JP2022120216A - Microfluidic device and method for manufacturing the same, and method for culturing three-dimensional tissue - Google Patents

Microfluidic device and method for manufacturing the same, and method for culturing three-dimensional tissue Download PDF

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Abstract

To provide a device capable of artificially constructing a vascular bed and culturing a three-dimensional tissue in a state closer to living tissue, and a method for culturing a three-dimensional tissue using the device.SOLUTION: Provided is a microfluidic device comprising: a device body; a first flow channel provided in the device body; a vascular bed retention chamber adjacent to the first flow channel in the device body and provided through a first wall; an opening provided in the device body and communicating with the vascular bed retention chamber; and a partition wall provided to close the opening. A plurality of first slits is formed in the first wall. The partition wall is removable.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明、マイクロ流体デバイス及びその製造方法、並びに該マイクロ流体デバイスを用いた立体組織の培養方法に関する。 The present invention relates to a microfluidic device, a method for manufacturing the same, and a method for culturing a three-dimensional tissue using the microfluidic device.

実験動物から摘出した組織、又はES細胞若しくはiPS細胞等から人工的に作った立体組織を、in vitroで長期間培養するために、外部から血管を通じて栄養及び酸素を供給する必要がある。これまで、立体組織培養のための血管床(Vascular Bed)を人工的に構築し、当該血管床を用いて立体組織を培養しながら、立体組織内にある血管と血管床の血管を融合させたり、立体組織内において新たに血管状組織又は血管網(Vascular network)を構築させたりする方法がいくつか報告された。 For long-term in vitro culturing of tissues excised from experimental animals, or three-dimensional tissues artificially made from ES cells, iPS cells, or the like, it is necessary to supply nutrients and oxygen from the outside through blood vessels. Until now, we have artificially constructed a vascular bed for three-dimensional tissue culture, and while culturing the three-dimensional tissue using the vascular bed, we have fused the blood vessels in the three-dimensional tissue with the vessels in the vascular bed. , several methods of constructing a new vascular tissue or vascular network within a three-dimensional tissue have been reported.

特許文献1には、血管形成細胞を含フッ素ポリイミド膜表面上で培養した後、当該膜を反転させてゲル上に載置し、あるいはゲルでポリイミド膜表面を被い、培養を続けることを特徴とする血管様組織形成方法が開示されている。さらに、該血管様組織を内在させたゲル層上にスフェロイドを播種することによって血管・スフェロイド融合体を形成する方法が開示されている。この方法では、血管状組織の周囲を覆うようにスフェロイドが成長しているのが観察され、また、一部においてはスフェロイドと血管状組織の融合も認められた。 In Patent Document 1, after culturing angiogenic cells on the surface of a fluorine-containing polyimide membrane, the membrane is inverted and placed on a gel, or the surface of the polyimide membrane is covered with a gel, and culture is continued. A method for forming a vessel-like tissue is disclosed. Further disclosed is a method of forming a vessel-spheroid fusion by seeding spheroids onto a gel layer in which the vessel-like tissue is embedded. In this method, spheroids were observed to grow so as to cover the periphery of the vascular tissue, and fusion of the spheroids and the vascular tissue was also observed in some areas.

特許文献2には、ゲル内部に培地を灌流するための流路を設け、血管内皮細胞を誘導させ、ゲル内に血管網を構築させた血管床を作製し、その血管床上へ細胞シートを積層することで細胞シート内に血管網を構築させることを特徴とする細胞シート積層化物の製造方法が開示されている。 In Patent Document 2, a channel for perfusing a culture medium is provided inside the gel, vascular endothelial cells are induced, a vascular bed is created by constructing a vascular network in the gel, and a cell sheet is laminated on the vascular bed. A method for producing a cell sheet laminate is disclosed, characterized in that a vascular network is constructed in the cell sheet by heating.

非特許文献1には、血管網と細胞組織を共培養するためのマイクロ流体デバイスが開示されている。該デバイスは、Open-topデバイスと呼ばれ、天井にマイクロポアを有するマイクロ流路(microchannel)で構成されており、リザーバーからマイクロ流路への直接の流体アクセスを提供する。非特許文献1の図1には、細胞スフェロイドがマイクロポアの上に形成され、血管網が該マイクロポアを通して該細胞スフェロイドにまで伸びていることが開示されている。 Non-Patent Document 1 discloses a microfluidic device for co-cultivating vascular networks and cell tissues. The device, called an open-top device, consists of a microchannel with micropores in the ceiling, providing direct fluid access from the reservoir to the microchannel. Fig. 1 of Non-Patent Document 1 discloses that cell spheroids are formed above micropores and a vascular network extends to the cell spheroids through the micropores.

しかしながら、特許文献1の方法によって作製した血管・スフェロイド融合体は、一部においてスフェロイドと血管状組織の融合も認められたものの、不完全なものであった。特許文献2の方法では、ゲル内に構築させた血管床上へ細胞シートを積層しても、血管網と細胞シートとは直接接触しておらず、ゲル内の血管が細胞シートまで延びにくいと考えられる。また、非特許文献1のOpen-topデバイスを用いる場合も、細胞スフェロイドと血管床とが直接的に接触できず、血管網はマイクロポアを通じしてしか細胞スフェロイドに延びることできないため、生体組織に近い状態で立体組織を培養することができない。 However, the blood vessel/spheroid fusion produced by the method of Patent Document 1 was incomplete, although fusion of spheroids and vascular tissue was observed in some areas. According to the method of Patent Document 2, even if the cell sheet is layered on the vascular bed constructed in the gel, the vascular network and the cell sheet are not in direct contact, and it is thought that the blood vessels in the gel are unlikely to extend to the cell sheet. be done. Also, when using the open-top device of Non-Patent Document 1, the cell spheroids and the vascular bed cannot be in direct contact, and the vascular network can only extend to the cell spheroids through micropores. Three-dimensional tissue cannot be cultured in a similar state.

一方、マイクロ流体デバイス(microfluidic device)は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術等の微細加工技術を利用して、微小流路や反応容器を作成し、バイオ研究や化学工学へ応用するためのデバイスを総称している。microTAS(micro Total Analysis Systems)又はLab on a Chip等とも呼ばれている。 On the other hand, a microfluidic device is a device that uses microfabrication technology such as MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology to create microchannels and reaction vessels and apply it to bioresearch and chemical engineering. are collectively called. It is also called microTAS (micro Total Analysis Systems) or Lab on a Chip.

特開2009-213716号公報JP 2009-213716 A 国際公開第2012/036225号WO2012/036225

Soojung Oh et al.,“Open-top”microfluidic device for in vitro three dimensional capillary beds, LabChip,2017,17,3405-3414Soojung Oh et al.,“Open-top”microfluidic device for in vitro three dimensional capillary beds, LabChip,2017,17,3405-3414 Nishimoto Y et al., Integratingperfusable vascular networks with a three-dimensional tissue in a microfluidicdevice, Integr., Biol., 2017, 9, 506-518Nishimoto Y et al., Integrating perfusable vascular networks with a three-dimensional tissue in a microfluidic device, Integr., Biol., 2017, 9, 506-518

本発明は、人工的に血管床を構築し、生体組織により近い状態で立体組織を培養できるデバイス、及び該デバイスを用いて立体組織を培養する方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a device capable of artificially constructing a vascular bed and culturing a three-dimensional tissue in a state closer to living tissue, and a method of culturing a three-dimensional tissue using the device.

本発明者らは、上記本発明の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた。本発明者らは以前、マイクロ流体デバイスを用いて、灌流可能な血管網を持つ三次元細胞スフェロイドを構築する方法を開示した(非特許文献2)。具体的には、マイクロ流体デバイスの流路内にヒト臍静脈内皮細胞(HUVEC)とヒト肺線維芽細胞(hLF)との細胞相互作用により、血管形成性新芽がデバイスからスフェロイドに向かって誘導され、連続的な管腔(血管網)を形成したことも確認した。しかしながら、この血管状組織の誘導形成方法は、HUVECとhLFとの組み合わせに限定されるものであり、他の細胞種では血管誘導因子を十分に産生できない等の理由で管腔を有する血管網をスフェロイドにつなぐことができない。 The present inventors have made extensive studies to solve the above-described problems of the present invention. The present inventors previously disclosed a method for constructing three-dimensional cell spheroids with perfusable vascular networks using a microfluidic device (Non-Patent Document 2). Specifically, cellular interactions between human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) and human lung fibroblasts (hLF) within the channels of the microfluidic device induced angiogenic sprouts from the device towards the spheroids. , also confirmed that a continuous lumen (vascular network) was formed. However, this method of inducing formation of vascular tissue is limited to the combination of HUVEC and hLF, and other cell types cannot produce sufficient angiogenic factors. Cannot connect to spheroids.

そこで、本発明者らはあらゆる立体組織を培養できるように、上記デバイスをさらに改良し、血管床と立体組織とを近接して培養し、デバイス一つであらゆる立体組織を簡便に培養できる新規なマイクロ流体デバイスを見出した。本発明は、この新しい知見に基づくものである。 Therefore, the present inventors have further improved the above-mentioned device so that any three-dimensional tissue can be cultured, and have developed a new device that allows the vascular bed and the three-dimensional tissue to be cultured in close proximity to each other, and that all three-dimensional tissues can be easily cultured with a single device. A microfluidic device has been found. The present invention is based on this new finding.

本発明に係るマイクロ流体デバイスは、デバイス本体と、デバイス本体に設けられた第一の流路と、デバイス本体における第一の流路に隣接し、第一の壁部を介して設けられた血管床保持チャンバーと、デバイス本体に設けられ、血管床保持チャンバーと連通する開口部と、開口部を塞ぐように設けられた隔壁とを備え、第一の壁部には複数の第一のスリットが形成されており、隔壁は除去可能である。 A microfluidic device according to the present invention comprises a device body, a first channel provided in the device body, and a blood vessel adjacent to the first channel in the device body and provided through the first wall. a bed holding chamber; an opening provided in the device main body and communicating with the vascular bed holding chamber; formed and the septum is removable.

本発明に係るマイクロ流体デバイスを用いれば、まず隔壁によって塞がれた血管床保持チャンバー内に血管床を構築したのち、隔壁を取り除いて、開口部から立体組織を上記血管床の上に直接的に導入し、さらに培養することで、立体組織内にある血管と血管床の血管とを接続させるか、或いは、血管床から血管が延びて立体組織内において新たに血管網を構築しることで、生体組織により近い状態で立体組織を培養することができる。 Using the microfluidic device according to the present invention, a vascular bed is first constructed in a vascular bed holding chamber closed by a septum. By introducing into and further culturing, the blood vessels in the three-dimensional tissue and the blood vessels in the vascular bed are connected, or the blood vessels extend from the vascular bed to construct a new vascular network in the three-dimensional tissue. , three-dimensional tissue can be cultured in a state closer to living tissue.

本発明に係るマイクロ流体デバイスにおいて、第一の流路が一対設けられ、一対の第一の流路のそれぞれが、血管床保持チャンバーに第一の壁部を介して隣接していてもよい。これにより、血管床が血管床保持チャンバーの両側へ延びことができ、より生体組織に近い血管床を構築することができる。 In the microfluidic device according to the present invention, a pair of first channels may be provided, and each of the pair of first channels may be adjacent to the vascular bed holding chamber via the first wall. As a result, the vascular bed can extend to both sides of the vascular bed holding chamber, and a vascular bed closer to living tissue can be constructed.

本発明に係るマイクロ流体デバイスにおいて、隔壁が血管床保持チャンバーと開口部との間に設けられてもよい。これにより、血管床保持チャンバーの天井(開口部側)に段差が生じず、それにより血管床がより構築し易くなる。 In the microfluidic device according to the invention, a septum may be provided between the vascular bed holding chamber and the opening. As a result, there is no step on the ceiling (opening side) of the vascular bed holding chamber, which makes it easier to construct the vascular bed.

本発明に係るマイクロ流体デバイスにおいて、隔壁が化学的方法又は物理的方法によって除去可能な隔壁であってもよく、また、隔壁が水溶性材料から形成される膜状隔壁であってもよい。これにより、隔壁が除去されやすくなる。 In the microfluidic device according to the present invention, the partition may be a partition that can be removed by a chemical method or a physical method, or the partition may be a membrane-like partition made of a water-soluble material. This makes it easier to remove the partition.

本発明に係るマイクロ流体デバイスにおいて、第一の壁部における第一のスリットは、スリット幅が50μm~200μmとなるように等間隔に形成されていてもよい。これにより、血管床保持チャンバーへの血管床構築に必要な成分を供給しやすく、また最適な太さを有する血管ができ、さらに、等間隔により血管床ができやすくなる。 In the microfluidic device according to the present invention, the first slits in the first wall may be formed at equal intervals so that the slit width is 50 μm to 200 μm. This makes it easy to supply the components necessary for constructing the vascular bed to the vascular bed holding chamber, to form blood vessels having an optimum thickness, and to facilitate the formation of the vascular bed at regular intervals.

本発明に係るマイクロ流体デバイスにおいて、第一の流路に連通する第一の流体供給部をさらに備えてもよい。これにより、第一の流路への細胞又は血管新生因子を含む流体の供給又は交換が容易にできる。 The microfluidic device according to the present invention may further include a first fluid supply section communicating with the first channel. This facilitates the supply or replacement of fluid containing cells or angiogenic factors to the first channel.

本発明に係るマイクロ流体デバイスにおいて、デバイス本体に設けられた第二の流路をさらに備え、第二の流路は、第一の流路に第二の壁部を介して隣接し、第二の壁部には、複数の第二のスリットが形成されていてもよい。これにより、第一の流路及び血管床保持チャンバーへの血管床構築に必要な成分等を供給できる。 The microfluidic device according to the present invention further includes a second channel provided in the device body, the second channel being adjacent to the first channel via the second wall, A plurality of second slits may be formed in the wall. This makes it possible to supply components and the like necessary for constructing the vascular bed to the first channel and the vascular bed holding chamber.

本発明に係るマイクロ流体デバイスにおいて、第一の流路が一対設けられ、一対の第一の流路のそれぞれが、血管床保持チャンバーに第一の壁部を介して隣接しており、第二の流路が一対設けられ、一対の第二の流路のそれぞれが、一対の第一の流路のそれぞれに、第二の壁部を介して隣接していてもよい。 In the microfluidic device according to the present invention, a pair of first channels is provided, each of the pair of first channels is adjacent to the vascular bed holding chamber via the first wall, and the second A pair of flow paths may be provided, and each of the pair of second flow paths may be adjacent to each of the pair of first flow paths via the second wall.

本発明に係るマイクロ流体デバイスにおいて、第二の壁部における第二のスリットは、スリット幅が50μm~200μmとなるように等間隔に形成されていてもよい。これにより、第一の流路及び血管床保持チャンバーへの血管床構築に必要な成分等を供給しやすくなる。 In the microfluidic device according to the present invention, the second slits in the second wall may be formed at regular intervals so that the slit width is 50 μm to 200 μm. This makes it easier to supply components and the like necessary for constructing the vascular bed to the first channel and the vascular bed holding chamber.

本発明に係るマイクロ流体デバイスにおいて、第二の流路に連通する第二の流体供給部をさらに備えてもよい。これにより、第二の流路への細胞又は血管床構築に必要な成分等を含む流体を容易に供給又は交換できる。 The microfluidic device according to the present invention may further include a second fluid supply unit communicating with the second channel. As a result, it is possible to easily supply or replace the fluid containing cells or components necessary for constructing the vascular bed to the second channel.

本発明に係るマイクロ流体デバイスの製造方法は、第一の溝部と、第一の溝部に隣接し、第一の壁部を介して設けられた凹部とを備える第一の基板と、貫通孔を備える第二の基板と、除去可能な隔壁とを用意する工程と、第二の基板の、第一の基板と接する面に、貫通孔を塞ぐように隔壁を設置することで、貫通孔を開口部として形成する工程と、隔壁を介して、第二の基板の、第一の基板と接する面に、開口部が凹部の少なくとも一部に対応する位置に設置されるように、第一の基板を設置することで、凹部を血管床保持チャンバーとして形成する工程とを含む。本発明に係るマイクロ流体デバイスは複雑な構造を有するため、一体成型が不可能である。本発明に係る製造方法によれば、第一の基板、隔壁及び第二の基板を別々用意し、順に設置することにより、本発明に係るマイクロ流体デバイスを製造することができる。 A method for manufacturing a microfluidic device according to the present invention comprises: a first substrate having a first groove; a recess adjacent to the first groove and provided via a first wall; The through-hole is opened by providing a second substrate and a removable partition, and installing the partition on the surface of the second substrate in contact with the first substrate so as to close the through-hole. forming the first substrate through the partition wall so that the opening is located at a position corresponding to at least a part of the recess on the surface of the second substrate that contacts the first substrate; to form the recess as a vascular bed retention chamber. Since the microfluidic device according to the present invention has a complicated structure, integral molding is impossible. According to the manufacturing method according to the present invention, the microfluidic device according to the present invention can be manufactured by separately preparing the first substrate, the partition wall and the second substrate and placing them in order.

本発明に係る製造方法において、第一の基板を設置する工程において、第一の基板と第二の基板とが接するそれぞれの面がプラズマ加工されており、第一の基板が第二の基板と接合するように設置されてもよい。これにより、第一の基板と第二の基板とが強固に接合できる。 In the manufacturing method according to the present invention, in the step of placing the first substrate, the surfaces of the first substrate and the second substrate that are in contact with each other are plasma-processed, and the first substrate is the second substrate. It may be installed so as to join. Thereby, the first substrate and the second substrate can be strongly bonded.

本発明に係る立体組織の培養方法は、本発明に係るマイクロ流体デバイスを用いて、第一の流路に血管新生因子を含む流体を供給し、血管床保持チャンバーに血管内皮細胞を含む培地を供給し、血管床保持チャンバーに血管床を形成させる工程と、隔壁を除去し、形成された血管床の上に立体組織を設置し、培養する工程とを含む。これにより、デバイス一つで生体組織により近い状態で、あらゆる細胞からなる立体組織を長期間に培養することができる。また、第一の流路及びそれにつながった血管床を通して立体組織の内部への経血管的な養分又は薬剤の投与も可能であるため、デバイス上で立体組織を培養しながら、創薬研究、発生若しくは再生医療研究等に利用し得る。 The method for culturing a three-dimensional tissue according to the present invention uses the microfluidic device according to the present invention to supply a fluid containing angiogenic factors to the first channel, and supply a medium containing vascular endothelial cells to the vascular bed retention chamber. supplying and forming a vascular bed in a vascular bed holding chamber; removing the septum, placing the three-dimensional tissue on the formed vascular bed, and culturing. As a result, a three-dimensional tissue composed of all kinds of cells can be cultured for a long period of time with a single device in a state closer to that of a living tissue. In addition, since it is also possible to transvascularly administer nutrients or drugs to the interior of the three-dimensional tissue through the first channel and the vascular bed connected thereto, drug discovery research and development can be performed while culturing the three-dimensional tissue on the device. Alternatively, it can be used for regenerative medicine research and the like.

本発明に係る培養方法において、マイクロ流体デバイスがデバイス本体に設けられた第二の流路をさらに備える場合、第一の流路への血管新生因子の供給は、第二の流路に線維芽細胞を含む培地を供給することによって行ってもよい。 In the culture method according to the present invention, when the microfluidic device further comprises a second channel provided in the device main body, supplying an angiogenic factor to the first channel causes fibroblasts to flow into the second channel. It may be performed by supplying medium containing cells.

本発明に係る培養方法において、血管床を形成する工程が、第一の流路に血管内皮細胞を導入することをさらに含んでもよい。これにより、血管床保持チャンバー内の血管内皮細胞が、血管床保持チャンバー外の血管内皮細胞と繋がる傾向にあり、血管床がより構築しやくなる。 In the culture method according to the present invention, the step of forming a vascular bed may further include introducing vascular endothelial cells into the first channel. As a result, the vascular endothelial cells within the vascular bed retention chamber tend to connect with the vascular endothelial cells outside the vascular bed retention chamber, making it easier to construct the vascular bed.

本発明に係る培養方法において、得られた立体組織を単離する工程をさらに含んでもよい。単離された立体組織は、立体組織を用いたin vivoの実験、生体移植等に利用され得る。 The culture method according to the present invention may further include a step of isolating the obtained three-dimensional tissue. The isolated three-dimensional tissue can be used for in vivo experiments using the three-dimensional tissue, living body transplantation, and the like.

本発明のマイクロ流体デバイス及び立体組織の培養方法によれば、より生体組織に近い状態で立体組織を培養することが可能となる。 According to the microfluidic device and the method for culturing three-dimensional tissue of the present invention, three-dimensional tissue can be cultured in a state closer to living tissue.

一実施形態のマイクロ流体デバイスの平面図である。1 is a plan view of a microfluidic device of one embodiment. FIG. 一実施形態のマイクロ流体デバイスのA-A’断面図である。1 is an AA' cross-sectional view of a microfluidic device of one embodiment; FIG. 一実施形態のマイクロ流体デバイスのB-B’断面図である。1 is a BB' cross-sectional view of a microfluidic device of one embodiment; FIG. 一実施形態のマイクロ流体デバイスのB-B’断面図の矩形枠内の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of the rectangular frame of the BB' cross-sectional view of the microfluidic device of one embodiment. 一実施形態のマイクロ流体デバイスの製造方法に用いられる第一の基板の平面図である。1 is a plan view of a first substrate used in a method of manufacturing a microfluidic device according to one embodiment; FIG. 一実施形態のマイクロ流体デバイスの製造方法に用いられる隔壁の平面図である。FIG. 2 is a plan view of partition walls used in the method of manufacturing a microfluidic device according to one embodiment. 一実施形態のマイクロ流体デバイスの製造方法に用いられる第二の基板の平面図である。FIG. 4 is a plan view of a second substrate used in the method of manufacturing a microfluidic device according to one embodiment; 一実施形態のマイクロ流体デバイスの第一の基板の作製工程を示す図である。It is a figure which shows the preparation process of the 1st board|substrate of the microfluidic device of one Embodiment. 一実施形態のマイクロ流体デバイスの第二の基板の作製工程を示す図である。It is a figure which shows the preparation process of the 2nd board|substrate of the microfluidic device of one Embodiment. 一実施形態の立体組織の培養方法における血管床を構築する工程を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a step of constructing a vascular bed in the three-dimensional tissue culture method of one embodiment. 一実施形態の立体組織の培養方法における立体組織を構築する工程を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a step of constructing a three-dimensional tissue in the three-dimensional tissue culture method of one embodiment. 実施例3の結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the results of Example 3; 実施例4の結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the results of Example 4; 実験例5の隔壁無しデバイスの模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram of a partition-less device of Experimental Example 5. FIG. 実験例5の結果を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the results of Experimental Example 5;

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant explanations are omitted.

〔マイクロ流体デバイス〕
図1~図4は、本発明に係るマイクロ流体デバイスの一実施形態を示すが、本発明のマイクロ流体デバイスはこれに限定されない。図1は一実施形態の平面図、図2は該実施形態のA-A’断面図、図3は該実施形態のB-B’断面図、図4は図3の矩形枠内部分の拡大図をそれぞれ示す。
[Microfluidic device]
1 to 4 show one embodiment of the microfluidic device according to the present invention, but the microfluidic device of the present invention is not limited to this. 1 is a plan view of one embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view of the embodiment along AA', FIG. 3 is a cross-sectional view of the embodiment along BB', and FIG. Figures are shown respectively.

図1~図4に示されるように、一実施形態のマイクロ流体デバイス1は、デバイス本体1と、デバイス本体1に設けられた第一の流路4、デバイス本体1における第一の流路4に隣接し、第一の壁部3を介して設けられた血管床保持チャンバー2と、デバイス本体1に設けられ、血管床保持チャンバー2と連通する開口部6と、開口部6を塞ぐように設けられた隔壁5とを備える。 As shown in FIGS. 1 to 4, a microfluidic device 1 of one embodiment includes a device body 1, a first channel 4 provided in the device body 1, and a first channel 4 in the device body 1. , the vascular bed holding chamber 2 provided via the first wall portion 3, the opening 6 provided in the device body 1 and communicating with the vascular bed holding chamber 2, and the opening 6 so as to block and a partition wall 5 provided.

マイクロ流体デバイス1は、細胞培養に適した材料から形成されるものであれば、特に限定されない。材料としては、例えば、ポリジメチルシロキサン(PDMS)等のプラスチック樹脂を挙げることできるが、これらに限定されない。マイクロ流体デバイスの形状も限定されず、大きさはマイクロ流体デバイスとしての通常の大きさであればよく特に限定されない。 The microfluidic device 1 is not particularly limited as long as it is made of a material suitable for cell culture. Examples of materials include, but are not limited to, plastic resins such as polydimethylsiloxane (PDMS). The shape of the microfluidic device is also not limited, and the size is not particularly limited as long as it is a normal size for a microfluidic device.

血管床保持チャンバー2は、血管床を形成するための細胞及び培地を収容し、血管床を構築させ、保持するためのチャンバー(空間)である。その形状及び大きさは特に限定されない。血管床保持チャンバー2の高さ(深さ)は、形成する血管床の大きさに応じて適宜設定できるが、例えば、50μm~500μmであってもよく、50μm~300μm、50μm~250μm、又は100μm~250μmであってもよい。 The vascular bed holding chamber 2 is a chamber (space) for accommodating cells and a culture medium for forming a vascular bed, and building and holding the vascular bed. Its shape and size are not particularly limited. The height (depth) of the vascular bed holding chamber 2 can be appropriately set according to the size of the vascular bed to be formed, and may be, for example, 50 μm to 500 μm, 50 μm to 300 μm, 50 μm to 250 μm, or 100 μm. It may be ~250 μm.

マイクロ流体デバイス1は、図1又は図3に示されるように、血管床保持チャンバー2に連通する血管内皮細胞供給部11をさらに備えてもよい。血管内皮細胞供給部11によれば、血管床保持チャンバー2に血管床を形成するための血管内皮細胞等の細胞及び各種成分を含む培地等の流体を供給できるようになる。血管内皮細胞供給部11の形状は特に限定されず、また、その径(最大径)も特に限定されず、目的に応じて適宜に設定できる。 The microfluidic device 1 may further comprise a vascular endothelial cell supply section 11 communicating with the vascular bed retention chamber 2, as shown in FIG. 1 or FIG. According to the vascular endothelial cell supply unit 11 , it becomes possible to supply cells such as vascular endothelial cells for forming a vascular bed and a fluid such as a medium containing various components to the vascular bed holding chamber 2 . The shape of the vascular endothelial cell supply unit 11 is not particularly limited, and the diameter (maximum diameter) is not particularly limited either, and can be appropriately set according to the purpose.

第一の壁部3は、血管床保持チャンバー2と第一の流路4との間に介在しており、第一の壁部3には複数の第一のスリット21が形成されている。第一の壁部3は血管床保持チャンバー2を形成するための壁であるとともに、血管床保持チャンバー2と第一の流路4との間に、細胞を含むゲル状細胞外基質が通過しないが、低分子化合物又はタンパク質等の成分が通過できるようにするための壁でもある。ここで、低分子化合物としては、細胞培養に必要な炭素源(糖類)、アミノ酸、ビタミン類、無機塩類等、合成化学物質等が挙げられ、タンパク質としては、窒素源としてのタンパク質、増殖因子や栄養因子など血清由来成分、血管床形成に必要な血管新生因子等が挙げられる。 The first wall portion 3 is interposed between the vascular bed holding chamber 2 and the first channel 4, and the first wall portion 3 is formed with a plurality of first slits 21. As shown in FIG. The first wall portion 3 is a wall for forming the vascular bed retention chamber 2, and the gel-like extracellular matrix containing cells does not pass between the vascular bed retention chamber 2 and the first channel 4. However, it is also a wall that allows components such as low-molecular-weight compounds or proteins to pass through. Here, the low-molecular-weight compounds include carbon sources (sugars), amino acids, vitamins, inorganic salts, etc. necessary for cell culture, and synthetic chemical substances. Serum-derived components such as nutritional factors, angiogenic factors necessary for vascular bed formation, and the like can be mentioned.

血管床保持チャンバー2側の、第一の壁部3の高さは、血管床保持チャンバー2の高さを決定し、第一の流路4側の、第一の壁部3の高さは、第一の流路4の高さを決定し、両者が同じ高さであることが好適である。第一の壁部3の厚さは特に限定されず、例えば、50μm~500μmであってもよく、50μm~300μm、50μm~250μm、又は100μm~250μmであってもよい。また、第一の壁部3の長さは特に限定されず、例えば、50μm~500μmであってもよく、50μm~300μm、50μm~250μm、又は100μm~250μmであってもよい。 The height of the first wall 3 on the side of the vascular bed holding chamber 2 determines the height of the vascular bed holding chamber 2, and the height of the first wall 3 on the side of the first channel 4 is , determines the height of the first channel 4, preferably both being of the same height. The thickness of the first wall portion 3 is not particularly limited, and may be, for example, 50 μm to 500 μm, 50 μm to 300 μm, 50 μm to 250 μm, or 100 μm to 250 μm. Moreover, the length of the first wall portion 3 is not particularly limited, and may be, for example, 50 μm to 500 μm, 50 μm to 300 μm, 50 μm to 250 μm, or 100 μm to 250 μm.

第一の壁部3には、複数の第一のスリット21が形成されており、すなわち、第一の壁部3はマイクロピラー構造を有している。第一の壁部3において、一部の領域にのみ複数の第一のスリット21が形成されていてもよく、全長にわたって複数の第一のスリット21が形成されていてもよい。第一のスリット21は第一の壁部3に設けられた第一の壁部3の高さとほぼ同じ高さの隙間である。第一のスリット21の形状は特に限定さない。スリット幅は、第一の壁部3の厚さ方向において(例えば、血管床保持チャンバー2側から第一の流路4側へ向かって)同じ幅を有してもよく、異なる幅を有してもよい。例えば、図4に示されるように、断面が台形であるスリットであってもよい。ここで、スリット幅とは最も狭い幅をいう。第一のスリット21のスリット幅は、細胞を含むゲル状細胞外基質が通過しないが、低分子化合物又はタンパク質等の成分が通過できる幅であればよく、例えば30μm~500μmであってよく、40μm~400μm、50μm~300μm、50μm~200μm、又は50μm~150μmであってよい。また、第一の壁部3において、複数の第一のスリット21が等間隔で形成されることが好適である。それによって、複数の血管が等間隔かつ等直径で形成され得、均一な流れを立体組織に与えることができる。また、このスリット幅は、血管床保持チャンバー内に液状のゲル培地を充填する際に、液状のゲル培地が表面張力によって漏れ出さない程度のスリット幅である。 A plurality of first slits 21 are formed in the first wall portion 3, that is, the first wall portion 3 has a micropillar structure. In the first wall portion 3, the plurality of first slits 21 may be formed only in a partial region, or the plurality of first slits 21 may be formed over the entire length. The first slit 21 is a gap having approximately the same height as the first wall portion 3 provided in the first wall portion 3 . The shape of the first slit 21 is not particularly limited. The slit width may have the same width in the thickness direction of the first wall portion 3 (for example, from the vascular bed holding chamber 2 side toward the first channel 4 side), or may have different widths. may For example, as shown in FIG. 4, the slit may have a trapezoidal cross section. Here, the slit width means the narrowest width. The slit width of the first slit 21 does not allow passage of gel-like extracellular matrix containing cells, but may be a width through which components such as low-molecular-weight compounds or proteins can pass. It may be ˜400 μm, 50 μm to 300 μm, 50 μm to 200 μm, or 50 μm to 150 μm. Moreover, it is preferable that a plurality of first slits 21 are formed at equal intervals in the first wall portion 3 . Thereby, a plurality of blood vessels can be formed at equal intervals and with equal diameters, and uniform flow can be imparted to the three-dimensional tissue. The slit width is such that the liquid gel medium does not leak out due to surface tension when the vascular bed holding chamber is filled with the liquid gel medium.

第一の流路4は、流体を収容し、血管床保持チャンバー2へと供給するための流路である。該流体は、血管床保持チャンバー2に保持される、血管床を形成するための細胞が血管床を形成するために必要な血管新生因子等の成分を含む。また、第一の流路4は細胞を収容してもよい。該細胞は、血管床保持チャンバー2に保持される、血管床を形成するための細胞と同じ細胞であってよい。第一の流路4は、第一の壁部3を介して、血管床保持チャンバー2に隣接している。これにより、第一の流路4に収容される流体に含まれる成分が、濃度勾配によって、第一の壁部3上の複数の第一のスリット21を通過して血管床保持チャンバー2へと拡散されていく。第一の流路4は、第一の壁部3を介して血管床保持チャンバー2と隣接する領域のほかに、後述の第一の流体供給部へと連通する領域を含んでもよい。この第一の流体供給部へと連通するための領域の壁は、スリットを有さなくてもよい。 A first channel 4 is a channel for containing and supplying fluid to the vascular bed retention chamber 2 . The fluid contains components such as angiogenic factors that are required for cells to form a vascular bed to form a vascular bed, which are retained in the vascular bed retention chamber 2 . Also, the first channel 4 may contain cells. The cells may be the same cells retained in the vascular bed retention chamber 2 as the cells for forming the vascular bed. The first channel 4 adjoins the vascular bed holding chamber 2 via the first wall 3 . As a result, the components contained in the fluid contained in the first channel 4 pass through the plurality of first slits 21 on the first wall portion 3 and enter the vascular bed holding chamber 2 due to the concentration gradient. being diffused. The first flow path 4 may include a region adjacent to the vascular bed holding chamber 2 via the first wall portion 3 as well as a region communicating with a first fluid supply, which will be described later. The walls of the area for communicating with this first fluid supply may not have slits.

第一の流路4の形状は特に限定されず、例えば、血管床保持チャンバー2の全体を囲むように形成される1本の流路であってもよく、血管床保持チャンバー2の周りを部分的に又は断続的に囲むように形成される2本以上の流路であってもよい。また、第一の流路4の底面の形状も限定されない。一実施形態では、図1~図3に示されるように、第一の流路4が一対設けられ、一対の第一の流路4のそれぞれが、血管床保持チャンバー2に第一の壁部3を介して隣接している。一対の第一の流路4は、血管床保持チャンバー2と隣接するそれぞれの領域において、平行して延伸していることが好適である。すなわち、血管床保持チャンバー2が一対の第一の流路4によって挟まれている。これにより、左右対称構造を有する血管床を形成され得、形成された血管床を介した立体組織への酸素や養分の供給が均一にできる。 The shape of the first channel 4 is not particularly limited. Two or more flow paths may be formed so as to surround them either permanently or intermittently. Also, the shape of the bottom surface of the first channel 4 is not limited. In one embodiment, as shown in FIGS. 1-3, a pair of first flow channels 4 are provided, each of the pair of first flow channels 4 being connected to the vascular bed retention chamber 2 by a first wall. 3 are adjacent. The pair of first channels 4 preferably extend in parallel in their respective regions adjacent to the vascular bed retention chamber 2 . That is, a vascular bed holding chamber 2 is sandwiched between a pair of first channels 4 . As a result, a vascular bed having a bilaterally symmetrical structure can be formed, and oxygen and nutrients can be uniformly supplied to the three-dimensional tissue via the formed vascular bed.

第一の流路4の高さ(深さ)は特に限定されず、例えば30μm~500μmであってよく、40μm~400μm、50μm~300μm、50μm~200μm、又は50μm~150μmであってもよい。均一の血管床を形成するために、第一の流路4の高さを、血管床保持チャンバー2及び第一の壁部3の高さと同じ高さにするのが好適である。第一の流路4の幅は例えば100μm~5000μmであってよく、300μm~3000μm、500μm~2000μm、又は500μm~1500μmであってもよい。 The height (depth) of the first channel 4 is not particularly limited, and may be, for example, 30 μm to 500 μm, 40 μm to 400 μm, 50 μm to 300 μm, 50 μm to 200 μm, or 50 μm to 150 μm. Preferably, the height of the first channel 4 is the same as the height of the vascular bed retaining chamber 2 and the first wall 3 in order to form a uniform vascular bed. The width of the first channel 4 may be, for example, 100 μm to 5000 μm, 300 μm to 3000 μm, 500 μm to 2000 μm, or 500 μm to 1500 μm.

隔壁5は、後述の開口部6を塞ぐように設けられた蓋である。ここで、開口部6を塞ぐこととは、開口部6が実質的に塞がれていることをいい、すなわち、隔壁5によって血管床保持チャンバー2に保持されている血管内皮細胞を含む培地が開口部6内に漏れ出さない程度に塞がれていることをいう。血管内皮細胞を含む培地が漏れ出さなければ、例えば通気できる程度の隙間があってもよい。これにより、血管床保持チャンバー2の開口部6側(天井側)が塞がれ、すなわち、この隔壁5が血管床保持チャンバー2の天井の一部となる。それによって、血管床が形成されやすくなる。一方で、血管床を構築したのち、隔壁5があると、立体組織を血管床に接触させることができず、立体組織を培養することができない。したがって、隔壁5が除去可能である必要がある。血管床を構築したのち、隔壁5を除去することで、立体組織を血管床に接触さることができ、立体組織を培養することができる。 The partition wall 5 is a lid provided so as to close an opening 6 which will be described later. Here, closing the opening 6 means that the opening 6 is substantially closed. It means that the opening 6 is closed to such an extent that it does not leak out. As long as the medium containing vascular endothelial cells does not leak out, for example, there may be a gap that allows ventilation. As a result, the opening 6 side (ceiling side) of the vascular bed holding chamber 2 is closed, that is, the partition wall 5 becomes a part of the ceiling of the vascular bed holding chamber 2 . This facilitates the formation of vascular beds. On the other hand, if the septum 5 exists after constructing the vascular bed, the 3D tissue cannot be brought into contact with the vascular bed, and the 3D tissue cannot be cultured. Therefore, the partition wall 5 must be removable. By removing the septum 5 after constructing the vascular bed, the 3D tissue can be brought into contact with the vascular bed, and the 3D tissue can be cultured.

隔壁5は、開口部6を実質的に塞ぐことができれば、血管床保持チャンバー2と開口部6との間、又は、開口部6の任意の領域に配置してもよい。デバイスの作製容易さの観点から、血管床保持チャンバー2と開口部6との間に設けられることが好適である。この場合、血管床保持チャンバー2の天井が凡そ平らであり、そのため、血管床保持チャンバー2は深さ方向において段差がないため、後述の血管内皮細胞の均一な播種ができ、それによって血管床が形成されやすいと考えられる。一方、隔壁5は開口部6内に設置される場合、血管床保持チャンバー2の天井は、開口部6へ一部突出することとなり、そのため、血管床保持チャンバー2は深さ方向において段差があり、後述の血管内皮細胞の均一な播種ができない場合があるが、血管床が形成し得る。したがって、血管床保持チャンバー2の天井における、隔壁5とそれ以外の天井部分との段差が小さければ小さいほどよくて、段差がないことが最も好ましい。段差がある場合、この段差は例えば500μm以下、400μm以下、300μm以下、200μm以下、100μm以下又は50μm以下であることが好ましい。 The septum 5 may be placed between the vascular bed retention chamber 2 and the opening 6 or in any region of the opening 6 as long as it can substantially occlude the opening 6 . From the viewpoint of ease of fabrication of the device, it is preferably provided between the vascular bed holding chamber 2 and the opening 6 . In this case, the ceiling of the vascular bed holding chamber 2 is approximately flat, so that the vascular bed holding chamber 2 has no steps in the depth direction, so that the vascular endothelial cells described later can be uniformly seeded, thereby forming a vascular bed. likely to be formed. On the other hand, when the partition wall 5 is installed in the opening 6, the ceiling of the vascular bed holding chamber 2 partially protrudes into the opening 6, so that the vascular bed holding chamber 2 has a step in the depth direction. Although uniform seeding of vascular endothelial cells, which will be described later, may not be possible, a vascular bed can be formed. Therefore, the smaller the step between the septum 5 and the rest of the ceiling of the vascular bed holding chamber 2, the better, and most preferably there is no step. If there is a step, the step is preferably 500 μm or less, 400 μm or less, 300 μm or less, 200 μm or less, 100 μm or less, or 50 μm or less.

隔壁5は、血管床に影響を与えることなく除去できるものであれば特に限定されず、例えば、化学的方法又は物理的方法によって除去可能であってよい。化学的方法としては、例えば、キレート剤又は酵素によって溶解することによって除去する方法が挙げられ、物理的方法としては、例えば、熱、紫外線等によって除去する方法が挙げられる。 The septum 5 is not particularly limited as long as it can be removed without affecting the vascular bed, and may be removable by, for example, a chemical method or a physical method. Chemical methods include, for example, a method of removing by dissolving with a chelating agent or an enzyme, and physical methods include, for example, methods of removing with heat, ultraviolet rays, and the like.

隔壁5の形状は、開口部6を塞ぐことができれば特に限定されないが、例えば、シート状若しくは膜状であってよく、栓状であってもよい。隔壁5がシート状又は膜状である場合は、その大きさが開口部6の断面と同じ又はそれよりも大きくてもよく、その厚みは例えば1~100μm又は10~50μmであってよい。隔壁5は、水溶性材料から形成されてもよい。ここで、水溶性材料とは、水又は水溶液に溶ける性質を有する材料をいう。水溶性材料としては、例えばキレート剤又は酵素によって溶解可能な材料であってもよく、血管床を構築するまでの数日間の長期培養によって自然に溶解可能な材料であってよい。隔壁5はこれらの水溶性材料から形成される膜状隔壁であってよい。水溶性材料としては、アルギン酸、ヒアルロン酸、セルロース、キトサン、キチン、澱粉、デキストラン、ヘパリン、カルボキシメチルセルロース、アガロース等の多糖類及びそれらの塩、コラーゲン、フィブリン等のタンパク質、並びに、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリグリコール塩(PGA)等のポリマーが挙げられ、特にアルギン酸塩が好ましく用いられる。アルギン酸塩としては、アルギン酸ナトリウム等が挙げられる。また、このような材料を溶解できるキレート剤としては、グリコールエーテルジアミン四酢酸(EGTA)、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、クエン酸等が挙げられ、酵素としては、セルラーゼ、キチナーゼ、コラーゲナーゼ、プラスミン等が挙げられる。 The shape of the partition wall 5 is not particularly limited as long as it can block the opening 6, and may be, for example, sheet-like, film-like, or plug-like. When the partition wall 5 is sheet-like or film-like, its size may be the same as or larger than the cross section of the opening 6, and its thickness may be, for example, 1 to 100 μm or 10 to 50 μm. The partition 5 may be made of a water-soluble material. Here, a water-soluble material refers to a material that has the property of being dissolved in water or an aqueous solution. The water-soluble material may be, for example, a material that can be dissolved by a chelating agent or an enzyme, or a material that can be naturally dissolved by long-term culture for several days until the vascular bed is established. The partition 5 may be a membrane partition made of these water-soluble materials. Examples of water-soluble materials include alginic acid, hyaluronic acid, cellulose, chitosan, chitin, starch, dextran, heparin, carboxymethylcellulose, polysaccharides such as agarose and salts thereof, proteins such as collagen and fibrin, and polyethylene glycol (PEG). , polyglycol salts (PGA) and the like, and alginates are particularly preferred. Alginates include sodium alginate and the like. Chelating agents capable of dissolving such materials include glycol ether diamine tetraacetic acid (EGTA), ethylenediamine tetraacetic acid (EDTA), citric acid, and the like. Enzymes include cellulase, chitinase, collagenase, plasmin, and the like. is mentioned.

開口部6は、デバイス本体1に設けられ、血管床保持チャンバー2と連通する開口である。ここで、開口部6と血管床保持チャンバー2とが連通することとは、隔壁5の位置によって、使用する前において連通している場合と、使用時において隔壁5を除去することによって連通可能となる場合の両方を含む。すなわち、隔壁5が開口部6の内部に位置する場合、開口部6と血管床保持チャンバー2とが、使用前に連通しているが、隔壁5が開口部6と血管床保持チャンバー2との間に位置する場合、開口部6と血管床保持チャンバー2とが使用前に連通しておらず、使用時において隔壁5の除去によって連通する。開口部6は、立体組織を投入するための投入口となっており、また、立体組織を収容し、培養するための空間でもある。隔壁5を除去することによって、開口部6を介して投入された立体組織は、血管床保持チャンバー2に形成され、保持された血管床と直接接触することになる。開口部6の形状は特に限定されず、また、その径(最大径)も特に限定されず、所望の立体組織の大きさによって適宜に設定できる。開口部6は、血管床保持チャンバー2の上部開口(開口部6側の開口)と同じ大きさであるか、それよりも小さい開口であってよい。開口部6の高さは、所望の立体組織を収容できる高さであれば、特に限定されない。 The opening 6 is provided in the device body 1 and communicates with the vascular bed holding chamber 2 . Here, the communication between the opening 6 and the vascular bed holding chamber 2 means, depending on the position of the septum 5, whether the communication is established before use or when the septum 5 is removed during use. includes both cases. That is, when the septum 5 is located inside the opening 6 , the opening 6 and the vascular bed retention chamber 2 communicate with each other before use, but the septum 5 is located between the opening 6 and the vascular bed retention chamber 2 . If located in between, the opening 6 and the vascular bed retention chamber 2 are not in communication prior to use and are in communication upon removal of the septum 5 during use. The opening 6 serves as an inlet for introducing a three-dimensional tissue, and is also a space for containing and culturing the three-dimensional tissue. By removing the septum 5, the three-dimensional tissue introduced through the opening 6 is formed in the vascular bed retention chamber 2 and comes into direct contact with the retained vascular bed. The shape of the opening 6 is not particularly limited, and the diameter (maximum diameter) is not particularly limited either, and can be appropriately set according to the size of the desired three-dimensional structure. The opening 6 may be the same size as or smaller than the upper opening of the vascular bed retention chamber 2 (the opening on the side of the opening 6). The height of the opening 6 is not particularly limited as long as it can accommodate a desired three-dimensional tissue.

マイクロ流体デバイス1は、図1又は図3に示されるように、第一の流路4に連通する第一の流体供給部9をさらに備えてもよい。第一の流体供給部9によれば、第一の流路4に血管新生因子等の成分のみならず細胞をも含む培地等の流体を供給できるようになり、これにより、血管新生因子等の成分が、第一の流路4を通じて血管床保持チャンバー2へ供給される。第一の流体供給部9の形状は特に限定されず、また、その径(最大径)も特に限定されず、目的に応じて適宜に設定できる。 The microfluidic device 1 may further include a first fluid supply section 9 communicating with the first channel 4, as shown in FIG. 1 or FIG. According to the first fluid supply unit 9, it becomes possible to supply a fluid such as a culture medium containing not only components such as angiogenic factors but also cells to the first channel 4, thereby supplying angiogenic factors and the like. Components are supplied to the vascular bed retention chamber 2 through a first flow path 4 . The shape of the first fluid supply part 9 is not particularly limited, and the diameter (maximum diameter) is not particularly limited either, and can be appropriately set according to the purpose.

マイクロ流体デバイス1は、デバイス本体に設けられた第二の流路8をさらに備えてもよく、第二の流路8は、第一の流路4に第二の壁部7を介して隣接し、第二の壁部7には、複数の第二のスリット22が形成されていてもよい。第二の流路8は第一の流路4と同様な構造を有し、また、第二の壁部7及び第二のスリット22は、それぞれ第一の壁部3及び第一のスリット21と同様な構造を有してよい。第二の流路8によれば、第一の流路4に血管新生因子等の血管床を構築するために必要な成分を供給できる。第二の流路8は、第一の流路4と同様に、血管新生因子等の成分を含む流体のほか、細胞を含む培地をも収容し得る。第二の流路8に収容される細胞は、例えば血管新生因子を産生する細胞であってよい。 The microfluidic device 1 may further include a second channel 8 provided in the device body, the second channel 8 adjoining the first channel 4 via the second wall 7. However, a plurality of second slits 22 may be formed in the second wall portion 7 . The second channel 8 has the same structure as the first channel 4, and the second wall 7 and the second slit 22 are similar to the first wall 3 and the first slit 21, respectively. may have a structure similar to According to the second channel 8, components necessary for constructing a vascular bed, such as angiogenic factors, can be supplied to the first channel 4. FIG. Like the first channel 4, the second channel 8 can contain a medium containing cells as well as a fluid containing components such as angiogenic factors. Cells accommodated in the second channel 8 may be, for example, cells that produce angiogenic factors.

マイクロ流体デバイス1において、一実施形態では、第一の流路4が一対設けられ、一対の第一の流路4のそれぞれが、血管床保持チャンバー2に第一の壁部3を介して隣接しており、第二の流路8が一対設けられ、一対の第二の流路8のそれぞれが、一対の第一の流路4のそれぞれに、第二の壁部7を介して隣接していてもよい。一対の第一の流路4は、血管床保持チャンバー2と隣接するそれぞれの領域において平行して延伸しており、一対の第二の流路8は、第一の流路4と隣接するそれぞれの領域において平行して延伸していることが好適である。これにより、複数の血管が等間隔かつ等直径で形成され、均一な流れを立体組織に与えることができる。 In the microfluidic device 1 , in one embodiment, a pair of first channels 4 are provided, each of the pair of first channels 4 adjoining the vascular bed holding chamber 2 via the first wall 3 . A pair of second flow paths 8 are provided, and each of the pair of second flow paths 8 is adjacent to each of the pair of first flow paths 4 via the second wall portion 7. may be A pair of first channels 4 extend in parallel in respective regions adjacent to the vascular bed retention chamber 2 and a pair of second channels 8 extend in respective regions adjacent to the first channel 4. are preferably extended in parallel in the regions of As a result, a plurality of blood vessels are formed with equal intervals and diameters, and a uniform flow can be applied to the three-dimensional tissue.

マイクロ流体デバイス1において、第二の壁部7における第二のスリット22のスリット幅は特に限定されず、例えば30μm~500μmであってよく、40μm~400μm、50μm~300μm、50μm~200μm、又は50μm~150μmとなるように等間隔に形成されていてもよい。これにより、第一の流路4及び血管床保持チャンバー2への血管新生因子等の供給がしやすくなる。 In the microfluidic device 1, the slit width of the second slit 22 in the second wall portion 7 is not particularly limited, and may be, for example, 30 μm to 500 μm, 40 μm to 400 μm, 50 μm to 300 μm, 50 μm to 200 μm, or 50 μm. They may be formed at regular intervals of up to 150 μm. This facilitates the supply of angiogenic factors and the like to the first channel 4 and the vascular bed holding chamber 2 .

マイクロ流体デバイス1において、一実施形態では、図1又は図3に示されるように、第二の流路8に連通する第二の流体供給部10をさらに備えてもよい。第二の流体供給部10によれば、第二の流路8に血管新生因子等の成分のみならず細胞をも含む培地等の流体を供給できるようになり、これにより、血管新生因子等の成分が、第二の流路8を通じて、第一の流路4、さらに血管床保持チャンバー2へ供給される。第二の流体供給部10の形状は特に限定されず、また、その径(最大径)も特に限定されず、目的に応じて適宜に設定できる。 In one embodiment, the microfluidic device 1 may further include a second fluid supply section 10 communicating with the second channel 8, as shown in FIG. 1 or FIG. According to the second fluid supply unit 10, it becomes possible to supply a fluid such as a medium containing not only components such as angiogenic factors but also cells to the second channel 8, thereby supplying angiogenic factors and the like. Components are fed through the second channel 8 to the first channel 4 and to the vascular bed retention chamber 2 . The shape of the second fluid supply part 10 is not particularly limited, and the diameter (maximum diameter) is not particularly limited either, and can be appropriately set according to the purpose.

〔マイクロ流体デバイスの製造方法〕
本発明に係るマイクロ流体デバイスは構造が複雑であるため、一体成型が不可能である。本発明に係るマイクロ流体デバイスの製造方法は、第一の基板、隔壁及び第二の基板をそれぞれ用意し、順に設置することにより、本発明に係るマイクロ流体デバイスを製造することができる。以下、図5~10を参照して、マイクロ流体デバイスの製造方法の一例を説明する。
[Method for producing microfluidic device]
Since the microfluidic device according to the present invention has a complicated structure, integral molding is impossible. In the method of manufacturing the microfluidic device according to the present invention, the microfluidic device according to the present invention can be manufactured by preparing the first substrate, the partition walls and the second substrate and placing them in order. An example of a method for manufacturing a microfluidic device will be described below with reference to FIGS.

<第一の工程>
一実施形態において、マイクロ流体デバイス1の製造方法の第一の工程は、図5に示される第一の基板100と、図7に示される第二の基板200と、図6に示される除去可能な隔壁5とを用意する工程である。
<First step>
In one embodiment, the first step of the method of manufacturing the microfluidic device 1 includes a first substrate 100 shown in FIG. 5, a second substrate 200 shown in FIG. It is a step of preparing a partition wall 5 having a large thickness.

(第一の基板)
図5に示される第一の基板100は、第一の溝部104と、第一の溝部104に隣接し、第一の壁部3を介して設けられた凹部102とを備える。第一の溝部104は、マイクロ流体デバイス1における第一の流路4を形成するための溝であり、凹部102はマイクロ流体デバイス1における血管床保持チャンバー2を形成するための凹部である。第一の基板100は、さらに第二の溝部108を備えてもよい。第二の溝部108は、マイクロ流体デバイス1における第二の流路8を形成するための溝である。第一の溝部104及び第二の溝部108は、それぞれ第一の流路4及び第二の流路8を形成するための溝部であり、天井が塞がれていないことを除き、第一の流路4及び第二の流路8と同じ構造を有する。
(first substrate)
A first substrate 100 shown in FIG. 5 includes a first groove portion 104 and a recess portion 102 adjacent to the first groove portion 104 and provided via the first wall portion 3 . The first groove portion 104 is a groove for forming the first channel 4 in the microfluidic device 1 , and the concave portion 102 is a concave portion for forming the vascular bed holding chamber 2 in the microfluidic device 1 . First substrate 100 may further comprise a second groove 108 . The second groove portion 108 is a groove for forming the second channel 8 in the microfluidic device 1 . The first groove portion 104 and the second groove portion 108 are groove portions for forming the first flow path 4 and the second flow path 8, respectively. It has the same structure as the channel 4 and the second channel 8 .

第一の基板100の作製方法は、特に限定されない。以下、一例として、ソフトリソグラフィーによる作製方法について説明する。また、第一の基板100の作製方法の具体例は、実施例1に示されている。なお、図8及び図9は模式図であり、構造を正確に表していない場合がある。図8及び図9に示されるそれぞれの構造物の構造に関しては、図1~図7を参照されたい。 A method for manufacturing the first substrate 100 is not particularly limited. As an example, a manufacturing method by soft lithography will be described below. A specific example of the method for manufacturing the first substrate 100 is shown in Example 1. 8 and 9 are schematic diagrams and may not represent the structure accurately. For the construction of each structure shown in FIGS. 8 and 9, please refer to FIGS. 1-7.

一実施形態において、ソフトリソグラフィー等の微細な立体構造を形成できる技術を用いて所望のパターンを有する硬化物を形成することによって第一の基板100を作製する。例えば、まず支持部材111の上に、ソフトリソグラフィーに用いられる材料を載せ、予め設計したパターン112にしたがって、上記材料をパターン112にパターン化し、そして、第一の基板100を形成するための材料をパターン112に密着させ、硬化させ、硬化物113を得る(図8の(a))。 In one embodiment, the first substrate 100 is produced by forming a cured product having a desired pattern using a technique capable of forming a fine three-dimensional structure, such as soft lithography. For example, first a material used for soft lithography is placed on the support member 111, the material is patterned into a pattern 112 according to a pre-designed pattern 112, and then a material for forming the first substrate 100 is applied. It is brought into close contact with the pattern 112 and cured to obtain a cured product 113 (FIG. 8(a)).

ここで、支持部材111としては、パターン112と分離可能なものであることが好適であり、例えば、パターン112を破壊せずに、物理的又は化学的方法で除去できる材料からなる支持部材であってよい。具体的には、例えばシリコンウェハ、ガラス基板等の材料が挙げられる。支持部材111がシリコンウェハ又はガラス基板である場合は、支持部材111の上にパターン112を形成したのち、支持部材111をトリクロロ-(1H,1H,2H,2H-ペルフルオロオクチル)シランで処理すると、支持部材111を容易に取り除くことができる。 Here, the support member 111 is preferably separable from the pattern 112. For example, the support member is made of a material that can be removed by a physical or chemical method without destroying the pattern 112. you can Specific examples include materials such as silicon wafers and glass substrates. When the support member 111 is a silicon wafer or a glass substrate, after the pattern 112 is formed on the support member 111, the support member 111 is treated with trichloro-(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane. Support member 111 can be easily removed.

ソフトリソグラフィーに用いられる材料としては、通常用いられるものであればよく、例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。 Materials used in soft lithography may be those commonly used, such as epoxy resins and silicone resins.

パターン112は、第一の基板100と反転するパターンであり、すなわち、第一の基板100上における凹部である、凹部102、第一の溝部104、及び第二の溝部108は、パターン112において凸部となり、第一の基板100上における凸部である、第一の壁部3及び第二の壁部7は、パターン112において凹部となる。 The pattern 112 is the reverse pattern of the first substrate 100 , i.e. the recesses on the first substrate 100 , the recesses 102 , the first grooves 104 and the second grooves 108 are projected in the pattern 112 . The first wall portion 3 and the second wall portion 7 , which are convex portions on the first substrate 100 , become concave portions in the pattern 112 .

第一の基板100を形成するための材料としては、流体としてパターン112に密着でき、かつ、硬化させることができる材料であれば特に限定されず、例えば、ポリジメチルシロキサン(PDMS)等の熱硬化性樹脂のプレポリマーであってもよい。PDMSプレポリマーとしては、PDMS主剤に硬化剤を混入させたものが挙げられる。ポリマー主剤:硬化剤の比率は特に限定されないが、例えば、5:1~15:1であってもよい。 The material for forming the first substrate 100 is not particularly limited as long as it can adhere to the pattern 112 as a fluid and can be cured. It may be a prepolymer of a flexible resin. Examples of the PDMS prepolymer include those obtained by mixing a PDMS main agent with a curing agent. The ratio of main polymer component to curing agent is not particularly limited, but may be, for example, 5:1 to 15:1.

プレポリマーをパターン112に密着させるため、スピンコートを用いてもよい。また、気泡が入らないように、真空チャンバー内で脱気してもよい。プレポリマーの硬化は、通常の硬化方法であれば特に限定されないが、例えば、70~90℃で10~18時間静置してもよい。 Spin coating may be used to adhere the prepolymer to the pattern 112 . Also, degassing may be performed in a vacuum chamber to prevent air bubbles from entering. Curing of the prepolymer is not particularly limited as long as it is a normal curing method.

次に、図8の(b)に示されるように、硬化後、第一の基板100をパターン112から剥がしたのち、ひっくり返し、適切な支持体114に設置してもよい。支持体114としては特に限定されず、たとえば、カバーガラス等が挙げられる。 After curing, the first substrate 100 may then be peeled from the pattern 112 and then flipped over and placed on a suitable support 114, as shown in FIG. 8(b). The support 114 is not particularly limited, and examples thereof include a cover glass.

(隔壁)
隔壁5は上述とおりであり、その一例は図6に示されているが、これに限定されない。隔壁5の作製方法は、特に限定されず、溶解可能な材料によって適宜に条件設定できる。隔壁5は、水溶性材料からなる材料から形成される膜状隔壁である場合、一般的な成膜方法にしたがって所望の厚み及びサイズの薄膜とすることができる。例えばスピンコートして硬化させることにより製作できる。
(Partition wall)
The partition 5 is as described above, an example of which is shown in FIG. 6, but not limited to this. The method for producing the partition walls 5 is not particularly limited, and conditions can be appropriately set depending on the dissolvable material. When the partition wall 5 is a membrane partition wall formed of a water-soluble material, it can be formed into a thin film having a desired thickness and size according to a general film-forming method. For example, it can be manufactured by spin coating and curing.

隔壁5がアルギン酸塩膜の場合、例えば、カルシウムイオンと架橋反応させることにより作製することができる。適切な濃度のアルギン酸塩水溶液を乾燥させることによって成膜させた後、カルシウム塩溶液に浸し、架橋反応させ、その後例えば2枚のガラス板で挟み圧力をかけることにより均一な厚みを有する薄膜に成形し、さらに所望のサイズに切断することによって作製できる。 When the partition wall 5 is an alginate film, it can be produced, for example, by a cross-linking reaction with calcium ions. After forming a film by drying an alginate aqueous solution with an appropriate concentration, the film is immersed in a calcium salt solution to undergo a cross-linking reaction, and then, for example, it is sandwiched between two glass plates and pressed to form a thin film having a uniform thickness. It can be produced by cutting to a desired size.

(第二の基板)
図7に示される第二の基板200は、第二の基板本体200に設けられた貫通孔206を備える。貫通孔206は、マイクロ流体デバイス1における開口部6を形成するための貫通孔である。第二の基板200は、さらに、第一の流体供給貫通孔209、第二の流体供給貫通孔210、及び血管内皮細胞供給貫通孔211を備えてもよい。これらの貫通孔は、それぞれ、マイクロ流体デバイス1における第一の流体供給部9、第二の流体供給部10、及び血管内皮細胞供給部11を形成するための貫通孔である。これらの貫通孔は、それぞれ対応する供給部とは同じ構成を有する。
(Second substrate)
The second substrate 200 shown in FIG. 7 has through holes 206 provided in the second substrate body 200 . The through-hole 206 is a through-hole for forming the opening 6 in the microfluidic device 1 . Second substrate 200 may further comprise first fluid feedthrough 209 , second fluid feedthrough 210 , and vascular endothelial cell feedthrough 211 . These through-holes are through-holes for forming the first fluid supply section 9, the second fluid supply section 10, and the vascular endothelial cell supply section 11 in the microfluidic device 1, respectively. These through-holes have the same configuration as the corresponding feeders.

第二の基板200の作製方法は特に限定されず、所望の大きさのポリマー基板の所望の位置に貫通孔206等の貫通孔を設けてあればよい。また、第二の基板200の作製方法の具体例は、実施例1に示されている。 The method of manufacturing the second substrate 200 is not particularly limited as long as through holes such as the through holes 206 are provided at desired positions on a polymer substrate having a desired size. A specific example of the method of manufacturing the second substrate 200 is shown in Example 1.

隔壁5が血管床保持チャンバー2と開口部6との間に設けられる場合、第二の基板200において、隔壁5を設置するための空間を設けることが好適である。この空間は、例えば、図9の(a)に示されるように、型302によって予め設けることができる。 When the septum 5 is provided between the vascular bed holding chamber 2 and the opening 6 , it is preferable to provide a space for installing the septum 5 in the second substrate 200 . This space can be provided in advance by a mold 302, for example, as shown in FIG. 9(a).

<第二の工程>
マイクロ流体デバイス1の製造方法の第二の工程は、第二の基板200の、第一の基板100と接する面に、貫通孔206を塞ぐように隔壁5を設置することで、貫通孔206を開口部6として形成する工程である。隔壁5の設置方法は特に限定されず、例えば、第一の基板100と第二の基板200の間に挟まれるように設置してもよい。ここで、第二の基板200の、第一の基板100と接する面を、第二の基板200の底面と呼び、また、第一の基板100の、第二の基板200と接する面を第一の基板の頂面と呼ぶ。
<Second step>
In the second step of the method for manufacturing the microfluidic device 1, the partition wall 5 is provided on the surface of the second substrate 200 in contact with the first substrate 100 so as to block the through hole 206, thereby closing the through hole 206. This is the step of forming the opening 6 . The installation method of the partition 5 is not particularly limited, and for example, it may be installed so as to be sandwiched between the first substrate 100 and the second substrate 200 . Here, the surface of the second substrate 200 in contact with the first substrate 100 is called the bottom surface of the second substrate 200, and the surface of the first substrate 100 in contact with the second substrate 200 is called the first substrate 200. is called the top surface of the substrate.

<第三の工程>
マイクロ流体デバイス1の製造方法の第三の工程は、隔壁5を介して、第二の基板200の、第一の基板100と接する面(すなわち、第二の基板200の底面)に、開口部6が凹部102の少なくとも一部に対応する位置に設置されるように、第一の基板100を設置することで、凹部102の頂面の開口(天井)が、隔壁5及び第二の基板200の底面によって塞がれ、それによって凹部102を血管床保持チャンバー2として形成する工程である。
<Third step>
The third step of the method for manufacturing the microfluidic device 1 is to form an opening on the surface of the second substrate 200 in contact with the first substrate 100 (that is, the bottom surface of the second substrate 200) through the partition wall 5. By installing the first substrate 100 so that the first substrate 100 is installed at a position corresponding to at least a part of the recess 102, the opening (ceiling) of the top surface of the recess 102 is formed by the partition wall 5 and the second substrate 200. , thereby forming the recess 102 as the vascular bed retaining chamber 2 .

第三の工程によって、第一の基板100の頂面の開口の大部分が、隔壁5及び第二の基板200の底面によって塞がれており、それによって、血管床保持チャンバー2のほか、第一の流路4及び第二の流路8も形成されている。一方、第一の溝部104(すなわち、第一の流路4)及び第二の溝部108(すなわち、第二の流路8)の末端は、図1に示されているように、第二の基板200の底面によって塞がれず、それぞれ第一の流体供給貫通孔209(すなわち、第一の流体供給部9)及び第二の流体供給貫通孔210(すなわち、第二の流体供給部10)に連通している。また、凹部102(すなわち、血管床保持チャンバー2)の末端が第二の基板200の底面によって塞がれず、血管内皮細胞供給部11に連通している。 By the third step, most of the openings on the top surface of the first substrate 100 are blocked by the septum 5 and the bottom surface of the second substrate 200, thereby providing the vascular bed holding chamber 2 as well as the second substrate. A first channel 4 and a second channel 8 are also formed. On the other hand, the ends of first groove 104 (i.e., first channel 4) and second groove 108 (i.e., second channel 8) are located in a second channel, as shown in FIG. Not blocked by the bottom surface of the substrate 200, the first fluid supply through-hole 209 (ie, the first fluid supply section 9) and the second fluid supply through-hole 210 (ie, the second fluid supply section 10), respectively. are in communication. In addition, the end of the recess 102 (that is, the vascular bed holding chamber 2 ) is not blocked by the bottom surface of the second substrate 200 and communicates with the vascular endothelial cell supply section 11 .

第一の基板100と第二の基板200とが強固に接合してよく、そのために、接着剤を用いてもよく、又は接触面のプラズマ加工を行ってもよい。PDMS又はガラス等の(-Si-O-)基を持つ材料の表面がプラズマ加工により、接触面同士で(-Si-O-Si-)からなるシロキサン結合が生じ、接合は強固なものとなる。 The first substrate 100 and the second substrate 200 may be strongly bonded, for which purpose an adhesive may be used, or the contact surfaces may be plasma-processed. Plasma processing of the surface of materials with (-Si-O-) groups such as PDMS or glass causes siloxane bonds consisting of (-Si-O-Si-) between contact surfaces, resulting in strong bonding. .

本発明のマイクロ流体デバイスの製造方法にしたがって製造されたマイクロ流体デバイス1においては、隔壁5が血管床保持チャンバー2と開口部6との間に設けられる。作製されたマイクロ流体デバイス1は、細胞培養に供される前に、UV照射等によって滅菌を行ってもよい。 In the microfluidic device 1 manufactured according to the microfluidic device manufacturing method of the present invention, a partition wall 5 is provided between the vascular bed holding chamber 2 and the opening 6 . The fabricated microfluidic device 1 may be sterilized by UV irradiation or the like before being subjected to cell culture.

上記マイクロ流体デバイスの製造方法は一例に過ぎず、他の方法によっても本願発明のマイクロ流体デバイスを製造することが可能である。例えば、上記製造方法の改変法としてPDMSプレポリマーをモールドに流し込み、図2に示す各流路(第一の流路4、第二の流路8)及び各供給部(第一の流体供給部9、第二の流体供給部10、血管内皮細胞供給部11)を形成する各壁部(第一の壁部3、第二の壁部7等)と、図9の(b)に示す第二の基板200の一例であるポリマー基板304とが一体となった基板を作製したのち、隔壁5を所望の位置に貼り付け、最後に各流路の底部となる基板を接合する製法が挙げられる。 The method for manufacturing the microfluidic device described above is merely an example, and the microfluidic device of the present invention can be manufactured by other methods as well. For example, as a modified method of the above manufacturing method, a PDMS prepolymer is poured into a mold, and each channel (first channel 4, second channel 8) and each supply section (first fluid supply section) shown in FIG. 9, each wall portion (first wall portion 3, second wall portion 7, etc.) forming the second fluid supply portion 10, vascular endothelial cell supply portion 11), and the second wall portion shown in FIG. There is a manufacturing method of manufacturing a substrate in which a polymer substrate 304, which is an example of the second substrate 200, is integrated, then attaching the partition wall 5 to a desired position, and finally joining the substrates that will be the bottoms of the channels. .

〔立体組織の培養方法〕
本発明に係る立体組織の培養方法は、本発明に係るマイクロ流体デバイス1を用いて、第一の流路4に血管新生因子を含む流体を供給し、血管床保持チャンバー2に血管内皮細胞を含む培地を供給し、血管床保持チャンバー2に血管床を形成させる工程と、隔壁5を除去し、形成された血管床の上に立体組織を設置し、培養する工程とを含む。
[Method for culturing three-dimensional tissue]
The three-dimensional tissue culture method according to the present invention uses the microfluidic device 1 according to the present invention to supply a fluid containing an angiogenic factor to the first flow path 4 and to supply vascular endothelial cells to the vascular bed retention chamber 2 . and a step of removing the septum 5, placing a three-dimensional tissue on the formed vascular bed, and culturing it.

図10及び図11は立体組織の培養方法のプロセスの一例を示す。なお、図10及び図11中の(1a)~(5a)は、図5中の断線の矩形枠内部分の模式図であり、図10及び図11中の(1b)~(5b)は図1のマイクロ流体デバイス1のA-A’断面の模式図である。図10及び図11は、分かりやすく説明するために、マイクロ流体デバイス1の構造を正確に表していない場合があるため、示されるそれぞれの構造物の構造に関しては、図1~図7を参照されたい。 10 and 11 show an example of the process of the three-dimensional tissue culture method. Note that (1a) to (5a) in FIGS. 10 and 11 are schematic diagrams of the inside of the rectangular frame of the disconnection in FIG. 5, and (1b) to (5b) in FIGS. 1 is a schematic diagram of the AA′ cross section of the microfluidic device 1 of No. 1. FIG. Since FIGS. 10 and 11 may not accurately represent the structure of the microfluidic device 1 for the sake of clarity, please refer to FIGS. 1-7 for the structure of each structure shown. sea bream.

図10の(1a)及び(1b)は、使用される前のデバイスを示す。(2a)及び(2b)は、血管床保持チャンバー2に血管内皮細胞を含む培地を導入し、一対の第一の流路4に流体を導入し、また、血管新生因子の代わりに、一対の第二の流路8に線維芽細胞を導入することを示す。(3a)及び(3b)は、さらに、一対の第一の流路4に血管内皮細胞を導入し、血管床が形成されていることを示す。 Figures 10 (1a) and (1b) show the device before it is used. (2a) and (2b) introduce a medium containing vascular endothelial cells into the vascular bed retention chamber 2, introduce a fluid into the pair of first channels 4, and replace the angiogenic factor with a pair of The introduction of fibroblasts into the second channel 8 is shown. (3a) and (3b) further show that vascular endothelial cells are introduced into the pair of first channels 4 to form a vascular bed.

図11の(4a)及び(4b)は、隔壁5を除去したのち、立体組織を血管床の上に載せることを示し、(5a)及び(6b)は、立体組織の内部まで血管が延びていることを示す。 (4a) and (4b) of FIG. 11 show that the three-dimensional tissue is placed on the vascular bed after removing the septum 5, and (5a) and (6b) show that the blood vessel extends to the inside of the three-dimensional tissue. indicate that

血管床保持チャンバー2に導入される血管内皮細胞は、血管床を形成する血管内皮細胞であり、その由来は特に限定されず、例えば、ヒト、マウス、ラット、モルモット、ウサギ等の動物由来の血管内皮細胞であってもよく、またヒトiPS細胞等の幹細胞から分化誘導して得られた血管内皮細胞であってよく、また、静脈内皮細胞であることが好適であり、例えば臍帯静脈内皮細胞が好適である。 The vascular endothelial cells introduced into the vascular bed retention chamber 2 are vascular endothelial cells that form the vascular bed, and the origin thereof is not particularly limited. It may be an endothelial cell, or a vascular endothelial cell obtained by differentiation induction from a stem cell such as a human iPS cell, or a vein endothelial cell, for example, an umbilical vein endothelial cell. preferred.

血管内皮細胞を含む培地は、特に血管内皮細胞を培養するための必要な炭素源、窒素源、ビタミン類、無機塩類、合成化学物質、血清由来成分等の成分を含んでいるものであり、当業者が任意に選択できるものである。血管内皮細胞の自己組織化及び管腔形成能を利用して血管床を形成しやすいように、ゲル状培地であることが好適である。ゲル状培地は、例えば液体培地にゲル化成分を添加して、適切な硬さのゲル状培地としてもよい。ゲル化成分としては、フィブリン、コラーゲン、寒天、アガロース等が挙げられる。ゲル化成分がフィブリンである場合、培地中におけるゲル化成分の濃度は2~10mg/mLであってよい。血管内皮細胞を含むゲル培地を血管床保持チャンバー2への導入は、溶解したゲル培地に所望の濃度となるように血管内皮細胞を懸濁したのち、血管内皮細胞供給部11を通じ、該懸濁液をピペット等によって添加し、ゲル化させることによって行うことができる。 The medium containing vascular endothelial cells contains components such as carbon sources, nitrogen sources, vitamins, inorganic salts, synthetic chemicals, serum-derived components, etc. necessary for culturing vascular endothelial cells. This can be arbitrarily selected by the trader. A gelatinous medium is preferred so that the self-organization and tube-forming ability of vascular endothelial cells can be used to facilitate the formation of a vascular bed. The gelatinous medium may be a gelatinous medium having an appropriate hardness, for example, by adding a gelling component to a liquid medium. Gelling components include fibrin, collagen, agar, agarose, and the like. When the gelling component is fibrin, the concentration of the gelling component in the medium may be 2-10 mg/mL. The gel medium containing vascular endothelial cells is introduced into the vascular bed retention chamber 2 by suspending the vascular endothelial cells in the dissolved gel medium to a desired concentration, and then passing the suspension through the vascular endothelial cell supply unit 11. It can be carried out by adding the liquid with a pipette or the like and allowing it to gel.

血管新生因子とは、血管新生に関与する因子であり、本発明の培養方法使用される血管新生因子は特に限定されず、例えば、血管内皮増殖因子(VEGF)、線維芽細胞増殖因子(bFGF)、肝細胞増殖因子(HGF)、単球走化性タンパク質-1(MCP-1)、スフィンゴシン-1-リン酸(S1P)等が挙げられ、特にヒト血管内皮増殖因子、例えばヒト線維芽細胞によって産生されるヒト血管内皮増殖因子であることが好適である。 An angiogenic factor is a factor involved in angiogenesis, and the angiogenic factor used in the culture method of the present invention is not particularly limited. For example, vascular endothelial growth factor (VEGF), fibroblast growth factor (bFGF) , hepatocyte growth factor (HGF), monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1), sphingosine-1-phosphate (S1P) and the like, particularly human vascular endothelial growth factor, such as human fibroblasts Preferably, it is human vascular endothelial growth factor produced.

血管新生因子の濃度は、血管新生因子の種類、又は血管床保持チャンバー2内の血管内皮細胞の濃度によって適宜に調整してよく、例えば、0.1ng/mL~500ng/mLであってよく、5ng/mL~300ng/mLであってよい。ここで血管新生因子の濃度とは、血管床保持チャンバー2と第一の流路4、さらに第二の流路8との間に濃度平衡に達した時に濃度を意味する。第一の流路4等に血管新生因子を導入する時の導入時濃度は、所望の血管新生因子の濃度、並びに、血管床保持チャンバー2、第一の流路4及び第二の流路8の容量に基づき、計算できる。 The concentration of the angiogenic factor may be appropriately adjusted depending on the type of angiogenic factor or the concentration of vascular endothelial cells in the vascular bed retention chamber 2, and may be, for example, 0.1 ng/mL to 500 ng/mL, It may be from 5 ng/mL to 300 ng/mL. The concentration of the angiogenic factor here means the concentration when concentration equilibrium is reached between the vascular bed holding chamber 2 and the first channel 4 and then the second channel 8 . When the angiogenic factor is introduced into the first channel 4 or the like, the concentration at the time of introduction includes the desired concentration of the angiogenic factor and the concentration of the vascular bed holding chamber 2, the first channel 4 and the second channel 8. can be calculated based on the capacity of

血管新生因子そのものを供給してもよく、血管新生因子を産生する細胞をマイクロ流体デバイス1に導入して、in situで血管新生因子を産生させてよい。血管新生因子を産生する細胞としては特に限定されず、例えばヒト肺線維芽細胞、グリア芽腫等の腫瘍細胞等が挙げられる。 The angiogenic factor itself may be supplied, or cells that produce the angiogenic factor may be introduced into the microfluidic device 1 to produce the angiogenic factor in situ. Cells that produce angiogenic factors are not particularly limited, and examples thereof include human lung fibroblasts, tumor cells such as glioblastoma, and the like.

血管新生因子を産生する細胞をマイクロ流体デバイス1に導入する方法として、マイクロ流体デバイス1の第一の流路4又は第二の流路8に導入してもよく、第一の流路4に血管内皮細胞を導入する場合もあるため、血管新生因子を産生する細胞は第二の流路8に導入するのが好適である。血管新生因子の濃度は、導入する血管新生因子を産生する細胞の数又は濃度で調節できる。血管新生因子を産生する細胞がヒト肺線維芽細胞である場合、第一の流路4又は第二の流路8におけるヒト肺線維芽細胞の濃度は、1×10~1×10細胞/mL、又は1×105~1×10細胞/mLであってよい。 As a method of introducing cells that produce angiogenic factors into the microfluidic device 1, they may be introduced into the first channel 4 or the second channel 8 of the microfluidic device 1. Since vascular endothelial cells may be introduced, it is preferable to introduce cells that produce angiogenic factors into the second channel 8 . The concentration of angiogenic factors can be adjusted by the number or concentration of angiogenic factor-producing cells to be introduced. When the cells that produce angiogenic factors are human lung fibroblasts, the concentration of human lung fibroblasts in the first channel 4 or the second channel 8 is 1×10 3 to 1×10 8 cells. cells/mL, or between 1×10 5 and 1×10 7 cells/mL.

血管新生因子を含む流体は、緩衝液等の水溶液であってもよく、又は、細胞を培養するための培地であってもよい。流体は、血管新生因子以外に、他の血管新生を促進する成分を含んでもよい。培地としては、血管内皮細胞、又は他の血管新生因子を産生する細胞を培養できる液体培地であればよく、例えばEGM-2(Lonza社)等が挙げられる。 The angiogenic factor-containing fluid may be an aqueous solution such as a buffer solution, or a medium for culturing cells. The fluid may contain other angiogenesis-promoting components in addition to angiogenic factors. The medium may be any liquid medium capable of culturing vascular endothelial cells or cells that produce other angiogenic factors, such as EGM-2 (Lonza).

本発明に係る培養方法において、血管床を形成する工程が、第一の流路4に血管内皮細胞を導入することをさらに含んでもよい。添加方法は第一の流体供給部9を介して、血管内皮細胞の懸濁液を添加すればよく、また、血管内皮細胞が第一の流路4の血管床保持チャンバー2側の側壁に接合させたほうが好ましい。接合方法は、例えば、血管内皮細胞の懸濁液を添加したのち、デバイスを90°傾けた状態にして血管床保持チャンバー2側の側壁を下にして細胞の自然沈降によって接合させることが挙げられる。血管内皮細胞を添加しなくても、血管床保持チャンバー2で血管床が構築されるが、第一の流路4に血管内皮細胞が添加されることで、血管床保持チャンバー2内外の血管内皮細胞と繋がる傾向にあり、血管床保持チャンバー2内で形成された血管内皮細胞の管腔が、第一の流路4側への開口しやすくなる。それによって、第一の流路4へ液体を供給することで血管床の灌流ができるようになる。添加される血管内皮細胞は血管床保持チャンバー2内に添加される血管内皮細胞と同種のものであることが好ましい。 In the culture method according to the present invention, the step of forming a vascular bed may further include introducing vascular endothelial cells into the first channel 4 . As for the addition method, a suspension of vascular endothelial cells may be added via the first fluid supply unit 9, and the vascular endothelial cells are bonded to the side wall of the first channel 4 on the vascular bed holding chamber 2 side. It is preferable to let As a bonding method, for example, after adding a suspension of vascular endothelial cells, the device is tilted at 90° and the side wall on the side of the vascular bed holding chamber 2 is placed downward for bonding by natural sedimentation of the cells. . A vascular bed is constructed in the vascular bed retention chamber 2 without adding vascular endothelial cells. It tends to connect with cells, and the lumen of the vascular endothelial cells formed in the vascular bed retention chamber 2 easily opens to the first channel 4 side. This allows perfusion of the vascular bed by supplying liquid to the first channel 4 . The vascular endothelial cells to be added are preferably of the same type as the vascular endothelial cells to be added in the vascular bed retention chamber 2 .

第一の流路4に血管新生因子を含む流体を供給し、血管床保持チャンバー2に血管内皮細胞を含む培地を供給したのち、培地交換しながら、培養するのが好適である。培養条件は一般的な細胞培養条件であればよく、特に限定されない。培地や流体の量がごく微量のため、乾かないように環境湿度を調節したほうがよい。 After supplying a fluid containing an angiogenic factor to the first channel 4 and supplying a medium containing vascular endothelial cells to the vascular bed holding chamber 2, culture is preferably performed while exchanging the medium. The culture conditions are not particularly limited as long as they are general cell culture conditions. Since the amount of medium and fluid is very small, it is better to control the environmental humidity so that it does not dry out.

培養開始2~4日後に、第一の流路4に血管内皮細胞をさらに導入するのが好適である。第一の流路4に導入される血管内皮細胞は、第一の流路4から血管床保持チャンバー2に向かって内腔を有する血管網を形成できるため、第一の流路4の連通する血管床を構築できる。 It is preferable to further introduce vascular endothelial cells into the first channel 4 2 to 4 days after the start of culture. The vascular endothelial cells introduced into the first flow path 4 can form a vascular network having a lumen from the first flow path 4 toward the vascular bed retention chamber 2, so that the first flow path 4 communicates. A vascular bed can be constructed.

培養開始6~7日後、血管床保持チャンバー2内に血管床が形成される。本発明に係る培養方法によって形成される血管床は、直径30~80μm、場合によって50μm程度の内腔を有する血管網が均一に広がる血管床である。 Six to seven days after the start of culture, a vascular bed is formed in the vascular bed holding chamber 2 . The vascular bed formed by the culture method according to the present invention is a vascular bed in which a vascular network having a lumen with a diameter of 30 to 80 μm, in some cases about 50 μm, spreads uniformly.

本発明に係る培養方法において、血管床が形成されたのち、隔壁5を除去し、形成された血管床の上に立体組織を設置し、培養する工程が含まれる。 The culture method according to the present invention includes a step of removing the septum 5 after the formation of the vascular bed, placing a three-dimensional tissue on the formed vascular bed, and culturing.

立体組織(3次元組織)は、1種又は2種以上の細胞からなる立体構造を有する組織又は組織様細胞凝集体である。本発明の培養方法によって培養可能な立体組織は、特に限定されず、任意の細胞からなる立体組織であってよい。例えば、生体から分離した立体組織又は人工的に構築した立体組織であってもよい。生体から分離した立体組織は任意の動物から分離した任意の立体組織であってよく、また、正常な組織であってもよく、腫瘍組織などの異常な組織であってもよい。人工的に構築した立体組織としては、例えば腫瘍環境を模したスフェロイド、ES細胞又はヒトiPS細胞等の幹細胞から誘導分化したオルガノイド等が挙げられる。立体組織は、その内部に血管又は血管網を有してもよく、有さなくてもよい。 A three-dimensional tissue (three-dimensional tissue) is a tissue or tissue-like cell aggregate having a three-dimensional structure composed of one or more types of cells. The three-dimensional tissue that can be cultured by the culture method of the present invention is not particularly limited, and may be any three-dimensional tissue composed of cells. For example, it may be a three-dimensional tissue separated from a living body or an artificially constructed three-dimensional tissue. A three-dimensional tissue isolated from a living body may be any three-dimensional tissue isolated from any animal, and may be a normal tissue or an abnormal tissue such as a tumor tissue. Artificially constructed three-dimensional tissues include, for example, spheroids simulating a tumor environment, organoids derived from stem cells such as ES cells or human iPS cells, and the like. A three-dimensional tissue may or may not have blood vessels or a network of blood vessels therein.

立体組織の内部に血管又は血管網を有する場合、立体組織を血管床の上に設置してから凡そ2~7日間で、血管床中の血管と立体組織内の血管とが連通(融合)し、血管床から立体組織へ養分又は薬剤を供与できるようになる。一方、立体組織の内部に血管又は血管網を有さない場合、立体組織を血管床の上に設置してから凡そ2~7日間で、血管床から血管が立体組織へ血管が延び、立体組織内に血管網が形成され、血管床から立体組織へ養分又は薬剤を供与できるようになる。これにより、立体組織をより長期間培養することができる。 When the three-dimensional tissue has blood vessels or a vascular network inside, the blood vessels in the vascular bed and the blood vessels in the three-dimensional tissue communicate (fuse) in about 2 to 7 days after placing the three-dimensional tissue on the vascular bed. , to be able to deliver nutrients or drugs from the vascular bed to the tissue. On the other hand, when the three-dimensional tissue does not have blood vessels or a vascular network inside the three-dimensional tissue, the blood vessels extend from the vascular bed to the three-dimensional tissue in about 2 to 7 days after placing the three-dimensional tissue on the vascular bed. A network of blood vessels is formed within, allowing the supply of nutrients or drugs from the vascular bed to the tissue. This allows the three-dimensional tissue to be cultured for a longer period of time.

本発明に係る培養方法にしたがって血管床上において培養した立体組織は、流路及びそれにつながった血管床を通して立体組織の内部への経血管的な養分又は薬剤の投与も可能であるため、デバイス上で立体組織を培養しながら、創薬研究、発生若しくは再生医療研究等に利用され得る。 A three-dimensional tissue cultured on a vascular bed according to the culture method according to the present invention is capable of transvascularly administering nutrients or drugs into the three-dimensional tissue through channels and the vascular bed connected thereto. While culturing the three-dimensional tissue, it can be used for drug discovery research, developmental or regenerative medicine research, and the like.

本発明に係る培養方法において、得られた立体組織を単離する工程をさらに含んでもよい。単離された立体組織は、立体組織を用いたin vivoの実験や、生体移植等の用途に利用され得る。 The culture method according to the present invention may further include a step of isolating the obtained three-dimensional tissue. The isolated three-dimensional tissue can be used for applications such as in vivo experiments using the three-dimensional tissue and for living body transplantation.

以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will now be described more specifically based on examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

<実施例1 マイクロ流体デバイスの作製>
図1に示すマイクロ流体デバイスの一例を作製した。まず、図5に示した第一の基板100、図6に示される隔壁5、及び図7に示される第二の基板200をそれぞれ作製した。
<Example 1 Fabrication of microfluidic device>
An example of the microfluidic device shown in FIG. 1 was fabricated. First, the first substrate 100 shown in FIG. 5, the partition wall 5 shown in FIG. 6, and the second substrate 200 shown in FIG. 7 were produced.

隔壁5として、アルギン酸塩膜をJ.Liら(J. Li, J. He, Y.Huang, D. Li and X. Chen, Carbohydr. Polym., 2015, 123, 208-216)に開示の方法に準じて、カルシウムイオンと架橋反応させることにより作製した。まず、滅菌水にアルギン酸ナトリウムを2%の濃度になるように溶解させ、アルギン酸塩溶液を作製した。直径35mmの培養皿にアルギン酸塩溶液を3mL入れた後、35℃で一晩乾燥させ、アルギン酸塩膜を得た。そのアルギン酸塩膜を塩化カルシウム溶液に1時間浸した。塩化カルシウム溶液は、30%(v/v)のエタノールを含む脱イオン水に、100mMになるよう塩化カルシウムを溶かすことにより準備した。その後、架橋反応させたアルギン酸塩膜を脱イオン水で洗浄した。アルギン酸塩膜を2枚のガラス板に挟み、クリップでさらに挟んだ後、35℃で乾燥させた。得られたアルギン酸膜の厚さは約40μmであった。最後に、第二の基板に貼るため、4.5mm×5mmの長方形を切り出し、隔壁5とした。 As the partition wall 5, an alginate film was used as described in J. Am. Cross-linking reaction with calcium ions according to the method disclosed in Li et al. It was made by First, sodium alginate was dissolved in sterilized water to a concentration of 2% to prepare an alginate solution. After putting 3 mL of the alginate solution into a culture dish with a diameter of 35 mm, it was dried overnight at 35° C. to obtain an alginate film. The alginate membrane was soaked in calcium chloride solution for 1 hour. A calcium chloride solution was prepared by dissolving calcium chloride to 100 mM in deionized water containing 30% (v/v) ethanol. After that, the cross-linked alginate film was washed with deionized water. The alginate film was sandwiched between two glass plates, further clipped, and dried at 35°C. The thickness of the resulting alginic acid film was about 40 μm. Finally, a rectangle of 4.5 mm×5 mm was cut out to form the partition wall 5 in order to attach it to the second substrate.

第一の基板100は、図8に示される手順でソフトリソグラフィーによって作製した。支持部材111として、厚さ100μmのシリコンウェハを用いた。支持部材111の上に、フォトリソグラフィによってSU-8 3050(MicroChem、米国)をパターン112にパターン化した。支持部材111を後で取り除きやすくするため、トリクロロ-(1H,1H,2H,2H-ペルフルオロオクチル)シラン(Sigma)で処理した。さらに該パターン化したSU-8 3050からなるパターン112及び支持部材111の上に、ポリジメチルシロキサン(PDMS)プレポリマー(PDMS主剤:硬化剤=10:1(重量比))(東レ・ダウコーニング株式会社、日本)を500rpm、15秒でスピンコートし、続いて真空チャンバー内で30分間脱気した。その後、静置し、70℃で2時間PDMSプレポリマーを硬化させ、硬化物113を得た(図8の(a))。 A first substrate 100 was fabricated by soft lithography according to the procedure shown in FIG. A silicon wafer having a thickness of 100 μm was used as the support member 111 . SU-8 3050 (MicroChem, USA) was patterned into a pattern 112 on the support member 111 by photolithography. To facilitate later removal of the support member 111, it was treated with trichloro-(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane (Sigma). Furthermore, on the patterned SU-8 3050 pattern 112 and the support member 111, polydimethylsiloxane (PDMS) prepolymer (PDMS main agent: curing agent = 10: 1 (weight ratio)) (Dow Corning Toray Co., Ltd.) company, Japan) was spin-coated at 500 rpm for 15 seconds, followed by degassing in a vacuum chamber for 30 minutes. Then, it was allowed to stand and the PDMS prepolymer was cured at 70° C. for 2 hours to obtain a cured product 113 (FIG. 8(a)).

硬化物113を、SU-8 3050からなるパターン112及び支持部材111から剥がし、24mm×24mm×0.5mmの第一の基板100を得た。第一の基板100をひっくり返して、支持体114としての24mm×24mmのスライドガラス(松波硝子工業、日本)上に載せた(図8の(b))。 The cured product 113 was peeled off from the pattern 112 made of SU-8 3050 and the support member 111 to obtain a first substrate 100 of 24 mm×24 mm×0.5 mm. The first substrate 100 was turned over and placed on a 24 mm×24 mm slide glass (Matsunami Glass Industry, Japan) as a support 114 (FIG. 8(b)).

作製された支持体114によって支持される第一の基板100は、図5に示されるように、凹部102、第一の壁部3、第一の溝部104、第二の壁部7、及び第二の溝部108を備えるものであった。第一の壁部3及び第二の壁部7はそれぞれ、長さが4.1mmであり、第一のスリット21又は第二のスリット22を20個等間隔に備えておいる。第一の溝部104における第及び第二の溝部108は、長さが6.1mmであり、径が1mmであった。凹部102、第一の溝部104及び第二の溝部108の深さは100μmであった。 The first substrate 100 supported by the fabricated support 114 has, as shown in FIG. It had two grooves 108 . The first wall portion 3 and the second wall portion 7 each have a length of 4.1 mm, and are provided with twenty first slits 21 or second slits 22 at regular intervals. The first and second grooves 108 in the first groove 104 had a length of 6.1 mm and a diameter of 1 mm. The depth of the concave portion 102, the first groove portion 104 and the second groove portion 108 was 100 μm.

第二の基板200は、図9に示される手順で作製した。隔壁5の型302とし、2枚の4.5mm×5~6mmのセロファンテープ(総厚さ100μm)を用いた。2枚のセロファンテープをプラスチックの容器301の中央に取り付けたのち、プレポリマー303としてのPDMSプレポリマーを、容器301に注いだ後、真空チャンバー内で1時間脱気し、80℃で2時間硬化させた(図9の(a))。硬化物を容器301から剥がし、図6に示される、貫通孔206、二対の第一の流体供給貫通孔209、二対の第二の流体供給貫通孔210、及び一対の血管内皮細胞供給貫通孔211をそれぞれ生検パンチ(Sterile Dermal Biopsy Punch、貝印株式会社、日本)で穿孔し、第二の基板200の一例であるポリマー基板304を得た(図9の(b))。ポリマー基板304における貫通孔206、第一の流体供給貫通孔209、第二の流体供給貫通孔210、及び血管内皮細胞供給貫通孔211は、それぞれ3.5mm、6mm、2mm、及び2mmの直径を有する。 A second substrate 200 was produced by the procedure shown in FIG. As the mold 302 of the partition wall 5, two pieces of cellophane tape (total thickness: 100 μm) of 4.5 mm×5 to 6 mm were used. After attaching two pieces of cellophane tape to the center of the plastic container 301, the PDMS prepolymer as the prepolymer 303 was poured into the container 301, degassed in a vacuum chamber for 1 hour, and cured at 80°C for 2 hours. ((a) of FIG. 9). The cured product is peeled from the container 301 and the through holes 206, two pairs of first fluid feed through holes 209, two pairs of second fluid feed through holes 210, and a pair of vascular endothelial cell feed through holes shown in FIG. Each hole 211 was punched with a biopsy punch (Sterile Dermal Biopsy Punch, Kaijirushi Co., Ltd., Japan) to obtain a polymer substrate 304, which is an example of the second substrate 200 (FIG. 9(b)). Through-holes 206, first fluid feed-through hole 209, second fluid feed-through hole 210, and vascular endothelial cell feed-through hole 211 in polymer substrate 304 have diameters of 3.5 mm, 6 mm, 2 mm, and 2 mm, respectively. have.

続いて、ポリマー基板304における隔壁5のための空隙にグルー305としてのPDMSプレポリマーを塗り、その上、上記の方法で作製された膜状隔壁306をグルー305の上に載せて、70℃、30分硬化することで、ポリマー基板304と隔壁5とを接着させた。 Subsequently, a PDMS prepolymer as a glue 305 was applied to the gaps for the barrier ribs 5 in the polymer substrate 304, and the membrane-shaped barrier ribs 306 prepared by the above method were placed on the glue 305 and heated at 70°C. By curing for 30 minutes, the polymer substrate 304 and the partition wall 5 were adhered.

さらに、第一の基板100とポリマー基板304とが接するそれぞれの面を大気プラズマ(50sccm、270pa、40W、Femto Science Cute)で40秒プラズマ処理しによってプラズマ加工し、両者を密に接合して、マイクロ流体デバイス1を作製した。 Furthermore, the surfaces of the first substrate 100 and the polymer substrate 304 that are in contact with each other are plasma-processed by plasma treatment for 40 seconds with atmospheric plasma (50 sccm, 270 pa, 40 W, Femto Science Cute), and the two are tightly bonded, A microfluidic device 1 was fabricated.

<実施例2 血管床の構築及び立体組織の培養>
(細胞培養)
緑色蛍光タンパク質を発現するヒト臍帯静脈内皮細胞(GFP-HUVEC(Human Umbilical Vein Endothelial Cells)、Angio Proteomie、米国)、及び、赤色蛍光タンパク質を発現するヒト臍帯静脈内皮細胞(RFP-HUVEC、Angio Proteomie)を、内皮細胞増殖培地-2(EGM-2、Lonza、スイス)で培養し、4~6継代の細胞を実験に使用した。使用したEGM-2には、EGM-2のサプリメントの1つであるゲンタマイシンの代わりに、1%ペニシリン及びストレプトマイシン(P/S、Thermo Fisher Scientific、米国)を含んだ。ヒト肺線維芽細胞(hLF(Human Lung Fibroblasts)、Lonza)を線維芽細胞増殖培地-2(FGM-2、Lonza)で培養し、継代4~5細胞を実験に使用した。共培養スフェロイドを調製するために、hLFとHUVECを200μLのEGM-2に4:1(2.0×10細胞:5.0×10細胞)の割合で混合した。スフェロイドは、マイクロ流体デバイスに導入する前に、U字底の96ウェルプレート(住友ベークライト、日本)で1日間培養した。
<Example 2 Construction of vascular bed and culture of three-dimensional tissue>
(cell culture)
Human Umbilical Vein Endothelial Cells Expressing Green Fluorescent Protein (GFP-HUVEC, Angio Proteomie, USA) and Human Umbilical Vein Endothelial Cells Expressing Red Fluorescent Protein (RFP-HUVEC, Angio Proteomie) were cultured in endothelial cell growth medium-2 (EGM-2, Lonza, Switzerland) and cells at passages 4-6 were used for experiments. The EGM-2 used contained 1% penicillin and streptomycin (P/S, Thermo Fisher Scientific, USA) instead of gentamicin, one of the EGM-2 supplements. Human lung fibroblasts (hLF (Human Lung Fibroblasts), Lonza) were cultured in fibroblast growth medium-2 (FGM-2, Lonza) and passage 4-5 cells were used for experiments. To prepare co-culture spheroids, hLF and HUVEC were mixed in 200 μL of EGM-2 at a ratio of 4:1 (2.0×10 4 cells:5.0×10 3 cells). Spheroids were cultured in U-bottomed 96-well plates (Sumitomo Bakelite, Japan) for 1 day before introduction into the microfluidic device.

(細胞の導入)
実施例1で作製したマイクロ流体デバイス1を用いて、立体組織を培養した。まず、上記デバイスをUVで滅菌した。フィブリノーゲン粉末(Sigma)を2.8mg/mLになるようにPBSに溶かした。コラーゲンI(Corning)をpHが7となるよう中和し、3.0mg/mLになるようにPBSに溶かした。さらに、107.2μLの上記フィブリノーゲン溶液と、8.0μLの上記コラーゲンI溶液と、3.6μLのアプロチニン(Sigma)(5U/mL)とを混合し、ゲル溶液を作製した。
(Introduction of cells)
Using the microfluidic device 1 produced in Example 1, a three-dimensional tissue was cultured. First, the device was UV sterilized. Fibrinogen powder (Sigma) was dissolved in PBS to 2.8 mg/mL. Collagen I (Corning) was neutralized to pH 7 and dissolved in PBS to 3.0 mg/mL. Furthermore, 107.2 μL of the fibrinogen solution, 8.0 μL of the collagen I solution, and 3.6 μL of aprotinin (Sigma) (5 U/mL) were mixed to prepare a gel solution.

上記培養したGFP-HUVEC及びhLFをトリプシンで剥離し、10%FBSを含むDMEM培地で中和し、トリプシンの作用を止め、遠心分離用チューブに回収し、220×gで3分間遠心した。GFP-HUVEC及びhLFをそれぞれ8×10cells/mL及び5×10cells/mLになるように、ゲル溶液に懸濁した。得られた細胞懸濁液を99μL分注し、50U/mLのトロンビン(Thrombin)を1μL入れた。得られた細胞懸濁液に含まれるフィブリノーゲン、コラーゲンI、アプロチニン及びトロンビンの濃度はそれぞれ、2.5mg/mL、0.2mg/mL、0.15U/mL及び0.5U/mLとなった。 The cultured GFP-HUVEC and hLF were detached with trypsin, neutralized with DMEM medium containing 10% FBS to stop the action of trypsin, collected in a centrifugation tube, and centrifuged at 220×g for 3 minutes. GFP-HUVEC and hLF were suspended in the gel solution to 8×10 6 cells/mL and 5×10 6 cells/mL, respectively. 99 μL of the obtained cell suspension was dispensed, and 1 μL of 50 U/mL thrombin was added. The concentrations of fibrinogen, collagen I, aprotinin and thrombin contained in the obtained cell suspension were 2.5 mg/mL, 0.2 mg/mL, 0.15 U/mL and 0.5 U/mL, respectively.

図10に示されるように、30μLのGFP-HUVEC懸濁液を血管内皮細胞供給部11を介して、血管床保持チャンバー2に導入した。20μLのhLF懸濁液を第二の流体供給部10を介して、一対の第二の流路8にそれぞれ導入した。15分間、COインキュベータでインキュベートした。続いて、血管床保持チャンバー2及び一対の第二の流路8にEGM-2培地を導入した。乾燥を防ぐため,濡れたキムワイプ(登録商標)を入れた100mmディッシュにマイクロ流体デバイス1を入れ、COインキュベータで培養した。 As shown in FIG. 10, 30 μL of the GFP-HUVEC suspension was introduced into the vascular bed retention chamber 2 via the vascular endothelial cell supply 11 . 20 μL of hLF suspension was introduced into each of the pair of second channels 8 via the second fluid supply 10 . Incubated for 15 minutes in a CO2 incubator. Subsequently, EGM-2 medium was introduced into the vascular bed holding chamber 2 and the pair of second channels 8 . To prevent drying, the microfluidic device 1 was placed in a 100 mm dish with wet Kimwipes® and incubated in a CO 2 incubator.

培養2日目、EGM-2培地に5×10cells/mLになるように懸濁したGFP-HUVEC懸濁液を用意し、第一の流体供給部9を介して、片方の第一の流路4に20μL導入した。90°傾けた状態で30分インキュベートし、それによってゲル面にGFP-HUVECを接着させた。もう片方の第一の流路4にも、同様にGFP-HUVEC懸濁液を20μL導入し、HUVECをゲル面に接着させた。続いて、2日間ごと培地交換し、培養した。培養4日目から血管床保持チャンバー2に形成されつつある血管網(血管床)とゲル面に接着させた血管内皮細胞が接合する様子が観察された。 On the second day of culture, a GFP-HUVEC suspension suspended in EGM-2 medium at a concentration of 5×10 6 cells/mL was prepared, and via the first fluid supply unit 9, one of the first 20 μL was introduced into the channel 4 . The plate was incubated at a 90° tilt for 30 minutes, thereby allowing GFP-HUVEC to adhere to the gel surface. Similarly, 20 μL of the GFP-HUVEC suspension was introduced into the other first channel 4 to adhere HUVECs to the gel surface. Subsequently, the medium was changed every two days and cultured. From the 4th day of culture, it was observed that the vascular network (vascular bed) which was being formed in the vascular bed holding chamber 2 and the vascular endothelial cells adhered to the gel surface were joined together.

(スフェロイドの導入)
培養7日目に、開口部6に50mM EDTA(Thermo Fisher Scientific)/DPBS(ダルベッコのリン酸緩衝生理食塩水)を20μL入れ、3分間室温でインキュベートし、隔壁5のアルギン酸塩膜を溶かした。DPBSで3回洗浄して過剰のEDTAを除去したのち、すべての供給部(第一の流体供給部9、第二の流体供給部10、血管内皮細胞供給部11)から培地を吸い取り、2.5×10個のRFP-HUVECと1×10個のhLFで構築したスフェロイドを血管床保持チャンバー2に導入した。COインキュベータで37℃、30分間インキュベートし、スフェロイドをゲルに接着させた。新鮮なEGM-2培地をすべての供給部から供給し、血管床保持チャンバー2、第一の流路4、及び第二の流路8を満たした。2日ごとに培地交換し、構築した血管床の上においてスフェロイドを培養した。
(Introduction of spheroids)
On day 7 of culture, 20 μL of 50 mM EDTA (Thermo Fisher Scientific)/DPBS (Dulbecco's phosphate-buffered saline) was put into the opening 6 and incubated at room temperature for 3 minutes to dissolve the alginate membrane of the septum 5 . After three washes with DPBS to remove excess EDTA, aspirate medium from all supplies (first fluid supply 9, second fluid supply 10, vascular endothelial cell supply 11);2. Spheroids constructed with 5×10 4 RFP-HUVEC and 1×10 5 hLF were introduced into vascular bed retention chamber 2 . Incubation at 37° C. for 30 minutes in a CO 2 incubator allowed the spheroids to adhere to the gel. Fresh EGM-2 medium was supplied from all supplies to fill the vascular bed holding chamber 2, the first channel 4, and the second channel 8. The medium was replaced every two days, and spheroids were cultured on the constructed vascular bed.

<実施例3 血管床の灌流性の可視化>
実施例2で形成された血管床の灌流性を調べるために、血管床が完全に形成された培養7日目、隔壁5を取り除く前に、デバイスのすべて供給部からEGM-2培地を除去した後、蛍光色素である、10μMのローダミン-デキストラン(rhodamine-dextran、70kDa、Sigma)のDPBS溶液を一対の第一の流路4の片方のみに導入した。そして蛍光色素溶液は、一対の第一の流路4の間液面差によって、血管床の血管内腔に灌流された。蛍光色素溶液が血管内腔を流れる様子を観察した。イメージング電荷結合素子カメラ(DP74)を備えた倒立顕微鏡(CKX53、Olympus)及び4倍対物レンズ(Olympus)を用いて、蛍光画像を撮影した。
<Example 3 Visualization of vascular bed perfusion>
To examine the perfusion properties of the vascular beds formed in Example 2, EGM-2 medium was removed from all supplies of the device on day 7 of culture, when the vascular beds were fully formed, before removing septum 5. After that, a DPBS solution of 10 μM rhodamine-dextran (70 kDa, Sigma), which is a fluorescent dye, was introduced into only one of the pair of first channels 4 . The fluorochrome solution was then perfused into the vascular lumen of the vascular bed by the liquid level difference between the pair of first channels 4 . We observed how the fluorescent dye solution flowed through the lumen of the blood vessel. Fluorescence images were taken using an inverted microscope (CKX53, Olympus) equipped with an imaging charge-coupled device camera (DP74) and a 4x objective (Olympus).

結果を図12に示した。図12の(a)は、血管内皮細胞自体の蛍光(GFP)を観察した蛍光画像であり、(b)は血管内腔における灌流された蛍光色素(ローダミン-デキストラン)を観察した蛍光画像である。図12から、内腔を有する血管網が形成されており、また該血管網の血管壁から溶液が漏出していないことが確認された。 The results are shown in FIG. (a) of FIG. 12 is a fluorescence image obtained by observing the fluorescence (GFP) of the vascular endothelial cells themselves, and (b) is a fluorescence image obtained by observing the perfused fluorescent dye (rhodamine-dextran) in the lumen of the blood vessel. . From FIG. 12, it was confirmed that a vascular network having lumens was formed and no solution leaked from the vascular wall of the vascular network.

<実施例4 立体組織の分析>
スフェロイドの導入4日後、イメージング電荷結合素子カメラ(DP74)を備えた倒立顕微鏡(CKX53、Olympus)及び4倍対物レンズ(Olympus)を用いて、タイムラプス明視野及び蛍光画像を撮影した。断面画像は、20倍及び40倍レンズと、波長488及び561のスペクトルレーザーを備えた共焦点顕微鏡(FV3000、オリンパス)を介して取得した。得られた画像をImageJソフトウェア(National Institutes of Health、メリーランド州メリーランド州)で分析した。
<Example 4 Analysis of three-dimensional structure>
Four days after spheroid introduction, time-lapse bright-field and fluorescence images were taken using an inverted microscope (CKX53, Olympus) equipped with an imaging charge-coupled device camera (DP74) and a 4x objective (Olympus). Cross-sectional images were acquired via a confocal microscope (FV3000, Olympus) equipped with 20x and 40x lenses and 488 and 561 wavelength spectral lasers. The resulting images were analyzed with ImageJ software (National Institutes of Health, Md.).

結果を図13に示した。図13から、スフェロイドの内部まで血管網が延びており、また、最初に作製した血管床とスフェロイド内部の血管網とが連通していることが確認された。 The results are shown in FIG. From FIG. 13, it was confirmed that the vascular network extends to the inside of the spheroid, and that the initially prepared vascular bed communicates with the vascular network inside the spheroid.

<実施例5 血管床の構築における隔壁の作用の検討>
実施例1で作製したデバイス(隔壁有りデバイス)、及び、アルギン酸塩膜の隔壁がない以外隔壁有りデバイスと同じである隔壁無しデバイスを用いて、隔壁の有無による影響を調べた。
<Example 5 Examination of the action of the septum in the construction of the vascular bed>
Using the device prepared in Example 1 (device with partition walls) and a device without partition walls, which is the same as the device with partition walls except that the alginate membrane does not have partition walls, the effect of the presence or absence of partition walls was investigated.

血管床構築実験の前に、隔壁無しデバイスの血管床保持チャンバー2をチップで塞いだ。具体的に、図14に示すように、1mLのピペットチップに適量のPDMSを入れて固め、さらにチップの先端を切ったものを、隔壁無しデバイスの開口部6に入れ、血管床保持チャンバー2を塞いだ。その後、隔壁有りデバイスと隔壁無しデバイスを用いて、実施例2と同様な手順で血管床の構築を試みた。実施例2と同様にGFP-HUVEC懸濁液及びhLF懸濁液を準備し、GFP-HUVEC懸濁液50μLを血管床保持チャンバー2に導入し、hLF懸濁液20μLを一対の第二の流路8にそれぞれ導入した後、隔壁無しデバイスからチップを外した。その後、15分間、COインキュベータで培養した。さらに、一対の第二の流路にEGM-2培地を導入した。培養2日目、実施例2と同様の手順で、一対の第一の流路4の側壁にそれぞれGFP-HUVECを接着させ、さらに2日間ごと培地交換し、培養した。培養4日目から血管床保持チャンバー2に形成された血管網(血管床)を観察した。 Prior to the vascular bed construction experiment, the vascular bed retention chamber 2 of the septumless device was plugged with a chip. Specifically, as shown in FIG. 14, an appropriate amount of PDMS was put into a 1 mL pipette tip and hardened, and the tip of the tip was cut and put into the opening 6 of the septumless device to form the vascular bed holding chamber 2. blocked. After that, using a device with a septum and a device without a septum, construction of a vascular bed was attempted in the same manner as in Example 2. A GFP-HUVEC suspension and an hLF suspension were prepared as in Example 2, 50 μL of the GFP-HUVEC suspension was introduced into the vascular bed holding chamber 2, and 20 μL of the hLF suspension was introduced into a pair of second streams. After each introduction into channel 8, the chip was removed from the septumless device. It was then incubated in a CO2 incubator for 15 minutes. In addition, EGM-2 medium was introduced into a pair of second channels. On the second day of culture, GFP-HUVEC was attached to the sidewalls of the pair of first flow channels 4 by the same procedure as in Example 2, and the medium was changed every two days and cultured. The vascular network (vascular bed) formed in the vascular bed holding chamber 2 was observed from day 4 of culture.

隔壁有りデバイスの結果を図15の(a)に、隔壁無しデバイスの結果を図15の(b)に示す。隔壁が存在する場合と比較し、隔壁が存在しない場合では血管床保持チャンバー2で十分な血管網の構築を観察することができなかった。隔壁がないと、細胞懸濁液の多くが天井のない血管床保持チャンバー2の中央部に流入した。その結果、血管床保持チャンバー2の中央部の細胞数が多くなり、培地の供給が不足してしまい、血管網が上手く構築できなかったと考えられる。 The results for the device with partitions are shown in FIG. 15(a), and the results for the device without partitions are shown in FIG. 15(b). Compared to the case where the septum was present, the construction of a sufficient vascular network could not be observed in the vascular bed holding chamber 2 when the septum was not present. Without the septum, much of the cell suspension flowed into the center of the vascular bed holding chamber 2, which had no ceiling. As a result, the number of cells in the central portion of the vascular bed holding chamber 2 increased, the supply of culture medium was insufficient, and the vascular network could not be successfully constructed.

1…デバイス本体、2…血管床保持チャンバー、3…第一の壁部、4…第一の流路、5…隔壁、6…開口部、7…第二の壁部、8…第二の流路、9…第一の流体供給部、10…第二の流体供給部、11…血管内皮細胞供給部、21…第一のスリット、22…第二のスリット、100…第一の基板、102…凹部、104…第一の溝部、108…第二の溝部、111…支持部材、112…パターン、113…硬化物、114…支持体、200…第二の基板、206…貫通孔、209…第一の流体供給貫通孔、210…第二の流体供給貫通孔、211…血管内皮細胞供給貫通孔、301…容器、302…型、303…プレポリマー、304…ポリマー基板、305…グルー、306…膜状隔壁。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Device main body 2... Vascular bed holding chamber 3... First wall part 4... First flow path 5... Partition wall 6... Opening part 7... Second wall part 8... Second wall part Flow path 9 First fluid supply unit 10 Second fluid supply unit 11 Vascular endothelial cell supply unit 21 First slit 22 Second slit 100 First substrate DESCRIPTION OF SYMBOLS 102... Concave part 104... First groove part 108... Second groove part 111... Support member 112... Pattern 113... Cured material 114... Support body 200... Second substrate 206... Through hole 209 ... first fluid supply through-hole, 210 ... second fluid supply through-hole, 211 ... vascular endothelial cell supply through-hole, 301 ... container, 302 ... mold, 303 ... prepolymer, 304 ... polymer substrate, 305 ... glue, 306... Membrane partition wall.

Claims (17)

マイクロ流体デバイスであって、
デバイス本体と、
前記デバイス本体に設けられた第一の流路と、
前記デバイス本体における前記第一の流路に隣接し、第一の壁部を介して設けられた血管床保持チャンバーと、
前記デバイス本体に設けられ、前記血管床保持チャンバーと連通する開口部と、
前記開口部を塞ぐように設けられた隔壁とを備え、
前記第一の壁部には、複数の第一のスリットが形成されており、
前記隔壁は、除去可能である、マイクロ流体デバイス。
A microfluidic device,
the device itself,
a first channel provided in the device body;
a vascular bed holding chamber adjacent to the first channel in the device body and provided via a first wall;
an opening provided in the device body and communicating with the vascular bed retention chamber;
A partition provided to block the opening,
A plurality of first slits are formed in the first wall,
A microfluidic device, wherein the septum is removable.
前記第一の流路が一対設けられ、
一対の前記第一の流路のそれぞれが、前記血管床保持チャンバーに前記第一の壁部を介して隣接している、請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
A pair of the first flow paths are provided,
2. The microfluidic device of claim 1, wherein each of the pair of first channels is adjacent to the vascular bed retention chamber via the first wall.
前記隔壁が前記血管床保持チャンバーと前記開口部との間に設けられる、請求項1又は2に記載のマイクロ流体デバイス。 3. The microfluidic device according to claim 1 or 2, wherein the septum is provided between the vascular bed holding chamber and the opening. 前記隔壁が化学的方法又は物理的方法によって除去可能な隔壁である、請求項1~3のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device according to any one of claims 1 to 3, wherein the partition is removable by a chemical method or a physical method. 前記隔壁が水溶性材料から形成される膜状隔壁である、請求項1~4のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device according to any one of claims 1 to 4, wherein the partition is a membrane partition made of a water-soluble material. 前記第一の壁部における第一のスリットは、スリット幅が50μm~200μmとなるように等間隔に形成されている、請求項1~5のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。 6. The microfluidic device according to any one of claims 1 to 5, wherein the first slits in the first wall are formed at regular intervals so that the slit width is 50 µm to 200 µm. 前記第一の流路に連通する第一の流体供給部をさらに備える、請求項1~6のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。 The microfluidic device according to any one of claims 1 to 6, further comprising a first fluid supply unit communicating with said first channel. 前記デバイス本体に設けられた第二の流路をさらに備え、
前記第二の流路は、前記第一の流路に第二の壁部を介して隣接し、
前記第二の壁部には、複数の第二のスリットが形成されている、請求項1~7のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
further comprising a second flow path provided in the device body,
The second channel is adjacent to the first channel via a second wall,
The microfluidic device according to any one of claims 1 to 7, wherein the second wall is formed with a plurality of second slits.
前記第一の流路が一対設けられ、一対の前記第一の流路のそれぞれが、前記血管床保持チャンバーに前記第一の壁部を介して隣接しており、
前記第二の流路が一対設けられ、一対の前記第二の流路のそれぞれが、一対の前記第一の流路のそれぞれに、前記第二の壁部を介して隣接している、請求項8に記載のマイクロ流体デバイス。
a pair of the first flow paths are provided, each of the pair of the first flow paths being adjacent to the vascular bed holding chamber via the first wall;
A pair of the second flow paths are provided, and each of the pair of second flow paths is adjacent to each of the pair of first flow paths via the second wall portion. Item 9. The microfluidic device according to Item 8.
前記第二の壁部における第二のスリットは、スリット幅が50μm~200μmとなるように等間隔に形成されている、請求項8又は9に記載のマイクロ流体デバイス。 10. The microfluidic device according to claim 8, wherein the second slits in the second wall are formed at equal intervals so that the slit width is 50 μm to 200 μm. 前記第二の流路に連通する第二の流体供給部をさらに備える、請求項8~10のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。 11. The microfluidic device according to any one of claims 8 to 10, further comprising a second fluid supply section communicating with said second channel. 請求項1~11のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイスの製造方法であって、
第一の溝部と、前記第一の溝部に隣接し、第一の壁部を介して設けられた凹部とを備える第一の基板と、貫通孔を備える第二の基板と、除去可能な隔壁とを用意する工程と、
前記第二の基板の、前記第一の基板と接する面に、前記貫通孔を塞ぐように前記隔壁を設置することで、前記貫通孔を前記開口部として形成する工程と、
前記隔壁を介して、前記第二の基板の、前記第一の基板と接する面に、前記開口部が前記凹部の少なくとも一部に対応する位置に設置されるように、前記第一の基板を設置することで、前記凹部を前記血管床保持チャンバーとして形成する工程と
を含む、製造方法。
A method for manufacturing the microfluidic device according to any one of claims 1 to 11,
A first substrate having a first groove, a recess adjacent to the first groove and provided through a first wall, a second substrate having a through hole, and a removable partition and
A step of forming the through hole as the opening by installing the partition so as to close the through hole on the surface of the second substrate that is in contact with the first substrate;
The first substrate is placed on the surface of the second substrate that is in contact with the first substrate through the partition so that the opening is located at a position corresponding to at least a part of the recess. placing to form said recess as said vascular bed retention chamber.
前記第一の基板を設置する工程において、前記第一の基板と前記第二の基板とが接するそれぞれの面がプラズマ加工されており、前記第一の基板が前記第二の基板と接合するように設置される、請求項12に記載の製造方法。 In the step of placing the first substrate, each surface where the first substrate and the second substrate are in contact is plasma-processed so that the first substrate is bonded to the second substrate. 13. The manufacturing method according to claim 12, wherein the method is installed in a 請求項1~11のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイスを用いて、立体組織を培養するための方法であって、
前記第一の流路に血管新生因子を含む流体を供給し、前記血管床保持チャンバーに血管内皮細胞を含む培地を供給し、前記血管床保持チャンバーに血管床を形成させる工程と、
前記隔壁を除去し、前記形成された血管床の上に立体組織を設置し、培養する工程と
を含む、培養方法。
A method for culturing a three-dimensional tissue using the microfluidic device according to any one of claims 1 to 11,
supplying a fluid containing an angiogenic factor to the first channel, supplying a medium containing vascular endothelial cells to the vascular bed retention chamber, and forming a vascular bed in the vascular bed retention chamber;
removing the septum, placing a three-dimensional tissue on the formed vascular bed, and culturing.
前記マイクロ流体デバイスが請求項8~11のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイスであり、前記第一の流路への血管新生因子の供給は、前記第二の流路に線維芽細胞を含む培地を供給することによって行う、請求項14に記載の培養方法。 The microfluidic device is the microfluidic device according to any one of claims 8 to 11, and supplying an angiogenic factor to the first channel causes fibroblasts to flow into the second channel. 15. The method of culturing according to claim 14, wherein the method is carried out by supplying a medium containing. 前記血管床を形成する工程が、前記第一の流路に血管内皮細胞を導入することをさらに含む、請求項14又は15に記載の培養方法。 16. The culture method according to claim 14 or 15, wherein the step of forming the vascular bed further comprises introducing vascular endothelial cells into the first channel. 培養して得られた立体組織を単離する工程をさらに含む、請求項14~16のいずれか一項に記載の培養方法。 The culture method according to any one of claims 14 to 16, further comprising a step of isolating a three-dimensional tissue obtained by culturing.
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