifically described. Here, as the cell tissue to be frozen, HEK293 cells obtained by culturing a human fetal-derived renal cell line (HEK293A) were adopted.
サンプルの作製手順は、まず、ヒト胎児由来腎細胞株(HEK293A)を、基本培地であるDMEM(ダルベッコ改変イーグル培地、Dulbecco's Modified Eagle's Medium)に対してウシ胎児血清(FBS)及びペニシリンストレプトマイシンを、夫々10vol%及び1vol%加えた培地を用いて、温度37℃、CO2濃度5%の環境下で培養してHEK293細胞(以下、「試験用細胞」と言うことがある。)を得る。次に、試験用細胞に細胞凍結保存液を加えた細胞懸濁液をサンプルとする。なお、細胞懸濁液における細胞濃度は1×107(cells/ml)とした。 The sample preparation procedure is as follows: First, a human fetal-derived renal cell line (HEK293A) is prepared, and fetal bovine serum (FBS) and penicillin streptomycin are added to DMEM (Dulbecco's Modified Eagle's Medium) as a basal medium, respectively. HEK293 cells (hereinafter, may be referred to as "test cells") are obtained by culturing in an environment of a temperature of 37 ° C. and a CO 2 concentration of 5% using a medium containing 10 vol% and 1 vol%. Next, a cell suspension prepared by adding a cell cryopreservation solution to the test cells is used as a sample. The cell concentration in the cell suspension was 1 × 107 (cells / ml).
サンプルに用いた細胞凍結保存液は、D-PBS(ダルベッコりん酸緩衝生理食塩水)を主成分として糖類が添加されたものであり、サンプルに応じて糖類の種類が異なっている。また、各細胞凍結保存液における糖類の濃度は、サンプルごとにD-PBSの量を変えることで一律に200mMとした。 The cell cryopreservation solution used for the sample was prepared by adding saccharides to D-PBS (Dulbecco phosphate buffered saline) as a main component, and the types of saccharides differ depending on the sample. The concentration of saccharides in each cell cryopreservation solution was uniformly set to 200 mM by changing the amount of D-PBS for each sample.
次に、クライオチューブを第1の容器として、当該第1の容器(以下、「チューブ」と言うことがある。)に500μlのサンプルを入れた。次いで、サンプルが入ったチューブを、2-プロパノールで満たされた第2の容器である凍結保存容器内に設置し、その凍結保存容器(以下、「容器」と言うことがある。)を後述する冷凍装置を用いてサンプルを凍結させた。 Next, using the cryotube as the first container, 500 μl of the sample was placed in the first container (hereinafter, may be referred to as “tube”). Next, the tube containing the sample is placed in a freezing storage container which is a second container filled with 2-propanol, and the freezing storage container (hereinafter, may be referred to as “container”) is described later. The sample was frozen using a freezer.
解凍は、凍結したサンプルが入ったチューブが設置された凍結保存容器を、37℃の恒温槽に1分間保持する手順で行った。そして、各サンプルに対し、上述した手順で凍結して解凍する凍結解凍試験を行い、解凍後のサンプル内において生存している細胞の数を計測し、凍結前の細胞の数と解凍後の生存細胞の数とに基づいて細胞生存率を求めた。なお、生存細胞の数は、フロートサイトメーターによる自動解析により、視細染色色素(PI)を用いて染色したサンプル内の試験用細胞の生死判定を行うことで計測した。 Thawing was carried out by holding a cryopreservation container in which a tube containing a frozen sample was placed in a constant temperature bath at 37 ° C. for 1 minute. Then, for each sample, a freeze-thaw test in which the cells are frozen and thawed according to the above procedure is performed, the number of surviving cells in the sample after thawing is measured, and the number of cells before freezing and the survival after thawing are measured. Cell viability was determined based on the number of cells. The number of viable cells was measured by automatically analyzing with a float cytometer to determine whether the test cells in the sample stained with the microstaining dye (PI) were alive or dead.
<冷凍装置>
細胞懸濁液を凍結させるための従来の手順は、プログラムフリーザーの冷凍庫内にサンプルを載置し、冷凍庫内を室温から所定の降温速度(例えば、-1℃/min)で-80℃程度の極低温にまで冷却して凍結させる。-80℃の温度に設定した冷凍庫内にサンプルを投入する凍結方法もある。なお、以下では、これらの手順による凍結方法を一般凍結方法と称することとする。
<Refrigerator>
The conventional procedure for freezing the cell suspension is to place the sample in the freezer of the program freezer and move the sample from room temperature to about -80 ° C at a predetermined temperature lowering rate (for example, -1 ° C / min). Cool to a very low temperature and freeze. There is also a freezing method in which the sample is placed in a freezer set at a temperature of -80 ° C. In the following, the freezing method according to these procedures will be referred to as a general freezing method.
ところで、実施例に係る細胞凍結保存液は、細胞内に浸透するDMSOを含むものとは異なり、添加剤として糖類を含んでいる。周知のごとく糖類は、毒性がなく、脂溶性でないことから、-80℃の極低温の温度下で凍結させる一般凍結方法を用いてサンプルを凍結させるとサンプルを適切に評価できない可能性がある。 By the way, the cell cryopreservation solution according to the example contains a saccharide as an additive, unlike the one containing DMSO that permeates into the cell. As is well known, saccharides are non-toxic and not lipophilic, so if the sample is frozen using a general freezing method that freezes at a very low temperature of -80 ° C, the sample may not be evaluated properly.
具体的には、細胞を凍結させる際、細胞外の氷晶形成より、細胞内の氷晶形成が細胞の生存率に大きく影響する。そのため、DMSOを含む細胞凍結保存液を用いてサンプルを凍結させる場合、一般凍結方法により、細胞内に凍結保護剤であるDMSOを十分に浸透させ,細胞内の氷のもとになる自由水と凍結保護剤とを置換し、氷晶形成による細胞内の器官(オーガナイザー)の損傷を抑制することが重要となる。 Specifically, when the cells are frozen, the intracellular ice crystal formation has a greater effect on the cell viability than the extracellular ice crystal formation. Therefore, when the sample is frozen using a cell cryopreservation solution containing DMSO, the DMSO, which is a cryoprotectant, is sufficiently permeated into the cells by a general freezing method, and the free water that becomes the source of the ice inside the cells is used. It is important to replace with a cryoprotectant and suppress damage to intracellular organs (organizers) due to ice crystal formation.
一方、実施例に係る細胞凍結保存液では、添加剤として分子量が大きい糖類を用いているため、細胞内に浸透し難い。そのため、細胞内の自由水を可能な限り脱水する、あるいは細胞内の浸透圧がある程度保たれるように、超過冷却状態となる温度(例えば、-30℃)で維持することで一気に凍結させる方法が適していると考えることができる。そして、実施例に係る細胞凍結保存液の性能を正しく評価するためには、添加物の物性を考慮した適切な方法でサンプルを凍結させて、異なる添加物同士での性能比較ができるようにすることが必要である。 On the other hand, in the cell cryopreservation solution according to the example, since a saccharide having a large molecular weight is used as an additive, it is difficult to penetrate into the cell. Therefore, a method of dehydrating the free water in the cells as much as possible, or freezing the cells at once by maintaining the temperature at an overcooled state (for example, -30 ° C) so that the osmotic pressure in the cells is maintained to some extent. Can be considered suitable. Then, in order to correctly evaluate the performance of the cell cryopreservation solution according to the examples, the sample is frozen by an appropriate method in consideration of the physical characteristics of the additives so that the performances of different additives can be compared. It is necessary.
そこで、サンプルの凍結には、上記特許文献2に記載の冷凍装置と同様の冷凍装置を用いることとした。この種の冷凍装置は、冷凍庫内に磁場を発生させることが可能なものであり、上記特許文献2では、従来のDMSOを含む細胞凍結保存液を用いたサンプルを、当該文献に記載の冷凍装置を用いてサンプルに磁場を印加させながら凍結させている。そして、生存率等が向上することも開示されている。そこで、実施例に係る細胞凍結保存液を評価するために作製した種々のサンプルは、基本的に、この種の冷凍装置(以下、「磁場発生式冷凍装置」と言うことがある。)を用いて、磁界中で凍結させることとしている。
Therefore, it was decided to use a refrigerating apparatus similar to the refrigerating apparatus described in
参考までに、図1と図2に、磁場発生式冷凍装置1の一例を示した。図1は、磁場発生式冷凍装置1の外観図であり、図2は磁場発生式冷凍装置1の概略構成を示している。
For reference, FIGS. 1 and 2 show an example of the magnetic field generation
図1に示した磁場発生式冷凍装置1は、水平面に載置した状態で上下方向に長い箱状の冷凍装置本体(以下、本体10とも言う)と本体10とケーブル2で接続された制御ユニット20とから構成されている。制御ユニット20は、本体10の動作を制御したり、本体の動作状態を監視したりするための装置であり、ユーザインタフェースとして、各種設定操作を受け付ける入力部(23、26)や、本体10の設定状態等を表示する表示部(24、27)を備える。
The magnetic field generation
図2に示したように、本体10は内部に冷凍庫(以下、「凍結槽」と言うことがある。)11、スターリング冷凍機等の冷凍機12、熱交換器である冷却ヘッド13、ヒーター14、凍結槽11内の温度を監視する温度センサ15、および凍結槽11内に磁場を発生させるためのコイル16などを含んで構成されている。なおコイル16を構成する導線は、例えば、上下方向を軸として凍結槽11の周囲に矩形状に巻回される。また冷却ヘッド13は上面が凍結槽の底面を構成し、この冷却ヘッド13内にヒーター14と温度センサ15が組み込まれている。それによって凍結槽11内がこの冷却ヘッド13を介して直接冷却あるいは加温される。
As shown in FIG. 2, the
<試験結果>
糖類の種類が異なる各種細胞凍結保存液を用いたサンプルを、上記磁場発生式冷凍装置(CAS-LAB1、株式会社アビー製)の凍結槽に入れ、-2℃/minの降温速度で-30℃まで冷却し、-30℃の温度で10分間維持した。なお、降温過程および-30℃での維持期間では、周波数50Hz、磁束密度0.30~0.31mTの磁場をサンプルに印加した。そして、-30℃でサンプルを維持した後、-80℃の冷凍庫にサンプルを移し、24H保管した。このようにして凍結、保管したサンプルを、上記の方法で解凍し、細胞生存率を調べた。なお、以下に示す各サンプルについても、断りがない限り、同様の条件で凍結させ、同様の方法で解凍した。
<Test results>
Samples using various cell cryopreservation solutions with different types of saccharides were placed in the freezing tank of the magnetic field generation type freezing device (CAS-LAB1, manufactured by Abbey Co., Ltd.), and the temperature was lowered to -30 ° C at a temperature lowering rate of -2 ° C / min. It was cooled to −30 ° C. and maintained at a temperature of −30 ° C. for 10 minutes. During the temperature lowering process and the maintenance period at −30 ° C., a magnetic field having a frequency of 50 Hz and a magnetic flux density of 0.30 to 0.31 mT was applied to the sample. Then, after maintaining the sample at −30 ° C., the sample was transferred to a freezer at −80 ° C. and stored for 24 hours. The sample frozen and stored in this way was thawed by the above method and the cell viability was examined. Unless otherwise noted, each sample shown below was frozen under the same conditions and thawed by the same method.
図3に糖類の種類が異なる各種細胞凍結保存液を用いたサンプルの夫々における細胞生存率を示した。図3に示したように、添加剤にトレハロースを用いたサンプルでは細胞生存率が50%を上回った。 FIG. 3 shows the cell viability in each of the samples using various cell cryopreservation solutions having different types of saccharides. As shown in FIG. 3, the cell viability exceeded 50% in the sample using trehalose as an additive.
<添加物の副成分>
上述したように、細胞毒性のある添加剤を含まず食品由来の糖類であるトレハロースを添加剤とした細胞凍結保存液を用いることで、少なくとも50%以上の細胞生存率が得られることがわかった。そこで、細胞生存率をさらに向上させるために、トレハロースを添加剤の主成分として、このトレハロースとトレハロース以外の副成分とからなる添加剤を含む細胞凍結保存液を用いてサンプルを作製した。そして、上記と同様の手順でサンプルに対する凍結解凍試験を行って、サンプルの細胞生存率を調べた。
<Sub-ingredients of additives>
As described above, it was found that a cell viability of at least 50% or more can be obtained by using a cell cryopreservation solution containing trehalose, which is a food-derived sugar and does not contain a cytotoxic additive. .. Therefore, in order to further improve the cell viability, a sample was prepared using a cell cryopreservation solution containing trehalose as the main component of the additive and an additive consisting of trehalose and an auxiliary component other than trehalose. Then, a freeze-thaw test was performed on the sample in the same procedure as above to examine the cell viability of the sample.
ここでは、添加剤の副成分として、各種タンパク質を用いた。タンパク質は、糖と同様に、生体において極めて重要な高分子であるとともに、生体においては水を溶媒としていることから、生理食塩水であるD-PBSに対する添加剤として糖とタンパク質とを含んだ細胞凍結保存液であれば、添加剤と水との相互作用(水和)によって、凍結時の細胞の破壊を抑制し、かつ解凍後の細胞生存率も向上すると仮定した。そして、細胞凍結保存液の添加剤として実績のある、特許文献1や非特許文献4に記載のセリシンや、FBS、ウシ血清アルブミン(BSA)を副成分として選定した。
Here, various proteins were used as subcomponents of the additive. Like sugar, protein is an extremely important polymer in living organisms, and since water is used as a solvent in living organisms, cells containing sugar and protein as additives for D-PBS, which is a physiological saline solution. It was assumed that if the cryopreservation solution is used, the interaction (hydration) between the additive and water suppresses the destruction of cells during freezing and improves the cell viability after thawing. Then, sericin, FBS, and bovine serum albumin (BSA) described in
さらに、セリシン、FBS、BSAは、決して安価とは言えないことから、細胞凍結保存液用としては全く実績のない添加剤についても検討する必要があると考え、コンドロイチン硫酸を選定した。コンドロイチン硫酸としては、例えば、豚軟骨を原料として、コンドロイチン硫酸Aを多く含む豚軟骨抽出物がある。この種のコンドロイチン硫酸は、サプリメント等の原料として広く使用されており、安全性が高く、極めて安価に、かつ容易に入手できる。 Furthermore, since sericin, FBS, and BSA are not inexpensive, chondroitin sulfate was selected because it is necessary to consider additives that have no track record for cell cryopreservation solutions. As chondroitin sulfate, for example, there is a pig cartilage extract containing a large amount of chondroitin sulfate A from pig cartilage as a raw material. This type of chondroitin sulfate is widely used as a raw material for supplements and the like, is highly safe, is extremely inexpensive, and is easily available.
そこで、D-PBSを溶媒とした濃度200mMのトレハロース溶液に上記副成分のいずれかを加えてなる各種細胞凍結保存液を作製し、夫々の細胞凍結保存液を用いた細胞懸濁液をサンプルとした。なお、細胞凍結保存液中の副成分の濃度は、10vol%とした。 Therefore, various cell cryopreservation solutions prepared by adding any of the above subcomponents to a trehalose solution having a concentration of 200 mM using D-PBS as a solvent were prepared, and cell suspensions using the respective cell cryopreservation solutions were used as samples. did. The concentration of the auxiliary component in the cell cryopreservation solution was set to 10 vol%.
図4に、副成分の種類が異なる各種細胞凍結保存液を用いたサンプルに対する凍結解凍試験後の細胞生存率を示した。図4に示したように、添加剤の副成分としてコンドロイチン硫酸を含んだ細胞凍結保存液を用いたサンプルでは、細胞生存率が89.0%で、当該サンプルは他の副成分を用いたサンプルに対して特異的に細胞生存率が高かった。したがって、細胞生存率を向上させるためには、細胞凍結保存液の添加物にトレハロースとコンドロイチン硫酸とを用いることが有効である。 FIG. 4 shows the cell viability after the freeze-thaw test for samples using various cell cryopreservation solutions having different types of sub-ingredients. As shown in FIG. 4, the cell viability was 89.0% in the sample using the cell cryopreservation solution containing chondroitin sulfate as a sub-component of the additive, and the sample was a sample using other sub-components. The cell viability was specifically high. Therefore, in order to improve the cell viability, it is effective to use trehalose and chondroitin sulfate as additives for the cell cryopreservation solution.
細胞凍結保存液の添加剤として用いたトレハロースとコンドロイチン硫酸は、上述したように、食品由来の高い安全性を有する添加剤であり、かつ安価で入手も容易である。第1の実施例に係る細胞凍結保存液は、こられの添加剤を含む細胞凍結保存液であり、第1の実施例に係る細胞凍結保存液は、凍結細胞を利用した医療の実用化にも寄与するものと考えられる。 As described above, trehalose and chondroitin sulfate used as additives for the cell cryopreservation solution are food-derived highly safe additives, and are inexpensive and easily available. The cell cryopreservation solution according to the first embodiment is a cell cryopreservation solution containing these additives, and the cell cryopreservation solution according to the first embodiment is for practical use of medical treatment using frozen cells. Is also considered to contribute.
<細胞凍結保存液の最適化>
次に、D-PBSを溶媒とし、糖濃度が300mMのトレハロース溶液に対してコンドロイチン硫酸の添加量を変え、細胞凍結保存液中のコンドロイチン硫酸の濃度が異なる各種細胞凍結保存液を調製して、上記と同様の細胞懸濁液を作製した。そして、これらの細胞懸濁液をサンプルとして、各サンプルに対して上記と同様の手順で凍結保存試験を行った後、各サンプルにおける細胞生存率を調べた。
<Optimization of cell cryopreservation solution>
Next, using D-PBS as a solvent, the amount of chondroitin sulfate added to the trehalose solution having a sugar concentration of 300 mM was changed to prepare various cell cryopreservation solutions having different concentrations of chondroitin sulfate in the cell cryopreservation solution. A cell suspension similar to the above was prepared. Then, using these cell suspensions as samples, each sample was subjected to a cryopreservation test in the same procedure as described above, and then the cell viability in each sample was examined.
図5に、トレハロース溶液におけるコンドロイチン硫酸の濃度が異なる各種細胞凍結保存液を用いたサンプルの細胞生存率を示した。図5に示した各サンプルの細胞生存率から、コンドロイチン硫酸が微量(0.1vol%)含まれているサンプルであっても、約80%の細胞生存率が得られた。そして、コンドロイチン硫酸の濃度が5.0vol%以上では90%前後の極めて高い細胞生存率が得られた。 FIG. 5 shows the cell viability of samples using various cell cryopreservation solutions having different concentrations of chondroitin sulfate in the trehalose solution. From the cell viability of each sample shown in FIG. 5, a cell viability of about 80% was obtained even in the sample containing a trace amount (0.1 vol%) of chondroitin sulfate. When the concentration of chondroitin sulfate was 5.0 vol% or more, an extremely high cell survival rate of about 90% was obtained.
そして、先に図4に示した、200mMのトレハロース溶液を用いてコンドロイチン硫酸の濃度を10vol%としたサンプルの生存率と、図5に示した300mMのトレハロース溶液を用いてコンドロイチン硫酸の濃度を10vol%としたサンプルの生存率とが同じ89.0%であることを考慮すれば、トレハロース溶液の濃度は200mM以上300mM以下のトレハロース溶液であれば、より確実に80%前後の高い細胞生存率が得られると考えられる。また、コンドロイチン硫酸の濃度を5.0vol%以上とすれば、90%前後の極めて高い細胞生存率が得られることもわかった。 Then, the survival rate of the sample in which the concentration of chondroitin sulfate was 10 vol% using the 200 mM trehalose solution shown in FIG. 4 and the concentration of chondroitin sulfate in 10 vol using the 300 mM trehalose solution shown in FIG. 5 were obtained. Considering that the survival rate of the sample set to% is 89.0%, which is the same as the survival rate of the sample, if the concentration of the trehalose solution is 200 mM or more and 300 mM or less, the high cell survival rate of about 80% is more certain. It is thought that it will be obtained. It was also found that when the concentration of chondroitin sulfate is 5.0 vol% or more, an extremely high cell survival rate of about 90% can be obtained.
なお、コンドロイチン硫酸の濃度の上限は、特に規定されるものではないが、図4、図5に示された試験結果から、少なくとも10vol%の濃度までであれば、安定して高い細胞生存率が得られると言える。さらに、図5に示したように、コンドロイチン硫酸の濃度と細胞生存率とは5.0vol%付近で閾値があるように見えるものの、明確な相関性が見いだせなかったことから、濃度をより高くする必要はないと考えるのが妥当である。したがって、コンドロイチン硫酸の濃度の上限は、10vol%とすることが現実的である。 The upper limit of the concentration of chondroitin sulfate is not particularly specified, but from the test results shown in FIGS. 4 and 5, stable and high cell viability can be achieved if the concentration is at least 10 vol%. It can be said that it can be obtained. Furthermore, as shown in FIG. 5, although the concentration of chondroitin sulfate and the cell viability seemed to have a threshold value around 5.0 vol%, no clear correlation was found, so the concentration was increased. It is reasonable to think that it is not necessary. Therefore, it is realistic that the upper limit of the concentration of chondroitin sulfate is 10 vol%.
いずれにしても、実施例に係る細胞凍結保存液の技術的意義は、従来の用途からでは想到し得なかったコンドロイチン硫酸が細胞凍結保存液の添加剤として利用でき、しかも、コンドロイチン硫酸を添加剤とすることで、高い安全性を確保しつつ、想定外の高い効果を奏することが確認されたことにある。 In any case, the technical significance of the cell cryopreservation solution according to the examples is that chondroitin sulfate can be used as an additive for the cell cryopreservation solution, which could not be conceived from conventional applications, and chondroitin sulfate is used as an additive. By doing so, it was confirmed that an unexpectedly high effect is achieved while ensuring high safety.
<凍結温度>
実施例に係る細胞凍結保存液を用いた上記の凍結解凍試験では、磁場発生式冷凍装置によってサンプルを凍結させた後、-80℃の温度に設定された冷凍庫内でサンプルを24H保持していた。すなわち、磁場発生式冷凍装置を用いて磁場を印加することで凍結温度を一般凍結法の-80℃に対して50℃も高い-30℃で凍結させていた。
<Freezing temperature>
In the above freeze-thaw test using the cell cryopreservation solution according to the example, after freezing the sample with a magnetic field generation type freezer, the sample was held for 24 hours in a freezer set to a temperature of -80 ° C. .. That is, by applying a magnetic field using a magnetic field generation type freezing device, the freezing temperature was -30 ° C, which is 50 ° C higher than −80 ° C of the general freezing method.
一般凍結法では、凍結温度となる-80℃にまで冷凍庫内を冷却することになり、冷凍庫内が設定した凍結温度に達するまでに長い時間が掛かる。当然、冷凍装置の消費電力量も嵩む。そのため、一般凍結法では、試料を凍結する度に、多大な時間と冷凍庫の運転コストとが掛かることになる。したがって、試料を極低温で凍結さる場合、時間も含めた総合的なコストを考慮すれば、プログラムフリーザーを用いて冷凍庫内を設定した凍結温度まで所定の降温速度で徐冷するより、冷凍庫内を凍結温度の状態で維持しておき、その凍結温度にある冷凍庫内に試料を入れて凍結させる方が好ましい。 In the general freezing method, the inside of the freezer is cooled to the freezing temperature of −80 ° C., and it takes a long time for the inside of the freezer to reach the set freezing temperature. Naturally, the power consumption of the refrigerating device also increases. Therefore, in the general freezing method, a large amount of time and operating cost of the freezer are required each time the sample is frozen. Therefore, when the sample is frozen at an extremely low temperature, considering the overall cost including time, the inside of the freezer is cooled rather than slowly cooled to the set freezing temperature using a program freezer at a predetermined lowering rate. It is preferable to maintain the freezing temperature and put the sample in a freezer at the freezing temperature to freeze it.
そこで、実施例に係る細胞凍結保存液を用いつつ、総合的なコストを考慮した凍結方法法について検討した。具体的には、上記試験用細胞と、300mMのトレハロース溶液に10vol%のコンドロイチン硫酸を含む細胞凍結保存液とを用いた細胞懸濁液をサンプルとして作製した。次いで、そのサンプルを、磁場発生式冷凍装置を用いつつ、凍結温度を変えて凍結させる磁場印加凍結試験と、-80℃の温度に維持された冷凍庫内にサンプルを載置する方式での一般凍結法による凍結試験とを行った。また、磁場印加凍結試験では、周囲温度の状態にある冷凍庫内にサンプルを載置した上で冷凍庫内を-20℃、-30℃、及び-50℃のいずれかの凍結温度まで降温させ、各凍結温度で10分間維持することでサンプルを凍結させた。そして、一般凍結法での凍結試験後、及び各温度での磁場印加凍結試験後のサンプルを-80℃の温度に設定された冷凍庫内で24H保持し、その後解凍して細胞生存率を調べた。磁場印加凍結試験では、周波数50Hz、磁束密度0.30~0.31mTの磁場をサンプルに印加しつつ、-2℃/minの降温速度で各温度まで冷却したのち、その温度を10分間維持することでサンプルを凍結させた。 Therefore, a freezing method was examined in consideration of the overall cost while using the cell cryopreservation solution according to the examples. Specifically, a cell suspension using the above test cells and a cell cryopreservation solution containing 10 vol% chondroitin sulfate in a 300 mM trehalose solution was prepared as a sample. Next, a magnetic field application freezing test in which the sample is frozen by changing the freezing temperature while using a magnetic field generation type freezing device, and a general freezing method in which the sample is placed in a freezer maintained at a temperature of -80 ° C. A freezing test by the method was performed. In the magnetic field application freezing test, the sample is placed in a freezing room at an ambient temperature, and then the temperature inside the freezer is lowered to any of -20 ° C, -30 ° C, and -50 ° C, respectively. The sample was frozen by maintaining it at the freezing temperature for 10 minutes. Then, the sample after the freezing test by the general freezing method and after the magnetic field application freezing test at each temperature was held for 24 hours in a freezer set to a temperature of -80 ° C, and then thawed to examine the cell viability. .. In the magnetic field application freezing test, a magnetic field with a frequency of 50 Hz and a magnetic flux density of 0.30 to 0.31 mT is applied to the sample, cooled to each temperature at a temperature lowering rate of -2 ° C / min, and then maintained at that temperature for 10 minutes. This frozen the sample.
図6に、磁場印加凍結試験の結果を示した。図6に示したように、磁場を印加しながらの凍結方法(以下、「磁場印加凍結方法」と言うことがある。)によってサンプルを冷却することで、高い温度でかつ極めて短い時間(10分)でサンプルを凍結させることができ、解凍後の細胞生存率も一般凍結方法で凍結させたサンプルよりも高くなった。特に、磁場を印加しつつ-30℃の温度で凍結させたサンプルは、高い細胞生存率(89.2%)を示した。 FIG. 6 shows the results of the magnetic field application freezing test. As shown in FIG. 6, by cooling the sample by a freezing method while applying a magnetic field (hereinafter, may be referred to as “magnetic field application freezing method”), the sample is cooled at a high temperature for an extremely short time (10 minutes). ) Could freeze the sample, and the cell viability after thawing was also higher than that of the sample frozen by the general freezing method. In particular, samples frozen at a temperature of −30 ° C. while applying a magnetic field showed high cell viability (89.2%).
このように、実施例に係る細胞凍結保存液と、磁場発生式冷凍装置とを用いて細胞を凍結させれば、細胞生存率を向上させることができるとともに、細胞の凍結コストを低減させることが可能となる。すなわち、細胞生存率の向上と凍結コストの低減との相乗効果により、医療用途の細胞凍結技術の実用化可能性をより高めることができる。そして、サンプルに印加する磁束密度や冷凍庫内の温度、あるいは冷却手順を最適化すれば、さらに生存率を高めることが期待できる。 As described above, if the cells are frozen using the cell cryopreservation solution according to the example and the magnetic field generation type freezing device, the cell survival rate can be improved and the cell freezing cost can be reduced. It will be possible. That is, the synergistic effect of improving the cell survival rate and reducing the freezing cost can further enhance the practicality of the cell freezing technique for medical use. If the magnetic flux density applied to the sample, the temperature in the freezer, or the cooling procedure is optimized, the survival rate can be expected to be further improved.
===補足説明、その他の実施例===
上記各実施例では、試験用細胞としてHEK293細胞を用いていたが、上記各実施例は、他の細胞にも適用可能である。
=== Supplementary explanation, other examples ===
In each of the above examples, HEK293 cells were used as test cells, but each of the above examples can also be applied to other cells.
上記サンプルは、試験を行う際にその都度調製されたものである。そのため、実施例において使用されたサンプルは、作製条件や試験方法が同じであっても、細胞生存率等の試験結果が若干異なる場合がある。 The above sample was prepared each time the test was performed. Therefore, the samples used in the examples may have slightly different test results such as cell viability even if the preparation conditions and test methods are the same.
図1、図2に示した磁場発生式冷凍装置1は、磁場発生式冷凍装置の基本的、或いは代表的な構成を説明するためのものであり、上記各サンプルの凍結試験に使用された磁場発生式冷凍装置や、実用時に導入される磁場発生式冷凍装置とは、当然のことながら、外観、細部の構成、仕様等が異なる場合がある。
The magnetic field generation
1 磁場発生式冷凍装置、10 冷凍装置本体、11 凍結槽(冷凍庫)、
12 冷凍機、15 温度センサ、16 コイル、20 制御ユニット、
22 コイル制御部、25 温度制御部
1 Magnetic field generation type freezer, 10 Refrigerator body, 11 Freezer tank (freezer),
12 freezer, 15 temperature sensor, 16 coil, 20 control unit,
22 Coil control unit, 25 Temperature control unit
Claims (4)
凍結対象となる細胞に前記細胞凍結保存液を加えた細胞懸濁液をサンプルとして作製するサンプル作製ステップと、
前記サンプルが収納された第1の容器を、2-プロパノールで満たされた第2の容器内に設置するするサンプル設置ステップと、
前記サンプル設置ステップに次いで、前記第2の容器を冷凍庫内に載置して前記サンプルを凍結させる凍結ステップと、
を含み、
前記凍結ステップでは、前記冷凍庫内に磁場を発生させて、当該磁場を前記サンプルに印加するとともに、-50℃以上-30℃以下の温度まで徐冷するとともに、当該温度で所定時間維持する、
細胞凍結方法。
A method for freezing cells using the cell cryopreservation solution according to any one of claims 1 to 3.
A sample preparation step of preparing a cell suspension in which the cell cryopreservation solution is added to cells to be frozen is prepared as a sample.
A sample installation step of installing the first container containing the sample in a second container filled with 2-propanol.
Following the sample installation step, a freezing step in which the second container is placed in a freezer to freeze the sample, and a freezing step.
Including
In the freezing step, a magnetic field is generated in the freezer, the magnetic field is applied to the sample, the temperature is gradually cooled to −50 ° C. or higher and −30 ° C. or lower, and the temperature is maintained at the temperature for a predetermined time.
Cell freezing method.
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