JP2022520459A - ティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクトを特徴づけるための方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、ヒト又は動物用途の医療用製品をインビトロでテストするのに使用可能である、少なくとも1つの機能的且つ好ましくは連続的な細胞層で内側が覆われた管腔の少なくとも1つの部分を有するスキャフォールドを含む、ティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクトを特徴づけるための方法に関する。特に、前記特徴づけ方法は、ティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクトに含まれる細胞の生存性、形態、機能性、及び/又は分布について、その検証を可能にする。更に、本発明は、前記方法によって特徴づけられたティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクト、及び前記ティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクトによってヒト又は動物用途の医療用製品をインビトロでテストするための方法に関する。
Description
本発明は、ヒト又は動物用途の医療用製品をインビトロ(in vitro)でテストするのに使用可能である、少なくとも1つの機能的且つ好ましくは連続的な細胞層で内側が覆われた管腔の少なくとも1つの部分を有するスキャフォールドを含む、ティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクトを特徴づけるための方法に関する。特に、前記特徴づけ方法は、ティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクトに含まれる細胞の生存性、形態、機能性、及び/又は分布について、その検証を可能にする。更に、本発明は、前記方法によって特徴づけられたティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクト、及び前記ティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクトによってヒト又は動物用途の医療用製品をインビトロでテストするための方法に関する。
医療用製品の開発は長きにわたるプロセスを必要とすることが公知である。本発明の文脈において、医療用製品という表現が、ヒト及び動物の両方を対象とする医学的用途の任意の製品、例えば薬物若しくは医療機器、又はその組み合わせ等を示すのに使用される。基本的に、医療用製品開発プロセスにおいては、ヒト又は動物を対象として製品を使用する前に、医療用製品の生物学的安全性、有効性を評価し、またその使用に関係する潜在的問題を予測するために、医療用製品が接触することとなる組織に対する効果の種類を決定する必要がある。
今日、医療用製品の生物学的安全性及び有効性の評価は、最終的な使用条件に関して、特にヒトとは有意に異なる動物モデルを対象とするインビトロ、エクスビボ(ex vivo)、及びインビボ(in vivo)でのテストに基づく。そのような相違は、心血管領域及び末梢血管領域、例えば心臓弁、ステント、グラフト、カテーテル、包帯、ネット、又はフィルター等においてその使用を提供する、ヒト又は動物用途の医療用製品を評価するときに更に観察され得る。実際のところ、医療用製品の生物学的安全性及び有効性を立証できるように、血管組織や血液と、ヒト又は動物用途の医療用製品との相互作用を評価することは重要であり、また現在使用されているモデルでは、解剖学/構造の両面において、及び血液組成に関して重大な制約及び欠点が明らかである。
それに加えて、動物を対象としたインビボ又はエクスビボでのテストは、バイオメディカルテストにおける白熱した諸説紛々たる議論の中核をなしている。
今日、医療用製品の生物学的安全性及び有効性の評価は、最終的な使用条件に関して、特にヒトとは有意に異なる動物モデルを対象とするインビトロ、エクスビボ(ex vivo)、及びインビボ(in vivo)でのテストに基づく。そのような相違は、心血管領域及び末梢血管領域、例えば心臓弁、ステント、グラフト、カテーテル、包帯、ネット、又はフィルター等においてその使用を提供する、ヒト又は動物用途の医療用製品を評価するときに更に観察され得る。実際のところ、医療用製品の生物学的安全性及び有効性を立証できるように、血管組織や血液と、ヒト又は動物用途の医療用製品との相互作用を評価することは重要であり、また現在使用されているモデルでは、解剖学/構造の両面において、及び血液組成に関して重大な制約及び欠点が明らかである。
それに加えて、動物を対象としたインビボ又はエクスビボでのテストは、バイオメディカルテストにおける白熱した諸説紛々たる議論の中核をなしている。
血管のティッシュエンジニアリング業界において、例えばティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクトの業界等において、主に内皮細胞(EC)からなる、機能的且つ好ましくは連続的な内皮(すなわち、コフルエント細胞の単層を有する)を生成できることが重要であることは公知である。
例えば、前記組織又はコンストラクトが埋め込まれたら、血栓症及び狭窄を予防する等のために、機能的且つ好ましくは連続的な内皮を生成することが、工学的に作出された血管組織又はコンストラクトのしかるべき有効性及び安全性を保証する上で重要な因子となる。
例えば、前記組織又はコンストラクトが埋め込まれたら、血栓症及び狭窄を予防する等のために、機能的且つ好ましくは連続的な内皮を生成することが、工学的に作出された血管組織又はコンストラクトのしかるべき有効性及び安全性を保証する上で重要な因子となる。
機能的且つ好ましくは連続的な細胞層を有する工学的に作出された血管コンストラクト又は組織、好ましくは内皮細胞(例えば、血管内皮)のインビトロでの生成は、要するに、下記の工程:
- スキャフォールドの管腔内に内皮細胞を播種し、そしてその接着を後続させる工程、その後に
- 機能的且つ好ましくは連続的な内皮細胞の1つ又は複数の層が取得されるまで、内皮細胞を、それが受ける機械的刺激(例えば、液体の流れ等)の関数として増殖/繁殖(proliferation)及び組織化させる工程、及び適宜、
- 形成される又は形成された前記細胞の1つ又は複数の層を特徴づける工程
を含む。
- スキャフォールドの管腔内に内皮細胞を播種し、そしてその接着を後続させる工程、その後に
- 機能的且つ好ましくは連続的な内皮細胞の1つ又は複数の層が取得されるまで、内皮細胞を、それが受ける機械的刺激(例えば、液体の流れ等)の関数として増殖/繁殖(proliferation)及び組織化させる工程、及び適宜、
- 形成される又は形成された前記細胞の1つ又は複数の層を特徴づける工程
を含む。
播種段階では、スキャフォールドの管腔において、細胞、好ましくは内皮細胞の均一な播種を可能にし、スキャフォールドに対する細胞の均質な接着及び播種効率の一般的増加を可能にする技術を使用することが重要である。細胞、好ましくは内皮細胞の増殖を刺激及び促進するのに使用される方法と同様に、細胞、例えば内皮細胞の1つ又は複数の機能的且つ好ましくは連続的な層を取得するために、播種後にそれを組織化させることも同じく重要である。
従って、機能的且つ好ましくは連続的な細胞層(例えば、内皮)を有する工学的に作出された血管組織又はコンストラクトを生み出すために、(i)スキャフォールド内の気泡を除去しつつ、内皮細胞の均質且つ均一な接着を確実にすることができる、スキャフォールドの管腔内に細胞、主に内皮細胞を播種するための方法;並びに/又は(ii)産生システムにおける滅菌性及び気泡不存在の維持を確実にすることができる、細胞、主に内皮細胞の増殖/繁殖、及び組織化を刺激するための方法(例えば、潅流法)を開発する必要性が感じられる。
工学的に作出された心血管系組織又はコンストラクトを生成するために、特に細胞を播種し、そして細胞の増殖/繁殖及び組織化を刺激するために、先行技術で使用されている様々な技術が存在するが、しかしながら、これまでに達成された結果は全体として満足の行くものではない。
最後に、播種方法、並びにスキャフォールドの管腔内に接着した細胞の生存性、形態、機能性、及び組織化、並びに均一、均質で、機能的且つ好ましくは連続的な細胞層(例えば、内皮)の後続する生成を実証することができる好適な特徴づけ方法によって、選択された増殖及び細胞の組織化を刺激するための方法の有効性を判断できるようにする必要性が感じられる。
前記特徴づけ方法は、細胞の発達及びスキャフォールドへの細胞の接着に障害をもたらさないことを原則としなければならない。換言すれば、前記特徴づけ方法は、増殖中又は形成後の細胞層(例えば、内皮)の喪失を引き起こすおそれのある細胞変化を引き起こしてならない。
前記特徴づけ方法は、細胞の発達及びスキャフォールドへの細胞の接着に障害をもたらさないことを原則としなければならない。換言すれば、前記特徴づけ方法は、増殖中又は形成後の細胞層(例えば、内皮)の喪失を引き起こすおそれのある細胞変化を引き起こしてならない。
研究室及び工業レベルで、前記工学的に作出された血管コンストラクト又は組織を生成及び特徴づけるためには、特にGLP(医薬品安全性試験実施基準)認可された組織又はコンストラクトエンジニアリングラボ又は業界にとって、前記特徴づけ方法、前記播種方法及び接着方法、並びに細胞増殖及び組織化を刺激するための前記方法は、単純、迅速(オペレーターを問わず)であり、高度の再現性、信頼性を有し、且つ有効でなければならない。
最後に、実験動物の使用を回避するために、先進的な前臨床又は臨床テストを実施するための、機能的且つ好ましくは連続的な細胞層(例えば、内皮)を含む、インビトロで工学的に作出された血管組織又はコンストラクトの開発及び特徴づけが可能であることが必要と感じられる。
上記要件を満たすため、長期にわたり集中した研究及び開発活動を行った後に、本出願者は、ヒト又は動物用途の医療用製品をインビトロでテストするのに使用可能であり、添付の特許請求の範囲において主張されるような特性を有する、ティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクトを特徴づけるための方法を開発した。特に、前記特徴づけ方法は、ティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクトについて、そのスキャフォールドの管腔に接着した細胞又は細胞層の生存性、形態、機能性、分布、及び/又はその他の特性を検証可能にする。
本発明の方法は、現在利用可能な方法の限界を克服できるようにし、また動物モデルの使用に対して有効な代替案を提供する。
本発明の好ましい実施形態は、下記の発明を実施するための形態から明らかになろう。
図1~図32が本明細書において後記される。
本発明の文脈において、ティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクトという表現が、少なくとも1つの機能的且つ好ましくは連続的な細胞の層、好ましくは内皮細胞、すなわちコフルエント細胞の単層(例えば、機能的且つ連続的な内皮)で内面が覆われた管腔を有するスキャフォールドを示すのに使用される。
本発明の文脈において、工学的に作出された血管組織及びティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクトという用語は、交換可能に使用される。
本発明の文脈において、工学的に作出された血管組織及びティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクトという用語は、交換可能に使用される。
本発明の文脈において、スキャフォールドという表現が、細胞(この場合、内皮細胞)の接着及び増殖を促進することができる生体適合性多孔性ポリマー媒体を示すのに使用される。
本発明の文脈において、機能的内皮という表現が、生理学的に類似した挙動を有する内皮を示すのに使用され、その場合、内皮細胞は相互に隣接し、スキャフォールドに接着し、そして内皮細胞に固有のマーカー、例えばフォン・ヴィルブランド因子(VWF)、表面抗原分類31(CD31)、血管細胞接着分子1(VCAM-1)等を発現している。更に、連続的な内皮という表現が、コフルエント細胞(例えば、少なくとも90%)の単層を有する内皮を示すのに使用される。
本発明の文脈において、内皮、好ましくは血管組織の内皮を構成する細胞は、内皮細胞として定義される。
本発明の文脈において、細胞の各種類に対して固有の細胞増殖維持液が、増殖培地として定義される。例えば、HUVEC(ヒト臍帯静脈内皮細胞;Sigma Aldrich社、コード200-05n)内皮細胞の場合、使用可能である増殖培地は、内皮増殖培地(Endothelial Growth Medium)(EGMとして省略、Sigma Aldrich社、コード211-500)であり得る。EGMは、ウシ胎仔血清(2%)、アデニン(0.2μg/ml)、メタバナジン酸アンモニウム(0.0006μg/ml)、アンホテリシンB(0.3μg/ml)、塩化カルシウム・2H2O(300μg/ml)、塩化コリン(20μg/ml)、硫酸銅・5H2O(0.002μg/ml)、トリオプト酸(trioptic acid)DL-6.8(0.003μg/ml)、フォリン酸(カルシウム)(0.6μg/ml)、ヘパリン(4μg/ml)、ヒドロコルチゾン(2μg/ml)、L-アスパラギン酸(15μg/ml)、L-システイン(30μg/ml)、L-チロシン(20μg/ml)、硫酸マンガン一水和物(0.0002μg/ml)、モリブデン酸アンモニウム・4H2O(0.004μg/ml)、ニコチンアミド(8μg/ml)、塩化ニッケル・6H2O(0.0001μg/ml)、ペニシリン(60μg/ml)、フェノールレッドナトリウム塩(15μg/ml)、塩化カリウム(300μg/ml)、プトレシンジヒドロクロリド(0.0002μg/ml)、塩酸ピリドキシン(3μg/ml)、メタケイ酸ナトリウム・9H2O(3μg/ml)、硫酸ナトリウム・7H2O(200μg/ml)、亜セレン酸ナトリウム(0.01μg/ml)、ストレプトマイシン硫酸塩(100μg/ml)、塩酸チアミン(4μg/ml)、及び硫酸亜鉛・7H2O(0.0003μg/ml)を含有する。新鮮増殖培地は、これまでに使用されたことのない、製造業者により直接供給された滅菌培地である。高温の増殖培地という表現が、20℃~45℃の範囲に含まれる温度、好ましくは37℃で予め加熱された増殖培地を示すのに使用される。
ヒト又は動物用途の医療用製品をインビトロでテストするのに使用可能である、少なくとも1つの機能的細胞層で内面が覆われた管腔の少なくとも1つの部分を有するスキャフォールドを含む、ティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクトを特徴づけるための方法(以後、本発明の特徴づけ方法)が本発明の目的をなし、前記方法は、
- バイオリアクター(図3、11)-スキャフォールド(図2、21)システムを取得するために、バイオリアクター(11)のチャンバー内でスキャフォールド(21)を調製する工程I、その後に
- 前記スキャフォールド(21)の管腔の少なくとも1つの部分に細胞培養物を播種し、及びスキャフォールド(21)に対する前記細胞の接着を可能にして、播種済みのバイオリアクター(11)-スキャフォールド(21)システムを取得するための播種方法を適用する工程II、その後に
- 機能的細胞の少なくとも1つの層が形成されるまで、前記細胞の増殖及び組織化を刺激する工程III、その後又はそれと同時に
- スキャフォールド(21)の管腔に前記接着した細胞を、その生存性、形態、機能性、分布、及び/若しくは当業者にとって公知であるその他の特性を検証するために特徴づける工程IV
を含む。
- バイオリアクター(図3、11)-スキャフォールド(図2、21)システムを取得するために、バイオリアクター(11)のチャンバー内でスキャフォールド(21)を調製する工程I、その後に
- 前記スキャフォールド(21)の管腔の少なくとも1つの部分に細胞培養物を播種し、及びスキャフォールド(21)に対する前記細胞の接着を可能にして、播種済みのバイオリアクター(11)-スキャフォールド(21)システムを取得するための播種方法を適用する工程II、その後に
- 機能的細胞の少なくとも1つの層が形成されるまで、前記細胞の増殖及び組織化を刺激する工程III、その後又はそれと同時に
- スキャフォールド(21)の管腔に前記接着した細胞を、その生存性、形態、機能性、分布、及び/若しくは当業者にとって公知であるその他の特性を検証するために特徴づける工程IV
を含む。
ヒト又は動物用途の医療用製品をインビトロでテストするのに使用可能である、少なくとも1つの機能的細胞層で内面が覆われた管腔の少なくとも1つの部分を有するスキャフォールドを含む、ティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクトを特徴づけるための方法(以後、本発明の特徴づけ方法)が本発明の目的をなし、前記方法は、
- バイオリアクター11-スキャフォールド21システムを取得するために、バイオリアクター11のチャンバー内でスキャフォールド21を調製する工程I、その後に
- 前記スキャフォールド21の管腔の少なくとも1つの部分に細胞培養物を播種し、及びスキャフォールド21に対する前記細胞の接着を可能にして、播種済みのバイオリアクター11-スキャフォールド21システムを取得するための播種方法を適用する工程II、その後に
- スキャフォールド21の管腔の少なくとも1つの部分に接着した機能的細胞の少なくとも1つの層が形成されるまで、スキャフォールド21の管腔内の前記播種された細胞の増殖及び組織化を刺激する工程III、その後又はそれと同時に
- スキャフォールド21の管腔の少なくとも1つの部分の内面を覆う前記細胞を、その生存性、形態、機能性、分布、及び/若しくは当業者にとって公知であるその他の特性について検証するために特徴づける工程IV
を含み、
但し、スキャフォールド(21)の管腔の少なくとも1つの部分の内面を覆う前記細胞を特徴づける工程IVは、機能的細胞の少なくとも1つの層を形成する工程IIIの期間中に細胞に適用される少なくとも1つの非破壊的方法、及び/又は機能的細胞の少なくとも1つの層を形成する工程III完了時に適用される少なくとも1つの非破壊的方法を含む。
- バイオリアクター11-スキャフォールド21システムを取得するために、バイオリアクター11のチャンバー内でスキャフォールド21を調製する工程I、その後に
- 前記スキャフォールド21の管腔の少なくとも1つの部分に細胞培養物を播種し、及びスキャフォールド21に対する前記細胞の接着を可能にして、播種済みのバイオリアクター11-スキャフォールド21システムを取得するための播種方法を適用する工程II、その後に
- スキャフォールド21の管腔の少なくとも1つの部分に接着した機能的細胞の少なくとも1つの層が形成されるまで、スキャフォールド21の管腔内の前記播種された細胞の増殖及び組織化を刺激する工程III、その後又はそれと同時に
- スキャフォールド21の管腔の少なくとも1つの部分の内面を覆う前記細胞を、その生存性、形態、機能性、分布、及び/若しくは当業者にとって公知であるその他の特性について検証するために特徴づける工程IV
を含み、
但し、スキャフォールド(21)の管腔の少なくとも1つの部分の内面を覆う前記細胞を特徴づける工程IVは、機能的細胞の少なくとも1つの層を形成する工程IIIの期間中に細胞に適用される少なくとも1つの非破壊的方法、及び/又は機能的細胞の少なくとも1つの層を形成する工程III完了時に適用される少なくとも1つの非破壊的方法を含む。
工程I~IV(並びに適宜、工程I.1、II.1~II.2、II.1~II.4、II.1~II.9、III.1~III.3、2.1~2.11、及び/又は3.1~3.13)を含む、本発明による特徴づけ方法の一実施形態によれば、前記スキャフォールドの管腔の少なくとも1つの部分の内側を覆う細胞は、血管組織の内皮を構成する細胞の中から選択され;好ましくはHAOEC(ヒト大動脈内皮細胞)、HCAEC(ヒト冠動脈内皮細胞)、HMVEC(ヒト皮膚微小血管内皮細胞)、及びHUVEC(ヒト臍帯静脈内皮細胞)の中から選択される内皮細胞である。
工程I~IV(並びに適宜、工程I.1、II.1~II.2、II.1~II.4、II.1~II.9、III.1~III.3、2.1~2.11、及び/又は3.1~3.13)を含む、本発明による特徴づけ方法の一実施形態によれば、前記スキャフォールドの管腔は、少なくとも1つの機能的且つ連続的な細胞層、好ましくはコフルエント細胞を有する機能的且つ連続的な内皮細胞の単層(すなわち、機能的且つ連続的な内皮)で、少なくとも部分的に内側が覆われている。
工程I~IV(並びに適宜、工程II.1~II.2、II.1~II.4、II.1~II.9、III.1~III.3、2.1~2.11、及び/又は3.1~3.13)を含む、本発明による特徴づけ方法の一実施形態によれば、スキャフォールドを調製する前記工程Iは、
I.1:バイオリアクター(11)-スキャフォールド(21)システムを取得するために、バイオリアクターチャンバー(11)内にスキャフォールド(21)を取り付ける工程を含む。好ましくは、スキャフォールドホルダー(図1、13、13a、13b)のグリップ上にスキャフォールド(21)を取り付ける工程、及びスキャフォールド(21)を含む前記スキャフォールドホルダー(13、13a、13b)を、バイオリアクターチャンバー(11)内に収容する工程。バイオリアクターの両端部(上流及び下流)には、ロータリーコネクター(図4;CR1、CR2)及びT字コネクター(図4;T2、T3)が適用される。
I.1:バイオリアクター(11)-スキャフォールド(21)システムを取得するために、バイオリアクターチャンバー(11)内にスキャフォールド(21)を取り付ける工程を含む。好ましくは、スキャフォールドホルダー(図1、13、13a、13b)のグリップ上にスキャフォールド(21)を取り付ける工程、及びスキャフォールド(21)を含む前記スキャフォールドホルダー(13、13a、13b)を、バイオリアクターチャンバー(11)内に収容する工程。バイオリアクターの両端部(上流及び下流)には、ロータリーコネクター(図4;CR1、CR2)及びT字コネクター(図4;T2、T3)が適用される。
本発明の文脈において、バイオリアクター-スキャフォールドシステムという用語が、バイオリアクター及びスキャフォールドアセンブリ(図3;11、21)、好ましくはバイオリアクター内に、例えばスキャフォールドホルダーに収容及び固定されている、実質的に管状形状のスキャフォールドを示すのに使用される。スキャフォールドは、滅菌されたテフロンテープを用いてスキャフォールドを保護した後、自己緊結性ストリップ(self-fastening strip)を備えたスキャフォールドホルダー(スキャフォールドの潅流を可能にするために内部が中空である)のグリップによって掴むことができる。バイオリアクターチャンバーの上流側インレット(図4;CR1、41)がスキャフォールドの端部(図4;13a)と合致し、且つバイオリアクターチャンバーの下流側開口部(図4;CR2、42)がスキャフォールドの他方の端部(図4;13b)と合致するように、スキャフォールドホルダー(13)がバイオリアクター11中に挿入される。このように、スキャフォールド(21)は、スキャフォールドホルダーにより生成される潅流経路に関して完全に同軸上にある。バイオリアクター内に取り付けられるスキャフォールドの方向を定める際の基準となるより長い軸は、縦軸として定義される。
本発明のスキャフォールド(21)は、合成又は天然起源のポリマー性スキャフォールドであり、そして1つのポリマーのみ、又はコポリマー(一連のポリマー)、例えば静電紡糸型絹フィブロイン(electrospun silk fibroin)、又はPGA/PLA(ポリグリコール酸/ポリ乳酸)若しくはPGA/PCL(ポリグリコール酸/ポリカプロラクトン)コポリマー等から構成される。
好ましくは、本発明のスキャフォールドは、実質的に管状形状の静電紡糸型絹フィブロインからなる。
本発明のスキャフォールド(21)は、合成又は天然起源のポリマー性スキャフォールドであり、そして1つのポリマーのみ、又はコポリマー(一連のポリマー)、例えば静電紡糸型絹フィブロイン(electrospun silk fibroin)、又はPGA/PLA(ポリグリコール酸/ポリ乳酸)若しくはPGA/PCL(ポリグリコール酸/ポリカプロラクトン)コポリマー等から構成される。
好ましくは、本発明のスキャフォールドは、実質的に管状形状の静電紡糸型絹フィブロインからなる。
工程I~IV(並びに適宜、工程I.1、III.1~III.3、2.1~2.11、及び/又は3.1~3.13)を含む本発明による特徴づけ方法の一実施形態によれば、工程IIに含まれる前記播種方法は、
II.1:前記細胞培養物、好ましくは内皮細胞を、新鮮増殖培地及び細胞、好ましくは内皮細胞を含む細胞懸濁物の形態で、ロータリーコネクター(図10、CR1)によってバイオリアクター(11)の上流に配置されているT字コネクター(図10、T2)上に取り付けられたコンテナ(図10、91)内に放出する工程;その後に
II.2:流体速度によって、前記細胞懸濁物が気泡を生成することなくT字コネクター(T2)中に滴下され、そしてスキャフォールド(21)の管腔内部に存在する気泡が、バイオリアクター(11)の下流に配置されたT字コネクター(図10、T3)の開口部に向かって押し出され、その流出が可能となるように、定常流を用いながら、前記細胞培養物、好ましくは内皮細胞を、バイオリアクター(11)内に存在するスキャフォールド(21)の管腔内部に放出する工程
を含む。前記コンテナ(図10、91)は、シリンジ等の中空の部分であり得る。
II.1:前記細胞培養物、好ましくは内皮細胞を、新鮮増殖培地及び細胞、好ましくは内皮細胞を含む細胞懸濁物の形態で、ロータリーコネクター(図10、CR1)によってバイオリアクター(11)の上流に配置されているT字コネクター(図10、T2)上に取り付けられたコンテナ(図10、91)内に放出する工程;その後に
II.2:流体速度によって、前記細胞懸濁物が気泡を生成することなくT字コネクター(T2)中に滴下され、そしてスキャフォールド(21)の管腔内部に存在する気泡が、バイオリアクター(11)の下流に配置されたT字コネクター(図10、T3)の開口部に向かって押し出され、その流出が可能となるように、定常流を用いながら、前記細胞培養物、好ましくは内皮細胞を、バイオリアクター(11)内に存在するスキャフォールド(21)の管腔内部に放出する工程
を含む。前記コンテナ(図10、91)は、シリンジ等の中空の部分であり得る。
前記播種方法の工程II.1及びII.2は、気泡が播種した細胞、好ましくは内皮細胞と接触するリスクを低下させ、従って細胞に対する損傷が回避され、そしてスキャフォールド(例えば、機能的且つ好ましくは連続的な内皮)の管腔に接着した機能的且つ好ましくは連続的な細胞(すなわち、コフルエント細胞)の単層を取得できるようにする。
工程I~IV(並びに適宜、工程I.1、III.1~III.3、2.1~2.11、及び/又は3.1~3.13)を含む、本発明による特徴づけ方法の一実施形態によれば、工程IIに含まれる前記播種方法は、-工程II.1及びII.2の他に-工程II.2の後に、
II.3:スキャフォールド(21)の管腔内部への細胞の均一な接着を可能にするために、スキャフォールド(21)をその縦軸に沿って、2~48時間の間に含まれる時間、好ましくは24時間、0.5~5rpm、好ましくは1.5~2rpmの間に含まれる回転スピードで、より好ましくは1.5~2rpmで24時間、連続的に回転させる工程;その後又はそれと同時に
II.4:2~48時間の間に含まれる時間、好ましくは24時間、20~45℃の間の温度、好ましくは37℃において、1~10%、好ましくは5%のCO2の存在下で;より好ましくは5%のCO2の存在下、37℃において24時間、バイオリアクター(11)内に収容されたスキャフォールド(21)をインキュベートする工程
を含む。
好ましくは、インキュベートする工程II.4は、工程II.3に従いスキャフォールド(21)を回転させながら行われる。
II.3:スキャフォールド(21)の管腔内部への細胞の均一な接着を可能にするために、スキャフォールド(21)をその縦軸に沿って、2~48時間の間に含まれる時間、好ましくは24時間、0.5~5rpm、好ましくは1.5~2rpmの間に含まれる回転スピードで、より好ましくは1.5~2rpmで24時間、連続的に回転させる工程;その後又はそれと同時に
II.4:2~48時間の間に含まれる時間、好ましくは24時間、20~45℃の間の温度、好ましくは37℃において、1~10%、好ましくは5%のCO2の存在下で;より好ましくは5%のCO2の存在下、37℃において24時間、バイオリアクター(11)内に収容されたスキャフォールド(21)をインキュベートする工程
を含む。
好ましくは、インキュベートする工程II.4は、工程II.3に従いスキャフォールド(21)を回転させながら行われる。
回転させる工程II.3は、スキャフォールドの管腔に対する細胞の接着を改善し、そしてそれを均一にし、バイオリアクターチャンバー内に存在する増殖培地によってスキャフォールドが継続して濡れた状態に保つことができ、またチャンバー内(スキャフォールドの外部)に存在する培地とスキャフォールドの管腔内に播種された細胞懸濁物との間の栄養分の流通を可能にする。
工程I~IV(並びに適宜、工程I.1、III.1~III.3、2.1~2.11、及び/又は3.1~3.13)を含む、本発明による特徴づけ方法の一実施形態によれば、工程II.1~II.4による前記播種方法は、詳細には、無菌条件下で順番通りに実施される、以下に例証する工程II.1~II.9を含む。
工程I.1には、バイオリアクターチャンバー(11)内に配置された前記スキャフォールドホルダー(13)上に固定された前記スキャフォールド(21)の管腔内に新鮮増殖培地を注入する工程II.5工程(すなわち、スキャフォールドの事前調整)が後続する。
工程II.5には、前記増殖培地が注入された、スキャフォールド(21)を含む前記スキャフォールドホルダー(13、13a、13b)が存在するバイオリアクターチャンバー(11)内に前記新鮮増殖培地を添加する工程II.6が後続する。
工程II.6には、1時間~18時間の間に含まれる時間、20℃~30℃の間に含まれる温度、好ましくは25℃で、前記増殖培地を、スキャフォールド(21)の管腔内部、及びスキャフォールド(21)を含む前記スキャフォールドホルダー(13)が、前記増殖培地が注入された状態で存在するバイオリアクターチャンバー(11)内に留める工程II.7が後続する。
工程II.5には、前記増殖培地が注入された、スキャフォールド(21)を含む前記スキャフォールドホルダー(13、13a、13b)が存在するバイオリアクターチャンバー(11)内に前記新鮮増殖培地を添加する工程II.6が後続する。
工程II.6には、1時間~18時間の間に含まれる時間、20℃~30℃の間に含まれる温度、好ましくは25℃で、前記増殖培地を、スキャフォールド(21)の管腔内部、及びスキャフォールド(21)を含む前記スキャフォールドホルダー(13)が、前記増殖培地が注入された状態で存在するバイオリアクターチャンバー(11)内に留める工程II.7が後続する。
詳しくは、スキャフォールドは、T字コネクター(図9;T2)によってバイオリアクターの両端部のうちの1つとカップリングしているルアーロックコネクターを備えたシリンジを使用することで事前調整される。その後、バイオリアクターの上流及び下流に配置されているコネクターの開放端部が、スキャフォールドの管腔が空になるのを回避するために、キャップを使用して閉鎖される。更に、新鮮増殖培地が、バイオリアクターチャンバー内に、その中に収容されたスキャフォールドが完全に覆われるまで導入される。このように、バイオリアクターチャンバーに収容されたスキャフォールドは、内部(管腔内)及び外部の両方において、好ましくは約25℃で約1時間、新鮮増殖培地を使用することで事前調整される。
工程II.7には、好ましくは滅菌ピペットを使用して、増殖培地をスキャフォールド(21)の管腔の内側及びバイオリアクターチャンバー(11)から除去する工程II.8が後続する。バイオリアクターの下流及び上流に配置されているコネクター(回転式及びT字形)中に存在する増殖培地残渣は、スキャフォールドを壊さないように、ピペットを使用して減圧しながら除去される。
工程II.8には、工程II.1に従い、前記細胞培養物、好ましくは内皮細胞培養物を前記コンテナ(91)内に放出するための、既記載の工程II.1が後続するが、好ましくは、前記コンテナ(91)はシリンジである。
工程II.1には、前記細胞培養物、好ましくは内皮細胞を、バイオリアクター(11)内に存在するスキャフォールド(21)の管腔内部に、定常流を用いて放出するための、既記載の工程II.2が後続する。
詳しくは、バイオリアクター(その中にあるスキャフォールドがグリップ上に取り付けられている)の端部の上流(図9、T2)及び下流(図9;T3)に配置されているT字コネクターは、上部開口部が上向きになっている(バイオリアクター-スキャフォールドシステムが置かれた面に対して90°)。その後、バイオリアクターの下流(T3)及び上流(T2)に配置されているT字コネクターの水平方向の開口部がキャップ止めされる。バイオリアクターの上流に配置されているT字コネクター(図9;T2)の上向き開口部に、コンテナ、好ましくは、そのプランジャーを含めないで例えば5mlの容積を有する、ルアーロックコネクターを備えたシリンジ(図9;91)が取り付けられる。バイオリアクターの下流に配置されているT字コネクター(図9;T3)の開口部は開放したままである(図9)。
ピペット、好ましくは、例えば25mlの容積を有する滅菌プラスチックピペット(図10;101)を使用して、新鮮増殖培地及び内皮細胞(例えば、HUVEC)からなる細胞懸濁物が、それが調製されたコンテナから取り出される。その後、取り出された細胞懸濁物が、バイオリアクター上流のT字コネクターエレメント(図10;T2)に取り付けられたコンテナ中又はシリンジ(図10;91)中に、エレメント(図10;CR1)を通じて放出される。流体速度によって、細胞懸濁物が気泡を生成することなくT字コネクター(図10;T2)中に滴下され、そしてスキャフォールド内に存在する可能性のある気泡が、バイオリアクター11の下流に配置されたT字コネクターT3(図10、T3)の開口部に向かって押し出され、従って流出するのが可能となるように、定常流を用いながら、例えば25mlの容積を有するピペット(図10;101)を使用して細胞懸濁物が放出されなければならない(図10)。
細胞懸濁物-シリンジを使用して負荷される-が、気泡が発生するおそれもなく、バイオリアクターの下流に配置されているT字コネクターT3の開放端部に達したとき、バイオリアクターの上流に配置されているT字コネクターT2の開口部は、キャップを使用して閉鎖される(図11)。
その後、細胞懸濁物残渣を含むシリンジ(91)を、それが位置する面に対して約90°だけ回転させる(図12);この位置において、シリンジのプランジャー(102)が、スキャフォールド内部に圧力がかからないように密閉性の黒色部分のみを挿入することにより、シリンジの開放端部に再挿入される(図12)。その後、バイオリアクターの上流のT字コネクターT2から、気泡が形成されることなく、シリンジ(91)のねじを外すことができ(図13)、そしてコネクターの端部はキャップを使用して閉鎖される(図14)。
詳しくは、バイオリアクター(その中にあるスキャフォールドがグリップ上に取り付けられている)の端部の上流(図9、T2)及び下流(図9;T3)に配置されているT字コネクターは、上部開口部が上向きになっている(バイオリアクター-スキャフォールドシステムが置かれた面に対して90°)。その後、バイオリアクターの下流(T3)及び上流(T2)に配置されているT字コネクターの水平方向の開口部がキャップ止めされる。バイオリアクターの上流に配置されているT字コネクター(図9;T2)の上向き開口部に、コンテナ、好ましくは、そのプランジャーを含めないで例えば5mlの容積を有する、ルアーロックコネクターを備えたシリンジ(図9;91)が取り付けられる。バイオリアクターの下流に配置されているT字コネクター(図9;T3)の開口部は開放したままである(図9)。
ピペット、好ましくは、例えば25mlの容積を有する滅菌プラスチックピペット(図10;101)を使用して、新鮮増殖培地及び内皮細胞(例えば、HUVEC)からなる細胞懸濁物が、それが調製されたコンテナから取り出される。その後、取り出された細胞懸濁物が、バイオリアクター上流のT字コネクターエレメント(図10;T2)に取り付けられたコンテナ中又はシリンジ(図10;91)中に、エレメント(図10;CR1)を通じて放出される。流体速度によって、細胞懸濁物が気泡を生成することなくT字コネクター(図10;T2)中に滴下され、そしてスキャフォールド内に存在する可能性のある気泡が、バイオリアクター11の下流に配置されたT字コネクターT3(図10、T3)の開口部に向かって押し出され、従って流出するのが可能となるように、定常流を用いながら、例えば25mlの容積を有するピペット(図10;101)を使用して細胞懸濁物が放出されなければならない(図10)。
細胞懸濁物-シリンジを使用して負荷される-が、気泡が発生するおそれもなく、バイオリアクターの下流に配置されているT字コネクターT3の開放端部に達したとき、バイオリアクターの上流に配置されているT字コネクターT2の開口部は、キャップを使用して閉鎖される(図11)。
その後、細胞懸濁物残渣を含むシリンジ(91)を、それが位置する面に対して約90°だけ回転させる(図12);この位置において、シリンジのプランジャー(102)が、スキャフォールド内部に圧力がかからないように密閉性の黒色部分のみを挿入することにより、シリンジの開放端部に再挿入される(図12)。その後、バイオリアクターの上流のT字コネクターT2から、気泡が形成されることなく、シリンジ(91)のねじを外すことができ(図13)、そしてコネクターの端部はキャップを使用して閉鎖される(図14)。
工程II.2には、高温の新鮮増殖培地(これまでに定義した通り)を、バイオリアクターチャンバー(11)(前記細胞懸濁物を管腔内に含有する播種済みのスキャフォールド(21)を含め、前記スキャフォールドホルダー(13)が存在する)内に、スキャフォールドが増殖培地中に半分浸漬されるまで添加する工程II.9が後続する。
工程II.9には、工程II.3に従いスキャフォールド(21)を連続的に回転させるための、既記載の工程II.3が後続する。
詳しくは、連続的な回転は、スキャフォールドの縦軸に沿って、例えば1.5~2rpmの間に含まれる回転スピードを用いて24時間適用される。回転することで、スキャフォールドの管腔への均一な細胞接着が可能となり、スキャフォールドをバイオリアクターチャンバー中に存在する増殖培地によって継続的に濡れた状態に保つことができ、そしてチャンバー中に存在する媒体(スキャフォールドの外部)とスキャフォールドの管腔内に播種された細胞懸濁物との間で栄養分の流通が可能となる。
工程II.3には、バイオリアクターチャンバー内に収容されたスキャフォールド(21)を、好ましくは5%のCO2を用いて、37℃で24時間インキュベートする(回転させながら)ための、既記載の工程II.4が後続する。
有利には、工程I~IV(並びに適宜、工程I.1、III.1~III.3、2.1~2.11、及び/又は3.1~3.13)に従う特徴づけ方法において、工程II.1~II.2、又は工程II.1~II.4、又は工程II.1~II.9に従う播種方法が存在することで、無菌条件下での作業、並びにバイオリアクター-スキャフォールドシステム中に存在する気泡及び播種期間中に形成される気泡の両方が除去され、従って細胞に対する障害が回避された細胞の播種が可能となる。これは、機能的且つ好ましくは連続的な細胞の層(すなわち、コフルエント細胞の単層を有する)、例えば連続的且つ機能的な内皮等で内側が覆われた管腔の少なくとも1つの部分を持つスキャフォールドを有する工学的に作出された血管組織又はコンストラクトの生成を可能にする。基本的に、本播種方法の各工程は、迅速であり、標準化されており、且つ再現性を有する他に、コスト及び操作時間を最適化する。
工程I~IV(並びに適宜、工程I.1、II.1~II.2、II.1~II.4、II.1~II.9、2.1~2.11、及び/又は3.1~3.13)を含む、本発明による特徴づけ方法の一実施形態によれば、前記細胞、好ましくは内皮細胞の増殖及び組織化を刺激する前記工程IIIは、前記播種済みのスキャフォールド(21)の管腔内に存在する細胞に、20℃~45℃の範囲に含まれる温度、好ましくは37℃を有する高温の新鮮増殖培地を用いて潅流方法を適用する工程を含み、但し前記潅流方法は、以下に記載する工程III.1~III.3を含む。
工程III.1:変更可能な順番で、気泡を除去するためのエレメント(図8、71~72又は図22、BT)及び前記播種済みのバイオリアクター(11)-スキャフォールド(21)システムを潅流回路(図5、51~56)に接続する工程。但し、前記気泡を除去するためのエレメントは播種済みのバイオリアクター(11)-スキャフォールド(21)システムの上流に挿入され;潅流回路(図5、51~56)は、増殖培地を含有するリザーバー(図5、56)を備える。
工程III.1は、前記気泡を除去するためのエレメント(図8、71~72又は図22BT)の少なくとも1つの部分を、前記高温の新鮮増殖培地で充填する工程III.2に先行し又は後続するが、但し前記気泡を除去するためのエレメント(図8、71~72又は図22BT)は、チャンバー、前記チャンバーを閉鎖するためのキャップ、流入機能を有するアクセス(211)及び流出機能を有するアクセス(212)を備え、前記チャンバーはある容量を有し、前記容量の第1の部分は前記新鮮増殖培地で充填され、及び前記容量の第2の部分は空気で充填されており、前記容量の前記第2の部分は、前記流入機能を有するアクセス(211)及び前記流出機能を有するアクセス(212)を流通する前記新鮮増殖培地中に存在する気泡をトラップする機能を有する。
好ましくは、前記気泡を除去するためのエレメント(図8、71~72、又は図22、BT)は、バブルトラップ等である。
工程III.1及びIII.2には、播種済みのスキャフォールド(21)の、前記高温の新鮮増殖培地を用いた潅流を、好ましくはペリスタポンプによって可能にする工程III.3が後続する。
工程III.1:変更可能な順番で、気泡を除去するためのエレメント(図8、71~72又は図22、BT)及び前記播種済みのバイオリアクター(11)-スキャフォールド(21)システムを潅流回路(図5、51~56)に接続する工程。但し、前記気泡を除去するためのエレメントは播種済みのバイオリアクター(11)-スキャフォールド(21)システムの上流に挿入され;潅流回路(図5、51~56)は、増殖培地を含有するリザーバー(図5、56)を備える。
工程III.1は、前記気泡を除去するためのエレメント(図8、71~72又は図22BT)の少なくとも1つの部分を、前記高温の新鮮増殖培地で充填する工程III.2に先行し又は後続するが、但し前記気泡を除去するためのエレメント(図8、71~72又は図22BT)は、チャンバー、前記チャンバーを閉鎖するためのキャップ、流入機能を有するアクセス(211)及び流出機能を有するアクセス(212)を備え、前記チャンバーはある容量を有し、前記容量の第1の部分は前記新鮮増殖培地で充填され、及び前記容量の第2の部分は空気で充填されており、前記容量の前記第2の部分は、前記流入機能を有するアクセス(211)及び前記流出機能を有するアクセス(212)を流通する前記新鮮増殖培地中に存在する気泡をトラップする機能を有する。
好ましくは、前記気泡を除去するためのエレメント(図8、71~72、又は図22、BT)は、バブルトラップ等である。
工程III.1及びIII.2には、播種済みのスキャフォールド(21)の、前記高温の新鮮増殖培地を用いた潅流を、好ましくはペリスタポンプによって可能にする工程III.3が後続する。
機能的な細胞の少なくとも1つの層が形成されるまで、細胞の増殖及び組織化を刺激する工程IIIに含まれ、工程I~IV(及び適宜、工程I.1、II.1~II.2、II.1~II.4、II.1~II.9)を含む本発明による特徴づけ方法に含まれる工程III.1~III.3は、以下に記載する工程2.1~2.11(図5~8、18~21に示す)を含む第1の実施形態に従い、或いは工程3.1~3.13を含む第2の実施形態に従い(図22~27に示す)実施可能である。
前記第1の実施形態(工程2.1~2.11)及び前記第2の実施形態(工程3.1~3.13)の工程は、順番通り及び無菌条件下で実施される。
前記工程2.1~2.11又は3.1~3.13は、工程II.1~II.2又はII.1~II.4又はII.1~II.9に従い実施される工程IIに後続する。
前記第1の実施形態(工程2.1~2.11)及び前記第2の実施形態(工程3.1~3.13)の工程は、順番通り及び無菌条件下で実施される。
前記工程2.1~2.11又は3.1~3.13は、工程II.1~II.2又はII.1~II.4又はII.1~II.9に従い実施される工程IIに後続する。
前記第1の実施形態(工程2.1~2.11)は、要するに、潅流回路を播種済みのバイオリアクター-スキャフォールドシステムと最初に接続し、次に気泡を除去するためにエレメントを増殖培地で充填し、その後気泡を除去するためにエレメントを、播種済みのバイオリアクター-スキャフォールドシステムと予め接続している潅流回路中に挿入する。
2.1 閉鎖した潅流回路のチューブ又はアンダーポンプ(図5;52)を、ペリスタポンプ(図5;55)-作動すると液体、この場合高温の新鮮増殖培地を吸引することができる蠕動力(peristaltic force)を生成する-のヘッドの下に配置する。閉鎖されると、リザーバー(図5;56)と接続した潅流回路のチューブ(図5;51)によって、リザーバー内に予め注入された高温の新鮮増殖培地を吸引することに起因して、閉鎖した潅流回路が充填される。新鮮増殖培地が、閉鎖した潅流回路のチューブ54(図5;54)を通じて、リザーバーに戻るまで、潅流回路のすべてのチューブを高温の新鮮増殖培地で充填する。バイオリアクター-スキャフォールドシステムを、潅流回路と同一の滅菌条件下に置く。
2.2 バイオリアクターの上流に配置されているT字コネクターT2の上部及び水平端部を開放する。
2.3 バイオリアクターの上流に配置されているT字コネクターT2の上部及び水平端部からキャップを除去したら、気泡が生成する可能性は、高温の新鮮増殖培地と同一の容量を手作業により添加すること(好ましくはパスツールピペットを使用して)により相殺される(図16)。
2.4 閉鎖した潅流回路のチューブ54を、好ましくはクランプ(図17;171)を使用して、潅流回路のチューブ54とチューブ53間のコネクターに近接する位置で塞ぐ(図17)。閉鎖した潅流回路のチューブ53が空になるのを防止するために、ポンプのヘッドが閉鎖した状態に保つように注意する。
2.5 閉鎖した潅流回路のチューブ53を垂直位置に保持し、潅流回路のチューブ53とチューブ54間に配置されているコネクター(図5、C)のねじを外し、そして好ましくはキャップを用いて潅流回路のチューブ54を閉鎖する。
2.6 潅流回路のチューブ53を、バイオリアクターの上流、その水平アクセスにおいてT字コネクターT2の開放水平端部にねじ止めする。バイオリアクターの上流に位置するコネクターは、常に垂直位置に保たれなければならない(図18)。
2.7 バイオリアクターの下流に位置するT字コネクターT3を、水平開口部のキャップのねじを外して開放する。
2.8 潅流回路のチューブ54のコネクターからキャップを取り除き(図19A)、そしてそれをバイオリアクターの下流に位置するT字コネクターの水平開口部にねじ止めする(図19B)。
2.9 潅流回路のチューブ54を塞いでいるクランプ171を取り除く(図20)。
2.10 本発明の文脈においてバブルトラップ(BT)という技術的表現を用いて定義される、気泡を除去するためのエレメントを充填する(図21、71~72)。バブルトラップは、キャップを使用して閉鎖され、並びに流入及び流出機能を持つ2つのアクセスを有するチャンバーにより代表されるエレメントから構成される。バブルトラップチャンバーは、ある容量の液体(この特別なケースでは高温の新鮮増殖培地)、及びバブルトラップチャンバーの2つのアクセスを流通する灌流液中に存在し得る気泡をトラップするある容量の空気を含有する。
所定の空気容量を残すようにバブルトラップを高温の新鮮増殖培地で充填し、そして各キャップを使用してチャンバー並びにその2つのアクセスを閉鎖する。
所定の空気容量を残すようにバブルトラップを高温の新鮮増殖培地で充填し、そして各キャップを使用してチャンバー並びにその2つのアクセスを閉鎖する。
2.11 バブルトラップを、バイオリアクター-スキャフォールドシステムと予め接続している潅流回路に、以下の通り接続する(図7):
a.T字コネクターT1(潅流回路のチューブ53とチューブ52間に配置されている)の水平端部にチューブ53を接続するコネクター近傍に配置されているクランプを使用して潅流回路のチューブ53を閉鎖し、そしてねじを外す(図7;52)。
b.好ましくは、キャップを使用して潅流回路のチューブ53を閉鎖する。そのような操作は、潅流回路のチューブ53が空になるのを防止する。
c.T字コネクターT1(潅流回路のチューブ53とチューブ52間に配置されている)の水平端部にキャップをし、そしてその上端部を開放する。
d.バブルトラップチャンバーの流入アクセスを開放し、そしてそれを上端部のアクセスに接続し、そしてT字コネクターT1に対して垂直に配置する。
e.バブルトラップの流出アクセスを開放し、そしてチューブを絶対にねじらないように注意しながらそれを潅流回路のチューブ53に接続する。
f.バブルトラップを垂直位置に保つ。
g.バブルトラップチャンバーに接続したばかりの潅流回路のチューブ53からクランプ71を取り除く。
ポンプの稼働を開始し、そしてプロセス期間中にチューブ53内に形成された可能性のある気泡を取り除き、気泡がスキャフォールドに到達するのを防止するために、バイオリアクターの上流に位置するT字コネクターT2の上端部のキャップを開放する。潅流回路及びバイオリアクター-スキャフォールドシステムからなるアセンブル後のシステムに対してポンプにより蠕動力が適用されると、スキャフォールドの潅流が可能になる。
h.そのような検証の後、バイオリアクターの上流に位置するT字コネクターT2をそのキャップを使用して閉鎖する。
a.T字コネクターT1(潅流回路のチューブ53とチューブ52間に配置されている)の水平端部にチューブ53を接続するコネクター近傍に配置されているクランプを使用して潅流回路のチューブ53を閉鎖し、そしてねじを外す(図7;52)。
b.好ましくは、キャップを使用して潅流回路のチューブ53を閉鎖する。そのような操作は、潅流回路のチューブ53が空になるのを防止する。
c.T字コネクターT1(潅流回路のチューブ53とチューブ52間に配置されている)の水平端部にキャップをし、そしてその上端部を開放する。
d.バブルトラップチャンバーの流入アクセスを開放し、そしてそれを上端部のアクセスに接続し、そしてT字コネクターT1に対して垂直に配置する。
e.バブルトラップの流出アクセスを開放し、そしてチューブを絶対にねじらないように注意しながらそれを潅流回路のチューブ53に接続する。
f.バブルトラップを垂直位置に保つ。
g.バブルトラップチャンバーに接続したばかりの潅流回路のチューブ53からクランプ71を取り除く。
ポンプの稼働を開始し、そしてプロセス期間中にチューブ53内に形成された可能性のある気泡を取り除き、気泡がスキャフォールドに到達するのを防止するために、バイオリアクターの上流に位置するT字コネクターT2の上端部のキャップを開放する。潅流回路及びバイオリアクター-スキャフォールドシステムからなるアセンブル後のシステムに対してポンプにより蠕動力が適用されると、スキャフォールドの潅流が可能になる。
h.そのような検証の後、バイオリアクターの上流に位置するT字コネクターT2をそのキャップを使用して閉鎖する。
前記第2の実施形態(工程3.1~3.13)は、要するに、初めに気泡を除去するためのエレメントと潅流回路との接続、その後に気泡を除去するためのエレメントの増殖培地による充填、及び最後に、気泡を除去するためのエレメントと予め接続した潅流回路内への播種済みのバイオリアクター-スキャフォールドシステムの挿入を実現する。
3.1 接続-無菌条件下-潅流回路のチューブ(図22;51;52;53;54;55)、バブルトラップという技術的表現を用いて本発明の文脈において定義した、気泡を除去するためのエレメント(図22;BT)、及びリザーバー(図22;56)。気泡を除去するためのエレメント又はバブルトラップ(BT)は、キャップを使用して閉鎖され、そして2つの非対称アクセスを有するチャンバー(好ましくはガラス製)により代表されるエレメントから構成される:タップ及び接続ノズルを有するアクセスは流入側として機能する(図27、211)一方、接続ノズルのみを有するアクセスは流出側として機能する(図27、221)。バブルトラップチャンバーは、ある容量の液体(この特別なケースでは高温の新鮮増殖培地)及びバブルトラップチャンバーの2つのアクセスを流通する、潅流液中に存在する可能性のある気泡をトラップするある容量の空気を含有する。
3.2 閉鎖した潅流回路のアンダーポンプ(図22;52)を、ペリスタポンプ(作動すると液体、この場合高温の新鮮増殖培地を吸引する能力を有する蠕動力を発生する)(図22;57)のヘッドの下に配置する。リザーバー(図22;56)と接続した潅流回路のチューブ(図22;51)により、リザーバー(図22;56)内に予め注入された高温の新鮮増殖培地が吸引されることに起因して、閉鎖した潅流回路が充填され、次に閉鎖される。高温の新鮮増殖培地が、閉鎖した潅流回路のチューブ55(図22;55)を通じてリザーバーに戻るまで、潅流回路のすべてのチューブ、バブルトラップ(図22、BT)、及びリザーバー(図22;56)を潅流液、例えば高温の新鮮増殖培地等(上記で定義した通り)で充填する。BT及びリザーバーは、所定の空気容量が残るように充填される。特に、バブルトラップ(図22、BT)は、前記バブルトラップチャンバーが、前記新鮮増殖培地で充填されたその容量の第1の部分、及び空気で充填されたその容量の第2の部分を有するように充填され、前記容量の前記第2の部分は、バブルトラップ(BT)の流入側として働く前記アクセス(211)と流出側として働く前記アクセス(212)を流通する潅流液(高温の新鮮増殖培地)中に存在する気泡をトラップする機能を有する(図22)。
3.3 BT近傍の位置において、好ましくはクランプ(図23;172)を使用してチューブ54(図23)を塞ぎ、そしてBTのタップを閉鎖位置(潅流回路のチューブに対して直角の位置)まで移動させる。
3.4 バイオリアクター-スキャフォールドシステムを、潅流回路と同一の無菌条件下に置く。
3.5 好ましくはクランプ(図23;171;図17;171)を使用して、チューブ54とのコネクションC(図23;C)近傍の位置においてチューブ55(図23)を塞ぐ。バイオリアクターの上流に配置されているT字コネクターT2(図4;T2)の上部及び水平端部を開放する。
3.6 バイオリアクターの上流に配置されているT字コネクターT2(図4)の上部及び水平端部からキャップを除去したら、気泡が生成する可能性は、高温の新鮮増殖培地と同一の容量を手作業により添加すること(好ましくは、パスツールピペットを使用して)により相殺される(図16)。
3.7 閉鎖した潅流回路のチューブ54(図23)を垂直の位置に保持し、潅流回路のチューブ54(図23)とチューブ55(図23)間に配置されているコネクターのねじを外し、そして好ましくはキャップを使用して潅流回路のチューブ55にキャップをする(図24)。
3.8 潅流回路のチューブ54(図27)を、バイオリアクターの上流に位置するT字コネクターT2(図27)の開放水平端部に、その水平アクセスにおいてねじ止めする。バイオリアクターの上流に位置するコネクターは、常に垂直位置に保たれなければならない(図18又は図27)。
3.9 バイオリアクターの下流に位置するT字コネクターT3(図4)を、水平開口部のキャップのねじを外して開放する。
3.10 ロータリーコネクターT3とT字コネクターCR2とを繋ぐねじを外し(図4)、歯車R(図4)をロックした状態に保持し、そしてチューブ55のコネクター(図25)をスキャフォールドホルダー14aの水平開口部にねじ止めする(図1)(図25)。
3.11 潅流回路のチューブ55を塞いでいるクランプ171を取り外す(図26)。
3.12 潅流回路と接続している播種済みのバイオリアクター-スキャフォールドシステムを約37℃及び約5%のCO2に置き、アンダーポンプ52(図27)を自由位置に配置し、バブルトラップBTのタップ(図27)を、潅流回路のチューブに対して平行にそれを配置することにより開放し、クランプ172(図27)を取り外す。
3.13 ポンプのスイッチをONにする(図27、57)。潅流回路、気泡を除去するためのエレメント、及びバイオリアクター-スキャフォールドシステムからなるアセンブル後のシステムに対して、ポンプにより蠕動力が適用されると、スキャフォールドの潅流が可能になる。
本発明の文脈において、潅流回路(図5及び図22)は、チューブ(図5;51~54又は図22;51~55)、リザーバー(図5又は図22;56)、及びペリスタポンプ(図5;55又は図22;57)からなるアセンブリとして定義される。前記チューブは生体適合性材料からなり、そして同チューブは、バイオリアクター11内に収容された、好ましくは実質的に管状形状のスキャフォールド(図21及び図27)の潅流が、Easy-Load II 77200-62(Masterflex、Cole-Parmer社)ヘッドを備えたペリスタポンプ(図5;55、図22;57)(そのようなケースでは、Masterflex(登録商標)、L/S Digital Dispensing Pump Drives07551-20、Cole-Parmer社)によって可能となるように相互に接続している。
上記で記載した、図27で例証される潅流方法(工程3.1~3.13)の第2の実施形態を参照すると、潅流回路は、内径が3/16インチの5つのチューブ:リザーバーから吸引するための第1のチューブ51、第2のアンダーポンプチューブ52、回路をバブルトラップBTに接続する第3のチューブ53、BTをバイオリアクター-スキャフォールドシステムの上流に位置するT字コネクターT2に接続する第4のチューブ54、バイオリアクター-スキャフォールドシステムの下流に位置するT字コネクターT3と接続したリザーバー56に戻すための第5のチューブ55から主に構成される。
上記で記載し、図5に示す潅流方法(工程2.1~2.11)の第1の実施形態を参照すると、チューブ51はアンダーポンプチューブ52に、アンダーポンプチューブ52はBTに、BTはチューブ53に、53はバイオリアクター-スキャフォールドシステムの上流に位置するT字コネクターT2に、54はバイオリアクター-スキャフォールドシステムの下流に位置するT字コネクターT3及びリザーバー56に接続している。
リザーバー(図5又は図22、56)は、高温の新鮮増殖培地(例えば、内皮増殖培地EGM、Sigma Aldrich社)を含有するエレメントであり、回路全体及びバイオリアクター-播種済みのスキャフォールドシステムを閉鎖系に保ちつつ、チューブ51(図5又は図22)がそこから吸引し、またチューブ54(図5)又は55(図22)がそこに戻る。リザーバー(図5又は図22、56)は大気圧下にあり、リザーバーのキャップ上に存在する0.22μmフィルターに起因して、空気の滅菌性が保証される。
上記で記載した、図27で例証される潅流方法(工程3.1~3.13)の第2の実施形態を参照すると、潅流回路は、内径が3/16インチの5つのチューブ:リザーバーから吸引するための第1のチューブ51、第2のアンダーポンプチューブ52、回路をバブルトラップBTに接続する第3のチューブ53、BTをバイオリアクター-スキャフォールドシステムの上流に位置するT字コネクターT2に接続する第4のチューブ54、バイオリアクター-スキャフォールドシステムの下流に位置するT字コネクターT3と接続したリザーバー56に戻すための第5のチューブ55から主に構成される。
上記で記載し、図5に示す潅流方法(工程2.1~2.11)の第1の実施形態を参照すると、チューブ51はアンダーポンプチューブ52に、アンダーポンプチューブ52はBTに、BTはチューブ53に、53はバイオリアクター-スキャフォールドシステムの上流に位置するT字コネクターT2に、54はバイオリアクター-スキャフォールドシステムの下流に位置するT字コネクターT3及びリザーバー56に接続している。
リザーバー(図5又は図22、56)は、高温の新鮮増殖培地(例えば、内皮増殖培地EGM、Sigma Aldrich社)を含有するエレメントであり、回路全体及びバイオリアクター-播種済みのスキャフォールドシステムを閉鎖系に保ちつつ、チューブ51(図5又は図22)がそこから吸引し、またチューブ54(図5)又は55(図22)がそこに戻る。リザーバー(図5又は図22、56)は大気圧下にあり、リザーバーのキャップ上に存在する0.22μmフィルターに起因して、空気の滅菌性が保証される。
有利には、本明細書に記載する潅流方法(工程III.1~III.3)は、第1の実施形態(工程2.1~2.11)及び第2の実施形態(工程3.1~3.13)のいずれにおいても、気泡の形成を回避し、また気泡がたとえ形成されたとしても、バイオリアクター-スキャフォールドシステムのスキャフォールド(細胞、好ましくは内皮細胞が播種された)に到達するのを阻止しつつ、潅流回路及び気泡を除去するためのエレメントと、播種済みのバイオリアクター-スキャフォールドシステムとの接続を可能にする。更に、回路内に気泡を除去するためのエレメント(図21、71~72又は図27、BT)が存在することに起因して、潅流回路内にすでに存在している可能性のある気泡でもスキャフォールドには到達しない。
従って、工程I~IV(及び適宜、工程I.1、II.1~II.2、II.1~II.4、又はII.1~II.9)を含む特徴づけ方法において、工程III.1~III.3が存在することで、第1の実施形態(工程2.1~2.11)及び第2の実施形態(工程3.1~3.13)のいずれにおいても、工程III.1~II.2、II.1~II.4、又はII.1~II.9のみの適用に対してそれより高い安全性を有して、スキャフォールドの管腔内に気泡が完全に存在しないこと、及び細胞の機能的且つ好ましくは連続的な層(すなわち、コフルエント細胞の単層を有する)、例えば連続的且つ機能的な内皮等で内側が覆われた管腔の少なくとも一部分を持つスキャフォールドを有する工学的に作出された血管組織又はコンストラクトの生成を保証する。
更に、播種済みのバイオリアクター-スキャフォールドシステムと本潅流方法の潅流回路とを接続する工程(工程III.1)の期間中に、血管細胞層の増殖を可能にする上で重要な因子である細胞接着の状態に変化は生じない。
従って、工程I~IV(及び適宜、工程I.1、II.1~II.2、II.1~II.4、又はII.1~II.9)を含む特徴づけ方法において、工程III.1~III.3が存在することで、第1の実施形態(工程2.1~2.11)及び第2の実施形態(工程3.1~3.13)のいずれにおいても、工程III.1~II.2、II.1~II.4、又はII.1~II.9のみの適用に対してそれより高い安全性を有して、スキャフォールドの管腔内に気泡が完全に存在しないこと、及び細胞の機能的且つ好ましくは連続的な層(すなわち、コフルエント細胞の単層を有する)、例えば連続的且つ機能的な内皮等で内側が覆われた管腔の少なくとも一部分を持つスキャフォールドを有する工学的に作出された血管組織又はコンストラクトの生成を保証する。
更に、播種済みのバイオリアクター-スキャフォールドシステムと本潅流方法の潅流回路とを接続する工程(工程III.1)の期間中に、血管細胞層の増殖を可能にする上で重要な因子である細胞接着の状態に変化は生じない。
工程I~III(並びに適宜、工程I.1、II.1~II.2、II.1~II.4、II.1~II.9、II.1~III.3、2.1~2.11、及び/又は3.1~3.13)によって取得された、ティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクトに含まれるスキャフォールドの管腔に接着した前記細胞を特徴づける工程IVは、前記工程I~III(並びに適宜、工程I.1、II.1~II.2、II.1~II.4、II.1~II.9、II.1~III.3、2.1~2.11、及び/又は3.1~3.13)、特に使用される播種方法及び潅流方法の有効性を検証及び証明する目的、従って機能的細胞の少なくとも1つの層、好ましくは機能的内皮細胞(functional endothelial cell)(機能的内皮(functional endothelium))の層;より好ましくはコフルエント細胞を有する機能的且つ連続的な内皮細胞の層(機能的且つ連続的な内皮)で内側が覆われた管腔の少なくとも1つの部分を有するスキャフォールドの形成について検証及び証明する目的を有する。
前記特徴づけ工程IVは、以下に記載する、又は当業者にとって公知の好適な分析法によって、スキャフォールドに接着した前記細胞の生存性、形態、機能性、分布、及び/又はその他の適する特徴を分析することを含む。
この分析法は、細胞の発達及びスキャフォールドに対するその接着に障害を与えてはならない。実際、スキャフォールドの管腔に接着した細胞は、機能的、均質的、且つ好ましくは連続的な血管内皮(コフルエント細胞を含む)を誘発するために、その形態、生存性、及び機能性を維持しなければならない。従って、増殖中の又は形成された血管層の喪失を引き起こすおそれのある特徴づけ工程IVの期間中に何らかの細胞変化を避けることが重要である。
実施可能な分析法は、非破壊的分析法及び破壊的分析法に区別され得る。
この分析法は、細胞の発達及びスキャフォールドに対するその接着に障害を与えてはならない。実際、スキャフォールドの管腔に接着した細胞は、機能的、均質的、且つ好ましくは連続的な血管内皮(コフルエント細胞を含む)を誘発するために、その形態、生存性、及び機能性を維持しなければならない。従って、増殖中の又は形成された血管層の喪失を引き起こすおそれのある特徴づけ工程IVの期間中に何らかの細胞変化を避けることが重要である。
実施可能な分析法は、非破壊的分析法及び破壊的分析法に区別され得る。
有利には、スキャフォールドに接着した前記細胞、好ましくは内皮細胞を特徴づける工程IVは、機能的細胞の少なくとも1つの層を形成する工程の期間中に細胞に適用される少なくとも1つの非破壊的方法、及び/又は、代替的に、細胞の機能的且つ好ましくは連続的な層からなる少なくとも1つの層を形成する工程の完了時に適用される少なくとも1つの非破壊的又は破壊的方法を含む。
好ましくは、前記非破壊的方法は、試薬に対する細胞の代謝反応に関するアッセイ法である;一方、前記破壊的方法は、DNA定量アッセイ法、又はDAPI(4’,6-ジアミジノ-2-フェニルインドール、IUPAC名2-(4-アミジノフェニル)-1H-インドール-6-カルボキサミジン、CASS47165-04-8)、若しくはローダミン-ファロイジン(ファロイジンCASS番号17466-45-4)、若しくはヘマトキシリン(IUPAC名7,11b-ジヒドロインデノ[2,1-c]クロメン-3,4,6a,9,10(6H)-ペントール、CASS番号517-28-2)、若しくはエオシンY(IUPAC名2-(2,4,5,7-テトラブロモ-6-オキシド-3-オキソ-3H-キサンテン-9-イル)ベンゾエート(脱プロトン化の形態)、CASS番号17372-87-1)を用いた比色分析法の中から選択される。破壊的方法を用いたアッセイ法は、前記機能的細胞層のサンプル、又は少なくとも1つの機能的細胞層で内側が覆われた管腔を有する前記スキャフォールド、例えば内皮化したスキャフォールド等のサンプルにおいて実施される。
本発明の主題である特徴づけ方法の工程I~IIIによりスキャフォールドに接着した細胞の生存性は、例えば細胞の代謝反応のアッセイによって、及び/又はサンプル中に存在するDNAの定量によって評価される。
細胞生存性を評価するための前記代謝反応アッセイ法は、試薬として、例えばレサズリン(商標名Alamar Blue、IUPAC名7-ヒドロキシ-10-オキシドフェノキサジン-10-イウム-3-オン、CAS550-82-3)、又は当業者にとって公知のその他の指示薬を使用する。そのようなアッセイ法は、指示薬の酸化-還元に起因して細胞生存性の定量を可能にする代謝反応から構成される;例えば、レサズリンは、生活細胞の還元的な雰囲気の存在下で還元されて、ピンク色の蛍光化合物であるレゾルフィンになる。前記代謝反応アッセイ法は、スキャフォールド上に機能的細胞の層を形成する工程の期間中に、細胞増殖を損ねることなく細胞に適用される非破壊的方法である。そのような代謝反応アッセイ法は、細胞生存性の指標(細胞の数ではない)である任意単位の蛍光値(A.U.として省略される)を提供する。
細胞の生存性は、スキャフォールドに接着した細胞中に存在するゲノムDNAを定量化するためのアッセイ法によっても分析可能であり、代謝反応アッセイで使用されるサンプルにおいて実施される。
DNA定量アッセイ法は、サンプル中に存在する機能的生存細胞の数値を提供し、そして代謝反応アッセイ法を用いて取得されたA.U.の相対的数値を絶対値にすることが可能である。そのようなアッセイ法は、DNAの二本鎖に対するPicogreen(登録商標)(蛍光化合物)の結合、従って分光光度計の適する波長における、可視サンプル中へのDNAの蛍光放出に基づく。特に、ゲノムDNAは、スキャフォールドに接着した細胞から溶解を通じて抽出され、そしてQuant-iT(商標)PicoGreen(商標)dsDNAアッセイ(P7589、Invitrogen社、Molecular Probes社)を使用してその後定量化されるが、核酸の蛍光染色剤(PicoGreen(登録商標))は、標準参照曲線を通じて溶液中のゲノムDNAの濃度の決定を可能にする。
このアッセイは破壊的方法であり、従ってスキャフォールドに接着した細胞の機能的且つ好ましくは連続的な層(例えば、機能的且つ連続的な内皮)を形成する工程が完了したときに限り、結果を検証するために使用可能である。
DNA定量アッセイ法は、サンプル中に存在する機能的生存細胞の数値を提供し、そして代謝反応アッセイ法を用いて取得されたA.U.の相対的数値を絶対値にすることが可能である。そのようなアッセイ法は、DNAの二本鎖に対するPicogreen(登録商標)(蛍光化合物)の結合、従って分光光度計の適する波長における、可視サンプル中へのDNAの蛍光放出に基づく。特に、ゲノムDNAは、スキャフォールドに接着した細胞から溶解を通じて抽出され、そしてQuant-iT(商標)PicoGreen(商標)dsDNAアッセイ(P7589、Invitrogen社、Molecular Probes社)を使用してその後定量化されるが、核酸の蛍光染色剤(PicoGreen(登録商標))は、標準参照曲線を通じて溶液中のゲノムDNAの濃度の決定を可能にする。
このアッセイは破壊的方法であり、従ってスキャフォールドに接着した細胞の機能的且つ好ましくは連続的な層(例えば、機能的且つ連続的な内皮)を形成する工程が完了したときに限り、結果を検証するために使用可能である。
本発明の主題である特徴づけ方法の工程I~IIIによりスキャフォールドに接着した細胞の形態は、例えばDAPIを用いた比色分析法、又はローダミン-ファロイジンを用いた比色分析法、又はヘマトキシリンを用いた比色分析法、又はエオシンを用いた比色分析法、又は当業者にとって公知の任意のその他のアッセイ法によって検証することができ、形態の特徴づけアッセイ法は、破壊的アッセイ法である。
DAPI及びヘマトキシリンを用いた2つのアッセイ法は、コア染色により、及び光学蛍光顕微鏡又は共焦点顕微鏡下で観察することで細胞形態の評価を可能にする;一方、ローダミン-ファロイジン及びエオシンを用いた2つのアッセイ法は、細胞質染色により細胞形態の評価を可能にする。
DAPI染色は、DNAのA-T領域に特異的に結合するという原理、従ってコアにおける青色の蛍光発光に基づく。ローダミン-ファロイジン染色は、ファロイジンがアクチンフィラメントに特異的に結合するという原理、従って細胞質における赤色の発光に基づく。ヘマトキシリン染色は、ヘマトキシリンが負に荷電した細胞コンポーネント(核酸、膜タンパク質等)に特異的に結合するという原理、従って青紫色の発光に基づく。エオシン染色は、エオシンが細胞質に特異的に結合するという原理、従ってピンク色の発光に基づく(図30、DAPI/ローダミン-ファロイジン(falloidine)染色)。
DAPI及びヘマトキシリンを用いた2つのアッセイ法は、コア染色により、及び光学蛍光顕微鏡又は共焦点顕微鏡下で観察することで細胞形態の評価を可能にする;一方、ローダミン-ファロイジン及びエオシンを用いた2つのアッセイ法は、細胞質染色により細胞形態の評価を可能にする。
DAPI染色は、DNAのA-T領域に特異的に結合するという原理、従ってコアにおける青色の蛍光発光に基づく。ローダミン-ファロイジン染色は、ファロイジンがアクチンフィラメントに特異的に結合するという原理、従って細胞質における赤色の発光に基づく。ヘマトキシリン染色は、ヘマトキシリンが負に荷電した細胞コンポーネント(核酸、膜タンパク質等)に特異的に結合するという原理、従って青紫色の発光に基づく。エオシン染色は、エオシンが細胞質に特異的に結合するという原理、従ってピンク色の発光に基づく(図30、DAPI/ローダミン-ファロイジン(falloidine)染色)。
更に、細胞形態は、ティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクト(例えば、内皮化したスキャフォールド)のいくつかの部分の組織学的分析、及びパラフィン包埋、及び後続するミクロトームによる切片化によってテスト可能である。
本発明の主題である特徴づけ方法の工程I~IIIによりスキャフォールドに接着した細胞の機能性は、例えばいくつかの代表的な細胞マーカー遺伝子発現を評価することにより検証可能である。内皮細胞の場合、代表的マーカーは、例えばフォン・ヴィルブランド因子(VWF)、表面抗原分類31(CD31)、血管細胞接着分子1(VCAM-1)である。
フォン・ヴィルブランド(VWF)因子は、内皮細胞に固有である一方、表面抗原分類31(CD31)因子は、内皮細胞間の細胞-細胞接着の代表的因子である。
細胞機能性を特徴づけるのに使用される技術は、免疫蛍光法と免疫組織化学法とに区別され得る。
免疫蛍光アッセイ法は、抗体と、VWFタンパク質(細胞質に見出される)又はCD31タンパク質(細胞膜に見出される)の抗原との間のコンジュゲーション、及び光学顕微鏡による蛍光検出システムに基づく。
免疫組織化学アッセイ法は、抗体と、VWFタンパク質(細胞質に見出される)又はCD31タンパク質(細胞膜に見出される)の抗原との間のコンジュゲーション、及び光学顕微鏡による酵素的検出システムに基づく。
細胞機能性は、フォン・ヴィルブランド因子(VWF)及び表面抗原分類31(CD31)因子について、リアルタイムPCRアッセイ法によってもテストされる。
アッセイ法は、遺伝子発現の評価に基づき、また同法は全RNAの抽出をもたらし、そして-cDNAへの逆転写後-リアルタイムPCR技術を使用しながら、特異的なTaqman Gene Expression Assay法(ThermoFisher Scientific社)を使用することで定量化する。
これまでに列挙したマーカーの遺伝子発現に対する機能レベルは、スキャフォールドの管腔に接着した細胞の良好な機能性及び生存性の指標である。
フォン・ヴィルブランド(VWF)因子は、内皮細胞に固有である一方、表面抗原分類31(CD31)因子は、内皮細胞間の細胞-細胞接着の代表的因子である。
細胞機能性を特徴づけるのに使用される技術は、免疫蛍光法と免疫組織化学法とに区別され得る。
免疫蛍光アッセイ法は、抗体と、VWFタンパク質(細胞質に見出される)又はCD31タンパク質(細胞膜に見出される)の抗原との間のコンジュゲーション、及び光学顕微鏡による蛍光検出システムに基づく。
免疫組織化学アッセイ法は、抗体と、VWFタンパク質(細胞質に見出される)又はCD31タンパク質(細胞膜に見出される)の抗原との間のコンジュゲーション、及び光学顕微鏡による酵素的検出システムに基づく。
細胞機能性は、フォン・ヴィルブランド因子(VWF)及び表面抗原分類31(CD31)因子について、リアルタイムPCRアッセイ法によってもテストされる。
アッセイ法は、遺伝子発現の評価に基づき、また同法は全RNAの抽出をもたらし、そして-cDNAへの逆転写後-リアルタイムPCR技術を使用しながら、特異的なTaqman Gene Expression Assay法(ThermoFisher Scientific社)を使用することで定量化する。
これまでに列挙したマーカーの遺伝子発現に対する機能レベルは、スキャフォールドの管腔に接着した細胞の良好な機能性及び生存性の指標である。
実験パートで報告される結果から明らかなように、本発明の特徴づけ方法の特徴づけ工程IVは、前記方法の工程I~III(並びに適宜、段階I.1、II.1~II.2、II.1~II.4、II.1~II.9、II.1~III.3、2.1~2.11、及び/又は3.1~3.13)、特に播種方法及び潅流方法が有効であり、また分析対象の様々な管腔セクションに沿って、生存細胞、好ましくは内皮細胞の均質的、均一的、且つ再現性のある播種、接着、及び増殖を保証することを示す。
換言すれば、工程I~IV(並びに適宜、工程I.1、II.1~II.2、II.1~II.4、II.1~II.9、II.1~III.3、2.1~2.11、及び/又は3.1~3.13)を含む本発明の特徴づけ方法は、少なくとも1つの機能的且つ好ましくは連続的な細胞層、例えばコフルエント細胞を有する機能的且つ好ましくは連続的な内皮層等で内側が覆われた管腔の少なくとも1つの部分を有するスキャフォールドを含む、ティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクトについて、研究室スケール及び工業スケールの両方において、容易且つ再現性のある方式で製造すること、及びその特徴づけを可能にする。
本発明の主題である特徴づけ方法(工程I~IV)によって取得可能である少なくとも1つの機能的細胞層で内側が覆われた管腔の少なくとも1つの部分を有するスキャフォールド(21)を含むティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクトが本発明の目的を形成する。
好ましくは、前記少なくとも1つの機能的細胞層は、機能的な内皮細胞の層である;より好ましくは、それは、コフルエント細胞を有する内皮細胞の機能的且つ連続的な単層である。
有利には、前記スキャフォールドは、細胞、好ましくは筋肉細胞で外部表面を覆うことができる。
好ましくは、前記少なくとも1つの機能的細胞層は、機能的な内皮細胞の層である;より好ましくは、それは、コフルエント細胞を有する内皮細胞の機能的且つ連続的な単層である。
有利には、前記スキャフォールドは、細胞、好ましくは筋肉細胞で外部表面を覆うことができる。
ヒト又は動物用途の、好ましくは心血管領域及び末梢血管領域で使用するための医療用製品の有効性、毒性、及び/又は安全性をインビトロでテストするための方法が、本発明の目的を形成し、前記方法は、下記の工程:
- 本発明による特徴づけ方法(工程I~IV)により取得可能であるティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクトを含む、血管構造のインビトロモデルを調製する工程であって、前記ティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクトが、機能的な解剖学上及び生理学上の特性を有し、或いは動脈瘤、狭窄、硬化症プラーク、腫瘍の形成、又は心筋症に起因する損傷、又は変形、又は変性をシミュレートするのに適する機能障害的な解剖学上及び生理学上の特性を有し;好ましくは、前記血管構造が、血管、血液ダクト、及び中央又は末梢循環系の弁の中から選択され;より好ましくは、前記血管構造が、動脈、静脈、毛細血管、大動脈弁及び僧帽弁の中から選択される工程;その後に
- テストされる医療用製品を前記血管構造のインビトロモデル中に導入する工程であって;好ましくは、医療用製品は、弁、心臓弁、ステント、グラフト、カテーテル、包帯、ネット、又はフィルターの中から選択される工程;その後に
- 前記医療用製品の挙動、及びそれとヒト全血サンプル、人工血液、又はその誘導体との相互作用を評価するために、前記ヒト全血サンプル、人工血液、又はその誘導体が、前記医療用製品を含む前記血管構造を循環するのを、前記インビトロモデルにおいて可能にする工程
を含む。
- 本発明による特徴づけ方法(工程I~IV)により取得可能であるティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクトを含む、血管構造のインビトロモデルを調製する工程であって、前記ティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクトが、機能的な解剖学上及び生理学上の特性を有し、或いは動脈瘤、狭窄、硬化症プラーク、腫瘍の形成、又は心筋症に起因する損傷、又は変形、又は変性をシミュレートするのに適する機能障害的な解剖学上及び生理学上の特性を有し;好ましくは、前記血管構造が、血管、血液ダクト、及び中央又は末梢循環系の弁の中から選択され;より好ましくは、前記血管構造が、動脈、静脈、毛細血管、大動脈弁及び僧帽弁の中から選択される工程;その後に
- テストされる医療用製品を前記血管構造のインビトロモデル中に導入する工程であって;好ましくは、医療用製品は、弁、心臓弁、ステント、グラフト、カテーテル、包帯、ネット、又はフィルターの中から選択される工程;その後に
- 前記医療用製品の挙動、及びそれとヒト全血サンプル、人工血液、又はその誘導体との相互作用を評価するために、前記ヒト全血サンプル、人工血液、又はその誘導体が、前記医療用製品を含む前記血管構造を循環するのを、前記インビトロモデルにおいて可能にする工程
を含む。
実験パート
細胞生存性の評価:スキャフォールドに接着した細胞の代謝反応に対するレサズリンを用いたアッセイ
方法論1:
接着から約24時間後、播種済みのスキャフォールドを、グリップから取り出す。その後、スキャフォールドを、細胞懸濁物の注入部位からの距離に応じて約2cmの各寸法を有する3つのエリア:近位部、中央部、及び遠位部に切片化する(切断する)。その後、各切片を約1cm2の面積を有する4つの部分に分割する。内皮細胞が接着したスキャフォールドの各領域(近位部、中央部、及び遠位部)を代表する3つのサンプルそれぞれを、レサズリンを用いたアッセイ用として選択した。各サンプルを24ウェルプレートのウェル内に配置し、そして新鮮増殖培地を含む0.02mg/mlレサズリンナトリウム塩溶液、1mlと共に、好ましくは5%のCO2において37℃で3時間インキュベートした。新鮮増殖培地を含む0.02mg/mlレサズリンナトリウム塩溶液とスキャフォールドサンプル(内皮細胞が接着している)との間で発現する反応を、分光蛍光光度計を使用することにより、590nmにおける任意単位の蛍光値(A.U.)を検出し、それを使用して分析する。
細胞生存性の評価:スキャフォールドに接着した細胞の代謝反応に対するレサズリンを用いたアッセイ
方法論1:
接着から約24時間後、播種済みのスキャフォールドを、グリップから取り出す。その後、スキャフォールドを、細胞懸濁物の注入部位からの距離に応じて約2cmの各寸法を有する3つのエリア:近位部、中央部、及び遠位部に切片化する(切断する)。その後、各切片を約1cm2の面積を有する4つの部分に分割する。内皮細胞が接着したスキャフォールドの各領域(近位部、中央部、及び遠位部)を代表する3つのサンプルそれぞれを、レサズリンを用いたアッセイ用として選択した。各サンプルを24ウェルプレートのウェル内に配置し、そして新鮮増殖培地を含む0.02mg/mlレサズリンナトリウム塩溶液、1mlと共に、好ましくは5%のCO2において37℃で3時間インキュベートした。新鮮増殖培地を含む0.02mg/mlレサズリンナトリウム塩溶液とスキャフォールドサンプル(内皮細胞が接着している)との間で発現する反応を、分光蛍光光度計を使用することにより、590nmにおける任意単位の蛍光値(A.U.)を検出し、それを使用して分析する。
方法論2:
PBS(リン酸緩衝化生理食塩水)1×中の0.2mg/mlレサズリン溶液及び0.1μmフィルターを使用して予め濾過したEGM培地から開始して、ラミナーフローフード下、EGM(内皮増殖培地)内で、0.02mg/mlレサズリン溶液を調製する。サーモスタット式水浴内で使用する前に、37℃まで予備加熱する。
バイオリアクターチャンバー(滅菌性のラミナーフローフード下でHUVECが予め播種されたスキャフォールドがその中に挿入されている)を移動させる。クランプ及びコネクター用のキャップを使用して、バイオリアクターチャンバーと接続しているあらゆる回路を切り離す。チャンバーを傾けることによって、重力によりスキャフォールドの管腔内に存在するEGMを除去する。
スキャフォールド細胞播種手順(MMM-05-00)を使用して、EGM中の0.02mg/mlレサズリン溶液をスキャフォールドの管腔内に注入する。
同一のインキュベーター内に配置された滅菌状態の15mlチューブ内に3mlの同レサズリン溶液を添加して、分析用のブランクを調製する。インキュベーター内、37℃+5%CO2において30分間インキュベートする。
30分後、バイオリアクターチャンバーをラミナーフローフード下に戻し、そしてチャンバーを傾けることによって、重力によりスキャフォールドの管腔を空にし、そして15mlチューブ内に溶液を収集する。
分光蛍光光度計読み取り用のディッシュを負荷するために、サンプルをベンチに移動する。
1mlの各サンプルを予めラベル表示した1.5mlチューブ内に移すのにp1000マイクロピペットを使用する。分光蛍光光度計分析後、サンプルを-20℃の冷蔵庫内の特別なボックスにおいて保管する。
PBS(リン酸緩衝化生理食塩水)1×中の0.2mg/mlレサズリン溶液及び0.1μmフィルターを使用して予め濾過したEGM培地から開始して、ラミナーフローフード下、EGM(内皮増殖培地)内で、0.02mg/mlレサズリン溶液を調製する。サーモスタット式水浴内で使用する前に、37℃まで予備加熱する。
バイオリアクターチャンバー(滅菌性のラミナーフローフード下でHUVECが予め播種されたスキャフォールドがその中に挿入されている)を移動させる。クランプ及びコネクター用のキャップを使用して、バイオリアクターチャンバーと接続しているあらゆる回路を切り離す。チャンバーを傾けることによって、重力によりスキャフォールドの管腔内に存在するEGMを除去する。
スキャフォールド細胞播種手順(MMM-05-00)を使用して、EGM中の0.02mg/mlレサズリン溶液をスキャフォールドの管腔内に注入する。
同一のインキュベーター内に配置された滅菌状態の15mlチューブ内に3mlの同レサズリン溶液を添加して、分析用のブランクを調製する。インキュベーター内、37℃+5%CO2において30分間インキュベートする。
30分後、バイオリアクターチャンバーをラミナーフローフード下に戻し、そしてチャンバーを傾けることによって、重力によりスキャフォールドの管腔を空にし、そして15mlチューブ内に溶液を収集する。
分光蛍光光度計読み取り用のディッシュを負荷するために、サンプルをベンチに移動する。
1mlの各サンプルを予めラベル表示した1.5mlチューブ内に移すのにp1000マイクロピペットを使用する。分光蛍光光度計分析後、サンプルを-20℃の冷蔵庫内の特別なボックスにおいて保管する。
分光蛍光光度計分析:
ひとたび、レサズリン溶液及びブランクが15mlチューブ内に収集されたら、p200マイクロピペットを使用して、96ウェルブラックプレート中に100μlの各サンプルを三重で負荷する。
510nmでの励起及び590nmでの発光蛍光を、A.U.値(任意単位の蛍光値)を読み取るための検出パラメーターとして設定して、分光蛍光光度計下でプレートを読み取る。
ひとたび、レサズリン溶液及びブランクが15mlチューブ内に収集されたら、p200マイクロピペットを使用して、96ウェルブラックプレート中に100μlの各サンプルを三重で負荷する。
510nmでの励起及び590nmでの発光蛍光を、A.U.値(任意単位の蛍光値)を読み取るための検出パラメーターとして設定して、分光蛍光光度計下でプレートを読み取る。
細胞生存性の評価:PICOGREENを使用するスキャフォールドに接着した細胞のゲノムDNAの定量化
方法論
ゲノムDNA定量分析法は、スキャフォールド切片に接着したHUVECのサンプル、1cm2に適用可能である。
Quant-iT PicoGreen dsDNA試薬及びキット(P7589、Invitrogen社)というキットと、以下に列挙する試薬を使用する。
HUVECが接着したスキャフォールド切片を1.5mlチューブ内に配置し、そして180μlのAUT溶液及び20μlのプロテイナーゼKを添加し、プッシュボタンモードを使用して15秒間ボルテックス混合する。サーモブロック内、56℃、オーバーナイトでインキュベートする。200μlのAUL溶液を添加し、そしてプッシュボタンモードを使用して15秒間ボルテックス混合する。サーモブロック内、70℃で10分間インキュベートする。遠心機内で回転させる。200μlのエタノールを添加し(溶媒が25℃を超えないことを確実にする)、そしてプッシュボタンモードを使用して15秒間ボルテックス混合する。
6000×g(8000rpm)で1分間遠心分離する。ライセートを、2mlチューブに挿入されたQIAamp UCP MinEluteカラムに移す。
6000×g(8000rpm)で1分間遠心分離する。カラムを新しい2mlチューブに移し、そして500μlのバッファーAUW1を添加する。
6000×g(8000rpm)で1分間遠心分離する。カラムを新しい2mlチューブに移し、そして500μlのバッファーAUW2を添加する。
6000×g(8000rpm)で1分間遠心分離する。カラムを新しい2mlチューブに移し、そして20000×g(12000rpm)で3分間遠心分離する。カラムを予めラベル表示された1.5mlチューブに移し、そして20μlのI型H2Oを膜上に直接添加し、そしてRTで5分間インキュベートする。
20000×g(12000rpm)で1分間遠心分離する。カラムを廃棄し、そしてサンプルを-20℃で保管する。
下記の分析法は、H2O中で再懸濁したゲノムDNAのサンプルに適用可能である。
方法論
ゲノムDNA定量分析法は、スキャフォールド切片に接着したHUVECのサンプル、1cm2に適用可能である。
Quant-iT PicoGreen dsDNA試薬及びキット(P7589、Invitrogen社)というキットと、以下に列挙する試薬を使用する。
HUVECが接着したスキャフォールド切片を1.5mlチューブ内に配置し、そして180μlのAUT溶液及び20μlのプロテイナーゼKを添加し、プッシュボタンモードを使用して15秒間ボルテックス混合する。サーモブロック内、56℃、オーバーナイトでインキュベートする。200μlのAUL溶液を添加し、そしてプッシュボタンモードを使用して15秒間ボルテックス混合する。サーモブロック内、70℃で10分間インキュベートする。遠心機内で回転させる。200μlのエタノールを添加し(溶媒が25℃を超えないことを確実にする)、そしてプッシュボタンモードを使用して15秒間ボルテックス混合する。
6000×g(8000rpm)で1分間遠心分離する。ライセートを、2mlチューブに挿入されたQIAamp UCP MinEluteカラムに移す。
6000×g(8000rpm)で1分間遠心分離する。カラムを新しい2mlチューブに移し、そして500μlのバッファーAUW1を添加する。
6000×g(8000rpm)で1分間遠心分離する。カラムを新しい2mlチューブに移し、そして500μlのバッファーAUW2を添加する。
6000×g(8000rpm)で1分間遠心分離する。カラムを新しい2mlチューブに移し、そして20000×g(12000rpm)で3分間遠心分離する。カラムを予めラベル表示された1.5mlチューブに移し、そして20μlのI型H2Oを膜上に直接添加し、そしてRTで5分間インキュベートする。
20000×g(12000rpm)で1分間遠心分離する。カラムを廃棄し、そしてサンプルを-20℃で保管する。
下記の分析法は、H2O中で再懸濁したゲノムDNAのサンプルに適用可能である。
校正曲線の調製:
TE20×(コンポーネントB)を、I型H2Oを使用して、試験管又はチューブ内でTE1×に希釈する。
TE1×を用いてQuant-iT PicoGreen dsDNA試薬(コンポーネントA)を1:200希釈することによりPicoGreen試薬を調製するが、但し使用時に試験管内で調製する。
dsDNAラムダ(100μg/ml、コンポーネントC)の標準ストック溶液から開始して希釈DNA溶液を調製し、そして校正曲線を、希釈NA溶液を使用して以下のように調製するが、但しサンプル中のdsDNA推定含有量に関連してその溶液を選択する。
TE20×(コンポーネントB)を、I型H2Oを使用して、試験管又はチューブ内でTE1×に希釈する。
TE1×を用いてQuant-iT PicoGreen dsDNA試薬(コンポーネントA)を1:200希釈することによりPicoGreen試薬を調製するが、但し使用時に試験管内で調製する。
dsDNAラムダ(100μg/ml、コンポーネントC)の標準ストック溶液から開始して希釈DNA溶液を調製し、そして校正曲線を、希釈NA溶液を使用して以下のように調製するが、但しサンプル中のdsDNA推定含有量に関連してその溶液を選択する。
高濃度範囲標準曲線:
dsDNA(100μg/ml)の標準ストック溶液から開始して、2μg/mlのdsDNA溶液を調製し、TE1×を使用して1.5ml試験管内で1:50希釈する。
図28に示すように、2μg/mlのdsDNA溶液を1.5ml試験管内で連続希釈する。
dsDNA(100μg/ml)の標準ストック溶液から開始して、2μg/mlのdsDNA溶液を調製し、TE1×を使用して1.5ml試験管内で1:50希釈する。
図28に示すように、2μg/mlのdsDNA溶液を1.5ml試験管内で連続希釈する。
低濃度範囲標準曲線:
2μg/mlのdsDNA溶液から開始して、50ng/mlのdsDNA溶液を調製し、TE1×を使用して1.5ml試験管内で1:40希釈する。
図29に示すように、50ng/mlのdsDNA溶液を1.5ml試験管内で連続希釈する。
2μg/mlのdsDNA溶液から開始して、50ng/mlのdsDNA溶液を調製し、TE1×を使用して1.5ml試験管内で1:40希釈する。
図29に示すように、50ng/mlのdsDNA溶液を1.5ml試験管内で連続希釈する。
サンプル分析:
選択した曲線の各ポイントについて、25μlを、96ウェルブラックプレートのウェル内に重複して負荷する。
TE1×(ブランク)溶液、25μlを、同じ96ウェルブラックプレートのウェル内に重複して負荷する。
定量化する各サンプル、25μlを、同じ96ウェルブラックプレートのウェル内に三重で負荷するが、好適には、必要な場合、TE1×を使用してサンプルを希釈する。
負荷したウェル(曲線の各ポイント、ブランク、及びサンプル)のそれぞれに、等しい容量25μlのPicoGreenを添加し、十分混合する。
96ウェルブラックプレートを、RT、暗光にて2~5分インキュベートする。
励起波長を480nmに、そして発光波長を520nmに設定して、分光蛍光光度計下で蛍光を測定する。
ブランクサンプルの任意単位の蛍光値(U.A)を、定量化するサンプルのそれぞれ、及び曲線用の各サンプルの蛍光値から減じる。
取得した数値を使用して、DNA濃度に対して蛍光標準曲線を生成する(エクセルファイルを使用する)。
蛍光標準曲線を使用して、各サンプルのdsDNA量(総ng/ml及びng)を計算する。
選択した曲線の各ポイントについて、25μlを、96ウェルブラックプレートのウェル内に重複して負荷する。
TE1×(ブランク)溶液、25μlを、同じ96ウェルブラックプレートのウェル内に重複して負荷する。
定量化する各サンプル、25μlを、同じ96ウェルブラックプレートのウェル内に三重で負荷するが、好適には、必要な場合、TE1×を使用してサンプルを希釈する。
負荷したウェル(曲線の各ポイント、ブランク、及びサンプル)のそれぞれに、等しい容量25μlのPicoGreenを添加し、十分混合する。
96ウェルブラックプレートを、RT、暗光にて2~5分インキュベートする。
励起波長を480nmに、そして発光波長を520nmに設定して、分光蛍光光度計下で蛍光を測定する。
ブランクサンプルの任意単位の蛍光値(U.A)を、定量化するサンプルのそれぞれ、及び曲線用の各サンプルの蛍光値から減じる。
取得した数値を使用して、DNA濃度に対して蛍光標準曲線を生成する(エクセルファイルを使用する)。
蛍光標準曲線を使用して、各サンプルのdsDNA量(総ng/ml及びng)を計算する。
レサズリンを用いた代謝反応に関するアッセイ及びPICCOGREENを使用するスキャフォールドに接着した細胞のゲノムDNAの定量化の結果
図15A及び図15Bでは、3つの異なる実験(DYN1、DYN2、及びDYN3と命名)において、内皮細胞が播種され、そして24時間インキュベートしたスキャフォールドの各領域(近位部、中央部、及び遠位部)を代表するサンプルを対象として、方法論1に従い、レサズリンを用いた代謝反応アッセイを使用して得られた数値がチャートに表わされている。図15A及び図15Bのチャートは、内皮細胞の良好な接着及び生存性を示している。
このデータは、内皮細胞のゲノムDNA含有量が約7pgであることを考慮して計算されたゲノムDNAの定量化(図15C及び図15D)により確認された。
内皮細胞が播種されたスキャフォールドの様々な近位、中央、及び遠位切片において、細胞生存性に有意な差異は観測されなかった。特に、細胞生存性及びその数は、その近位、中央、及び遠位部分における長さ方向(スキャフォールドの主要な軸)に沿って比較可能である。
図15A及び図15Bでは、3つの異なる実験(DYN1、DYN2、及びDYN3と命名)において、内皮細胞が播種され、そして24時間インキュベートしたスキャフォールドの各領域(近位部、中央部、及び遠位部)を代表するサンプルを対象として、方法論1に従い、レサズリンを用いた代謝反応アッセイを使用して得られた数値がチャートに表わされている。図15A及び図15Bのチャートは、内皮細胞の良好な接着及び生存性を示している。
このデータは、内皮細胞のゲノムDNA含有量が約7pgであることを考慮して計算されたゲノムDNAの定量化(図15C及び図15D)により確認された。
内皮細胞が播種されたスキャフォールドの様々な近位、中央、及び遠位切片において、細胞生存性に有意な差異は観測されなかった。特に、細胞生存性及びその数は、その近位、中央、及び遠位部分における長さ方向(スキャフォールドの主要な軸)に沿って比較可能である。
このエビデンスを裏付けるために、内皮細胞が播種され、そして約24時間インキュベートしたスキャフォールドの各領域(近位部、中央部、遠位部)を代表するサンプルを対象として、DAPI(D1306、ThermoFisher scientific社)及びローダミン-ファロイジン(R415、ThermoFisher scientific社)を使用する共染色を実施した。約24時間の培養後、その結果は、内皮細胞が生存しており、またスキャフォールドの管腔上に均一に分布していることを示している。特に、この結果は、少なくとも90%の細胞コンフルエンスを示している。
結論として、本発明の特徴づけ方法の特徴づけ工程IVは、前記方法の工程I~III、特に播種方法及び潅流方法が効果的であり、また分析対象の様々な管腔切片に沿って(long)、生存性の内皮細胞の均質、均一、且つ再現性のある播種、接着、及び増殖を保証することを示す。
結論として、本発明の特徴づけ方法の特徴づけ工程IVは、前記方法の工程I~III、特に播種方法及び潅流方法が効果的であり、また分析対象の様々な管腔切片に沿って(long)、生存性の内皮細胞の均質、均一、且つ再現性のある播種、接着、及び増殖を保証することを示す。
コア及びF-アクチンフィラメント染色による細胞形態の評価
下記の分析方法が、スキャフォールド切片に接着したHUVECのコア及びF-アクチンフィラメント染色に適用される。該方法は破壊的方法である。
この方法は、コアを染色するのにDAPI、及び細胞質染色にローダミン-ファロイジンを使用する。
下記の分析方法が、スキャフォールド切片に接着したHUVECのコア及びF-アクチンフィラメント染色に適用される。該方法は破壊的方法である。
この方法は、コアを染色するのにDAPI、及び細胞質染色にローダミン-ファロイジンを使用する。
方法論
HUVECが接着したスキャフォールド切片、1cm2を、24ウェルプレートのウェル内に配置する。24時間前に細胞約2.5×105個が播種されたスキャフォールド、1cm2と同一タイプの切片を、陽性コントロール分析として使用する。
各サンプルについて以下のように進める。
1×PBSを使用して連続3回の迅速洗浄を実施し、プラスチック製パスツールピペットを使用してサンプルウェルを覆う。痕跡量の1×PBSを残さず取り除き、そして-ヒュームフード下で-プラスチック製パスツールピペットを使用して、10%の中性緩衝ホルマリンを添加し、各サンプルウェルを覆う。室温で10分間インキュベートする。1×PBSを使用して洗浄を5分間、3回実施するが、撹拌プレート上で撹拌しながら行えばなお良い。
70%EtOH中のスダンブラック溶液を添加し、サンプルウェルを覆い、そして暗光、室温で30分間インキュベートする。ここより先、サンプルは暗光において取り扱う。
サンプルを1×PBSを含むウェルに移し、そして痕跡量のスダンブラックがもはや認められなくなるまで、1×PBSを使用して反復洗浄を実施する。1×PBS中の0.1%トリトン溶液を添加し、サンプルウェルを覆い、そして暗光、室温で5分間インキュベートする。1×PBSを使用して洗浄を5分間、2回実施するが、撹拌プレート上で撹拌しながら行えばなお良い。
1×PBS中の1%BSA溶液を添加し、サンプルウェルを覆い、そして室温で20分間インキュベートする。1×PBSを使用して洗浄を5分間、2回実施するが、撹拌プレート上で撹拌しながら行えばなお良い。
マイクロピペットを使用して、新たに調製した、1×PBSの1%BSA中の1:100ローダミン-ファロイジン溶液を添加し、サンプルウェルを覆い、そして室温で20分間インキュベートする。1×PBSを使用して洗浄を5分間、3回実施するが、撹拌プレート上で撹拌しながら行えばなお良い。
マイクロピペットを使用して、新たに調製した、1×PBS中のDAPI 1:200溶液を添加し、サンプルウェルを覆い、そして37℃で3分間インキュベートする。1×PBSを使用して洗浄を5分間、2回実施するが、撹拌プレート上で撹拌しながら行えばなお良い。
スライド及びカバースリップを使用しながら、マウント化しないで、蛍光顕微鏡下でサンプルを観察する。
青色チャンネルを通じて核染色を観察し、また赤色チャンネルを通じてアクチンフィラメントの色味を観察する。サンプルを1×PBS内、4℃で保管する。
HUVECが接着したスキャフォールド切片、1cm2を、24ウェルプレートのウェル内に配置する。24時間前に細胞約2.5×105個が播種されたスキャフォールド、1cm2と同一タイプの切片を、陽性コントロール分析として使用する。
各サンプルについて以下のように進める。
1×PBSを使用して連続3回の迅速洗浄を実施し、プラスチック製パスツールピペットを使用してサンプルウェルを覆う。痕跡量の1×PBSを残さず取り除き、そして-ヒュームフード下で-プラスチック製パスツールピペットを使用して、10%の中性緩衝ホルマリンを添加し、各サンプルウェルを覆う。室温で10分間インキュベートする。1×PBSを使用して洗浄を5分間、3回実施するが、撹拌プレート上で撹拌しながら行えばなお良い。
70%EtOH中のスダンブラック溶液を添加し、サンプルウェルを覆い、そして暗光、室温で30分間インキュベートする。ここより先、サンプルは暗光において取り扱う。
サンプルを1×PBSを含むウェルに移し、そして痕跡量のスダンブラックがもはや認められなくなるまで、1×PBSを使用して反復洗浄を実施する。1×PBS中の0.1%トリトン溶液を添加し、サンプルウェルを覆い、そして暗光、室温で5分間インキュベートする。1×PBSを使用して洗浄を5分間、2回実施するが、撹拌プレート上で撹拌しながら行えばなお良い。
1×PBS中の1%BSA溶液を添加し、サンプルウェルを覆い、そして室温で20分間インキュベートする。1×PBSを使用して洗浄を5分間、2回実施するが、撹拌プレート上で撹拌しながら行えばなお良い。
マイクロピペットを使用して、新たに調製した、1×PBSの1%BSA中の1:100ローダミン-ファロイジン溶液を添加し、サンプルウェルを覆い、そして室温で20分間インキュベートする。1×PBSを使用して洗浄を5分間、3回実施するが、撹拌プレート上で撹拌しながら行えばなお良い。
マイクロピペットを使用して、新たに調製した、1×PBS中のDAPI 1:200溶液を添加し、サンプルウェルを覆い、そして37℃で3分間インキュベートする。1×PBSを使用して洗浄を5分間、2回実施するが、撹拌プレート上で撹拌しながら行えばなお良い。
スライド及びカバースリップを使用しながら、マウント化しないで、蛍光顕微鏡下でサンプルを観察する。
青色チャンネルを通じて核染色を観察し、また赤色チャンネルを通じてアクチンフィラメントの色味を観察する。サンプルを1×PBS内、4℃で保管する。
組織学的分析法を使用する細胞形態の評価
パラフィン包埋及び組織学的評価のためのサンプルの調製を、以下の記載に従い実施する。
パラフィン包埋及び組織学的評価のためのサンプルの調製を、以下の記載に従い実施する。
非滅菌の1×PBS内で管状切片をリンスする。チューブ内で切片を10%ホルマリンに浸漬し、そして+4℃で4時間インキュベートする。切片を70%エタノール内でリンスする。切片をチューブ内で70%エタノールに浸漬し、そして+4℃で保管する。
2つの切片を各サンプルから取得する:一方は、高さ2~3mmの寸法である横方向、及び他方(残りの部分)。調製を以下のように継続する:
-清澄化:脱水後の調製物にはエタノールが含まれるが、エタノールは包埋工程において調製物に浸透する物質(パラフィン)と混ざり合うことができないので、エタノール及びパラフィンの両方と混ざり合うことができる中間溶媒で置換しなければならない。使用される清澄化剤はキシレンである。
-包埋:56~58℃の温度で実施される浸透工程は以下の通りである:
-キシレン/パラフィン(50%-50%)
-純粋なパラフィン(2~3回交換する)
-切片化:ミクロトームを、厚さ5μmを有するスライスを取得するのに使用する。
-キシレン/パラフィン(50%-50%)
-純粋なパラフィン(2~3回交換する)
-切片化:ミクロトームを、厚さ5μmを有するスライスを取得するのに使用する。
-脱蝋:パラフィン切片は幾分疎水的であり、染色するためにはパラフィンを除去しなければならない;従って、スライドは、
-キシレン
-キシレン/エタノール(50%-50%)
-100%エタノール
-95%エタノール
-70%エタノール
-50%エタノール
-蒸留水
を用いて処理しなければならない。
-キシレン
-キシレン/エタノール(50%-50%)
-100%エタノール
-95%エタノール
-70%エタノール
-50%エタノール
-蒸留水
を用いて処理しなければならない。
-染色:ヘマトキシリンエオシン
-脱水:切片を再度脱水し、そしてキシレンに戻されなければならない:
-蒸留水
-70%エタノール
-90%エタノール
-95%エタノール
-100%エタノール(2回交換)
-キシレン
-蒸留水
-70%エタノール
-90%エタノール
-95%エタノール
-100%エタノール(2回交換)
-キシレン
-マウント化:カバースリップは、スライドにしっかりと固定しなければならない。これは、2つのエレメントを相互に完全接着するのを保証すると共に、乾燥すると調製物を安定且つ不変的にする天然樹脂又は合成樹脂を使用して得られる(カナダバルサム)。
-観察:下記の倍率:25×;50×;100×;200×;400×、及び1000×での光学顕微鏡による。
スキャフォールドの内部表面上の細胞形態と分布、及び細胞状態の評価を、ヘマトキシリンとエオシンを使用する染色により実施する。
サンプルを切片化し、そしてパラフィン中に含め、次に5μmスライスを切断し、そしてヘマトキシリンとエオシンを使用して染色した(図31及び図32)。
すべてのサンプルを、次に顕微鏡下、異なる倍率で検査した。
サンプルを切片化し、そしてパラフィン中に含め、次に5μmスライスを切断し、そしてヘマトキシリンとエオシンを使用して染色した(図31及び図32)。
すべてのサンプルを、次に顕微鏡下、異なる倍率で検査した。
Claims (13)
- ヒト又は動物用途の医療用製品をインビトロでテストするのに使用可能である、少なくとも1つの機能的細胞層で内側が覆われた管腔の少なくとも1つの部分を有するスキャフォールドを含む、ティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクトを特徴づけるための方法であって、
- I.バイオリアクター(11)-スキャフォールド(21)システムを取得するために、バイオリアクター(11)のチャンバー内でスキャフォールド(21)を調製する工程、その後に
- II.前記スキャフォールド(21)の管腔の少なくとも1つの部分に細胞培養物を播種し、及びスキャフォールド(21)に対する前記細胞の接着を可能にして、播種済みのバイオリアクター(11)-スキャフォールド(21)システムを取得するための播種方法を適用する工程、その後に
- III.前記スキャフォールド(21)の管腔の少なくとも1つの部分に接着した機能的細胞の少なくとも1つの層が形成されるまで、前記スキャフォールド(21)の管腔内の前記播種された細胞の増殖及び組織化を刺激する工程、その後又はそれと同時に
- IV.前記スキャフォールド(21)の管腔の少なくとも1つの部分の内側を覆う前記細胞を、その生存性、形態、機能性、及び/若しくは分布について検証するために特徴づける工程
を含み、
前記スキャフォールド(21)の管腔の少なくとも1つの部分の内側を覆う前記細胞を特徴づける工程IVが、機能的細胞の少なくとも1つの層を形成する工程IIIの期間中に細胞に適用される少なくとも1つの非破壊的方法、及び/又は機能的細胞の少なくとも1つの層を形成する工程IIIの完了時に適用される少なくとも1つの非破壊的方法を含む、
方法。 - 前記スキャフォールド(21)の管腔の少なくとも1つの部分の内側を覆う前記細胞が、血管組織の内皮を構成する細胞の中から選択され;好ましくはHAOEC(ヒト大動脈内皮細胞)、HCAEC(ヒト冠動脈内皮細胞)、HMVEC(ヒト皮膚微小血管内皮細胞)、HUVEC(ヒト臍帯静脈内皮細胞)の中から選択される内皮細胞である、請求項1に記載の特徴づけ方法。
- 前記スキャフォールドの管腔が、少なくとも1つの機能的且つ連続的な細胞層、好ましくは機能的且つ連続的な内皮細胞の単層で少なくとも部分的に内側が覆われている、請求項1又は2に記載の特徴づけ方法。
- 前記播種方法が、
- 前記細胞培養物、好ましくは内皮細胞を、新鮮増殖培地及び細胞、好ましくは内皮細胞を含む細胞懸濁物の形態で、ロータリーコネクター(CR1)によって、バイオリアクター(11)の上流に配置されているT字コネクター(T2)上に取り付けられたコンテナ(91)内に放出する工程、その後に
- 流体速度によって、前記細胞懸濁物が気泡を生成することなくT字コネクター(T2)中に滴下され、そして前記スキャフォールド(21)の管腔内部に存在する気泡が、バイオリアクター(11)の下流に配置されたT字コネクター(T3)の開口部に向かって押し出され、その流出が可能となるように、定常流を用いながら、前記細胞培養物、好ましくは内皮細胞を、バイオリアクター(11)内に存在する前記スキャフォールド(21)の管腔内部に放出する工程、
を含む、請求項1から3のいずれか一項に記載の特徴づけ方法。 - 前記播種方法が、細胞培養物、好ましくは内皮細胞を、前記スキャフォールド(21)の管腔内に放出する工程の後に、
- 前記スキャフォールド(21)の管腔内部への細胞の均一な接着を可能にするために、前記スキャフォールド(21)を、その縦軸に沿って、2~48時間の間に含まれる時間、好ましくは24時間、0.5~5rpmの間、好ましくは1.5~2rpmに含まれる回転スピードで連続的に回転させる工程、その後に
- 2~48時間の間に含まれる時間、好ましくは24時間、20~45℃の温度、好ましくは37℃において、1~10%、好ましくは5%のCO2の存在下で、バイオリアクター(11)内に収容された前記スキャフォールド(21)をインキュベートする工程
を更に含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の特徴づけ方法。 - 前記細胞、好ましくは内皮細胞の増殖及び組織化を刺激する工程IIIが、前記播種済みのスキャフォールド(21)の管腔内に存在する細胞に、20℃~45℃の範囲に含まれる温度、好ましくは37℃を有する高温の新鮮増殖培地を用いた潅流方法を適用する工程を含み、
前記潅流方法が、
- 気泡を除去するためのエレメント(71~72又はBT)及び前記播種済みのバイオリアクター(11)-スキャフォールド(21)システムを潅流回路(51~56)に接続する工程であって、前記気泡を除去するためのエレメントが前記播種済みのバイオリアクター(11)-スキャフォールド(21)システムの上流に挿入される工程;その後又はそれに先行して
- 前記気泡を除去するためのエレメント(71~72又はBT)の少なくとも1つの部分を、前記高温の新鮮増殖培地で充填する工程であって、前記気泡を除去するためのエレメント(71~72又はBT)が、チャンバー、前記チャンバーを閉鎖するためのキャップ、流入機能を有するアクセス(211)及び流出機能を有するアクセス(212)を備え、前記チャンバーが、ある容量を有し、並びに前記容量の第1の部分が前記高温の新鮮増殖培地で充填され、及び前記容量の第2の部分が空気で充填されており、前記容量の前記第2の部分が、前記流入機能を有するアクセス(211)及び前記流出機能を有するアクセス(212)を流通する前記新鮮増殖培地中に存在する気泡をトラップする機能を有し;好ましくは前記気泡を除去するためのエレメント(71~72又はBT)がバブルトラップ等である工程;その後に
- 前記高温の新鮮増殖培地を用いた前記播種済みのスキャフォールド(21)の潅流を、好ましくはペリスタポンプによって可能にする工程
を含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の特徴づけ方法。 - 前記非破壊的方法が、試薬に対する細胞の代謝反応に関するアッセイ法である、請求項1から6のいずれか一項に記載の特徴づけ方法。
- 前記スキャフォールド(21)の管腔の少なくとも1つの部分の内側を覆う前記細胞、好ましくは内皮細胞を特徴づける工程IVが、機能的細胞の少なくとも1つの層を形成する工程IIIの完了時に適用される少なくとも1つの破壊的方法を更に含み;好ましくは、前記破壊的な方法が、DNA定量アッセイ、又は2-(4-アミジノフェニル)-1H-インドール-6-カルボキサミジン(DAPI)、若しくはローダミン-ファロイジン、若しくはヘマトキシリン、若しくはエオシンを用いた比色分析法の中から選択される、請求項1から7のいずれか一項に記載の特徴づけ方法。
- スキャフォールドを調製する前記工程Iが、
- バイオリアクター(11)-スキャフォールド(21)システムを取得するために、バイオリアクターチャンバー(11)内のスキャフォールド(21)を、スキャフォールドホルダー(13)によって取り付ける工程であって、前記スキャフォールド(21)が、実質的に管状形状のポリマー性スキャフォールドであり、好ましくは静電紡糸型絹フィブロインからなる工程
を含み;並びに
前記播種方法が、
- 新鮮増殖培地を、バイオリアクターチャンバー(11)内部に配置されている前記スキャフォールドホルダー(13)上に固定された前記スキャフォールド(21)の管腔内に注入する工程;その後に
- 前記新鮮増殖培地をバイオリアクターチャンバー(11)中に添加する工程であって、前記スキャフォールド(21)を含む前記スキャフォールドホルダー(13、13a、13b)が、前記増殖培地が注入された状態で存在する工程;その後に
- 1時間~18時間の間に含まれる時間、20℃~30℃の間に含まれる温度、好ましくは25℃で、前記増殖培地を、前記スキャフォールド(21)の管腔内部及びバイオリアクターチャンバー(11)内に留める工程であって、前記スキャフォールド(21)を含む前記スキャフォールドホルダー(13)が、前記増殖培地が注入された状態で存在する工程;その後に
- 前記スキャフォールド(21)の管腔及びバイオリアクターチャンバー(11)の内部から増殖培地を除去する工程;その後に
- 請求項1に従い、前記細胞培養物、好ましくは内皮細胞培養物を、前記コンテナ(91)内に放出する工程であって;好ましくは前記コンテナ(91)が、実質的にシリンジ等である工程;その後に
- 請求項1に従い、前記細胞懸濁物を、前記スキャフォールド(21)の管腔内に放出する工程;その後に
- 前記新鮮増殖培地をバイオリアクターチャンバー(11)内に添加する工程であって、前記スキャフォールド(21)を含む前記スキャフォールドホルダー(13)が播種された状態で存在し、前記細胞懸濁物を管腔内に含有する工程;その後に
- 請求項5に従い、前記スキャフォールド(21)を連続的に回転させる工程、その後に
- 請求項5に従い、前記スキャフォールド(21)をインキュベートする工程
を含む、請求項1から8のいずれか一項に記載の特徴づけ方法。 - 請求項1~9のいずれか一項に記載の特徴づけ方法によって取得可能である、少なくとも1つの機能的細胞層で内側が覆われた管腔の少なくとも1つの部分を有するスキャフォールド(21)を含むティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクトであって、好ましくは前記少なくとも1つの機能的細胞層が、機能的内皮細胞の層であり、より好ましくは内皮細胞の機能的且つ連続的な単層である、ティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクト。
- 前記スキャフォールド(21)が、合成起源、好ましくは静電紡糸型絹フィブロイン、又はPGA/PLA(ポリグリコール酸/ポリ乳酸)若しくはPGA/PCL(ポリグリコール酸/ポリカプロラクトン)コポリマーのポリマー性スキャフォールドである、請求項10に記載のティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクト。
- 前記スキャフォールド(21)が、実質的に管状形状の静電紡糸型絹フィブロインからなる、請求項10又は11に記載のティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクト。
- ヒト又は動物用途、好ましくは心血管領域及び末梢血管領域で使用するための医療用製品について、その有効性及び/又は毒性をインビトロでテストするための方法であって、
- 請求項10~12のいずれか一項に記載のティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクトを含む、血管構造のインビトロモデルを調製する工程であって、前記ティッシュエンジニアリングにより作出されたコンストラクトが、機能的な解剖学上及び生理学上の特性を有し、或いは動脈瘤、狭窄、硬化症プラーク、腫瘍の形成、又は心筋症に起因する損傷、又は変形、又は変性をシミュレートするのに適する機能障害的な解剖学上及び生理学上の特性を有し;好ましくは前記血管構造が、血管、血液ダクト、及び中央又は末梢循環系の弁の中から選択され;より好ましくは前記血管構造が、動脈、静脈、毛細血管、大動脈弁及び僧帽弁の中から選択される工程;その後に
- テストされる前記医療用製品を、前記血管構造のインビトロモデルの中に導入する工程であって;好ましくは医療用製品が、弁、心臓弁、ステント、グラフト、カテーテル、包帯、ネット、又はフィルターの中から選択される工程;その後に
- 前記医療用製品の挙動、及びそれとヒト全血サンプル、人工血液、又はその誘導体との相互作用を評価するために、前記ヒト全血サンプル、人工血液、又はその誘導体が、前記医療用製品を含む血管構造を循環するのを、前記インビトロモデルにおいて可能にする工程
を含む方法。
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