JP2023165489A - Method for manufacturing substrate for cell immobilization - Google Patents

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哲志 山口
Satoshi Yamaguchi
高広 小阪
Takahiro Kosaka
晃充 岡本
Akimitsu Okamoto
友紀 大橋
Tomonori Ohashi
浩章 舘野
Hiroaki Tateno
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
University of Tokyo NUC
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University of Tokyo NUC
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Abstract

To provide a method for manufacturing a substrate for cell immobilization that enables immobilization and separation of target cells such as iPS cells without damaging the cells and without requiring addition of additives.SOLUTION: A method for manufacturing a substrate for cell immobilization for immobilizing a predetermined target cell to a substrate is provided, including the steps of: (A) modifying the entire or a part of the surface of the substrate with a first surface modification agent including a compound with structure represented by the formula: L-M-N (where L is a substrate binding part, capable of binding to the substrate surface, M is a hydrophilic chain, and N is a linking group, capable of covalently bonding with an azido group); (B) adding, to the substrate, a second surface modification agent that includes a cell-binding protein capable of selectively binding to target cells, with an azido group linked to the cell-binding protein; and (C) forming a covalent bond between a linking group N in the first surface modification agent and the azido group in the second surface modification agent, to obtain a substrate for cell immobilization in which the substrate surface has been modified with the cell-binding protein.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、幹細胞等の標的細胞を選択的に固定化するための細胞固定化用基材の製造方法、及び当該細胞固定化用基材を用いた細胞の固定化・回収方法等に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a cell immobilization substrate for selectively immobilizing target cells such as stem cells, and a method for immobilizing and recovering cells using the cell immobilization substrate.

ヒト人工多能性幹細胞(induced pluripotent cell:iPS)細胞は、あらゆる細胞に分化する多能性と、無限に増殖できる自己複製能を兼ね備えている。iPS細胞は4種の遺伝子を導入するだけで様々な体細胞から調製できるため、疾患によって機能を失った細胞や組織を補充して治療する細胞療法や再生医療への応用が期待され、実際に臨床応用が進められている(非特許文献1)。また、主に先天的な疾患の患者の細胞からiPS細胞を調製し、基礎研究や創薬のための病態モデルの開発も進められている(非特許文献2)。ここで、近年の技術開発により、iPS細胞の誘導効率はかなり高くはなってきたものの、元になる細胞の由来や細胞株によっては、高い未分化能を獲得した細胞の割合は極めて低い場合も多い。従って、細胞集団の中からiPS細胞を選択的に単離する技術は、iPS細胞の応用の鍵となる重要な技術である。 Human induced pluripotent stem cells (iPS) cells have both pluripotency, which allows them to differentiate into all types of cells, and self-renewal ability, which allows them to proliferate indefinitely. Since iPS cells can be prepared from various somatic cells by simply introducing four types of genes, they are expected to be applied to cell therapy and regenerative medicine, which replenish and treat cells and tissues that have lost their functions due to disease, and are currently being used in practice. Clinical application is underway (Non-Patent Document 1). In addition, iPS cells are prepared mainly from cells of patients with congenital diseases, and pathological models for basic research and drug discovery are being developed (Non-Patent Document 2). Although recent technological developments have made the induction efficiency of iPS cells considerably higher, depending on the origin and cell line of the original cells, the percentage of cells that have acquired high undifferentiated potential may be extremely low. many. Therefore, a technique for selectively isolating iPS cells from a cell population is an important technique that is key to the application of iPS cells.

一方、医療応用においては、iPS細胞から分化させて調製した治療用細胞や組織の中に未分化iPS細胞、または、分化が不十分な細胞種が混入し、がん化や組織の奇形化などを引き起こすことが問題となっている(非特許文献3)。従って、iPS細胞から分化させて調製した治療用細胞からiPS細胞を選択的に除去する技術も必要不可欠である。
On the other hand, in medical applications, undifferentiated iPS cells or insufficiently differentiated cell types are mixed into therapeutic cells and tissues prepared by differentiating iPS cells, leading to canceration and tissue malformation. It has become a problem to cause this (Non-Patent Document 3). Therefore, a technique for selectively removing iPS cells from therapeutic cells prepared by differentiation from iPS cells is also essential.

また、iPS細胞を基板の特定の領域のみに捕捉することができれば、細胞パターンの分化への影響を明らかにし、分化後はパターニングが困難な細胞を予めパターニングしてから分化誘導することもできるため、基礎研究や組織工学にとって有用なツールとなり得る。近年、個々の細胞の多様性が注目されており、特にiPS細胞の分化能には大きなばらつきがあることが知られている。そこで、iPS細胞の1細胞アレイを構築し、その分化過程のばらつきを網羅的に観察することができれば、iPS細胞の初期形態などの情報からその分化能を予測する技術の開発にもつながる。従って、所望の領域にのみiPS細胞を捕捉する技術も極めて重要である。 Additionally, if it is possible to capture iPS cells only in a specific region of the substrate, it is possible to clarify the influence of cell patterns on differentiation, and to induce differentiation after patterning cells that are difficult to pattern in advance. , can be a useful tool for basic research and tissue engineering. In recent years, the diversity of individual cells has attracted attention, and it is known that there are large variations in the differentiation ability of iPS cells in particular. Therefore, if it is possible to construct a single-cell array of iPS cells and comprehensively observe variations in their differentiation process, it will lead to the development of a technology that predicts the differentiation potential of iPS cells from information such as their initial morphology. Therefore, a technique to capture iPS cells only in a desired area is also extremely important.

この点に関して、iPS細胞を単離する古典的な技術として、コロニーをピッキングする方法や、多能性細胞に特有の転写因子(“Nanog”など)によって外来の抗生物質耐性遺伝子を発現させる選択法が用いられてきた(非特許文献4)。しかし、前者の手法は精度が悪いという問題があり、後者の手法は余計な外来遺伝子の導入が治療への応用の足枷となり得る。また、蛍光タンパク質遺伝子を発現させてFACSで選別する技術にも同様の課題がある。未分化細胞に特有の細胞表層分子(未分化マーカー、TRA-1-60、 SSEA-4)に対する抗体を用いてFACSやMACSでiPS細胞を単離する技術が報告されている(非特許文献5及び6)。しかし、そもそもFACSは細胞を物理的に傷つけることが指摘されており、また、MACSは細胞表層や細胞内に集積された磁気ビーズがその後の医療応用の問題となる。したがって、細胞に損傷を与えず、その後の応用の問題となる遺伝子や添加物を加えることなくiPS細胞を単離する技術が求められている。 In this regard, classical techniques for isolating iPS cells include colony picking and selection methods in which foreign antibiotic resistance genes are expressed by transcription factors specific to pluripotent cells (such as “Nanog”). has been used (Non-patent Document 4). However, the former method has the problem of poor accuracy, and the latter method may hinder its application to therapy due to the introduction of unnecessary foreign genes. A similar problem exists in the technology of expressing fluorescent protein genes and selecting them by FACS. A technique has been reported to isolate iPS cells by FACS or MACS using antibodies against cell surface molecules specific to undifferentiated cells (undifferentiated markers, TRA-1-60, SSEA-4) (Non-patent Document 5). and 6). However, it has been pointed out that FACS physically damages cells in the first place, and magnetic beads accumulated on the cell surface or inside cells in MACS pose a problem in subsequent medical applications. Therefore, there is a need for a technique for isolating iPS cells without damaging the cells and without adding genes or additives that would cause problems in subsequent applications.

一方、治療用細胞に混入するiPS細胞を除去する技術として、同様にFACSを用いることも可能であるが、細胞への物理的損傷の課題が存在する。iPS細胞と分化させた心筋細胞とのエネルギー代謝の違いを利用して、心筋細胞以外の細胞が死滅する乳糖ベースの培地で培養してiPS細胞を除去する方法が報告されている(非特許文献7)が、かかる手法は心筋細胞にしか応用できない。これに対し、多能性幹細胞内でのみ活性の高いマイクロRNA(miRNA-302)を感知して抗生物質耐性遺伝子の発現をスイッチするメッセンジャーRNAを合成し、細胞内に導入することで、iPS細胞や部分的に分化したiPS細胞のみ抗生物質耐性を低下させて特異的に識別・除去する手法が開発されている(非特許文献8)。しかし、かかる手法のように、治療用細胞に外来の抗生物質耐性遺伝子を導入することは、その後の医療応用の問題となる。したがって、細胞に損傷を与えず、遺伝子を加えることなくiPS細胞を除去する技術も求められている。 On the other hand, it is also possible to use FACS as a technique for removing iPS cells contaminating therapeutic cells, but this poses the problem of physical damage to the cells. A method has been reported to utilize the difference in energy metabolism between iPS cells and differentiated cardiomyocytes to remove iPS cells by culturing them in a lactose-based medium that kills cells other than cardiomyocytes (non-patent literature). 7) However, such a technique can only be applied to cardiomyocytes. In contrast, by synthesizing messenger RNA that switches the expression of antibiotic resistance genes by sensing microRNA (miRNA-302), which is highly active only in pluripotent stem cells, and introducing it into the cells, iPS cells A method has been developed to specifically identify and remove only partially differentiated iPS cells by reducing their antibiotic resistance (Non-Patent Document 8). However, the introduction of a foreign antibiotic resistance gene into therapeutic cells as in this method poses a problem for subsequent medical applications. Therefore, there is also a need for a technique to remove iPS cells without damaging the cells or adding genes.

Mandai, M., et al., N. Engl. J. Med. 2017, 376, 1038-1046Mandai, M., et al., N. Engl. J. Med. 2017, 376, 1038-1046 Matsumoto, R., et al., J Clin Invest. 2020, 130, 641-6540Matsumoto, R., et al., J Clin Invest. 2020, 130, 641-6540 Koyanagi-Aoi, M., et al., Natl. Acad. Sci. USA 2013, 110, 20569-20574Koyanagi-Aoi, M., et al., Natl. Acad. Sci. USA 2013, 110, 20569-20574 Hotta A., et al., Nat. Methods 2009, 6, 370-376Hotta A., et al., Nat. Methods 2009, 6, 370-376 Valamehr B., et al., Sci. Rep. 2012, 2, 00213Valamehr B., et al., Sci. Rep. 2012, 2, 00213 Yang W., et al., PLoS ONE 2015, 10, e0134995Yang W., et al., PLoS ONE 2015, 10, e0134995 Tohyama H., et al., Cell Stem Cell 2013, 12, 127-137Tohyama H., et al., Cell Stem Cell 2013, 12, 127-137 Parr C. J. C., et al., Sci. Rep. 2016, 6, 32532Parr C. J. C., et al., Sci. Rep. 2016, 6, 32532

そこで、本発明は、従来のiPS細胞の単離方法や除去方法の問題点を解決すべく、細胞に損傷を与えず、その後の医療応用に問題となるような添加物を加えることなくiPS細胞等の標的細胞を固定化・分別することができる新規手法を開発することを課題とするものである。 Therefore, in order to solve the problems of conventional iPS cell isolation and removal methods, the present invention aims to produce iPS cells without damaging the cells or adding additives that would pose problems for subsequent medical applications. The objective of this project is to develop a new method that can immobilize and sort target cells such as

本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討を行った結果、iPS細胞等の標的細胞のみを選択的、かつ十分な強度で捕捉し得る細胞結合性タンパク質を、その結合活性を損なうことなく基材表面に修飾可能な技術を開発し、本発明を完成するに至ったものである。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have discovered that the binding activity of cell-binding proteins that can selectively capture only target cells such as iPS cells with sufficient strength is impaired. The present invention was completed by developing a technology that can modify the surface of a base material without any modification.

すなわち、本発明は、一態様において、iPS細胞等の標的細胞を選択的に捕捉可能な表面修飾を付与した細胞固定化用基材の製造方法に関し、より具体的には、
<1>所定の標的細胞を基材上に固定するための細胞固定化用基材の製造方法であって、(A)前記基材の表面全体又は一部を第1の表面修飾剤で修飾する工程であって、前記第1表面修飾剤が以下に示す構造を有する化合物を含み、
L-M―N
式中、Lは、前記基材の表面に結合し得る基材結合部であり、Mは、親水性鎖であり、Nは、アジド基と共有結合し得る連結基である、該工程;(B)前記標的細胞と選択的に結合し得る細胞結合性タンパク質を含み、当該細胞結合性タンパク質にアジド基を連結した構造を有する第2の表面修飾剤を前記基材上に添加する工程;及び(C)前記第1の表面修飾剤における前記連結基Nと、前記第2の表面修飾剤におけるアジド基が共有結合を形成することにより、前記基材の表面に前記細胞結合性タンパク質を修飾した細胞固定化用基材を得る工程を含む、該製造方法;
<2>前記工程(B)の前に、前記第1の表面修飾剤で修飾した前記基材の表面に特定波長の光を照射する工程を含む、上記<1>に記載の製造方法;
<3>前記細胞固定化用基材が、特定の表面領域のみに前記細胞結合性タンパク質が存在するパターン化された表面修飾を有する、上記<1>に記載の製造方法;
<4>前記第2の表面修飾剤が、前記細胞結合性タンパク質の1分子当たり1~2.5個のアジド基を有する、上記<1>に記載の製造方法;
<5>前記連結基Nが、アルキニル基、又はアルキニル基に保護基を導入した基を含む、上記<1>に記載の製造方法;
<6>前記連結基Nが、ジベンゾシクロオクチン(DBCO)又はその前駆体を含む構造を有する、上記<1>に記載の製造方法;
<7>前記親水性鎖Mが、親水性ポリマーを含む、上記<1>に記載の製造方法;
<8>前記親水性鎖Mが、ポリアルキレングリコールを含む、上記<1>に記載の製造方法;
<9>前記基材結合部Lが、前記基材の表面と共有結合により結合し得る置換基を有する、上記<1>に記載の製造方法;
<10>前記標的細胞が、幹細胞である、上記<1>に記載の製造方法;
<11>前記幹細胞が、誘導性多能性幹細胞(iPS細胞)又は胚性幹細胞(ES細胞)である、上記<10>に記載の製造方法;
<12>前記細胞結合性タンパク質が、レクチン又は抗体である、上記<1>に記載の製造方法;
<13>前記レクチンが、BC2LCNレクチン又はその改変体である、上記<12>に記載の製造方法;
を提供するものである。
That is, in one aspect, the present invention relates to a method for producing a cell immobilization substrate with surface modification capable of selectively capturing target cells such as iPS cells, and more specifically,
<1> A method for producing a cell immobilization substrate for immobilizing predetermined target cells on the substrate, the method comprising: (A) modifying the entire or part of the surface of the substrate with a first surface modifier; a step in which the first surface modifier includes a compound having the structure shown below,
L-M-N
In the formula, L is a substrate binding part that can be bonded to the surface of the substrate, M is a hydrophilic chain, and N is a linking group that can be covalently bonded to an azide group; B) adding onto the substrate a second surface modifier that includes a cell-binding protein that can selectively bind to the target cells and has a structure in which an azide group is linked to the cell-binding protein; (C) The cell-binding protein was modified on the surface of the base material by forming a covalent bond between the linking group N in the first surface modifier and the azide group in the second surface modifier. The manufacturing method includes a step of obtaining a cell immobilization substrate;
<2> The manufacturing method according to <1> above, including a step of irradiating the surface of the base material modified with the first surface modifier with light of a specific wavelength before the step (B);
<3> The manufacturing method according to <1> above, wherein the cell immobilization substrate has a patterned surface modification in which the cell-binding protein is present only in a specific surface region;
<4> The production method according to <1> above, wherein the second surface modifier has 1 to 2.5 azide groups per molecule of the cell-binding protein;
<5> The manufacturing method according to <1> above, wherein the connecting group N includes an alkynyl group or a group in which a protecting group is introduced into an alkynyl group;
<6> The manufacturing method according to <1> above, wherein the linking group N has a structure containing dibenzocyclooctyne (DBCO) or a precursor thereof;
<7> The manufacturing method according to <1> above, wherein the hydrophilic chain M includes a hydrophilic polymer;
<8> The manufacturing method according to <1> above, wherein the hydrophilic chain M contains polyalkylene glycol;
<9> The manufacturing method according to <1> above, wherein the base material bonding portion L has a substituent that can be bonded to the surface of the base material through a covalent bond;
<10> The manufacturing method according to <1> above, wherein the target cells are stem cells;
<11> The manufacturing method according to <10> above, wherein the stem cells are induced pluripotent stem cells (iPS cells) or embryonic stem cells (ES cells);
<12> The production method according to <1> above, wherein the cell-binding protein is a lectin or an antibody;
<13> The production method according to <12> above, wherein the lectin is BC2LCN lectin or a variant thereof;
It provides:

また、別の態様において、本発明は、上記細胞固定化用基材を用いた細胞固定化方法及び細胞回収方法にも関し、より具体的には、
<14>上記<1>~<13>のいずれか1に記載の製造方法により得られた細胞固定化用基材に細胞を固定化する方法であって、前記細胞固定化用基材に所定の標的細胞を含む溶液を接触させ、前記細胞固定化用基材の表面に前記標的細胞を固定化する工程を含む、該方法;
<15>上記<14>に記載の方法により固定化された細胞を回収する方法であって、前記細胞固定化用基材の表面を糖溶液又は酵素溶液で処理することにより、前記固定化された標的細胞を前記細胞固定化用基材から分離・回収する工程を含む、該方法。
を提供するものである。
In another aspect, the present invention also relates to a cell immobilization method and a cell recovery method using the above cell immobilization substrate, and more specifically,
<14> A method of immobilizing cells on a cell immobilization substrate obtained by the production method according to any one of <1> to <13> above, the method comprising: The method includes the step of immobilizing the target cells on the surface of the cell immobilization substrate by contacting the target cells with a solution containing the target cells;
<15> A method for recovering cells immobilized by the method described in <14> above, wherein the surface of the cell immobilization substrate is treated with a sugar solution or an enzyme solution. The method includes the step of separating and collecting the target cells from the cell immobilization substrate.
It provides:

更なる態様において、本発明は、上記細胞固定化用基材の表面修飾に好適な基材用面修飾剤、当該表面修飾剤を含むキット、及び当該表面修飾剤で表面修飾した細胞固定化用基材にも関し、より具体的には、
<16>所定の標的細胞を固定化するための基材用の表面修飾剤であって、
以下の構造:
L-M―N
(式中、Lは、基材の表面に結合し得る基材結合部であり、Mは、親水性鎖であり、Nは、アジド基と共有結合し得る連結基である。)。で表される化合物を含む、該表面修飾剤;
<17>前記連結基Nが、ジベンゾシクロオクチン(DBCO)又はその前駆体を含む構造を有する、上記<16>に記載の表面修飾剤;
<18>以下の構造を有する化合物から選択される、上記<16>に記載の表面修飾剤:

Figure 2023165489000001
<19>細胞固定化用基材の表面修飾に用いるためのキットであって上記<16>~<18>のいずれか1に記載の表面修飾剤、及び、標的細胞と選択的に結合し得る細胞結合性タンパク質にアジド基を連結した構造を有する化合物を格納したキット;
<20>前記細胞結合性タンパク質が、レクチン又は抗体である、上記<19>に記載のキット;
<21>細胞固定化用基材であって、
以下の構造:
L-M―N
(式中、Lは、基材の表面に結合し得る基材結合部であり、Mは、親水性鎖であり、Nは、アジド基と共有結合し得る連結基である。)。
で表される化合物を含む、第1の表面修飾剤;及び、所定の標的細胞と選択的に結合し得る細胞結合性タンパク質を含み、当該細胞結合性タンパク質にアジド基を連結した構造を有する第2の表面修飾剤で修飾された表面を有する、該基材
を提供するものである。 In a further aspect, the present invention provides a surface-modifying agent for a substrate suitable for surface modification of the above-mentioned substrate for cell immobilization, a kit containing the surface-modifying agent, and a surface-modifying agent for cell immobilization modified with the surface-modifying agent. Regarding the base material, more specifically,
<16> A surface modifying agent for a substrate for immobilizing predetermined target cells,
Structure below:
L-M-N
(In the formula, L is a substrate binding part that can be bonded to the surface of the substrate, M is a hydrophilic chain, and N is a linking group that can be covalently bonded to an azide group.) The surface modifier comprises a compound represented by;
<17> The surface modifier according to <16> above, wherein the linking group N has a structure containing dibenzocyclooctyne (DBCO) or a precursor thereof;
<18> The surface modifier according to <16> above, selected from compounds having the following structures:
Figure 2023165489000001
<19> A kit for use in surface modification of a substrate for cell immobilization, which is capable of selectively binding to the surface modifying agent according to any one of <16> to <18> above and target cells. A kit containing a compound having a structure in which an azide group is linked to a cell-binding protein;
<20> The kit according to <19> above, wherein the cell-binding protein is a lectin or an antibody;
<21> A base material for cell immobilization,
Structure below:
L-M-N
(In the formula, L is a substrate binding part that can be bonded to the surface of the substrate, M is a hydrophilic chain, and N is a linking group that can be covalently bonded to an azide group.)
A first surface modifying agent comprising a compound represented by The present invention provides the base material having a surface modified with the surface modifier of No. 2.

本発明によれば、従来技術ではなし得なかった以下の効果を奏することができる:
(1)レクチンに代表される細胞結合性タンパク質の結合活性を維持したまま基材表面に修飾でき、これにより、iPS細胞等の標的細胞を選択的かつ高密度に捕捉することができる点:
(2)標的細胞を細胞固定化用基材に播種した後、捕捉されなかった遊離の細胞を洗浄等によって除くという極めて簡便迅速な操作で、標的細胞のみを基材表面に固定化できる点:
(3)従来の一般的な手法と同様の操作を用いて、固定化された標的細胞を簡便に回収できる点:
(4)光応答性の表面修飾剤を用いることにより、標的細胞を精緻なパターンで配置・固定化できる点。
(5)表面修飾剤で修飾した本発明の細胞固定化用基材は、長期間乾燥状態で保存可能な点。
According to the present invention, the following effects that could not be achieved with conventional techniques can be achieved:
(1) The surface of the substrate can be modified while maintaining the binding activity of cell-binding proteins such as lectins, which allows target cells such as iPS cells to be selectively captured at high density:
(2) Only the target cells can be immobilized on the surface of the substrate by an extremely simple and quick operation of seeding the target cells on the cell immobilization substrate and removing uncaptured free cells by washing etc.:
(3) Immobilized target cells can be easily recovered using operations similar to conventional general methods:
(4) By using a photoresponsive surface modifier, target cells can be arranged and immobilized in precise patterns.
(5) The cell immobilization substrate of the present invention modified with a surface modifier can be stored in a dry state for a long period of time.

例えば、本発明をiPS細胞の固定化・回収に適用することで、高品質のiPS細胞を簡便に純化するためのツールとしての実用化が期待される。従来、iPS細胞の品質のバラつきや、治療用細胞へのiPS細胞の混入が、臨床応用への大きな妨げになっていたところ、本発明は、iPS細胞を細胞資源とした細胞加工産業への応用に向けたこれらの課題に対して極めて安価で簡便な解決策となり得る。 For example, by applying the present invention to the immobilization and recovery of iPS cells, it is expected that it will be put to practical use as a tool for easily purifying high-quality iPS cells. Conventionally, variations in the quality of iPS cells and contamination of iPS cells with therapeutic cells have been major obstacles to clinical application, but the present invention enables application to the cell processing industry using iPS cells as a cell resource. This can be an extremely inexpensive and simple solution to these challenges.

図1は、実施例で合成したレクチン含有表面修飾剤について、ゲルシフトアッセイによるrBC2LCNに対するアジド基修飾量を示すものである。FIG. 1 shows the amount of azide group modification of rBC2LCN by gel shift assay for the lectin-containing surface modifier synthesized in Examples. 図2(a)は、DBCO含有表面修飾剤(化合物2)を修飾した表面で光照射領域選択的に捕捉されたCalcein-AM染色iPS細胞の蛍光像であり;(b)は、画像解析ソフトウェアを用いて基材表面上の細胞密度を定量したグラフである(UV+:光照射あり、UV-:光照射なし)。Figure 2 (a) is a fluorescence image of Calcein-AM stained iPS cells selectively captured in the light irradiation area on a surface modified with a DBCO-containing surface modifier (compound 2); This is a graph quantifying the cell density on the surface of a substrate using the method (UV+: with light irradiation, UV-: without light irradiation). 図3は、実施例3のiPS細胞捕捉実験の手順を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing the procedure of the iPS cell capture experiment of Example 3. 図4は、低アジ化レクチン(アジド基修飾量が平均1.1個のrBC2LCN-azide)及び高アジ化レクチン(アジド基修飾量が平均3.0個のrBC2LCN-azide)を用いた場合について、それぞれ捕捉されたCalcein-AM染色iPS細胞を示す蛍光像である。Figure 4 shows the case of using a low-azide lectin (rBC2LCN-azide with an average modification amount of 1.1 azide groups) and a high-azide lectin (rBC2LCN-azide with an average modification amount of 3.0 azide groups). , are fluorescent images showing captured Calcein-AM stained iPS cells. 図5aは、レクチン含有表面修飾剤(rBC2LCN-azide)を修飾した基板上に2種類の細胞を含む混合懸濁液を作用させた場合に固定化された細胞の蛍光顕微鏡画像であり;図5bは、レクチンを有していないアジド化PEG脂質(Oleyl-PEG-azide)を修飾した基板上に2種類の細胞を含む混合懸濁液を作用させた場合に固定化された細胞の蛍光顕微鏡画像である。図5cは、Oleyl-PEG-azideの分子構造である。図5dは、rBC2LCN-azideを修飾した基板表面に捕捉された細胞をタンパク質分解酵素で処理した後の基板上の細胞の蛍光顕微鏡画像であり;図5eは、Oleyl-PEG-azideを修飾した基板表面に捕捉された細胞をタンパク質分解酵素で処理した後の基板上の細胞の蛍光顕微鏡画像である。図5f及びgは、rBC2LCN-azideとOleyl-PEG-azideのそれぞれを修飾した基板上における酵素処理前後の細胞密度の変化を、画像解析ソフトウェアを用いて定量したグラフである。Figure 5a is a fluorescence microscopy image of cells immobilized when a mixed suspension containing two types of cells was applied to a substrate modified with a lectin-containing surface modifier (rBC2LCN-azide); Figure 5b This is a fluorescence microscopy image of cells immobilized when a mixed suspension containing two types of cells was applied to a substrate modified with azidated PEG lipid (Oleyl-PEG-azide) that does not have lectin. It is. Figure 5c is the molecular structure of Oleyl-PEG-azide. Figure 5d is a fluorescence microscopy image of cells captured on the substrate surface modified with rBC2LCN-azide after treatment with protease; Figure 5e is a fluorescence microscopy image of cells captured on the substrate surface modified with rBC2LCN-azide; Figure 3 is a fluorescence microscopy image of cells on a substrate after treatment of cells captured on the surface with proteolytic enzymes. FIGS. 5f and 5g are graphs obtained by quantifying changes in cell density before and after enzyme treatment on substrates modified with rBC2LCN-azide and Oleyl-PEG-azide using image analysis software. 図6aは、レクチン含有表面修飾剤(rBC2LCN-azide)を修飾した基板上にiPS細胞とiPS細胞由来神経前駆細胞との混合懸濁液を作用させた場合に捕捉された細胞の蛍光顕微鏡画像であり;図6bは、レクチンを有していないアジド化PEG脂質(Oleyl-PEG-azide)を修飾した基板上にiPS細胞とiPS細胞由来神経前駆細胞との混合懸濁液を作用させた場合に捕捉された細胞の蛍光顕微鏡画像である(神経前駆細胞は赤色蛍光色素で、未分化のiPS細胞はrBC2LCN-FITCでそれぞれ染色されている)。図6cは、rBC2LCN-azideとOleyl-PEG-azideのそれぞれを修飾した基板上の光照射領域における細胞密度を、画像解析によって定量化したグラフである。Figure 6a is a fluorescence microscopy image of cells captured when a mixed suspension of iPS cells and iPS cell-derived neural progenitor cells was applied to a substrate modified with a lectin-containing surface modifier (rBC2LCN-azide). Yes; Figure 6b shows the results when a mixed suspension of iPS cells and iPS cell-derived neural progenitor cells was applied to a substrate modified with azidated PEG lipid (Oleyl-PEG-azide) that does not have lectin. This is a fluorescence microscopy image of captured cells (neural progenitor cells are stained with red fluorescent dye and undifferentiated iPS cells are stained with rBC2LCN-FITC). FIG. 6c is a graph quantified by image analysis of the cell density in the light irradiated area on the substrate modified with rBC2LCN-azide and Oleyl-PEG-azide.

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の範囲はこれらの説明に拘束されることはなく、以下の例示以外についても、本発明の趣旨を損なわない範囲で適宜変更し実施することができる。 Embodiments of the present invention will be described below. The scope of the present invention is not limited to these explanations, and other than the examples below may be modified and implemented as appropriate without departing from the spirit of the present invention.

1.本発明の細胞固定化用基材の製造方法
本発明の第1の態様は、所定の標的細胞を基材上に固定するための細胞固定化用基材の製造方法であって、以下の工程(A)~(C)を含むことを特徴とする:
(A)前記基材の表面全体又は一部を第1の表面修飾剤で修飾する工程であって、前記第1表面修飾剤が以下に示す構造を有する化合物を含み、
L-M―N
式中、Lは、前記基材の表面に結合し得る基材結合部であり、Mは、親水性鎖であり、Nは、アジド基と共有結合し得る連結基である、該工程;
(B)前記標的細胞と選択的に結合し得る細胞結合性タンパク質を含み、当該細胞結合性タンパク質にアジド基を連結した構造を有する第2の表面修飾剤を前記基材上に添加する工程;及び
(C)前記第1の表面修飾剤における前記連結基Nと、前記第2の表面修飾剤におけるアジド基が共有結合を形成することにより、前記基材の表面に前記細胞結合性タンパク質を修飾した細胞固定化用基材を得る工程。
1. Method for manufacturing a substrate for cell immobilization of the present invention A first aspect of the present invention is a method for manufacturing a substrate for cell immobilization for immobilizing predetermined target cells on a substrate, comprising the following steps. Characterized by including (A) to (C):
(A) a step of modifying the whole or part of the surface of the base material with a first surface modifier, the first surface modifier including a compound having the structure shown below,
L-M-N
In the formula, L is a substrate binding part that can be bonded to the surface of the substrate, M is a hydrophilic chain, and N is a linking group that can be covalently bonded to an azide group;
(B) adding onto the substrate a second surface modifier that includes a cell-binding protein that can selectively bind to the target cell and has a structure in which an azide group is linked to the cell-binding protein; and (C) modifying the cell-binding protein on the surface of the base material by forming a covalent bond between the linking group N in the first surface modifying agent and the azide group in the second surface modifying agent. A step of obtaining a substrate for cell immobilization.

すなわち、まず工程(A)において、第1の表面修飾剤を添加して基材表面の修飾を行い、次いで、工程(B)において、さらに第2の表面修飾剤を基材上に添加するという2段階で基材の表面修飾を行う。ここで、第1の表面修飾剤は分子内にアジド基と共有結合し得る連結基を有するため、第2の表面修飾剤を添加した際に、第2の表面修飾剤が分子内に有するアジド基と反応することにより、工程(C)において、第1の表面修飾剤の上層に第2の表面修飾剤が共有結合により連結させ、第2の表面修飾剤を最表面に有する細胞固定化用基材を得ることができる。そして、第2の表面修飾剤は、標的細胞と選択的に結合し得る細胞結合性タンパク質を有しているため、基材表面に修飾された当該細胞結合性タンパク質によって標的細胞を選択的に補足し、基材表面上に固定化することができるのである。 That is, first, in step (A), a first surface modifier is added to modify the surface of the base material, and then, in step (B), a second surface modifier is further added onto the base material. Surface modification of the base material is performed in two steps. Here, since the first surface modifier has a linking group that can covalently bond with an azide group in its molecule, when the second surface modifier is added, the azide group that the second surface modifier has in its molecule By reacting with the group, in step (C), a second surface modifier is linked to the upper layer of the first surface modifier by a covalent bond, and a cell immobilization agent having the second surface modifier on the outermost surface is formed. A base material can be obtained. Since the second surface modification agent has a cell-binding protein that can selectively bind to target cells, the target cells are selectively captured by the cell-binding protein modified on the substrate surface. and can be immobilized on the surface of the substrate.

固定化の対象となる標的細胞には、動物細胞、植物細胞、昆虫細胞、原核細胞、真菌細胞などを含むことができ、一般に培養器具等の担体表面に接着・伸展せず、懸濁または沈殿状態で増殖する「浮遊細胞」と呼ばれるもの(例えば血球細胞)や、担体表面に接着・伸展する「接着細胞」をEDTA-トリプシン、ディスパーゼ等の適当な分散剤で担体から分散させ、一時的に浮遊させたもの(例えばEDTA液で担体から剥離した線維芽細胞)、および担体に接着した状態の細胞を含む。また、リポソーム、エキソソーム、細菌、ウイルス、オルガネラ、細胞壁を除去した植物細胞(プロトプラスト)等の表面にリン脂質二重膜を有する生命体も含まれる。また、本発明の細胞固定化用基材によれば、これら以外にも、脂質コート粒子など脂質を有する物質を固定化することもできる。 Target cells to be immobilized can include animal cells, plant cells, insect cells, prokaryotic cells, fungal cells, etc., and generally do not adhere or spread on the surface of a carrier such as a culture device, but are suspended or precipitated. So-called "floating cells" (e.g. blood cells) that proliferate under certain conditions and "adherent cells" that adhere and spread on the carrier surface are dispersed from the carrier using an appropriate dispersant such as EDTA-trypsin or dispase, and temporarily dispersed. This includes suspended cells (for example, fibroblasts detached from the carrier with an EDTA solution) and cells adhered to the carrier. It also includes living organisms that have a phospholipid double membrane on the surface, such as liposomes, exosomes, bacteria, viruses, organelles, and plant cells with cell walls removed (protoplasts). Moreover, according to the base material for cell immobilization of the present invention, in addition to these, substances having lipids such as lipid-coated particles can also be immobilized.

好ましくは、標的細胞は、幹細胞である。「幹細胞」は、一般に、未分化状態を保持したまま増殖できる「自己再生能」と、三胚葉系列すべてに分化できる「分化多能性」とを有する未分化細胞と定義されている。本発明の細胞固定化用基材による固定化の対象となる幹細胞(多分化能幹細胞)は、自己再生能及び分化多能性を有する未分化細胞であって、少なくとも多能性幹細胞(pluripotent stem cell)及び複能性幹細胞(multipotent stem cell)を包含する。幹細胞としては、特に、胚性幹細胞(Embryonic stem cell:ES細胞)及び体細胞に初期化因子を導入して得られる誘導性多能性幹細胞(induced pluripotent cell:iPS細胞)等の多能性幹細胞が挙げられる。なお、複能性幹細胞は、間葉系幹細胞、造血系幹細胞、神経系幹細胞、骨髄幹細胞及び生殖幹細胞等の体性幹細胞等を含む。本発明において、単に「細胞」と記載する場合は、幹細胞と分化細胞(体細胞)の両方を含む意味で用いるものとする。本発明において標的細胞は、好ましくはiPS細胞である。したがって、本発明の細胞固定化用基材は、特にiPS細胞を固定化するために好適である。 Preferably the target cells are stem cells. "Stem cells" are generally defined as undifferentiated cells that have "self-renewal ability" that allows them to proliferate while maintaining an undifferentiated state, and "pluripotency" that allows them to differentiate into all three germ layer lineages. Stem cells (pluripotent stem cells) to be immobilized using the cell immobilization substrate of the present invention are undifferentiated cells having self-renewal ability and pluripotency, and are at least pluripotent stem cells. cells) and multipotent stem cells. Stem cells include, in particular, pluripotent stem cells such as embryonic stem cells (ES cells) and induced pluripotent cells (iPS cells) obtained by introducing reprogramming factors into somatic cells. can be mentioned. Note that multipotent stem cells include somatic stem cells such as mesenchymal stem cells, hematopoietic stem cells, nervous system stem cells, bone marrow stem cells, and germinal stem cells. In the present invention, the term "cell" is used to include both stem cells and differentiated cells (somatic cells). In the present invention, target cells are preferably iPS cells. Therefore, the cell immobilization substrate of the present invention is particularly suitable for immobilizing iPS cells.

以下では、本発明の製造方法における各工程について具体的に説明する。 Each step in the manufacturing method of the present invention will be specifically explained below.

1-1.工程(A)
上述のように、工程(A)は、基材の表面全体又は一部を第1の表面修飾剤で修飾する工程であって、これにより第1の表面修飾剤の層が基材上に構成される。第1の表面修飾剤の層は、後の工程で第2の表面修飾剤を連結させるための、いわば下地層であるということができる。第1の表面修飾剤は、好ましくは、基材の表面に単分子膜状に配列される。
1-1. Process (A)
As mentioned above, step (A) is a step of modifying the entire or part of the surface of the base material with the first surface modifier, whereby a layer of the first surface modifier is formed on the base material. be done. The first surface modifier layer can be said to be a so-called base layer to which the second surface modifier is connected in a later step. The first surface modifier is preferably arranged in the form of a monolayer on the surface of the base material.

<第1の表面修飾剤>
第1表面修飾剤は、基材の表面に結合するための部位、親水性鎖の部位及び、第2の表面修飾剤におけるアジド基と連結するための部位という3つの部位を有する。具体的には、第1表面修飾剤は、以下に示す構造を有する化合物を含む。
L-M―N
<First surface modifier>
The first surface modifier has three sites: a site for binding to the surface of the base material, a site for a hydrophilic chain, and a site for linking with the azide group in the second surface modifier. Specifically, the first surface modifier includes a compound having the structure shown below.
L-M-N

式中、式中、Lは、前記基材の表面に結合し得る基材結合部であり、Mは、親水性鎖であり、Nは、アジド基と共有結合し得る連結基である。 In the formula, L is a substrate binding part that can be bonded to the surface of the substrate, M is a hydrophilic chain, and N is a linking group that can be covalently bonded to an azide group.

基材結合部Lは、好ましくは、前記基材の表面と共有結合により結合し得る置換基を有する。かかる置換基としては、好ましくは、N-ヒドロキシスクシンイミド(NHS)等の活性エステル基、カルボキシル基、シラノール基、ジスルフィド基、又はチオール基を用いることができる。後述のように、基材表面にコラーゲン等の被覆層を用いる場合には、これら被覆層と結合し得る官能基を用いることができ、例えば、コラーゲン被覆層の場合には、コラーゲン中のアミノ基と共有結合し得る活性エステル基が好ましく、特にNHS基を有することが好ましい。 The base material binding portion L preferably has a substituent that can be bonded to the surface of the base material through a covalent bond. As such a substituent, an active ester group such as N-hydroxysuccinimide (NHS), a carboxyl group, a silanol group, a disulfide group, or a thiol group can be preferably used. As described later, when using a coating layer such as collagen on the surface of the base material, a functional group that can bond with the coating layer can be used. For example, in the case of a collagen coating layer, an amino group in collagen can be used. An active ester group that can be covalently bonded to is preferred, and it is particularly preferred to have an NHS group.

例えば、基材結合部Lは、以下に示す官能基を用いることができる(式中、矢印は親水性鎖Mへの結合点を表している)。

Figure 2023165489000002
For example, the base material bonding portion L can use the functional group shown below (in the formula, the arrow represents the bonding point to the hydrophilic chain M).
Figure 2023165489000002

なお、基材結合部Lとしてポリペプチドや核酸を採用し、それらと結合可能な物質を表面に有する基材と反応させて、第1の修飾剤を基材表面に固定化することもできる。例えば、相補的なDNA鎖の組み合わせ;ビオチンとアビジンとの組み合わせなどを用いることもできる。 Note that it is also possible to immobilize the first modifier on the surface of the substrate by employing a polypeptide or a nucleic acid as the substrate binding portion L and reacting with a substrate that has a substance on the surface that can bind to the polypeptide or nucleic acid. For example, a combination of complementary DNA strands; a combination of biotin and avidin, etc. can also be used.

親水性鎖Mは、好ましくは、親水性ポリマーにより構成される。かかる親水性ポリマーとしては、ポリアルキレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリペプチド、ポリアクリルアミド、およびデキストラン等の多糖類、あるいはグリコール酸誘導体や乳酸誘導体、p-ジオキサン誘導体の重合体や共重合体等を用いることができる。ポリアルキレングリコールとしては、好ましくは炭素数2~4のオキシアルキレン単位の重合体であり、その平均重合数が2~500(好ましくは、45~500)の範囲であるものを用いることができる。当該親水性ポリマーは、生体適合性のポリマーであることが好ましく、ポリエチレングリコール(PEG)であることがより好ましい。親水性鎖Mは、さらに任意の置換基を有していてもよい。 The hydrophilic chain M is preferably constituted by a hydrophilic polymer. Such hydrophilic polymers include polysaccharides such as polyalkylene glycol, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, polypeptide, polyacrylamide, and dextran, or polymers and copolymers of glycolic acid derivatives, lactic acid derivatives, and p-dioxane derivatives. etc. can be used. The polyalkylene glycol is preferably a polymer of oxyalkylene units having 2 to 4 carbon atoms, and has an average polymerization number of 2 to 500 (preferably 45 to 500). The hydrophilic polymer is preferably a biocompatible polymer, more preferably polyethylene glycol (PEG). The hydrophilic chain M may further have an arbitrary substituent.

連結基Nとしては、第2の表面修飾剤におけるアジド基と共有結合し得る官能基であれば当該技術分野において公知のものを用いることができる。典型的には、連結基Nは、アルキニル基、又はアルキニル基に保護基を導入した基、或いはそれらの基を含む官能基や部分構造であることができる。この場合の保護基としては、特に限定されないが、例えば、シクロプロペノン等の環状ケトンを挙げることができる。 As the linking group N, any functional group known in the art can be used as long as it is a functional group that can covalently bond to the azide group in the second surface modifier. Typically, the linking group N can be an alkynyl group, a group obtained by introducing a protective group into an alkynyl group, or a functional group or partial structure containing these groups. The protecting group in this case is not particularly limited, but includes, for example, cyclic ketones such as cyclopropenone.

かかるアルキニル基又はアルキニル基に保護基を導入した基を含む部分構造としては、好ましくは、ジベンゾシクロオクチン(DBCO)又はその前駆体を含む構造であることができる。また、DBCOの前駆体としては、DBCOのアルキニル基部分に保護基を付与して保護した構造が含まれ得る。DBCOは、任意の置換基を有していてよい。 The partial structure containing such an alkynyl group or a group in which a protecting group is introduced into an alkynyl group may preferably be a structure containing dibenzocyclooctyne (DBCO) or a precursor thereof. Further, the precursor of DBCO may include a structure in which the alkynyl group portion of DBCO is protected by a protecting group. DBCO may have any substituent.

DBCOは、任意の置換基を有していてもよい。本明細書において、「置換基を有していてもよい」と定義されている場合には、置換基の種類、置換位置、及び置換基の個数は特に限定されず、2個以上の置換基を有する場合には、それらは同一でも異なっていてもよい。置換基としては、例えば、アルキル基、アルコキシ基、水酸基、カルボキシル基、ハロゲン原子、スルホ基、アミノ基、アルコキシカルボニル基、オキソ基などを挙げることができるが、これらに限定されることはない。これらの置換基にはさらに置換基が存在していてもよい。DBCOにおける置換基は、特に限定されないが、好ましくは、メトキシ基等のアルコキシ基である。 DBCO may have any substituent. In this specification, when it is defined that "it may have a substituent", the type of substituent, the substitution position, and the number of substituents are not particularly limited, and two or more substituents , they may be the same or different. Examples of the substituent include, but are not limited to, an alkyl group, an alkoxy group, a hydroxyl group, a carboxyl group, a halogen atom, a sulfo group, an amino group, an alkoxycarbonyl group, and an oxo group. Further substituents may be present in these substituents. The substituent in DBCO is not particularly limited, but is preferably an alkoxy group such as a methoxy group.

DBCO又はその前駆体を含む連結基Nの非限定的な例としては、以下の構造を挙げることができる。

Figure 2023165489000003
Non-limiting examples of the linking group N containing DBCO or its precursor include the following structures.
Figure 2023165489000003

上記L、M、Nの各部位の連結は、例えば、アミド結合やエステル結合、エーテル結合、チオエーテル結合、カルバメート結合、チオカルバメート結合、トリアゾール結合、尿素結合等の共有結合を用いることができる。なお、基材結合部Lと親水性鎖Mとの連結、及び、親水性鎖Mと連結基Nとの連結は、同一の異なる結合様式であってもよいし、異なる結合様式であることもできる。 For example, covalent bonds such as an amide bond, an ester bond, an ether bond, a thioether bond, a carbamate bond, a thiocarbamate bond, a triazole bond, and a urea bond can be used to connect the above L, M, and N sites. Note that the connection between the substrate binding portion L and the hydrophilic chain M and the connection between the hydrophilic chain M and the linking group N may be the same and different bonding modes, or may be different bonding modes. can.

また、一態様において、上記L、M、Nの各部位の間に、任意のリンカーが存在することができる。そのようなリンカーは、特に限定されないが、例えば、C6-14アリーレン基又はC1-10アルキレン基である。ここで前記アルキレン基中の炭素原子は1~5個のオキソ基で置換されていてもよく、隣接する炭素原子同士が1~5個の不飽和結合で結ばれていてもよく、そして前記アルキレン基中の炭素原子のうち、1~4個の炭素原子がNH、N(C1-10アルキル)、O又はSで置き換えられていてもよい。場合により、LとMとの間及びMとNの間は、それぞれ独立して、アルキレン構造、アミド構造、エステル構造、アミノ構造、及びエーテル構造からなる群から選択される構造を有することが好ましい。 Furthermore, in one embodiment, an arbitrary linker can be present between each of the L, M, and N sites. Such a linker is, but is not particularly limited to, for example, a C 6-14 arylene group or a C 1-10 alkylene group. Here, the carbon atoms in the alkylene group may be substituted with 1 to 5 oxo groups, adjacent carbon atoms may be connected with 1 to 5 unsaturated bonds, and the alkylene group Of the carbon atoms in the group, 1 to 4 carbon atoms may be replaced with NH, N (C 1-10 alkyl), O or S. In some cases, it is preferable that between L and M and between M and N each independently have a structure selected from the group consisting of an alkylene structure, an amide structure, an ester structure, an amino structure, and an ether structure. .

本明細書中において、「アルキル又はアルキル基」は直鎖状、分枝鎖状、環状、又はそれらの組み合わせからなる脂肪族炭化水素基のいずれであってもよい。アルキル基の炭素数は特に限定されないが、例えば、炭素数1~20個(C1~20)、炭素数1~15個(C1~15)、炭素数1~10個(C1~10)である。本明細書において、アルキル基は任意の置換基を1個以上有していてもよい。例えば、C1~8アルキルには、メチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、イソブチル、sec-ブチル、tert-ブチル、n-ペンチル、イソペンチル、neo-ペンチル、n-ヘキシル、イソヘキシル、n-ヘプチル、n-オクチル等が含まれる。該置換基としては、例えば、アルコキシ基、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子のいずれであってもよい)、アミノ基、モノ若しくはジ置換アミノ基、置換シリル基、又はアシルなどを挙げることができるが、これらに限定されることはない。アルキル基が2個以上の置換基を有する場合には、それらは同一でも異なっていてもよい。アルキル部分を含む他の置換基(例えばアルコキシ基、アリールアルキル基など)のアルキル部分についても同様である。 In this specification, "alkyl or alkyl group" may be any aliphatic hydrocarbon group consisting of linear, branched, cyclic, or a combination thereof. The number of carbon atoms in the alkyl group is not particularly limited ; ). In this specification, the alkyl group may have one or more arbitrary substituents. For example, C 1-8 alkyl includes methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, n-pentyl, isopentyl, neo-pentyl, n-hexyl, isohexyl, Includes n-heptyl, n-octyl, etc. Examples of the substituent include an alkoxy group, a halogen atom (which may be a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom), an amino group, a mono- or di-substituted amino group, a substituted silyl group, or Examples include, but are not limited to, acyl. When an alkyl group has two or more substituents, they may be the same or different. The same applies to the alkyl moieties of other substituents (eg, alkoxy groups, arylalkyl groups, etc.) containing alkyl moieties.

本明細書中において、「アルキレン」とは、直鎖状または分枝状の飽和炭化水素からなる二価の基であり、例えば、メチレン、1-メチルメチレン、1,1-ジメチルメチレン、エチレン、1-メチルエチレン、1-エチルエチレン、1,1-ジメチルエチレン、1,2-ジメチルエチレン、1,1-ジエチルエチレン、1,2-ジエチルエチレン、1-エチル-2-メチルエチレン、トリメチレン、1-メチルトリメチレン、2-メチルトリメチレン、1,1-ジメチルトリメチレン、1,2-ジメチルトリメチレン、2,2-ジメチルトリメチレン、1-エチルトリメチレン、2-エチルトリメチレン、1,1-ジエチルトリメチレン、1,2-ジエチルトリメチレン、2,2-ジエチルトリメチレン、2-エチル-2-メチルトリメチレン、テトラメチレン、1-メチルテトラメチレン、2-メチルテトラメチレン、1,1-ジメチルテトラメチレン、1,2-ジメチルテトラメチレン、2,2-ジメチルテトラメチレン、2,2-ジ-n-プロピルトリメチレン等が挙げられる。 As used herein, "alkylene" is a divalent group consisting of a linear or branched saturated hydrocarbon, such as methylene, 1-methylmethylene, 1,1-dimethylmethylene, ethylene, 1-methylethylene, 1-ethylethylene, 1,1-dimethylethylene, 1,2-dimethylethylene, 1,1-diethylethylene, 1,2-diethylethylene, 1-ethyl-2-methylethylene, trimethylene, 1 -Methyltrimethylene, 2-methyltrimethylene, 1,1-dimethyltrimethylene, 1,2-dimethyltrimethylene, 2,2-dimethyltrimethylene, 1-ethyltrimethylene, 2-ethyltrimethylene, 1,1 -diethyltrimethylene, 1,2-diethyltrimethylene, 2,2-diethyltrimethylene, 2-ethyl-2-methyltrimethylene, tetramethylene, 1-methyltetramethylene, 2-methyltetramethylene, 1,1- Examples include dimethyltetramethylene, 1,2-dimethyltetramethylene, 2,2-dimethyltetramethylene, 2,2-di-n-propyltrimethylene and the like.

本明細書中において用いられる「アミド又はアミド基」とは、RNR’CO-(R=アルキルの場合、アルキルアミノカルボニル-)およびRCONR’-(R=アルキルの場合、アルキルカルボニルアミノ-)の両方を含む。 As used herein, "amide or amide group" refers to both RNR'CO- (alkylaminocarbonyl-, when R = alkyl) and RCONR'- (alkylcarbonylamino-, when R = alkyl). including.

本発明で用いられる第1の表面修飾剤の具体例としては、以下の構造を有する化合物1及び化合物2を挙げることができる。ただし、これらに限定されるものではない。

Figure 2023165489000004
Specific examples of the first surface modifier used in the present invention include Compound 1 and Compound 2 having the following structures. However, it is not limited to these.
Figure 2023165489000004

<基材>
本発明で用いられる基材の材質や形状等は特に限定されず、その用途等に応じて適当な基材を種々選択することができる。例えば、修飾対象の基材の形状は、基板状(プレート状又はフィルム状のもの、例えばスライドガラス、ディッシュ、マイクロプレート、マイクロアレイ用基板等)であっても、担体(例えばビーズなどの粒子状やコロイド状のもの)、繊維状構造物、管、容器(例えば試験管及びバイアル)であってもよい。修飾対象基材の材質としては、ガラス;セメント;陶磁器等のセラミックスもしくはファインセラミックス;ポリエチレンテレフタレート、酢酸セルロース、ポリカーボネート、ポリスチレン及びポリメチルメタクリレートなどのポリマー樹脂;ポリペプチド及びタンパク質などの生体材料;シリコン;活性炭;多孔質ガラス;多孔質セラミックス;多孔質シリコン;多孔質活性炭;不織布;濾紙;メンブレンフィルター;金などの導電性材料、などが挙げられる。修飾対象基材の表面は、アミノ基、カルボキシル基、ヒドロキシ基などを導入するため、ポリ陽イオンなどのポリマーによる被覆処理、あるいは基材表面への導入置換基を有するシランカップリング剤による処理が施されていてもよいし、あるいはプラズマ処理により反応性官能基が導入されていてもよい。
<Base material>
The material, shape, etc. of the base material used in the present invention are not particularly limited, and various suitable base materials can be selected depending on the intended use. For example, the shape of the base material to be modified may be substrate-like (plate-like or film-like, e.g. slide glass, dish, microplate, microarray substrate, etc.), carrier (e.g. particle-like such as beads), etc. colloids), fibrous structures, tubes, containers (eg test tubes and vials). Materials for the base material to be modified include: glass; cement; ceramics such as ceramics or fine ceramics; polymer resins such as polyethylene terephthalate, cellulose acetate, polycarbonate, polystyrene, and polymethyl methacrylate; biomaterials such as polypeptides and proteins; silicon; Examples include activated carbon; porous glass; porous ceramics; porous silicon; porous activated carbon; nonwoven fabric; filter paper; membrane filter; and conductive materials such as gold. In order to introduce amino groups, carboxyl groups, hydroxyl groups, etc., the surface of the substrate to be modified can be coated with a polymer such as a polycation, or treated with a silane coupling agent having a substituent introduced onto the surface of the substrate. Alternatively, a reactive functional group may be introduced by plasma treatment.

第1の表面修飾剤は、基材表面と直接結合することで修飾されてもよいし、或いは、基材表面に被覆層を設け、当該被覆層の表面に第1の表面修飾剤を結合させて表面修飾を行うこともできる。かかる被覆層としては、例えば、コラーゲンやウシ血清アルブミン(BSA)、3-アミノプロピルトリエトキシシラン(APTES)、卵白アルブミンを用いることができる。 The first surface modifier may be modified by directly bonding to the surface of the base material, or by providing a coating layer on the surface of the base material and binding the first surface modifier to the surface of the coating layer. Surface modification can also be carried out. As such a coating layer, for example, collagen, bovine serum albumin (BSA), 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES), or egg albumin can be used.

典型的には、第1の表面修飾剤による基材表面の修飾は、基材表面に第1の表面修飾剤を含む溶液を接触させることによって行われる。第1の表面修飾剤を含む溶液における溶媒の種類は、特に制限されないが、例えばリン酸緩衝液、ホウ酸緩衝液、トリス緩衝液、酢酸緩衝液、炭酸緩衝液、グッドの緩衝液等の緩衝液もしくはその等張液;又はアセトニトリル、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド等の有機溶媒;又は前記緩衝液若しくは等張液と前記有機溶媒との混合液を用いることができる。基材を損傷・変性させないために、第1の表面修飾剤を溶解しやすい有機溶媒(例えばアセトニトリル、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド)に溶解した後に、前記緩衝液若しくは等張液で充分に希釈した溶液を使用してもよい。第1の表面修飾剤と接触させる際の温度は、特に限定されないが、例えば、-78~200℃、さらに0~100℃が好ましい。接触時間は通常は1分~72時間程度であり、30分~24時間が好ましい。修飾後、基材表面を水で洗浄することが好ましい。 Typically, modification of the base material surface with the first surface modifier is performed by bringing a solution containing the first surface modifier into contact with the base material surface. The type of solvent in the solution containing the first surface modifier is not particularly limited, but for example, buffers such as phosphate buffer, borate buffer, Tris buffer, acetate buffer, carbonate buffer, Good's buffer, etc. A solution or an isotonic solution thereof; or an organic solvent such as acetonitrile, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, etc.; or a mixture of the buffer solution or isotonic solution and the organic solvent can be used. In order not to damage or denature the substrate, the first surface modifier is dissolved in an easily soluble organic solvent (for example, acetonitrile, dimethyl sulfoxide, dimethyl formamide), and then the solution is sufficiently diluted with the buffer solution or isotonic solution. may be used. The temperature during contact with the first surface modifier is not particularly limited, but is preferably -78 to 200°C, more preferably 0 to 100°C. The contact time is usually about 1 minute to 72 hours, preferably 30 minutes to 24 hours. After modification, it is preferable to wash the surface of the base material with water.

1-2.工程(B)
上述のように、工程(B)は、上記第1の表面修飾剤の上層に、さらに
さらに第2の表面修飾剤を基材上に添加する工程である。当該第2の表面修飾剤は、分子内に、標的細胞と選択的に結合し得る細胞結合性タンパク質と、当該細胞結合性タンパク質に連結したアジド基を有する。当該細胞結合性タンパク質は、標的細胞を補足し、基材の修飾表面上に固定化するための部位であり、アジド基は、第1の表面修飾剤における連結基Nと結合するための部位である。
1-2. Process (B)
As described above, step (B) is a step of adding a second surface modifier onto the base material on top of the first surface modifier. The second surface modification agent has in its molecule a cell-binding protein that can selectively bind to target cells, and an azide group linked to the cell-binding protein. The cell-binding protein is a site for capturing target cells and immobilized on the modified surface of the base material, and the azide group is a site for binding to the linking group N in the first surface modifier. be.

細胞結合性タンパク質は、固定化の対象となる標的細胞の種類に応じて、当該標的細胞との結合性を有する公知のタンパク質を用いることができる。かかる細胞結合性タンパク質の典型例としては、レクチンや抗体を挙げることができる。その他、細胞表面との結合性を有するタンパク質としては、コラーゲンやフィブロネクチン、ビトロネクチン、ラミニンなどの細胞接着タンパク質;E-カドヘリンなどのタイトジャンクションに関わるタンパク質を挙げることができる。また、本件明細書における細胞結合性タンパク質には、広義のポリペプチド分子、例えば、RGDペプチドやポリアルギニンペプチドなど、細胞接着タンパク質の部分構造のペプチドやカチオニックな細胞透過性ペプチドを含み得る。 As the cell-binding protein, a known protein that can bind to the target cell can be used depending on the type of target cell to be immobilized. Typical examples of such cell-binding proteins include lectins and antibodies. Other examples of proteins that bind to cell surfaces include cell adhesion proteins such as collagen, fibronectin, vitronectin, and laminin; and proteins involved in tight junctions such as E-cadherin. Further, the cell-binding protein in the present specification may include a polypeptide molecule in a broad sense, for example, a peptide having a partial structure of a cell adhesion protein, such as an RGD peptide or a polyarginine peptide, or a cationic cell-penetrating peptide.

本明細書において「レクチン」とは、糖タンパク質、糖脂質、プロテオグリカン、糖ペプチド、リポ多糖、ペプチドグリカン、及びステロイド化合物等の配糖体などの複合糖質に結合した糖鎖の部分構造、全体構造、あるいは糖ペプチド部分を認識し、当該糖鎖に特異的に結合するタンパク質を意味する。レクチンとしては、植物レクチン、真菌レクチン、動物レクチン、糖結合活性を有するサイトカイン、GAG結合タンパク質、微生物アドヘシン、細菌毒素、ウイルスヘマグルチニン等が挙げられる。レクチンは天然由来のものであってもよく、人工的に合成されたものであってもよい。 As used herein, "lectin" refers to the partial structure or overall structure of sugar chains bound to complex carbohydrates such as glycoproteins, glycolipids, proteoglycans, glycopeptides, lipopolysaccharides, peptidoglycans, and glycosides such as steroid compounds. , or a protein that recognizes a glycopeptide moiety and specifically binds to the sugar chain. Examples of lectins include plant lectins, fungal lectins, animal lectins, cytokines with sugar-binding activity, GAG-binding proteins, microbial adhesins, bacterial toxins, viral hemagglutinins, and the like. Lectins may be naturally derived or artificially synthesized.

好ましくは、本発明で用いられるレクチンは、BC2LCNレクチン又はその改変体であることができる。BC2LCNレクチンは、グラム陰性細菌(Burkholderia cenocepacia)由来のBC2L-Cタンパク質のN末端ドメインである。このBC2LCNレクチンを大腸菌で発現させた組換えタンパク質(rBC2LCNレクチン)を好適に用いることができる。rBC2LCNレクチンは、ヒトES細胞及びヒトiPS細胞の表面に特異的なムチン様O型糖鎖に高い親和性を有する未分化マーカーである。当該rBC2LCNレクチンは、形質転換細菌によって大量生産可能であり、その具体的な調製方法は、例えば、国際公開WO2016/147514に説明されている。また、BC2LCNレクチン又はその改変体には、BC2LCNレクチンに当該技術分野において公知の任意のタグペプチドを修飾したものも含まれる。 Preferably, the lectin used in the present invention can be BC2LCN lectin or a variant thereof. BC2LCN lectin is the N-terminal domain of BC2L-C protein from Gram-negative bacteria (Burkholderia cenocepacia). A recombinant protein (rBC2LCN lectin) obtained by expressing this BC2LCN lectin in E. coli can be suitably used. rBC2LCN lectin is an undifferentiated marker that has high affinity for mucin-like O-glycans specific to the surface of human ES cells and human iPS cells. The rBC2LCN lectin can be mass-produced by transformed bacteria, and a specific method for its preparation is described, for example, in International Publication WO2016/147514. Furthermore, the BC2LCN lectin or its variant includes a BC2LCN lectin modified with any tag peptide known in the art.

第2の表面修飾剤において、細胞結合性タンパク質とアジド基の間には、親水性鎖及び/又はリンカーが存在してもよい。これら親水性鎖とリンカーの種類は、第1の表面修飾剤について上述したものを用いることができる。これらの連結についても、上述のとおり、例えば、アミド結合やエステル結合、エーテル結合、チオエーテル結合、カルバメート結合、チオカルバメート結合、トリアゾール結合、尿素結合等の共有結合を用いることができる。また、各部位の連結は、同一の異なる結合様式であってもよいし、異なる結合様式であることもできる。 In the second surface modifier, a hydrophilic chain and/or a linker may be present between the cell-binding protein and the azide group. As for the types of these hydrophilic chains and linkers, those mentioned above for the first surface modifier can be used. For these connections, as described above, for example, covalent bonds such as amide bonds, ester bonds, ether bonds, thioether bonds, carbamate bonds, thiocarbamate bonds, triazole bonds, and urea bonds can be used. In addition, each site may be connected in the same different binding manners or in different binding manners.

好ましい態様において、第2の表面修飾剤におけるアジド基は、細胞結合性タンパク質の1分子当たり1~5個、好ましくは1~2.5個の比率で存在する。後述のように表面修飾を光パターニングして標的細胞を固定化する際に、かかるアジド基の存在比を用いることが好適である。 In a preferred embodiment, the azide groups in the second surface modifier are present at a ratio of 1 to 5, preferably 1 to 2.5, per molecule of cell-binding protein. It is suitable to use this abundance ratio of azide groups when immobilizing target cells by photopatterning surface modification as described below.

基材上への第2の表面修飾剤の添加は、典型的には、第2の表面修飾剤を含む溶液と基材とを接触させることによって行うことができる。当該溶液における溶媒や接触時間等の条件は、第1の表面修飾剤と同様である。 Addition of the second surface modifier onto the substrate can typically be performed by bringing the substrate into contact with a solution containing the second surface modifier. Conditions such as the solvent and contact time in the solution are the same as those for the first surface modifier.

1-3.工程(C)
上述のように、工程(C)は、第1の表面修飾剤における前記連結基Nと、第2の表面修飾剤におけるアジド基と反応させることにより、第1の表面修飾剤の上層に第2の表面修飾剤を共有結合で連結させる工程である。これにより、第2の表面修飾剤における細胞結合性タンパク質を最表面に有する細胞固定化用基材を得ることができる。なお、本発明は、当該製造方法によって得られる第1及び第2の表面修飾剤で修飾された表面を有する細胞固定化用基材にも関する。
1-3. Process (C)
As described above, in step (C), the connecting group N in the first surface modifying agent is reacted with the azide group in the second surface modifying agent, so that the second surface modifying agent is added to the upper layer of the first surface modifying agent. This is a step of covalently linking the surface modifiers. Thereby, a cell immobilization substrate having the cell-binding protein of the second surface modifier on the outermost surface can be obtained. Note that the present invention also relates to a cell immobilization substrate having a surface modified with the first and second surface modifiers obtained by the production method.

1-4.光パターン化工程
本発明の製造方法における好ましい態様では、光パターン化技術を用いて所望の場所に細胞結合性タンパク質を修飾した細胞固定化用基材を提供することもできる。これは、第1の表面修飾剤における連結基Nとして、光照射によってアジド基との反応性が生じる官能基を用いることで、当該光照射領域にのみ第2の表面修飾剤を連結させることで行うことができる。
1-4. Photopatterning Step In a preferred embodiment of the production method of the present invention, a cell immobilization substrate modified with a cell-binding protein at a desired location can also be provided using photopatterning technology. This can be achieved by using a functional group that becomes reactive with the azide group upon light irradiation as the linking group N in the first surface modifier, and by linking the second surface modifier only to the light irradiated region. It can be carried out.

より具体的には、本発明の製造方法は、工程(B)の前に、第1の表面修飾剤で修飾した基材の表面に特定波長の光を照射する工程をさらに含むことができる。これにより、特定の表面領域のみに前記細胞結合性タンパク質が存在するパターン化された表面修飾を有する細胞固定化用基材を得ることができる。 More specifically, the manufacturing method of the present invention can further include, before step (B), a step of irradiating the surface of the base material modified with the first surface modifier with light of a specific wavelength. Thereby, it is possible to obtain a cell immobilization substrate having a patterned surface modification in which the cell-binding protein is present only in a specific surface region.

例えば、以下に示すように、第1の表面修飾剤における連結基Nとして、保護基を付与したDBCO前駆体を用いる場合、第1の表面修飾剤に360nmの光が照射されるとDBCOが生成し、生理条件下でHuisgen付加環化反応によって第2の表面修飾剤のアジド基と結合できる構造となる。

Figure 2023165489000005
For example, as shown below, when using a DBCO precursor with a protecting group as the linking group N in the first surface modifier, DBCO is generated when the first surface modifier is irradiated with 360 nm light. Then, it becomes a structure that can be bonded to the azide group of the second surface modifier by Huisgen cycloaddition reaction under physiological conditions.
Figure 2023165489000005

これにより、光を照射した領域のみ細胞結合性タンパク質を修飾することができるため、所望のパターンに応じて光照射領域を設定することで、パターン化した特定領域でのみ細胞固定化能を発現させることが可能となる。 This allows cell-binding proteins to be modified only in the area irradiated with light, so by setting the irradiation area according to the desired pattern, cell immobilization ability can be expressed only in the specific patterned area. becomes possible.

照射する光の波長は、光応答性細胞固定化剤の種類に応じて決めればよく、通常、157~600nmの範囲の波長、好ましくは250~450nm付近の波長の光を照射する。当該光は、紫外光であることができる。光源としては、太陽光、水銀灯などの電灯光、レーザー光(半導体レーザー、固体レーザー、ガスレーザー)、発光ダイオードの発光、エレクトロルミネッセント素子の発光などが利用できる。光照射の方法は、光源からの光を必要に応じて適当なフィルターを介して基材表面に均一に照射することもできるし、いわゆるフォトマスクを用いて所望の形状のパターン露光をしてもよい。あるいは、光をレンズや鏡を用いて集光し、微細な形状に照射してもよい。あるいは、集光した光線を走査露光してもよい。パターン露光の場合、フォトマスクと基材を接触させて露光する露光形式であるコンタクト露光で行われてもよい。また、フォトマスクと基材の隙間を数μmから数十μm程度に設定して露光する非接触の露光方式であるプロキシミティ露光で行われてもよい。さらには、液晶やデジタルミラーデバイスで作製した像をワーク表面に投影する投影露光法(マスクレス露光法)を用いてもよい。光照射におけるエネルギーは、光応答性細胞固定化剤で修飾された基材表面が細胞を固定化する機能を発揮できる程度であればよく、通常は0.001~1000J/cmであり、0.01~100J/cmが好ましい。
である。
The wavelength of the light to be irradiated may be determined depending on the type of photoresponsive cell immobilizing agent, and is usually irradiated with light having a wavelength in the range of 157 to 600 nm, preferably around 250 to 450 nm. The light can be ultraviolet light. As a light source, sunlight, electric lamp light such as a mercury lamp, laser light (semiconductor laser, solid-state laser, gas laser), light emission from a light emitting diode, light emission from an electroluminescent element, etc. can be used. The method of light irradiation can be to uniformly irradiate the surface of the substrate with light from a light source through an appropriate filter if necessary, or to expose a pattern of a desired shape using a so-called photomask. good. Alternatively, light may be focused using a lens or mirror and irradiated onto a fine shape. Alternatively, scanning exposure may be performed using a focused light beam. In the case of pattern exposure, contact exposure may be performed, which is an exposure format in which a photomask and a base material are brought into contact with each other for exposure. Alternatively, proximity exposure may be performed, which is a non-contact exposure method in which the gap between the photomask and the base material is set to about several μm to several tens of μm. Furthermore, a projection exposure method (maskless exposure method) in which an image produced using a liquid crystal or a digital mirror device is projected onto the work surface may be used. The energy for light irradiation is sufficient as long as the surface of the substrate modified with the photoresponsive cell immobilizing agent can exhibit the function of immobilizing cells, and is usually 0.001 to 1000 J/cm 2 and 0. .01 to 100 J/cm 2 is preferable.
It is.

パターンの形状は、特に限定されないが、例えば、細胞を一定の間隔を空けて横方向(X方向)及び/又は縦方向(Y方向)に固定化できる態様とすることができる。この場合、細胞を固定化する場所の個数に制限はなく、たとえ一点であっても「パターニング」に含まれる。 The shape of the pattern is not particularly limited, but may be, for example, in a form that allows cells to be immobilized at regular intervals in the horizontal direction (X direction) and/or the vertical direction (Y direction). In this case, there is no limit to the number of locations where cells are immobilized, and even one point is included in "patterning."

2.本発明の細胞固定化・回収方法
別の態様において、本発明は、第1及び第2の表面修飾剤で表面修飾した上記細胞固定化用基材を用いて、標的細胞を固定化し、選択的に回収する方法にも関する。
2. Cell immobilization/recovery method of the present invention In another aspect, the present invention provides a method for selectively immobilizing target cells using the cell immobilization substrate surface-modified with the first and second surface modifiers. It also relates to the method of collection.

より具体的には、本発明の細胞固定化方法は、上記細胞固定化用基材に所定の標的細胞を含む溶液を接触させ、前記細胞固定化用基材の表面に前記標的細胞を固定化する工程を含む。また、本発明の細胞回収方法は、前記細胞固定化用基材の表面を乳糖溶液又は酵素溶液で処理することにより、前記固定化された標的細胞を前記細胞固定化用基材から分離・回収する工程を含む。 More specifically, the cell immobilization method of the present invention includes contacting the cell immobilization substrate with a solution containing predetermined target cells to immobilize the target cells on the surface of the cell immobilization substrate. including the step of Further, in the cell recovery method of the present invention, the immobilized target cells are separated and recovered from the cell immobilization substrate by treating the surface of the cell immobilization substrate with a lactose solution or an enzyme solution. including the step of

これらの方法を行う場として、細胞固定化用基材をマイクロ流路内に設置することができる。標的細胞の種類は上述のとおりであり、好ましくは幹細胞であり、より好ましくはiPS細胞である。 As a place for performing these methods, a cell immobilization substrate can be placed in a microchannel. The types of target cells are as described above, preferably stem cells, more preferably iPS cells.

細胞回収方法において用いられる糖溶液及び酵素溶液は、基材に固定化された標的細胞と細胞結合性タンパク質との結合を競合的に弱め、穏やかな条件下において基材表面から標的細胞を遊離させるためのものである。糖溶液の例としては、フコース溶液を挙げることができ、酵素溶液の例としては、Accutase(登録商標)などの細胞剥離液やトリプシン/EDTA溶液、プロテアーゼ溶液を挙げることができる。 The sugar solution and enzyme solution used in the cell recovery method competitively weaken the bond between the target cells immobilized on the substrate and cell-binding proteins, and release the target cells from the substrate surface under mild conditions. It is for. Examples of sugar solutions include fucose solutions, and examples of enzyme solutions include cell detachment solutions such as Accutase (registered trademark), trypsin/EDTA solutions, and protease solutions.

上述のように、基材表面を光パターン化することで、特定領域において標的細胞の固定化・回収を行うことができる。また、1細胞を固定化するためにスポット型の修飾領域を複数有するものとすることにより、一細胞レベルで標的細胞の固定化及び回収を行うとも可能となる。なお、「1細胞レベル」とは、文字通り1細胞を意味する場合だけに限らず、2~10細胞のような場合も含み得る用語である。 As described above, by optically patterning the surface of the substrate, target cells can be immobilized and recovered in a specific region. Furthermore, by providing a plurality of spot-shaped modification regions for immobilizing one cell, it becomes possible to immobilize and collect target cells at the single cell level. Note that the term "single cell level" is not limited to literally meaning one cell, but can also include cases such as 2 to 10 cells.

3.本発明のキット
更なる態様において、本発明は、細胞固定化用基材の表面修飾に用いるための表面修飾剤及びキットにも関する。
3. Kit of the Invention In a further aspect, the present invention also relates to a surface modification agent and a kit for use in surface modification of a substrate for cell immobilization.

細胞固定化用基材の表面修飾に用いるための表面修飾剤は、上記の第1の表面修飾剤に相当するものであり、既に述べたように、記基材の表面に結合し得る基材結合部L、親水性鎖M、及びアジド基と共有結合し得る連結基Nを含む。 The surface modifying agent used for surface modification of the substrate for cell immobilization corresponds to the above-mentioned first surface modifying agent, and as already mentioned, the surface modifying agent is a substrate that can be bonded to the surface of the substrate. It includes a bonding portion L, a hydrophilic chain M, and a linking group N that can be covalently bonded to an azide group.

また、本発明のキットは、上記第1の表面修飾剤と第2の表面修飾剤に相当する化合物を格納したものである。 Further, the kit of the present invention stores compounds corresponding to the first surface modifier and the second surface modifier.

第1の表面修飾剤と第2の表面修飾剤の好ましい態様及び具体例は、上記の本発明の製造方法において説明したとおりである。 Preferred embodiments and specific examples of the first surface modifier and the second surface modifier are as explained in the manufacturing method of the present invention above.

キットに含まれる試薬中には、通常この分野で用いられる試薬類、例えば緩衝剤、反応促進剤、糖類、タンパク質、塩類、界面活性剤等の安定化剤、防腐剤等であって、共存する試薬等の安定性を阻害したりせず、表面修飾剤と標的細胞との反応を阻害しないものが含まれていてもよい。また、その濃度も、通常この分野で通常用いられる濃度範囲から適宜選択することができる。 The reagents included in the kit include reagents normally used in this field, such as buffers, reaction promoters, stabilizers such as sugars, proteins, salts, and surfactants, and preservatives, which may coexist. It may contain substances that do not inhibit the stability of the reagent or the like and do not inhibit the reaction between the surface modifier and the target cells. Further, the concentration can be appropriately selected from the concentration range commonly used in this field.

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

実施例1:DBCO含有表面修飾剤の合成(第1の表面修飾剤)
アジド基と共有結合し得る連結基としてDBCOを有する以下の化合物1及び2を合成した。これらの化合物は、第1の表面修飾剤に相当するものである。

Figure 2023165489000006
Example 1: Synthesis of DBCO-containing surface modifier (first surface modifier)
The following compounds 1 and 2 having DBCO as a linking group capable of covalently bonding to an azide group were synthesized. These compounds correspond to the first surface modifier.
Figure 2023165489000006

<化合物1の合成>
以下に合成スキームで、化合物1を合成した。細胞の非特異的接着を抑制することができる親水性ポリマー(ポリエチレングリコール:PEG)の両端に、基材表面に修飾するための反応基と、ヒュースゲン環化付加反応によってアジド基と結合するDBCO基とをそれぞれ導入した。

Figure 2023165489000007
<Synthesis of compound 1>
Compound 1 was synthesized according to the synthesis scheme below. A hydrophilic polymer (polyethylene glycol: PEG) that can suppress non-specific adhesion of cells has a reactive group on both ends for modifying the substrate surface and a DBCO group that binds to an azide group by Heusgen cycloaddition reaction. and were introduced respectively.
Figure 2023165489000007

[化合物4]
100 mLの三口ナスフラスコをヒートガンで加熱してdry upし、マグネシウム(2.4 g, 98.7 mmol, 13.1 eq)を入れてAr置換し、dry THF 5 mLと1,2-dibromoethane(100μL, 1.17 mmol, 0.16 eq)を加えた。三口ナスフラスコに接続して一緒にdry up、Ar置換した滴下漏斗に、3-methoxybenzyl chloride (3.0 mL, 21 mmol, 2.7 eq)とdry THF 30 mLを入れ、氷浴、撹拌しつつ3.5時間かけて滴下した。Dry up、Ar置換して化合物3(0.92 mL, 7.52 mmol, 1 eq)をいれた100 mL二口ナスフラスコに反応溶液を移し、71°Cで2時間還流した。TLC(クロロホルム, Rf: 化合物3 = 0.66, イミン中間体 = 0.51)で化合物3の消失を確認した。NaBH4(1.6016 g, 42.34 mmol, 5.63 eq)を入れ、dry up、Ar置換しdry MeOH 30 mLを加えた100 mL二口ナスフラスコに反応溶液を移し、撹拌した。
[Compound 4]
Dry up a 100 mL three-neck eggplant flask by heating with a heat gun, add magnesium (2.4 g, 98.7 mmol, 13.1 eq), replace with Ar, and add 5 mL of dry THF and 1,2-dibromoethane (100 μL, 1.17 mmol, 0.16 eq) was added. Add 3-methoxybenzyl chloride (3.0 mL, 21 mmol, 2.7 eq) and 30 mL of dry THF to a dropping funnel connected to a three-necked eggplant flask, dry up together, and replaced with Ar, and stir in an ice bath for 3.5 hours. dripped. After drying and replacing with Ar, the reaction solution was transferred to a 100 mL two-neck eggplant flask containing Compound 3 (0.92 mL, 7.52 mmol, 1 eq), and refluxed at 71°C for 2 hours. Disappearance of compound 3 was confirmed by TLC (chloroform, Rf: compound 3 = 0.66, imine intermediate = 0.51). The reaction solution was transferred to a 100 mL two-necked eggplant flask containing NaBH 4 (1.6016 g, 42.34 mmol, 5.63 eq), dried up, replaced with Ar, and added with 30 mL of dry MeOH, and stirred.

48時間後、TLC(Hexane/Acetone = 2/1, Rf: イミン = 0.63, アミン = 0)にて反応終了を確認し、溶媒を留去したのち純水30 mLを加えCH2Cl2 50 mLで3回抽出した。このとき水相がエマルジョンとなったため、セライト濾過を行った。抽出した有機相にNaSO4を加えて乾燥させ、吸引濾過し、溶媒を留去した。ビーカーに無水コハク酸(0.9641 g, 9.634 mmol, 1.28 eq)をとり、20 mLのアセトニトリルに溶解させ、抽出した有機層に加えた。さらにDMAP (0.1915 g, 1.567 mmol, 0.21 eq) を加えた。約2日後、TLCで原料(アミン)消失を確認しようとしたが、DMAPのスポットが原点付近にあって判別できなかったため、50 mLの純水で3回逆抽出してある程度除くと、原点のスポット(ニンヒドリンで染まる)は消えた。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(Hexane: EtOAc: Acetic acid = 50: 50: 1, 直径5 cm, 高さ 10 cm)で精製を行い、淡黄色透明のオイル状として化合物4を得た。同定は1H-NMR(DMSO-d6)とESI-MS (negative)で行った。収量1.724 g, 収率64.1%であった。 After 48 hours, the completion of the reaction was confirmed by TLC (Hexane/Acetone = 2/1, Rf: imine = 0.63, amine = 0), and after distilling off the solvent, 30 mL of pure water was added and the mixture was diluted with 50 mL of CH 2 Cl 2 Extracted 3 times. At this time, the aqueous phase became an emulsion, so it was filtered through Celite. The extracted organic phase was dried with NaSO 4 , filtered with suction and the solvent was distilled off. Succinic anhydride (0.9641 g, 9.634 mmol, 1.28 eq) was placed in a beaker, dissolved in 20 mL of acetonitrile, and added to the extracted organic layer. Furthermore, DMAP (0.1915 g, 1.567 mmol, 0.21 eq) was added. Approximately 2 days later, I tried to confirm the disappearance of the raw material (amine) by TLC, but the DMAP spot was near the origin and could not be identified, so I back-extracted it 3 times with 50 mL of pure water to remove some of it, and the origin was removed. The spots (stained with ninhydrin) disappeared. Purification was performed by silica gel column chromatography (Hexane: EtOAc: Acetic acid = 50: 50: 1, diameter 5 cm, height 10 cm) to obtain Compound 4 as a pale yellow transparent oil. Identification was performed using 1 H-NMR (DMSO-d 6 ) and ESI-MS (negative). The yield was 1.724 g, yield 64.1%.

[化合物5]
200 mLの二口ナスフラスコにAlCl3(1.523 g, 11.43 mmol, 4.04 eq)を入れ、dry up、Ar置換し、dry DCM 30 mL、テトラクロロシクロプロペン(0.36 mL, 2.94 mmol, 1.04 eq)を順に加えて室温で10分間撹拌、その後-20°Cに冷却した。別の100 mLナスフラスコに化合物4(0.9989 g, 2.827 mmol, 1 eq)を入れてdry up、Ar置換し、dry DCM 20 mLを加えて撹拌しつつ-20°Cに冷却した。
テトラクロロシクロプロペンが入った溶液に化合物4が入った溶液を10分間かけてキャヌレーションで移し、-20°Cで5時間30分撹拌し、さらに室温で2時間撹拌した。TLC(メタノール/ジクロロメタン = 1/5, Rf: 化合物4 = 0.45)により原料消失を確認し、10 mLの純水を加えて激しく撹拌した。
[Compound 5]
Put AlCl 3 (1.523 g, 11.43 mmol, 4.04 eq) into a 200 mL two-necked eggplant flask, dry up, replace with Ar, add dry DCM 30 mL, and tetrachlorocyclopropene (0.36 mL, 2.94 mmol, 1.04 eq). The mixtures were added sequentially and stirred at room temperature for 10 minutes, then cooled to -20°C. Compound 4 (0.9989 g, 2.827 mmol, 1 eq) was placed in another 100 mL eggplant flask, dried up, replaced with Ar, and 20 mL of dry DCM was added and cooled to -20°C with stirring.
A solution containing compound 4 was transferred to a solution containing tetrachlorocyclopropene by cannulation over 10 minutes, stirred at -20°C for 5 hours and 30 minutes, and further stirred at room temperature for 2 hours. After confirming the disappearance of the raw material by TLC (methanol/dichloromethane = 1/5, Rf: Compound 4 = 0.45), 10 mL of pure water was added and the mixture was stirred vigorously.

反応溶液を濃縮したオイルにアセトンを加えると、灰白色の沈澱物が生じた。デカンテーションで上清を除き、再度アセトンを加えて洗浄する操作を計3回行い、沈殿物を吸引濾過によって回収し灰白色の固体として化合物5を得た。1H-NMR(DMSO-d6, 600 MHz)で解析し、収量229 mg, 収率19.8%であった。 When acetone was added to the oil obtained by concentrating the reaction solution, an off-white precipitate was formed. The supernatant was removed by decantation, and acetone was added again for washing three times in total, and the precipitate was collected by suction filtration to obtain Compound 5 as an off-white solid. Analysis by 1 H-NMR (DMSO-d 6 , 600 MHz) showed that the yield was 229 mg, 19.8%.

[化合物6]
10 mLの二口ナスフラスコに化合物5(101.9 mg, 0.2501 mmol, 1 eq)、NHS(62.3 mg, 0.5413 mmol, 2.2 eq)、EDC・HCl(142.2 mg, 0.7418 mmol, 3.0 eq)を入れ、dry up、Ar置換し、dry DCM 5 mLを加えて懸濁させ、撹拌して反応を開始した。約18時間後、TLC(メタノール/ジクロロメタン = 1/10, Rf: 化合物5 = 0.11, 化合物6 = 0.42, UVとブロモクレゾールグリーンで検出)で原料消失を確認し、溶媒を留去して2 mLのアセトンに懸濁し、超音波をかけて洗浄した。吸引濾過で沈殿物を回収しつつろ紙上で8 mLのアセトンで洗浄し、薄褐色の固体として化合物6を得た。収量86.0 mg、収率68%であった。
[Compound 6]
Put compound 5 (101.9 mg, 0.2501 mmol, 1 eq), NHS (62.3 mg, 0.5413 mmol, 2.2 eq), and EDC・HCl (142.2 mg, 0.7418 mmol, 3.0 eq) into a 10 mL two-necked eggplant flask and dry. The mixture was replaced with Ar, and 5 mL of dry DCM was added to suspend the mixture and stirred to start the reaction. After about 18 hours, the disappearance of the raw material was confirmed by TLC (methanol/dichloromethane = 1/10, Rf: Compound 5 = 0.11, Compound 6 = 0.42, detected by UV and bromocresol green), and the solvent was distilled off to 2 mL. was suspended in acetone and washed with ultrasonic waves. The precipitate was collected by suction filtration and washed on a filter paper with 8 mL of acetone to obtain Compound 6 as a light brown solid. The yield was 86.0 mg, 68%.

[化合物7]
10 mLの二口ナスフラスコに化合物6(39.51 mg, 7.832×10-5 mol, 2.52 eq)、HOOC-PEG-NH(MW: 3400、日油株式会社製、製品名「Sunbright PA-034HC」)(105.81 mg, 3.112×10-5 mol, 1 eq)を入れてdry up、Ar置換し、dry DMF 3 mLとdry TEA(0.04 mL, 2.9×10-4 mol, 9.2 eq)を加えて撹拌し、反応を開始した。40時間後、TLC(メタノール/ジクロロメタン = 1/5, Rf: PEG = 0.29, 化合物7 = 0.32, ニンヒドリンにて検出)で原料消失を確認し、溶媒を留去してエーテル沈澱(ジエチルエーテル 40 mL, crude in ジクロロメタン 1 mL, -15°C, 15000 G, 10 min)を行い、風乾した後、約10 mLの純水に溶解して透析を行った。31時間透析を行い、凍結乾燥して薄褐色の固体として化合物7を得た。同定は1H-NMR(DMSO-d6)とMALDI-TOF-MS(Dithranol & NaCl, positive)で行い、収量100.8 mg、収率85%であった。
[Compound 7]
Compound 6 (39.51 mg, 7.832×10-5 mol, 2.52 eq), HOOC-PEG n -NH 2 (MW: 3400, manufactured by NOF Corporation, product name “Sunbright PA-034HC”) was placed in a 10 mL two-neck eggplant flask. ) (105.81 mg, 3.112×10-5 mol, 1 eq), dry up, replace with Ar, add 3 mL of dry DMF and dry TEA (0.04 mL, 2.9×10-4 mol, 9.2 eq). The mixture was stirred and the reaction started. After 40 hours, the disappearance of the raw materials was confirmed by TLC (methanol/dichloromethane = 1/5, Rf: PEG = 0.29, Compound 7 = 0.32, detected with ninhydrin), and the solvent was distilled off to precipitate ether (diethyl ether 40 mL). , crude in dichloromethane (1 mL, -15°C, 15000 G, 10 min), air-dried, and then dissolved in approximately 10 mL of pure water and dialyzed. Dialysis was performed for 31 hours and lyophilized to obtain Compound 7 as a light brown solid. Identification was performed by 1 H-NMR (DMSO-d 6 ) and MALDI-TOF-MS (Dithranol & NaCl, positive), and the yield was 100.8 mg, 85%.

[化合物8]
セントチューブに化合物7(19.58 mg, 5.17°10-6 mol)を入れ、DMSO-d6 1 mLに溶かし、光照射器で8 Jの光を照射した。1H-NMR(DMSO-d6)で反応を確認したところ、若干の原料が見られたため、手持ちのUVライトで原料が消失するまで光を当てた。1H-NMR(DMSO-d6)で同定を行い、純水を加えて凍結乾燥し、薄褐色の固体として化合物8を得た。収量は19.0 mg、収率は97%だった。
[Compound 8]
Compound 7 (19.58 mg, 5.17°10-6 mol) was placed in a cent tube, dissolved in 1 mL of DMSO- d6 , and irradiated with 8 J of light using a light irradiator. When the reaction was confirmed by 1 H-NMR (DMSO-d 6 ), some raw material was found, so I used a hand-held UV light to shine light on it until the raw material disappeared. Identification was performed by 1 H-NMR (DMSO-d 6 ), and pure water was added and freeze-dried to obtain Compound 8 as a light brown solid. The yield was 19.0 mg, 97%.

[化合物1]
10 mLの二口ナスフラスコに、NHS(4.06 mg, 3.53×10-5 mol, 6.4 eq)、DCC(12.75 mg, 6.65×10-5 mol, 12 eq)を入れてdry up、Ar置換し、dry DCM 3 mLを加えて溶解させた化合物8(19.0 mg, 5.01×10-6 mol, 1 eq)を加えて撹拌し反応を開始した。約26時間後、TLC(メタノール/ジクロロメタン = 1/5, Rf: 化合物8 = 0.58)で反応終了を確認し、溶媒を留去して再度約1 mLのDCMに溶かし直し、40 mLのジエチルエーテルでエーテル沈澱(-15°C, 15000 G, 10 min)を行った。上清を除いて風乾し、DCM 3 mLをくわえて綿栓ろ過し、溶媒を留去して薄褐色の固体として化合物1を得た。残存するDCC ureaを除いた収量は12.8 mg、収率は66%となった。同定は1H-NMR(DMSO-d6)で行った。
[Compound 1]
NHS (4.06 mg, 3.53×10-5 mol, 6.4 eq) and DCC (12.75 mg, 6.65×10-5 mol, 12 eq) were placed in a 10 mL two-necked eggplant flask, dried up, and replaced with Ar. Compound 8 (19.0 mg, 5.01 x 10-6 mol, 1 eq) dissolved in 3 mL of dry DCM was added and stirred to start the reaction. After about 26 hours, the completion of the reaction was confirmed by TLC (methanol/dichloromethane = 1/5, Rf: Compound 8 = 0.58), the solvent was distilled off, the solution was redissolved in about 1 mL of DCM, and the mixture was dissolved in 40 mL of diethyl ether. Ether precipitation (-15°C, 15000 G, 10 min) was performed. The supernatant was removed and air-dried, 3 mL of DCM was added and filtered through a cotton plug, and the solvent was distilled off to obtain Compound 1 as a light brown solid. The yield excluding the remaining DCC urea was 12.8 mg, which was 66%. Identification was performed by 1 H-NMR (DMSO-d 6 ).

<化合物2の合成>
同様に、以下に合成スキームで、化合物2を合成した。化合物3~7までの合成については、上記化合物1の合成の場合と同様である。

Figure 2023165489000008
<Synthesis of compound 2>
Similarly, Compound 2 was synthesized using the following synthesis scheme. The synthesis of compounds 3 to 7 is the same as the synthesis of compound 1 above.
Figure 2023165489000008

[化合物2]
50 mLの二口ナスフラスコに化合物7(20.99 mg, 5.54×10-6 mol, 1 eq)、NHS(4.06 mg, 3.53×10-5 mol, 6.4 eq)、DCC(12.75 mg, 6.65×10-5 mol, 12 eq)を入れてdry up、Ar置換し、dry DCM 3 mLを加えて撹拌し反応を開始した。約26時間後、TLC(MeOH/DCM = 1/5, Rf: 化合物7 = 0.45, 化合物2= 0.58)で反応終了を確認し、(綿栓ろ過をし忘れた)溶媒を留去して再度約1 mLのDCMに溶かし直し、40 mLのジエチルエーテルでエーテル沈澱(-15°C, 15000 G, 10 min)を行った。上清を除いて風乾し、DCM 3 mLをくわえて綿栓ろ過し、溶媒を留去して薄褐色の固体として化合物2を得た。残存するDCC ureaを除いた収量は20.8 mg、収率は96.6%となった。同定は1H-NMR(DMSO-d6)とMALDI-TOF MS(positive, Matrix: Dithranol and NaCl)で行った。
[Compound 2]
Compound 7 (20.99 mg, 5.54×10-6 mol, 1 eq), NHS (4.06 mg, 3.53×10-5 mol, 6.4 eq), DCC (12.75 mg, 6.65×10- 5 mol, 12 eq) was added, dried up, and replaced with Ar. 3 mL of dry DCM was added and stirred to start the reaction. After about 26 hours, the completion of the reaction was confirmed by TLC (MeOH/DCM = 1/5, Rf: Compound 7 = 0.45, Compound 2 = 0.58), the solvent was distilled off (I forgot to filtrate with a cotton plug), and the reaction was repeated. It was redissolved in about 1 mL of DCM and ether precipitated with 40 mL of diethyl ether (-15°C, 15000 G, 10 min). The supernatant was removed, air-dried, 3 mL of DCM was added, the mixture was filtered through a cotton plug, and the solvent was distilled off to obtain Compound 2 as a light brown solid. The yield excluding the remaining DCC urea was 20.8 mg, and the yield was 96.6%. Identification was performed using 1 H-NMR (DMSO-d 6 ) and MALDI-TOF MS (positive, Matrix: Dithranol and NaCl).

実施例2:レクチン含有表面修飾剤の合成(第2の表面修飾剤)
次いで、レクチンとの結合基(NHS)、PEG(重合4)、アジド基が順に結合した分子(NHS-PEG4-azide)を用い、レクチン(rBC2LCN)にアジド化を導入した化合物を合成した。
Example 2: Synthesis of lectin-containing surface modifier (second surface modifier)
Next, a compound in which azidation was introduced into lectin (rBC2LCN) was synthesized using a molecule (NHS-PEG4-azide) in which a lectin-binding group (NHS), PEG (polymerization 4), and an azide group were bonded in this order.

透析(MWCO: 3500)によってrBC2LCN水溶液の溶媒をホウ酸緩衝液(pH8.3)に置換し、280 nmの光の吸光度から濃度を算出したところ、42.6μMとなった。このrBC2LCN水溶液に対し、NHS-PEG4-azide溶液(100 mM)を5当量になるよう加えて撹拌した後、4℃で約23時間静置した。その後透析(MWCO: 3500)によって精製と溶媒の置換を行い、アジド化レクチン(rBC2LCN-azide)水溶液を得た。アジド基の修飾の成否を確認するため、ゲルシフトアッセイを行った。PEG(平均重合数73)の末端にDBCOが結合した分子のDMSO溶液をrBC2LCN-azideに対し100当量になるよう混合し、約24時間反応させた。その後ポリアクリルアミドゲル電気泳動によってバンドの移動を確認した。その結果、無修飾のバンドに加え、高分子量側に複数のバンドが観察された(図1)。それぞれ修飾量1から4に相当することから、レクチンに対するアジド基の平均修飾率は1.1と算出された。 The solvent of the rBC2LCN aqueous solution was replaced with a borate buffer (pH 8.3) by dialysis (MWCO: 3500), and the concentration was calculated from the absorbance of light at 280 nm, and it was found to be 42.6 μM. To this rBC2LCN aqueous solution, NHS-PEG4-azide solution (100 mM) was added in an amount of 5 equivalents, stirred, and then allowed to stand at 4°C for about 23 hours. Thereafter, purification and solvent replacement were performed by dialysis (MWCO: 3500) to obtain an azide lectin (rBC2LCN-azide) aqueous solution. In order to confirm the success or failure of modification of the azide group, a gel shift assay was performed. A DMSO solution of a molecule in which DBCO was bonded to the end of PEG (average polymerization number 73) was mixed in an amount of 100 equivalents to rBC2LCN-azide, and reacted for about 24 hours. Thereafter, band movement was confirmed by polyacrylamide gel electrophoresis. As a result, in addition to the unmodified band, multiple bands were observed on the high molecular weight side (Figure 1). Since each corresponds to a modification amount of 1 to 4, the average modification rate of the azide group to the lectin was calculated to be 1.1.

実施例3:基材表面へのレクチン修飾とiPS細胞の捕捉
実施例1で合成したDBCO含有表面修飾剤(化合物2)をエタノールに溶解(20μL)し、コラーゲンを物理吸着させることでアミノ化したガラス基材表面の全面に90μL塗布し、風乾することで修飾した。市販のマイクロ流路(ibidi GmbH社製、製品名「Sticky-dlide VI」)を貼り付け、超純水で表面を洗浄した。その後、フォトマスクを用いて光を照射する領域をライン状に制限し、365 nmの光を0.1 J/cm2照射した。実施例2で合成したレクチン含有表面修飾剤(rBC2LCN-azide:アジド基の平均修飾率は1.1)のPBS水溶液を25μMで105分間反応させた。表面をPBSで洗浄して未反応のrBC2LCN-azideを除去後、Calcein-AMで染色したiPS細胞の懸濁液(1×107 cells/mL)を10分間作用させた。捕捉されなかった細胞をPBSで洗い流した後、基材表面を蛍光顕微鏡で観察した。当該実験手順の概略図を図2に示す。
Example 3: Lectin modification on the substrate surface and capture of iPS cells The DBCO-containing surface modifier (compound 2) synthesized in Example 1 was dissolved in ethanol (20 μL), and collagen was aminated by physical adsorption. It was modified by applying 90 μL to the entire surface of the glass substrate and air drying. A commercially available microchannel (manufactured by ibidi GmbH, product name "Sticky-dlide VI") was attached, and the surface was washed with ultrapure water. Thereafter, the area to be irradiated with light was limited to a line shape using a photomask, and 0.1 J/cm 2 of 365 nm light was irradiated. A PBS aqueous solution of the lectin-containing surface modifier (rBC2LCN-azide: average modification rate of azide group is 1.1) synthesized in Example 2 was reacted at 25 μM for 105 minutes. After washing the surface with PBS to remove unreacted rBC2LCN-azide, a suspension of iPS cells (1×10 7 cells/mL) stained with Calcein-AM was applied for 10 minutes. After washing away uncaptured cells with PBS, the substrate surface was observed using a fluorescence microscope. A schematic diagram of the experimental procedure is shown in FIG. 2.

その結果、光を照射した領域への細胞の捕捉が確認された。一方、光を照射しなかった領域では、細胞の捕捉は観察されず、光照射領域のみにrBC2LCN-azideを介して細胞が捕捉されることが示された(図3a及び図3b)。 As a result, it was confirmed that cells were captured in the area irradiated with light. On the other hand, no cell capture was observed in the area where light was not irradiated, indicating that cells were captured via rBC2LCN-azide only in the light irradiation area (FIGS. 3a and 3b).

一方、アジド基修飾量が平均3.0個のrBC2LCN-azide(高アジ化レクチン)を用いて同様の実験を行ったところ、光照射領域でも細胞の捕捉は観察されず、アジド基修飾量が重要であることも示された(図4)。 On the other hand, when similar experiments were conducted using rBC2LCN-azide (highly azide lectin) with an average amount of 3.0 azide group modifications, no cell capture was observed even in the light irradiation region, indicating that the amount of azide group modification is important. It was also shown that there is (Figure 4).

実施例4:夾雑細胞存在下でのiPS細胞の選択的な捕捉と回収
実施例3の結果から光照射領域選択的にレクチン(rBC2LCN-azide)を修飾し、iPS細胞を捕捉できることが示されたので、続いて、複数種類の細胞の混合懸濁液中からiPS細胞を選択的に基板上に捕捉できることを検証した。
Example 4: Selective capture and recovery of iPS cells in the presence of contaminant cells The results of Example 3 showed that it was possible to selectively modify the lectin (rBC2LCN-azide) in the light irradiation area and capture iPS cells. Therefore, we next verified that iPS cells could be selectively captured on the substrate from a mixed suspension of multiple types of cells.

実施例1で合成したDBCO含有表面修飾剤(化合物2)をエタノールに溶解(20μL)し、コラーゲンを物理吸着させることでアミノ化したガラス基材表面の全面に90μL塗布し、風乾することで修飾した。市販のマイクロ流路(ibidi GmbH社製、製品名「Sticky-dlide VI」)を貼り付け、超純水で表面を洗浄した。その後、フォトマスクを用いて光を照射する領域をライン状に制限し、365 nmの光を0.1 J/cm2照射した。実施例2で合成したレクチン含有表面修飾剤(rBC2LCN-azide)のPBS水溶液を25μMで約2時間反応させた。表面をPBSで洗浄して未反応のrBC2LCN-azideを除去後、iPS細胞の懸濁液(Calcein-AM染色、1 × 107 cells/mL)とJurkat細胞(CytoRed染色、1 × 107 cells/mL)とを1:1で混合し、10分間作用させた。ここで、Jurkat細胞は、rBC2LCNが結合する糖鎖を細胞表層に持たないため、rBC2LCN-azide修飾表面には原理上捕捉されない。捕捉されなかった細胞をPBSで洗い流した後、基材表面を蛍光顕微鏡で観察した。 Dissolve the DBCO-containing surface modifier (compound 2) synthesized in Example 1 in ethanol (20 μL), apply 90 μL to the entire surface of the glass substrate surface that has been aminated by physically adsorbing collagen, and modify by air drying. did. A commercially available microchannel (manufactured by ibidi GmbH, product name "Sticky-dlide VI") was attached, and the surface was washed with ultrapure water. Thereafter, the area to be irradiated with light was limited to a line shape using a photomask, and 0.1 J/cm 2 of 365 nm light was irradiated. A PBS aqueous solution of the lectin-containing surface modifier (rBC2LCN-azide) synthesized in Example 2 was reacted at 25 μM for about 2 hours. After washing the surface with PBS to remove unreacted rBC2LCN-azide, iPS cell suspension (Calcein-AM staining, 1 × 10 7 cells/mL) and Jurkat cells (CytoRed staining, 1 × 10 7 cells/mL) were added. mL) at a ratio of 1:1 and allowed to act for 10 minutes. Here, since Jurkat cells do not have sugar chains to which rBC2LCN binds on their cell surface, they are not captured on the rBC2LCN-azide modified surface in principle. After washing away uncaptured cells with PBS, the substrate surface was observed using a fluorescence microscope.

結果を図5a~bに示す。図5aは、レクチン含有表面修飾剤(rBC2LCN-azide)を修飾した基板上に2種類の細胞を含む混合懸濁液を作用させた場合に固定化された細胞の蛍光顕微鏡画像であり;図5bは、レクチンを有していないアジド化PEG脂質(Oleyl-PEG-azide)を修飾した基板上に2種類の細胞を含む混合懸濁液を作用させた場合に固定化された細胞の蛍光顕微鏡画像である。Oleyl-PEG-azideの分子構造を図5cに示す。 The results are shown in Figures 5a-b. Figure 5a is a fluorescence microscopy image of cells immobilized when a mixed suspension containing two types of cells was applied to a substrate modified with a lectin-containing surface modifier (rBC2LCN-azide); Figure 5b This is a fluorescence microscopy image of cells immobilized when a mixed suspension containing two types of cells was applied to a substrate modified with azidated PEG lipid (Oleyl-PEG-azide) that does not have lectin. It is. The molecular structure of Oleyl-PEG-azide is shown in Figure 5c.

その結果、iPS細胞のみが光照射領域選択的に基板上に捕捉された(図5a)。また、対象実験として、rBC2LCN-azideの代わりに、レクチンを有していないアジド化PEG脂質(Oleyl-PEG-azide: 図5c)を用いて同様の実験を実施したところ、iPS細胞とJurkat細胞の両方が基板上に捕捉された(図5b)。 As a result, only iPS cells were selectively captured on the substrate in the light irradiated area (Fig. 5a). In addition, as a target experiment, we conducted a similar experiment using azidated PEG lipid (Oleyl-PEG-azide: Figure 5c) that does not have a lectin instead of rBC2LCN-azide, and found that iPS cells and Jurkat cells Both were captured on the substrate (Fig. 5b).

続いて、同一の基板に細胞剥離用酵素であるAccutase(登録商標)と0.25% トリプシン/EDTA を順に作用させ、37℃で計10分間処理した。基板をPBSで洗浄した後、基材表面を蛍光顕微鏡で観察した。結果を図5d~gに示す。図5dは、rBC2LCN-azideを修飾した基板表面に捕捉された細胞をタンパク質分解酵素で処理した後の基板上の細胞の蛍光顕微鏡画像であり;図5eは、Oleyl-PEG-azideを修飾した基板表面に捕捉された細胞をタンパク質分解酵素で処理した後の基板上の細胞の蛍光顕微鏡画像である。図5f及びgは、rBC2LCN-azideとOleyl-PEG-azideのそれぞれを修飾した基板上における酵素処理前後の細胞密度の変化を、画像解析ソフトウェアを用いて定量したグラフである。 Subsequently, the same substrate was treated with Accutase (registered trademark), a cell detachment enzyme, and 0.25% trypsin/EDTA in this order at 37°C for a total of 10 minutes. After washing the substrate with PBS, the surface of the substrate was observed using a fluorescence microscope. The results are shown in Figures 5d-g. Figure 5d is a fluorescence microscopy image of cells captured on the substrate surface modified with rBC2LCN-azide after treatment with protease; Figure 5e is a fluorescence microscopy image of cells captured on the substrate surface modified with rBC2LCN-azide; Figure 3 is a fluorescence microscopy image of cells on a substrate after treatment of cells captured on the surface with proteolytic enzymes. FIGS. 5f and 5g are graphs obtained by quantifying changes in cell density before and after enzyme treatment on substrates modified with rBC2LCN-azide and Oleyl-PEG-azide using image analysis software.

その結果、rBC2LCN-azideを用いて捕捉した細胞は多くが基板表面から脱離した様子が見られた(図5d, 5f)。一方、Oleyl-PEG-azideを用いて捕捉された細胞はほぼ全ての細胞が基板上に残存したままであった(図5e, 5g)。 As a result, it was observed that many of the cells captured using rBC2LCN-azide had detached from the substrate surface (FIGS. 5d and 5f). On the other hand, almost all of the cells captured using Oleyl-PEG-azide remained on the substrate (FIGS. 5e and 5g).

これらの結果は、レクチン含有表面修飾剤(rBC2LCN-azide)を用いることで複数種類の細胞懸濁液中から選択的にiPS細胞を基板上に捕捉することが可能であり、さらに比較的穏やかな条件で処理することでiPS細胞を基板上から回収することが可能であることを実証するものである。 These results demonstrate that iPS cells can be selectively captured on a substrate from among multiple cell suspensions by using a lectin-containing surface modifier (rBC2LCN-azide), and that This demonstrates that it is possible to collect iPS cells from the substrate by processing under the following conditions.

実施例5:iPS細胞から分化した細胞存在下でのiPS細胞の選択的な捕捉
次に、iPS細胞から分化させた神経前駆細胞との混合懸濁液中からiPS細胞を選択的に基板上に捕捉できることを検証した。
Example 5: Selective capture of iPS cells in the presence of cells differentiated from iPS cells Next, iPS cells were selectively captured on a substrate from a mixed suspension with neural progenitor cells differentiated from iPS cells. We verified that it can be captured.

iPS細胞の神経前駆細胞への分化誘導には、STEMdiff SMADi Neural Induction Kit (ST-08581, STEMCELL technologies) を用いた。Poly-L-Ornithineコートした培養ディッシュを10 μg/mL lamininで修飾し、iPS細胞 (1×105 /cm2)を播種した。培地はSTEMdiff Neural Induction Medium (STEMdiff Neural Induction Supplement, 10 μM Y-27632添加) を用い、毎日培地交換を行い、3日間培養した。 STEMdiff SMADi Neural Induction Kit (ST-08581, STEMCELL technologies) was used to induce differentiation of iPS cells into neural progenitor cells. A culture dish coated with Poly-L-Ornithine was modified with 10 μg/mL laminin, and iPS cells (1×10 5 /cm 2 ) were seeded therein. STEMdiff Neural Induction Medium (STEMdiff Neural Induction Supplement, 10 μM Y-27632 added) was used as the medium, and the culture was performed for 3 days with medium exchange every day.

実施例4と同様の方法により、基板表面をレクチン含有表面修飾剤(rBC2LCN-azide)で修飾した後、iPS細胞(1×106 cells/mL)とiPS細胞から分化誘導した神経前駆細胞(CytoRed染色、1×106 cells/mL)とを1:1で混合した細胞懸濁液を、10分間作用させた。ここで、分化した神経前駆細胞は、rBC2LCNが結合する糖鎖を細胞表層から失っているため、rBC2LCN修飾表面には原理上捕捉されない。捕捉されなかった細胞をPBSで洗い流し、rBC2LCNを蛍光標識した試薬であるrBC2LCN-FITC(fluorescein isothiocyanate)で15分間反応させた後、PBSで洗浄し、基板表面を蛍光顕微鏡で観察した(図6a及びb)。図6aは、レクチン含有表面修飾剤(rBC2LCN-azide)を修飾した基板上にiPS細胞とiPS細胞由来神経前駆細胞との混合懸濁液を作用させた場合に捕捉された細胞の蛍光顕微鏡画像であり;図6bは、レクチンを有していないアジド化PEG脂質(Oleyl-PEG-azide)を修飾した基板上にiPS細胞とiPS細胞由来神経前駆細胞との混合懸濁液を作用させた場合に捕捉された細胞の蛍光顕微鏡画像である。図6cは、rBC2LCN-azideとOleyl-PEG-azideのそれぞれを修飾した基板上の光照射領域における細胞密度を、画像解析によって定量化したグラフである。 After modifying the substrate surface with a lectin-containing surface modifier (rBC2LCN-azide) in the same manner as in Example 4, iPS cells (1×10 6 cells/mL) and neural progenitor cells (CytoRed) differentiated from iPS cells were modified. A cell suspension mixed at a ratio of 1:1 with 1×10 6 cells/mL) was allowed to act for 10 minutes. Here, the differentiated neural progenitor cells have lost sugar chains to which rBC2LCN binds from the cell surface layer, and therefore are not captured by the rBC2LCN-modified surface in principle. Uncaptured cells were washed away with PBS and reacted with rBC2LCN-FITC (fluorescein isothiocyanate), a reagent that fluorescently labeled rBC2LCN, for 15 minutes, then washed with PBS, and the substrate surface was observed with a fluorescence microscope (Figures 6a and 6a). b). Figure 6a is a fluorescence microscopy image of cells captured when a mixed suspension of iPS cells and iPS cell-derived neural progenitor cells was applied to a substrate modified with a lectin-containing surface modifier (rBC2LCN-azide). Yes; Figure 6b shows the results when a mixed suspension of iPS cells and iPS cell-derived neural progenitor cells was applied to a substrate modified with azidated PEG lipid (Oleyl-PEG-azide) that does not have lectin. Fluorescence microscopy images of captured cells. FIG. 6c is a graph quantified by image analysis of the cell density in the light irradiated area on the substrate modified with rBC2LCN-azide and Oleyl-PEG-azide.

その結果、レクチン含有表面修飾剤(rBC2LCN-azide)を修飾した表面では、rBC2LCN-FITCで染色された未分化のiPS細胞のみが光照射領域選択的に基板上に捕捉された(図6c)。一方、実施例4と同様に対照実験として用いたOleyl-PEG修飾表面には、iPS細胞と神経前駆細胞の両方が捕捉された(図6c)。 As a result, on the surface modified with a lectin-containing surface modifier (rBC2LCN-azide), only undifferentiated iPS cells stained with rBC2LCN-FITC were selectively captured on the substrate in the light irradiated area (FIG. 6c). On the other hand, both iPS cells and neural progenitor cells were captured on the Oleyl-PEG modified surface used as a control experiment as in Example 4 (FIG. 6c).

Claims (21)

所定の標的細胞を基材上に固定するための細胞固定化用基材の製造方法であって、
(A)前記基材の表面全体又は一部を第1の表面修飾剤で修飾する工程であって、前記第1表面修飾剤が以下に示す構造を有する化合物を含み、
L-M―N
式中、Lは、前記基材の表面に結合し得る基材結合部であり、Mは、親水性鎖であり、Nは、アジド基と共有結合し得る連結基である、該工程;
(B)前記標的細胞と選択的に結合し得る細胞結合性タンパク質を含み、当該細胞結合性タンパク質にアジド基を連結した構造を有する第2の表面修飾剤を前記基材上に添加する工程;及び
(C)前記第1の表面修飾剤における前記連結基Nと、前記第2の表面修飾剤におけるアジド基が共有結合を形成することにより、前記基材の表面に前記細胞結合性タンパク質を修飾した細胞固定化用基材を得る工程
を含む、該製造方法。
A method for producing a cell immobilization substrate for immobilizing predetermined target cells on the substrate, the method comprising:
(A) a step of modifying the whole or part of the surface of the base material with a first surface modifier, the first surface modifier including a compound having the structure shown below,
L-M-N
In the formula, L is a substrate binding part that can be bonded to the surface of the substrate, M is a hydrophilic chain, and N is a linking group that can be covalently bonded to an azide group;
(B) adding onto the substrate a second surface modifier that includes a cell-binding protein that can selectively bind to the target cell and has a structure in which an azide group is linked to the cell-binding protein; and (C) modifying the cell-binding protein on the surface of the base material by forming a covalent bond between the linking group N in the first surface modifying agent and the azide group in the second surface modifying agent. The manufacturing method includes the step of obtaining a base material for cell immobilization.
前記工程(B)の前に、前記第1の表面修飾剤で修飾した前記基材の表面に特定波長の光を照射する工程を含む、請求項1に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 1, further comprising, before the step (B), irradiating the surface of the base material modified with the first surface modifier with light of a specific wavelength. 前記細胞固定化用基材が、特定の表面領域のみに前記細胞結合性タンパク質が存在するパターン化された表面修飾を有する、請求項1に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 1, wherein the cell immobilization substrate has a patterned surface modification in which the cell-binding protein is present only in a specific surface region. 前記第2の表面修飾剤が、前記細胞結合性タンパク質の1分子当たり1~2.5個のアジド基を有する、請求項1に記載の製造方法。 The production method according to claim 1, wherein the second surface modifier has 1 to 2.5 azide groups per molecule of the cell-binding protein. 前記連結基Nが、アルキニル基、又はアルキニル基に保護基を導入した基を含む、請求項1に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 1, wherein the connecting group N includes an alkynyl group or a group in which a protecting group is introduced into an alkynyl group. 前記連結基Nが、ジベンゾシクロオクチン(DBCO)又はその前駆体を含む構造を有する、請求項1に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 1, wherein the linking group N has a structure containing dibenzocyclooctyne (DBCO) or a precursor thereof. 前記親水性鎖Mが、親水性ポリマーを含む、請求項1に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 1, wherein the hydrophilic chain M includes a hydrophilic polymer. 前記親水性鎖Mが、ポリアルキレングリコールを含む、請求項1に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 1, wherein the hydrophilic chain M contains polyalkylene glycol. 前記基材結合部Lが、前記基材の表面と共有結合により結合し得る置換基を有する、請求項1に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 1, wherein the base material bonding portion L has a substituent that can be bonded to the surface of the base material through a covalent bond. 前記標的細胞が、幹細胞である、請求項1に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 1, wherein the target cells are stem cells. 前記幹細胞が、誘導性多能性幹細胞(iPS細胞)又は胚性幹細胞(ES細胞)である、請求項10に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 10, wherein the stem cells are induced pluripotent stem cells (iPS cells) or embryonic stem cells (ES cells). 前記細胞結合性タンパク質が、レクチン又は抗体である、請求項1に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 1, wherein the cell-binding protein is a lectin or an antibody. 前記レクチンが、BC2LCNレクチン又はその改変体である、請求項12に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 12, wherein the lectin is BC2LCN lectin or a variant thereof. 請求項1~13のいずれか1に記載の製造方法により得られた細胞固定化用基材に細胞を固定化する方法であって、
前記細胞固定化用基材に所定の標的細胞を含む溶液を接触させ、前記細胞固定化用基材の表面に前記標的細胞を固定化する工程を含む、該方法。
A method for immobilizing cells on a cell immobilization substrate obtained by the production method according to any one of claims 1 to 13, comprising:
The method includes the step of contacting the cell immobilization substrate with a solution containing predetermined target cells, and immobilizing the target cells on the surface of the cell immobilization substrate.
請求項14に記載の方法により固定化された細胞を回収する方法であって、
前記細胞固定化用基材の表面を糖溶液又は酵素溶液で処理することにより、前記固定化された標的細胞を前記細胞固定化用基材から分離・回収する工程を含む、該方法。
A method for collecting cells fixed by the method according to claim 14, comprising:
The method includes the step of separating and collecting the immobilized target cells from the cell immobilization substrate by treating the surface of the cell immobilization substrate with a sugar solution or an enzyme solution.
所定の標的細胞を固定化するための基材用の表面修飾剤であって、
以下の構造:
L-M―N
(式中、Lは、基材の表面に結合し得る基材結合部であり、Mは、親水性鎖であり、Nは、アジド基と共有結合し得る連結基である。)。
で表される化合物を含む、該表面修飾剤。
A surface modifier for a substrate for immobilizing predetermined target cells, the agent comprising:
Structure below:
L-M-N
(In the formula, L is a substrate binding part that can be bonded to the surface of the substrate, M is a hydrophilic chain, and N is a linking group that can be covalently bonded to an azide group.)
The surface modifier comprises a compound represented by:
前記連結基Nが、ジベンゾシクロオクチン(DBCO)又はその前駆体を含む構造を有する、請求項16に記載の表面修飾剤。 The surface modifier according to claim 16, wherein the linking group N has a structure containing dibenzocyclooctyne (DBCO) or a precursor thereof. 以下の構造を有する化合物から選択される、請求項16に記載の表面修飾剤:
Figure 2023165489000009
The surface modifier according to claim 16, selected from compounds having the following structure:
Figure 2023165489000009
細胞固定化用基材の表面修飾に用いるためのキットであって
請求項16~18のいずれか1に記載の表面修飾剤、及び、
標的細胞と選択的に結合し得る細胞結合性タンパク質にアジド基を連結した構造を有する化合物
を格納したキット。
A kit for use in surface modification of a substrate for cell immobilization, comprising the surface modification agent according to any one of claims 16 to 18, and
A kit containing a compound having a structure in which an azide group is linked to a cell-binding protein that can selectively bind to target cells.
前記細胞結合性タンパク質が、レクチン又は抗体である、請求項19に記載のキット。 The kit according to claim 19, wherein the cell-binding protein is a lectin or an antibody. 細胞固定化用基材であって、
以下の構造:
L-M―N
(式中、Lは、基材の表面に結合し得る基材結合部であり、Mは、親水性鎖であり、Nは、アジド基と共有結合し得る連結基である。)。
で表される化合物を含む、第1の表面修飾剤;及び、
所定の標的細胞と選択的に結合し得る細胞結合性タンパク質を含み、当該細胞結合性タンパク質にアジド基を連結した構造を有する第2の表面修飾剤
で修飾された表面を有する、該基材。
A base material for cell immobilization, comprising:
Structure below:
L-M-N
(In the formula, L is a substrate binding part that can be bonded to the surface of the substrate, M is a hydrophilic chain, and N is a linking group that can be covalently bonded to an azide group.)
A first surface modifier comprising a compound represented by; and
The base material has a surface modified with a second surface modifier, which contains a cell-binding protein capable of selectively binding to a predetermined target cell, and has a structure in which an azide group is linked to the cell-binding protein.
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