JP2024067168A - Cell culture substrate, and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、細胞培養基材及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a cell culture substrate and a method for producing the same.
胚性細胞(ES細胞)や人工細胞(iPS細胞)などの多能性幹細胞は、生体の様々な組織に分化する能力(分化万能性)を持つ細胞であり、再生医療分野や創薬スクリーニングのための細胞ソースとして大きな注目が寄せられている。多能性幹細胞を再生医療や創薬スクリーニングに応用するには、多能性幹細胞から目的の細胞へと分化させる必要があるが、その際、多能性幹細胞の細胞凝集塊を形成する必要がある。また、多能性幹細胞は様々な細胞へと分化することができるが、分化後の細胞の種類によって最適な細胞凝集塊のサイズが異なることが知られており、サイズを制御し、更にサイズの均一な細胞凝集塊を作製することが望ましい。 Pluripotent stem cells, such as embryonic stem cells (ES cells) and artificial cells (iPS cells), have the ability to differentiate into various tissues in the body (pluripotency), and have attracted much attention as a cell source for regenerative medicine and drug screening. To apply pluripotent stem cells to regenerative medicine and drug screening, it is necessary to differentiate the pluripotent stem cells into the desired cells, and at that time, it is necessary to form cell aggregates of pluripotent stem cells. In addition, pluripotent stem cells can differentiate into various cells, but it is known that the optimal size of the cell aggregate varies depending on the type of cell after differentiation, and it is desirable to control the size and create cell aggregates of uniform size.
細胞凝集塊を形成する方法として、従来、多能性幹細胞が接着しない基材を用いることで多能性幹細胞に自発的に凝集体を形成させる方法が知られている(例えば、特許文献1参照。)。この方法は細胞凝集塊の量産性に優れるものの、均一なサイズの細胞凝集塊を得ることができないという問題があった。 A method for forming cell aggregates has been known in the past in which pluripotent stem cells are made to spontaneously form aggregates by using a substrate to which the pluripotent stem cells do not adhere (see, for example, Patent Document 1). Although this method is excellent for mass-producing cell aggregates, it has the problem that it is not possible to obtain cell aggregates of uniform size.
サイズの均一な細胞凝集塊を形成する方法として、細胞が接着しない処理を施し、細胞のサイズよりも大きな直径の窪みを表面に設けた細胞培養基材を使用する方法が知られている(例えば、特許文献2参照。)。しかしながら、このような窪みを設けた細胞培養基材を使用すると、細胞が細胞培養基材に固定化されていないため、培養中に細胞凝集塊が窪みから飛び出しやすく、飛び出した細胞凝集塊同士が融合するため、細胞凝集塊のサイズが不均一になりやすいという問題があった。 As a method for forming cell aggregates of uniform size, a method is known in which a cell culture substrate is treated to prevent cells from adhering and has depressions on its surface with a diameter larger than the size of the cells (see, for example, Patent Document 2). However, when using a cell culture substrate with such depressions, since the cells are not fixed to the cell culture substrate, the cell aggregates tend to pop out of the depressions during culture, and the popped cell aggregates tend to fuse with each other, resulting in a problem that the size of the cell aggregates tends to be non-uniform.
上記問題に対し、細胞接着領域と細胞非接着領域の二つの領域を有する細胞培養基材を用い、細胞が細胞培養基材に接着して固定化された状態で細胞凝集塊を形成する方法が提案されている(例えば、特許文献3参照。)。この方法では細胞凝集塊が細胞培養基材に固定化されているため、培養中に細胞凝集塊同士が融合することを防ぐことができ、均一サイズの細胞凝集塊が得られる。しかし、細胞凝集塊を培養した後に、細胞培養基材に強固に接着した細胞凝集塊を剥離する必要があり、剥離する際に細胞にダメージを与えやすく、細胞生存率の低下や分化万能性の消失等の細胞品質を低下させる原因となっていた。 In response to the above problem, a method has been proposed in which a cell culture substrate having two regions, a cell adhesive region and a cell non-adhesive region, is used to form cell aggregates in a state in which the cells are adhered to and fixed on the cell culture substrate (see, for example, Patent Document 3). In this method, the cell aggregates are fixed to the cell culture substrate, so that fusion of the cell aggregates with each other during culture can be prevented, and cell aggregates of uniform size can be obtained. However, after culturing the cell aggregates, it is necessary to detach the cell aggregates that are firmly adhered to the cell culture substrate, and the detachment is likely to damage the cells, resulting in a decrease in cell quality, such as a decrease in cell viability and a loss of pluripotency.
この問題に対し、温度変化によって細胞の接着を制御可能なポリマーを被覆した細胞培養基材が提案されている(例えば、特許文献4参照。)。この方法では、細胞凝集塊を培養した後に、細胞培養基材の温度を室温以下にすることで細胞凝集塊を剥離して回収する。しかしながら、細胞は一般に37℃が生存に最適な温度であり、温度低下によって細胞品質が悪化しやすくなるという問題があった。 In response to this problem, a cell culture substrate coated with a polymer that can control cell adhesion by temperature change has been proposed (see, for example, Patent Document 4). In this method, after culturing cell aggregates, the temperature of the cell culture substrate is lowered to room temperature or lower to detach and recover the cell aggregates. However, there is a problem in that cells generally survive at an optimal temperature of 37°C, and a drop in temperature can easily cause deterioration in cell quality.
本発明の目的は、粒径が均一で、培養後に温度変化を伴うことなく細胞凝集塊を剥離回収可能な細胞培養基材及び該細胞培養基材の製造方法を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a cell culture substrate that has a uniform particle size and enables cell aggregates to be detached and recovered without temperature change after culture, and a method for producing the cell culture substrate.
本発明者らは、以上の点を鑑み鋭意研究を重ねた結果、特定の表面粗さを有し、特定サイズの細胞接着及び細胞増殖領域を形成した細胞培養基材によって上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive research conducted in consideration of the above points, the inventors discovered that the above problems could be solved by a cell culture substrate that has a specific surface roughness and forms a specific size of cell adhesion and cell proliferation area, and thus completed the present invention.
すなわち本発明の一態様は、下記[1]~[7]に関する。
[1]表面に凹凸を有する基材と、上記基材を上記凹凸に沿って被覆する親水性高分子層とを有する細胞培養基材であって、上記細胞培養基材が有する表面凹凸の基準長さ10μmにおける最大高さが0.1~2μmであり、上記細胞培養基材は下記(A)及び(B)の2つの領域を有し、上記(A)領域はプラズマ処理領域である、細胞培養基材。
(A)細胞接着性及び細胞増殖性を有する面積0.001~5mm2の島状の領域
(B)上記(A)領域に隣接し、細胞増殖性を有しない領域
[2]上記基材が、基材用シートと、上記基材用シート上に配置又は接着された、鉛直方向の長さが0.1~3μmの立体要素とを有する、[1]に記載の細胞培養基材。
[3]上記立体要素の数密度が、0.1~10個/μm2である、[2]に記載の細胞培養基材。
[4]上記表面凹凸の凸部間距離の変動係数が、3~50%である、[1]~[3]のいずれかに記載の細胞培養基材。
[5]上記親水性高分子が、下記一般式(1)又は(2)で表される化合物を含有する、[1]~[4]のいずれかに記載の細胞培養基材。
[式(1)中、R1及びR2はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を示し、R3は任意の置換基を示し、m及びnはそれぞれ独立に正の整数を示す。]
[式(2)中、R4、R5及びR6はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を示し、R7は任意の置換基を示し、x、y及びzはそれぞれ独立に正の整数を示す。]
[6]上記(A)領域が、カルボキシフェニル基を有する、[1]~[5]のいずれかに記載の細胞培養基材。
[7]下記(1)及び(2)工程を備える、[1]~[6]のいずれかに記載の細胞培養基材の製造方法。
(1)表面に凹凸を有する基材上に、上記凹凸に沿って親水性高分子層を形成する工程であって、上記親水性高分子層が有する表面凹凸の基準長さ10μmにおける最大高さが0.1~2μmである工程
(2)上記親水性高分子層の表面の一部のみにプラズマ処理を行い、下記(A)及び(B)の2つの領域を形成する工程
(A)細胞接着性及び細胞増殖性を有する面積0.001~5mm2の島状の領域
(B)上記(A)領域に隣接し、細胞増殖性を有しない領域
That is, one aspect of the present invention relates to the following [1] to [7].
[1] A cell culture substrate comprising a substrate having an uneven surface and a hydrophilic polymer layer covering the substrate along the uneven surface, the maximum height of the uneven surface of the cell culture substrate being 0.1 to 2 μm over a reference length of 10 μm, the cell culture substrate having the following two regions (A) and (B), the region (A) being a plasma-treated region:
(A) an island-like region having an area of 0.001 to 5 mm2 and having cell adhesiveness and cell proliferation properties; (B) a region adjacent to the region (A) and not having cell proliferation properties. [2] The cell culture substrate according to [1], wherein the substrate has a substrate sheet and a three-dimensional element having a vertical length of 0.1 to 3 μm that is arranged on or adhered to the substrate sheet.
[3] The cell culture substrate according to [2], wherein the number density of the three-dimensional elements is 0.1 to 10 pieces/ μm2 .
[4] The cell culture substrate according to any one of [1] to [3], wherein the coefficient of variation of the distance between convex portions of the surface irregularities is 3 to 50%.
[5] The cell culture substrate according to any one of [1] to [4], wherein the hydrophilic polymer contains a compound represented by the following general formula (1) or (2):
[In formula (1), R1 and R2 each independently represent a hydrogen atom or a methyl group, R3 represents an arbitrary substituent, and m and n each independently represent a positive integer.]
[In formula (2), R 4 , R 5 and R 6 each independently represent a hydrogen atom or a methyl group, R 7 represents an arbitrary substituent, and x, y and z each independently represent a positive integer.]
[6] The cell culture substrate according to any one of [1] to [5], wherein the region (A) has a carboxyphenyl group.
[7] A method for producing a cell culture substrate according to any one of [1] to [6], comprising the following steps (1) and (2):
(1) A step of forming a hydrophilic polymer layer on a substrate having an uneven surface along the unevenness, the maximum height of the surface unevenness of the hydrophilic polymer layer being 0.1 to 2 μm at a reference length of 10 μm; (2) A step of performing a plasma treatment on only a part of the surface of the hydrophilic polymer layer to form two regions (A) and (B) as follows: (A) an island-like region having an area of 0.001 to 5 mm2 and having cell adhesiveness and cell proliferation properties; and (B) a region adjacent to the region (A) and not having cell proliferation properties.
本発明によれば、粒径が均一で、培養後に温度変化を伴うことなく細胞凝集塊を剥離回収可能な細胞培養基材及び該細胞培養基材の製造方法を提供することができる。 The present invention provides a cell culture substrate that has a uniform particle size and enables cell aggregates to be detached and recovered without temperature change after culture, and a method for producing the cell culture substrate.
以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施の形態」という。)について詳細に説明する。以下の本実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。本発明は、その趣旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。 The following describes in detail the form for carrying out the present invention (hereinafter, simply referred to as the "present embodiment"). The following present embodiment is an example for explaining the present invention, and is not intended to limit the present invention to the following content. The present invention can be carried out with appropriate modifications within the scope of its intent.
本発明において、「細胞凝集塊」とは、複数の細胞が集まって形成される細胞の三次元凝集体を示し、隙間のある球状や、中空の形状であっても良い。 In the present invention, a "cell aggregate" refers to a three-dimensional aggregate of cells formed by the gathering of multiple cells, and may be spherical with gaps or hollow.
また、本発明において、「温度応答性」とは、温度変化によって親水性/疎水性の程度が変化することを示す。更に、親水性/疎水性の程度が変化する境界温度を「応答温度」と表記する。 In addition, in the present invention, "temperature responsiveness" refers to the degree of hydrophilicity/hydrophobicity changing with temperature change. Furthermore, the boundary temperature at which the degree of hydrophilicity/hydrophobicity changes is referred to as the "response temperature."
本発明において、「生体由来物質」とは、生物の体内に存在する物質であるが、天然物であってもよく、遺伝子組み換え技術等で人工的に合成したものであってもよく、また、上記生体由来物質をベースとして化学的に合成した物質であっても良い。生体由来物質に特に限定はないが、例えば、生体を構成する基本材料である核酸、タンパク質、多糖や、これらの構成要素であるヌクレオチドやヌクレオシド、アミノ酸、各種の糖、あるいは脂質やビタミン、ホルモンである。 In the present invention, a "biological substance" refers to a substance present in the body of a living organism, and may be a natural product, may be artificially synthesized using recombinant gene technology, or may be a substance chemically synthesized based on the above-mentioned biological substance. There are no particular limitations on biological substances, but examples include nucleic acids, proteins, and polysaccharides, which are the basic materials that make up living organisms, and their component elements, such as nucleotides, nucleosides, amino acids, and various sugars, as well as lipids, vitamins, and hormones.
本発明において、「細胞接着性」とは、培養温度における細胞培養基材への接着しやすさを示し、「細胞接着性を有する」とは、細胞が培養温度において基材又は細胞培養基材に直接又は生体由来物質を介して接着可能であることを示す。また、「細胞接着性を有しない」とは、培養温度において細胞が基材又は細胞培養基材に接着できないことを示す。 In the present invention, "cell adhesiveness" refers to the ease with which cells adhere to a cell culture substrate at the culture temperature, and "having cell adhesiveness" refers to the ability of cells to adhere to a substrate or cell culture substrate directly or via a biological substance at the culture temperature. In addition, "not having cell adhesiveness" refers to the inability of cells to adhere to a substrate or cell culture substrate at the culture temperature.
本発明において、「細胞増殖性」とは、培養温度における細胞の増殖しやすさを示し、「細胞増殖性を有する」とは、細胞が培養温度において基材又は細胞培養基材に直接又は生体由来物質を介して接着し、更に増殖可能であることを示す。また、「細胞増殖性を有しない」とは、培養温度において細胞が基材又は細胞培養基材に接着できないか、又は、接着はするが増殖できないことを示す。更に、「細胞増殖性が高い」とは、同一の培養期間で比較した際により多くの細胞へと増殖することを示す。 In the present invention, "cell proliferation" refers to the ease with which cells proliferate at the culture temperature, and "having cell proliferation" refers to the ability of cells to adhere to a substrate or cell culture substrate directly or via a biological substance at the culture temperature and further proliferate. Furthermore, "not having cell proliferation" refers to the ability of cells to not adhere to a substrate or cell culture substrate at the culture temperature, or to adhere but not proliferate. Furthermore, "high cell proliferation" refers to the ability to proliferate into more cells when compared over the same culture period.
本発明において、親水性高分子層が「基材を凹凸に沿って被覆する」とは、基材の凹凸に由来する表面凹凸が、基準長さ10μmにおける最大高さが0.1~2μmとなるように形成されることを意味し、基材表面の凹凸が親水性高分子層によって埋められて、基準長さ10μmにおける最大高さが0.1μm未満になった状態は含まれない。 In the present invention, the hydrophilic polymer layer "coating the substrate along the unevenness" means that the surface unevenness resulting from the unevenness of the substrate is formed so that the maximum height at a reference length of 10 μm is 0.1 to 2 μm, and does not include a state in which the unevenness of the substrate surface is filled with the hydrophilic polymer layer, resulting in a maximum height of less than 0.1 μm at a reference length of 10 μm.
本発明の一態様に係る細胞培養基材は、表面に凹凸を有する基材と、基材を凹凸に沿って被覆する親水性高分子層とを有する。基材の凹凸に起因して、親水性高分子層も凹凸を有する。親水性高分子層の凹凸は細胞培養基材の凹凸でもあり、本発明ではこれを「表面凹凸」という。以下では、単に「凹凸」という場合には「基材の凹凸」を意味し、「表面凹凸」とは明確に区別される。上記細胞培養基材は、表面凹凸の基準長さ10μmにおける最大高さが0.1~2μmであり、下記(A)及び(B)の2つの領域を有する。(A)領域はプラズマ処理領域である。
(A)細胞接着性及び細胞増殖性を有する面積0.001~5mm2の島状の領域
(B)上記(A)領域に隣接し、細胞増殖性を有しない領域
A cell culture substrate according to one embodiment of the present invention comprises a substrate having an uneven surface, and a hydrophilic polymer layer that covers the substrate along the uneven surface. The uneven surface of the substrate causes the hydrophilic polymer layer to have uneven surfaces. The uneven surface of the hydrophilic polymer layer is also the uneven surface of the cell culture substrate, and is referred to as "surface unevenness" in the present invention. Hereinafter, when the term "unevenness" is used, it means "uneven surface of the substrate" and is clearly distinguished from "surface unevenness". The maximum height of the surface unevenness at a reference length of 10 μm of the cell culture substrate is 0.1 to 2 μm, and the substrate has the following two regions (A) and (B). Region (A) is a plasma-treated region.
(A) an island-like region having an area of 0.001 to 5 mm2 and having cell adhesiveness and cell proliferation properties; (B) a region adjacent to the region (A) and not having cell proliferation properties;
本発明においては、「基材」と「細胞培養基材」とは明確に区別される。図1を用いて説明すると、基材1は親水性高分子層2と接する部材であり、細胞培養基材10は、細胞凝集塊形成を行うための物品全体である。
In the present invention, a clear distinction is made between the "substrate" and the "cell culture substrate." Explaining with reference to FIG. 1, the
上記基材の材質は、ガラス、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、セルロースアセテート、ニトロセルロース及びポリフッ化ビニリデンからなる群から選択される少なくとも1種類であることが好ましく、ガラス、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネートからなる群から選択される少なくとも1種類であることが更に好ましく、ガラス、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネートから選択される少なくとも1種類であることが特に好ましく、ガラス又はポリエチレンテレフタレートが最も好ましい。 The material of the substrate is preferably at least one selected from the group consisting of glass, polystyrene, polyethylene, polyethylene terephthalate, polycarbonate, cellulose acetate, nitrocellulose, and polyvinylidene fluoride, more preferably at least one selected from the group consisting of glass, polystyrene, polyethylene, polyethylene terephthalate, and polycarbonate, particularly preferably at least one selected from glass, polystyrene, polyethylene terephthalate, and polycarbonate, and most preferably glass or polyethylene terephthalate.
基材の形状は、凹凸部分を除いては、板及びフィルムのような平面形状、ファイバー、多孔質粒子、多孔質膜、中空糸等であってよい。 The shape of the substrate, excluding the uneven portions, may be a planar shape such as a plate or film, a fiber, a porous particle, a porous membrane, a hollow fiber, etc.
基材は、一般に細胞培養等に用いられる容器(ペトリ皿等の細胞培養皿、フラスコ、ウェルプレート、バッグ等)であって、それらの表面(細胞培養面)に凹凸を有するものであってよい。培養操作の容易性から、板及びフィルムのような平面形状の基材、又は平膜の多孔質膜であることが好ましい。また、必要に応じて基材上に仕切り板を設けることにより、各細胞凝集塊を区分するための構造を設けてもよい。 The substrate may be a container generally used for cell culture (cell culture dishes such as petri dishes, flasks, well plates, bags, etc.) that has an uneven surface (cell culture surface). For ease of culture operations, a substrate with a planar shape such as a plate or film, or a flat porous membrane is preferable. If necessary, a partition plate may be provided on the substrate to provide a structure for separating each cell aggregate.
基材の表面に存在する凸部分の構造は、錐体構造、錐台構造、柱状構造、柱体が横倒しになった構造、球状構造、半球構造及び山型の構造からなる群より選択される少なくとも一種であってよい。 The structure of the convex portion present on the surface of the substrate may be at least one selected from the group consisting of a pyramidal structure, a frustum structure, a columnar structure, a columnar structure lying on its side, a spherical structure, a hemispherical structure, and a mountain-shaped structure.
錐体構造としては、三角錐、四角錐、多角錐、円錐等が挙げられる。凸部分が錐体構造の場合、錐体の頂点が細胞に接し得る。錐体構造の底面の面積は、0.01~100μm2、0.1~50μm2又は1~10μm2であってよい。 Examples of the pyramidal structure include triangular pyramids, square pyramids, polygonal pyramids, and cones. When the convex portion is a pyramidal structure, the apex of the pyramid can contact the cell. The area of the base of the pyramidal structure may be 0.01 to 100 μm 2 , 0.1 to 50 μm 2 , or 1 to 10 μm 2 .
錐台構造としては、三角錐台、四角錐台、多角錐台、円錐台等が挙げられる。凸部分が錐台構造の場合、二つの底面のうち面積が小さい底面が細胞に接し得る。錐台構造の二つの底面のうち面積が小さい底面の面積は、0.01~100μm2、0.1~50μm2又は1~10μm2であってよい。 Examples of the frustum structure include a triangular frustum, a square frustum, a polygonal frustum, a circular frustum, etc. When the convex portion has a frustum structure, the smaller of the two base surfaces may contact the cell. The area of the smaller of the two base surfaces of the frustum structure may be 0.01 to 100 μm 2 , 0.1 to 50 μm 2 , or 1 to 10 μm 2 .
柱状構造としては、三角柱、四角柱、多角柱、円柱等が挙げられる。凸部分が柱状構造の場合、一方の底面が細胞に接し得る。柱状構造の底面の面積は、0.01~100μm2、0.1~50μm2又は1~10μm2であってよい。 Examples of the columnar structure include triangular prisms, quadrangular prisms, polygonal prisms, and cylinders. When the convex portion is a columnar structure, one of the base surfaces can contact a cell. The area of the base surface of the columnar structure may be 0.01 to 100 μm 2 , 0.1 to 50 μm 2 , or 1 to 10 μm 2 .
柱体の横倒し構造としては、三角柱の横倒し構造、円柱の横倒し構造等が挙げられる。柱体を横倒しにすることで、ライン状の凹凸を得ることができる。凸部分が柱体の横倒し構造である場合、一側面又は一側辺が細胞に接し得る。横倒しにされた柱体の基材面内方向の長さは、1~100μm、10~90μm、20~80μm、30~70μm又は40μm~60μmであってよい。 Examples of the columnar structure lying on its side include a triangular columnar structure and a cylindrical columnar structure. By lying the column on its side, linear projections and recesses can be obtained. When the convex portion is a columnar structure lying on its side, one side or one edge can contact the cell. The length of the columnar body lying on its side in the in-plane direction of the substrate may be 1 to 100 μm, 10 to 90 μm, 20 to 80 μm, 30 to 70 μm, or 40 to 60 μm.
凸部分が球状構造又は半球構造である場合、球の直径は0.1~10μm、0.2~5μm又は0.5~1μmであってよい。凸部分が半球構造である場合、球面の頂点が細胞に接し得る。球及び半球の直径は0.1~10μm、0.2~5μm又は0.5~1μmであってよい。 When the convex portion has a spherical or hemispherical structure, the diameter of the sphere may be 0.1 to 10 μm, 0.2 to 5 μm, or 0.5 to 1 μm. When the convex portion has a hemispherical structure, the apex of the sphere may contact the cell. The diameter of the sphere and hemisphere may be 0.1 to 10 μm, 0.2 to 5 μm, or 0.5 to 1 μm.
凸部分が山型の構造である場合、山の頂点が細胞に接し得る。山形の構造の基材面内方向の長径は、0.1~10μm、0.2~5μm又は0.5~1μmであってよい。 When the convex portion has a mountain-shaped structure, the apex of the mountain may contact the cell. The long diameter of the mountain-shaped structure in the in-plane direction of the substrate may be 0.1 to 10 μm, 0.2 to 5 μm, or 0.5 to 1 μm.
基材の凹凸は、平面状の基材用シートに複数の穴をあけて得られる構造(以下、穴構造ともいう)であってもよい。この場合、基材用シートの穴があいていない部分が細胞に接し得る。穴は、三角錐、四角錐、多角錐、円錐等の錐体;三角錐台、四角錐台、多角錐台、円錐台等の錐台;三角柱、四角柱、多角柱、円柱等の柱体;半球;谷型等の形状を有していてよい。基材用シートの材質としては、基材の材質として挙げられた材質と同じものが例示される。 The unevenness of the substrate may be a structure obtained by drilling a plurality of holes in a flat substrate sheet (hereinafter also referred to as a hole structure). In this case, the non-hole portion of the substrate sheet may be in contact with the cells. The holes may have the following shapes: a pyramid such as a triangular pyramid, a square pyramid, a polygonal pyramid, or a cone; a frustum such as a truncated triangular pyramid, a square pyramid, a polygonal pyramid, or a cone; a cylinder such as a triangular prism, a square prism, a polygonal prism, or a cylinder; a hemisphere; a valley shape, or the like. Examples of materials for the substrate sheet include the same materials as those listed as materials for the substrate.
基材の凹凸は、ナノインプリント、反応性エッチング、電子ビーム加工等により形成することができる。基材の凹凸は、平面上の基材用シートに、上述した構造(錐体構造、錐台構造、柱体が横倒しになった構造、球状構造、半球構造、山形の構造からなる群より選択される少なくとも一種)を有する、粒子等の立体要素を塗布することによっても形成することができる。 The unevenness of the substrate can be formed by nanoimprinting, reactive etching, electron beam processing, etc. The unevenness of the substrate can also be formed by applying three-dimensional elements such as particles having the above-mentioned structure (at least one selected from the group consisting of a pyramidal structure, a frustum structure, a structure of a column lying on its side, a spherical structure, a hemispherical structure, and a mountain-shaped structure) to a flat substrate sheet.
基材の凹凸は、親水性高分子層を形成した後の細胞培養基材の最大高さを0.1~2μmとするために好適であることから、基準長さ10μmにおける最大高さが0.1~3μmであることが好ましい。基材の凹凸の、基準長さ10μmにおける最大高さは、0.1μm以上、0.2μm以上、0.3μm以上、0.4μm、0.8μm以上、1μm以上又は1.4以上であってよい。基材の凹凸の、基準長さ10μmにおける最大高さは、3μm以下、2μm以下、1.6μm以下、1.5μm以下、1.2μm以下、1.0μm以下又は0.5μm以下であってよい。ナノインプリント、反応性エッチング、電子ビーム加工等によって最大高さが0.1~3μmとなるように凹凸を形成することができる。基材用シートに接する面から細胞に接し得る点又は面までの高さが0.1~3μmの、立体要素を、基材用シートに塗布することで、最大高さが0.1~3μmとなるように凹凸を形成することができる。 The unevenness of the substrate is suitable for making the maximum height of the cell culture substrate after the hydrophilic polymer layer is formed 0.1 to 2 μm, so it is preferable that the maximum height at a reference length of 10 μm is 0.1 to 3 μm. The maximum height of the unevenness of the substrate at a reference length of 10 μm may be 0.1 μm or more, 0.2 μm or more, 0.3 μm or more, 0.4 μm, 0.8 μm or more, 1 μm or more, or 1.4 or more. The maximum height of the unevenness of the substrate at a reference length of 10 μm may be 3 μm or less, 2 μm or less, 1.6 μm or less, 1.5 μm or less, 1.2 μm or less, 1.0 μm or less, or 0.5 μm or less. The unevenness can be formed so that the maximum height is 0.1 to 3 μm by nanoimprinting, reactive etching, electron beam processing, etc. By applying a three-dimensional element to the substrate sheet, with a height of 0.1 to 3 μm from the surface in contact with the substrate sheet to the point or surface that can come into contact with the cell, it is possible to form irregularities with a maximum height of 0.1 to 3 μm.
基材の凹凸は、細胞凝集塊の剥離回収をより容易にするために好適であることから、高さ0.1~3μmの柱状構造又は深さ0.1~3μmの穴構造が好ましく、0.1~3μmの柱状構造が更に好ましい。 The unevenness of the substrate is suitable for making it easier to peel off and recover cell aggregates, so a columnar structure with a height of 0.1 to 3 μm or a hole structure with a depth of 0.1 to 3 μm is preferred, with a columnar structure with a depth of 0.1 to 3 μm being even more preferred.
上記立体要素の数密度は、細胞凝集塊の剥離回収を容易にすることと、細胞増殖性を両立するために好適であることから、0.1~10個/μm2であることが好ましい。また、細胞凝集塊の剥離回収を容易にするため、0.5個/μm2以上が更に好ましく、1個/μm2以上が特に好ましく、5個/μm2以上が最も好ましい。また、細胞増殖性を高めるため、8個/μm2以下が更に好ましく、5個/μm2以下が特に好ましく、2個/μm2以下が最も好ましい。 The number density of the three-dimensional elements is preferably 0.1 to 10 pieces/ μm2 , since this is suitable for both facilitating the detachment and recovery of cell aggregates and cell proliferation. In addition, in order to facilitate the detachment and recovery of cell aggregates, 0.5 pieces/ μm2 or more is more preferable, 1 piece/ μm2 or more is particularly preferable, and 5 pieces/ μm2 or more is most preferable. In addition, in order to enhance cell proliferation, 8 pieces/μm2 or less is more preferable, 5 pieces/ μm2 or less is particularly preferable, and 2 pieces/ μm2 or less is most preferable.
上記立体要素が塗布された基材としては、直径0.1~3μmの球状粒子が表面に固定化された基材が好ましい。立体要素の材質としては、例えば、シリカ、ポリメチル(メタ)アクリレート、ポリスチレン等が挙げられる。立体用としては、シリカ粒子が好ましい。シリカ粒子としては、細胞培養基材の表面をピンセットやピペットなどで擦ってもキズが付きにくくなる耐擦傷性を高めるのに好適であることから、シランカップリング剤で表面処理されているものが好ましく、反応性基を有するシランカップリング剤で処理されていることが更に好ましい。上記反応性基を有するシランカップリング剤としては、特に制限はないが、反応性二重結合を有するシランカップリング剤が更に好ましく、ビニル基又は(メタ)アクリル基を有するシランカップリング剤が特に好ましく、(メタ)アクリル基を有するシランカップリング剤が最も好ましい。また、立体要素を固定化するための高分子(樹脂)が一緒に塗布されていても良い。 As the substrate on which the three-dimensional elements are applied, a substrate on which spherical particles having a diameter of 0.1 to 3 μm are fixed to the surface is preferred. Examples of materials for the three-dimensional elements include silica, polymethyl (meth)acrylate, polystyrene, etc. For three-dimensional objects, silica particles are preferred. As the silica particles, those which have been surface-treated with a silane coupling agent are preferred, since they are suitable for increasing the scratch resistance of the surface of the cell culture substrate, which makes it difficult to scratch even when the surface is rubbed with tweezers or a pipette, and those which have been surface-treated with a silane coupling agent having a reactive group are even more preferred. As the silane coupling agent having a reactive group, there are no particular limitations, but a silane coupling agent having a reactive double bond is even more preferred, a silane coupling agent having a vinyl group or a (meth)acrylic group is particularly preferred, and a silane coupling agent having a (meth)acrylic group is most preferred. In addition, a polymer (resin) for fixing the three-dimensional elements may be applied together.
上記シランカップリング剤としては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、p-スチリルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、トリス-(トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレート、3-ウレイドプロピルトリアルコキシシラン、3-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、ビス(トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、3-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン等が挙げられる。 Examples of the silane coupling agents include vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, p-styryltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldiethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, Examples include silane, N-2-(aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, tris-(trimethoxysilylpropyl)isocyanurate, 3-ureidopropyltrialkoxysilane, 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane, bis(triethoxysilylpropyl)tetrasulfide, 3-isocyanatopropyltriethoxysilane, and 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane.
立体要素は、高分子(樹脂)によって被覆されていることが好ましい。立体要素を固定化するための高分子(樹脂)としては特に制限はなく、例えば、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、セルロースアセテート、ニトロセルロース及びポリフッ化ビニリデン樹脂からなる群より選択される少なくとも一種、活性エネルギー線架橋性樹脂、熱架橋性樹脂などが挙げられる。活性エネルギー線架橋性樹脂である場合、得られる基材が耐擦傷性に優れたものとなる。ここで、本発明において、「活性エネルギー線」とは、紫外線、電子線、α線、β線、γ線等の電離放射線をいう。上記の活性エネルギー線架橋性樹脂としては、例えば、分子内にアクリル基、メタアクリル基、オキセタン基、脂環式エポキシ基、グリシジル基、ビニルエーテル基、マレイミド基、アクリルアミド基等の架橋性基を有する化合物等が挙げられる。耐擦傷性により優れたものとなることから、アクリル基又はメタアクリル基を有する架橋性樹脂が好ましい。 The three-dimensional elements are preferably coated with a polymer (resin). The polymer (resin) for fixing the three-dimensional elements is not particularly limited, and examples thereof include at least one selected from the group consisting of polystyrene, polyethylene, polyethylene terephthalate, polycarbonate, cellulose acetate, nitrocellulose, and polyvinylidene fluoride resin, active energy ray crosslinkable resin, and thermal crosslinkable resin. In the case of an active energy ray crosslinkable resin, the resulting substrate has excellent scratch resistance. Here, in the present invention, "active energy rays" refers to ionizing radiation such as ultraviolet rays, electron beams, α rays, β rays, and γ rays. Examples of the above active energy ray crosslinkable resin include compounds having crosslinkable groups such as acrylic groups, methacrylic groups, oxetane groups, alicyclic epoxy groups, glycidyl groups, vinyl ether groups, maleimide groups, and acrylamide groups in the molecule. Crosslinkable resins having acrylic or methacrylic groups are preferred because they have better scratch resistance.
上記のアクリル基又はメタアクリル基を有する架橋性樹脂としては、例えば、(メタ)アクリレート、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、n-へキシル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、2-メトキシエチル(メタ)アクリレート、p-メトキシシクロヘキシル(メタ)アクリレート等の単官能アクリレート;トリメチロールプロパンエトキシトリアクリレート、トリメチロールプロパンプロポキシトリアクリレート、ペンタエリスリトールエトキシテトラアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート、エトキシ化フェニルアクリレート等の多官能(メタ)アクリレート;U-4HA、U-6HA、U-6LPA、UA-5300H、UA-122P、U-200PA、UA-7100(新中村化学工業社製2~15官能ウレタンアクリレート)等のウレタン(メタ)アクリレート;EBECRYL600、EBECRYL860、EBECRYL373(ダイセル・オルネクス社製)等のエポキシ(メタ)アクリレート;EBECRYL853、EBECRYL1830(ダイセル・オルネクス社製)等のポリエステル(メタ)アクリレート;アクリル基又はメタクリル基等を側鎖に有するポリマー(例えば、新中村化学工業社製NKポリマーAP-2500、NKポリマーGH-1203等);LINC-3A、LINC-182A(共栄社化学製2~3官能フッ素基含有アクリレート)、1,6-ビス(アクリロイルオキシ)ヘキサン等のフッ素を含有する単官能又は多官能(メタ)アクリレート;アクリル基又はメタクリル基等を側鎖に有する含フッ素ポリマー;(メタ)アクリレート基を有するポリシルセスキオキサン類(例えば東亞合成社製SQシリーズ)、(メタ)アクリレート基を有するシランカップリング剤(例えば信越化学社製KBM、KBEシリーズ)等の(メタ)アクリレート基シリコン系化合物等が挙げられる。これらは単独で用いても、複数の種類の樹脂を組み合わせた混合物を用いても良い。 Examples of the crosslinkable resins having an acrylic or methacrylic group include monofunctional acrylates such as (meth)acrylate, methyl (meth)acrylate, ethyl (meth)acrylate, propyl (meth)acrylate, n-hexyl (meth)acrylate, 2-ethylhexyl (meth)acrylate, cyclohexyl (meth)acrylate, 2-methoxyethyl (meth)acrylate, and p-methoxycyclohexyl (meth)acrylate; trimethylolpropane ethoxy triacrylate, trimethylolpropane propane ethoxy triacrylate, and the like. Polyfunctional (meth)acrylates such as methoxytriacrylate, pentaerythritol ethoxytetraacrylate, pentaerythritol triacrylate, pentaerythritol tetraacrylate, dipentaerythritol hexaacrylate, polyethylene glycol diacrylate, polypropylene glycol diacrylate, tricyclodecane dimethanol diacrylate, and ethoxylated phenyl acrylate; U-4HA, U-6HA, U-6LPA, UA-5300H, UA-122P, U-200PA, and UA-7100. (2-15 functional urethane acrylates manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.); epoxy (meth)acrylates such as EBECRYL600, EBECRYL860, and EBECRYL373 (manufactured by Daicel-Allnex Corporation); polyester (meth)acrylates such as EBECRYL853 and EBECRYL1830 (manufactured by Daicel-Allnex Corporation); polymers having an acrylic group or a methacrylic group on the side chain (for example, NK Polymer AP-2500, NK Polymer GH-1203, etc., manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.); LINC-3 Examples of such resins include monofunctional or polyfunctional (meth)acrylates containing fluorine such as 1,6-bis(acryloyloxy)hexane, ...
本発明において、親水性高分子層中の親水性高分子は、ホスホリルコリン基又は水酸基のいずれかを有してよい。親水性高分子がホスホリルコリン基又は水酸基を有することにより、親水性高分子が被覆された領域を細胞が接着しない領域とすることが可能である。また、親水性高分子がホスホリルコリン基又は水酸基を有することにより、短時間の弱いプラズマ処理を行うだけで、その領域を細胞接着性及び細胞増殖性を有する領域とすることができる。ホスホリルコリン基又は水酸基のいずれかを有すること以外に、親水性高分子の種類に特に限定はないが、市販品としては例えば、Lipidure(R)CM5206(日油(株)製)、Lipidure(R)CM2001(日油(株)製)、BIOSURFINE(R)-AWP(東洋合成工業(株)製)等を挙げることができる。また、親水性高分子が被覆済みの市販品の基材としては、PrimeSurface(R)(住友ベークライト(社)製)、EZ-BindShut(R)(AGCテクノグラス(社)製)、EZ-BindShutII(R)(AGCテクノグラス(社)製)等を好適に用いることができる。 In the present invention, the hydrophilic polymer in the hydrophilic polymer layer may have either a phosphorylcholine group or a hydroxyl group. By having the hydrophilic polymer have a phosphorylcholine group or a hydroxyl group, it is possible to make the area coated with the hydrophilic polymer an area to which cells do not adhere. In addition, by having the hydrophilic polymer have a phosphorylcholine group or a hydroxyl group, the area can be made into an area having cell adhesiveness and cell proliferation properties by simply performing a short, weak plasma treatment. There are no particular limitations on the type of hydrophilic polymer other than having either a phosphorylcholine group or a hydroxyl group, but examples of commercially available products include Lipidure(R) CM5206 (manufactured by NOF Corp.), Lipidure(R) CM2001 (manufactured by NOF Corp.), and BIOSURFINE(R)-AWP (manufactured by Toyo Gosei Co., Ltd.). In addition, commercially available substrates coated with hydrophilic polymers such as PrimeSurface(R) (manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.), EZ-BindShut(R) (manufactured by AGC Technoglass Co., Ltd.), and EZ-BindShutII(R) (manufactured by AGC Technoglass Co., Ltd.) can be suitably used.
親水性高分子層は、上記一般式(1)又は(2)で表される化合物を含有することが好ましい。親水性高分子層が上記一般式(1)又は(2)で表される化合物を含有することで、(A)領域のみに細胞を接着及び増殖させやすいことから、より均一な形状の細胞凝集塊を形成するのに好適である。 The hydrophilic polymer layer preferably contains a compound represented by the above general formula (1) or (2). When the hydrophilic polymer layer contains a compound represented by the above general formula (1) or (2), cells are more likely to adhere and grow only in the (A) region, which is suitable for forming cell aggregates with a more uniform shape.
上記一般式(1)又は(2)におけるR3又はR7としては、親水性高分子を基材に固定化するのに好適であることから、疎水性基又はUV反応性の官能基が好ましい。疎水性基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、シクロヘキシル基等の直鎖又は環状アルキル基を好適に用いることができる。また、UV反応性の官能基としては、アジド基を好適に用いることができる。R3又はR7は、フェニル基、又は、アジド基等の置換基を有していてもよいフェニレン基であってもよい。 As R3 or R7 in the above general formula (1) or (2), a hydrophobic group or a UV-reactive functional group is preferable because it is suitable for immobilizing a hydrophilic polymer on a substrate. As the hydrophobic group, a linear or cyclic alkyl group such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, or a cyclohexyl group can be preferably used. In addition, as the UV-reactive functional group, an azide group can be preferably used. R3 or R7 may be a phenyl group or a phenylene group that may have a substituent such as an azide group.
上記親水性高分子層の層厚は、5~2000nmが好ましい。親水性高分子層の厚さを5~2000nmであれば、基材の凹凸に沿って基材を被覆しやすくなる。すなわち、基材の凹凸を親水性高分子層が埋めてしまうことが起こりにくくなる。親水性高分子層の層厚が5~2000nmであることにより、(A)領域のみに細胞を接着及び増殖させやすくなり、また、細胞の遊走により(A)領域に細胞を集めやすく、細胞凝集塊の細胞生存率を高めることができる。ここで、本発明において親水性高分子層の「層厚」とは、基材と親水性高分子層の界面から、親水性高分子層の基材とは逆側の界面までの面外方向の長さを示す。層厚が10nmを超える範囲では、ミクロトームにより作成した細胞培養基材の超薄切片を用いて親水性高分子層の平均層厚を求めることができる。具体的には、超薄切片の断面像を透過型電子顕微鏡によって観察し、無作為に選んだ10点の厚みを測定して平均することで、平均層厚を算出することができる。また、層厚が10nm以下の範囲ではエリプソメーターを用いて測定することができる。(B)領域に細胞が接着するのを抑制するのに好適であるため、層厚10nm以上が更に好ましく、50nm以上が特に好ましく、100nm以上が最も好ましい。また、細胞の遊走により(A)領域に細胞を集めることで細胞凝集塊の細胞生存率を高めるのに好適であることから、層厚1000nm以下が更に好ましく、500nm以下が特に好ましく、200nm以下が最も好ましい。 The thickness of the hydrophilic polymer layer is preferably 5 to 2000 nm. If the thickness of the hydrophilic polymer layer is 5 to 2000 nm, the substrate can be easily coated along the unevenness of the substrate. In other words, the unevenness of the substrate is less likely to be filled with the hydrophilic polymer layer. By making the thickness of the hydrophilic polymer layer 5 to 2000 nm, it becomes easier to adhere and grow cells only in the (A) region, and also easier to collect cells in the (A) region by cell migration, thereby increasing the cell viability of the cell aggregate. Here, in the present invention, the "layer thickness" of the hydrophilic polymer layer refers to the length in the out-of-plane direction from the interface between the substrate and the hydrophilic polymer layer to the interface of the hydrophilic polymer layer on the opposite side to the substrate. In the range where the layer thickness exceeds 10 nm, the average layer thickness of the hydrophilic polymer layer can be obtained using ultrathin sections of the cell culture substrate prepared by a microtome. Specifically, the average layer thickness can be calculated by observing the cross-sectional image of the ultrathin section with a transmission electron microscope, measuring the thickness at 10 randomly selected points, and averaging the measured values. In addition, when the layer thickness is in the range of 10 nm or less, it can be measured using an ellipsometer. Since it is suitable for suppressing adhesion of cells to the (B) region, a layer thickness of 10 nm or more is more preferable, 50 nm or more is particularly preferable, and 100 nm or more is most preferable. In addition, since it is suitable for increasing the cell survival rate of the cell aggregate by collecting cells in the (A) region through cell migration, a layer thickness of 1000 nm or less is more preferable, 500 nm or less is particularly preferable, and 200 nm or less is most preferable.
本発明の細胞培養基材は、表面凹凸の基準長さ10μmにおける最大高さが0.1~2μmである。最大高さが0.1μm以上であることにより、培養した細胞凝集塊が弱く細胞培養基材に接着するため、培養後に温度変化を伴うことなく、細胞凝集塊を簡単に剥離して回収することができる。また、最大高さが0.1μm以上であることにより、細胞培養基材に播種した細胞が、遊走によって自発的に会合することを促進することができ、細胞生存率の高い細胞から構成される細胞凝集塊を形成できる。細胞凝集塊をより容易に回収し、また、細胞生存率のより高い細胞から構成される細胞凝集塊を形成するのに好適であることから、最大高さは0.2μm以上、0.3μm以上、0.4μm、0.8μm以上、1μm以上又は1.4以上であってよい。最大高さが2μm以下であることにより、細胞接着性及び細胞増殖性を付与することができ、短時間で細胞凝集塊を培養することができる。短時間で細胞凝集塊を培養するために好適であることから、最大高さは1.5μm以下、1.2μm以下、1.0μm以下又は0.5μm以下であってよい。ここで、本発明における細胞培養基材の「最大高さ」とは、JIS B0601:2013に従って求めた基準長さ10μmにおける輪郭曲線の最大高さRz(例えば、図1の符号Hで示される長さ)を示し、細胞培養基材の代表的な表面の原子間力顕微鏡像を測定し、無作為に選んだ10点の輪郭曲線において、10μmを基準長さとして最大高さを求めることで算出することができる。 The cell culture substrate of the present invention has a maximum height of 0.1 to 2 μm at a reference length of 10 μm of the surface irregularities. Since the maximum height is 0.1 μm or more, the cultured cell aggregates are weakly attached to the cell culture substrate, and the cell aggregates can be easily peeled off and collected without temperature change after culture. Furthermore, since the maximum height is 0.1 μm or more, the cells seeded on the cell culture substrate can be promoted to spontaneously associate by migration, and a cell aggregate composed of cells with a high cell survival rate can be formed. Since the cell aggregates can be more easily collected and are suitable for forming a cell aggregate composed of cells with a high cell survival rate, the maximum height may be 0.2 μm or more, 0.3 μm or more, 0.4 μm, 0.8 μm or more, 1 μm or more, or 1.4 μm or more. Since the maximum height is 2 μm or less, cell adhesiveness and cell proliferation properties can be imparted, and the cell aggregates can be cultured in a short time. Since it is suitable for culturing cell aggregates in a short time, the maximum height may be 1.5 μm or less, 1.2 μm or less, 1.0 μm or less, or 0.5 μm or less. Here, the "maximum height" of the cell culture substrate in the present invention refers to the maximum height Rz of the contour curve at a reference length of 10 μm determined according to JIS B0601:2013 (for example, the length indicated by symbol H in FIG. 1), and can be calculated by measuring an atomic force microscope image of a representative surface of the cell culture substrate and determining the maximum height at a reference length of 10 μm for the contour curve at 10 randomly selected points.
本発明の細胞培養基材は、表面凹凸の凸部間距離が0.1~10μmであることが好ましい。凸部間距離が0.1~2μmであることで、細胞増殖性を高めて短時間で細胞凝集塊を形成し、温度変化を伴うことなく、細胞凝集塊の剥離をより容易に行うことができ、細胞凝集塊の回収率を高めることができる。短時間で細胞凝集塊を形成するのにより好適であることから、凸部間距離は0.5μm以上、0.6μm以上、0.7μm以上、0.8μm以上、0.9μm以上、1μm以上、1.5μm以上又は3μm以上であってよい。細胞凝集塊の回収率をより高めるのに好適であることから、凸部間距離は5μm以下、2.5μm以下、2μm以下又は1μm以下であってよい。ここで、本発明における細胞培養基材の「凸部間距離」とは、JIS B0601:2013に従って求めた輪郭線要素の長さ(例えば、図1の符号Pで示される長さ)を示し、細胞培養基材の代表的な表面の原子間力顕微鏡像を測定し、10μmを基準長さとして無作為に選んだ輪郭曲線において、20点以上の凸部間の長さを求めることで算出することができる。 In the cell culture substrate of the present invention, the distance between the convex portions of the surface irregularities is preferably 0.1 to 10 μm. By having the distance between the convex portions be 0.1 to 2 μm, cell proliferation is enhanced, cell aggregates are formed in a short time, and the cell aggregates can be more easily peeled off without temperature change, thereby increasing the recovery rate of the cell aggregates. Since it is more suitable for forming cell aggregates in a short time, the distance between the convex portions may be 0.5 μm or more, 0.6 μm or more, 0.7 μm or more, 0.8 μm or more, 0.9 μm or more, 1 μm or more, 1.5 μm or more, or 3 μm or more. Since it is more suitable for increasing the recovery rate of the cell aggregates, the distance between the convex portions may be 5 μm or less, 2.5 μm or less, 2 μm or less, or 1 μm or less. Here, the "distance between convexities" of the cell culture substrate in the present invention refers to the length of the contour element determined in accordance with JIS B0601:2013 (for example, the length indicated by the symbol P in FIG. 1), and can be calculated by measuring an atomic force microscope image of a representative surface of the cell culture substrate and determining the length between 20 or more convexities on a contour curve randomly selected with a reference length of 10 μm.
本発明の細胞培養基材は、表面凹凸の凸部間距離の変動係数が、3~50%であることが好ましい。凸部間距離の変動係数が3~50%であることで、(A)領域に接着する全ての細胞に均一な表面を提供することができるため、培養した細胞凝集塊を均質に剥離することができる。培養した細胞凝集塊を均質に剥離することで、剥離に際し細胞凝集塊が一部破損し、粒径にばらつきを生じることを抑制できる。培養した細胞凝集塊を均質に剥離するのに好適であることから、表面凹凸の凸部間距離の変動係数が40%以下であることが更に好ましく、30%以下が特に好ましく、20%以下が最も好ましい。ただし、完全に均一な構造の場合、細胞培養基材に光を当てた際に、モアレ(干渉縞)を生じるため、細胞の観察に通常使用する顕微鏡での観察が困難となる場合がある。そのため、顕微鏡観察を容易にするため、表面凹凸の凸部間距離の変動係数が5%以上であることが更に好ましく、7%以上が特に好ましく、10%以上が最も好ましい。ここで、凸部間距離の変動係数は、前述の凸部間距離を求め、20点の測定値に対して変動係数(標準偏差/平均値)を求めることで算出することができる。 The cell culture substrate of the present invention preferably has a coefficient of variation of the distance between the convex portions of the surface unevenness of 3 to 50%. By having a coefficient of variation of the distance between the convex portions of 3 to 50%, a uniform surface can be provided to all cells adhering to the (A) region, and thus the cultured cell aggregates can be homogeneously peeled off. By homogeneously peeling off the cultured cell aggregates, it is possible to suppress the cell aggregates from being partially damaged during peeling, which causes variation in particle size. Since this is suitable for homogeneously peeling off the cultured cell aggregates, it is more preferable that the coefficient of variation of the distance between the convex portions of the surface unevenness is 40% or less, particularly preferably 30% or less, and most preferably 20% or less. However, in the case of a completely uniform structure, when light is applied to the cell culture substrate, moire (interference fringes) are generated, which may make it difficult to observe the cells using a microscope that is normally used for observing the cells. Therefore, in order to facilitate microscope observation, it is more preferable that the coefficient of variation of the distance between the convex portions of the surface unevenness is 5% or more, particularly preferably 7% or more, and most preferably 10% or more. Here, the coefficient of variation of the distance between convex portions can be calculated by determining the distance between convex portions described above and calculating the coefficient of variation (standard deviation/average value) for the 20 measured values.
(A)領域は、細胞接着性及び細胞増殖性を有する。(A)領域が細胞接着性及び細胞増殖性を有することによって、本発明の細胞培養基材は細胞を接着培養して細胞凝集塊を形成することができる。その結果、細胞凝集塊が浮遊して結合し、サイズが不均一になるということを抑制しやすくなる。(A)領域が細胞接着性又は細胞増殖性を有しない場合、細胞を培養して細胞凝集塊を形成することができない。 The (A) region has cell adhesiveness and cell proliferation properties. By having the (A) region have cell adhesiveness and cell proliferation properties, the cell culture substrate of the present invention can form cell aggregates by adhesion culture of cells. As a result, it becomes easier to prevent cell aggregates from floating and bonding, resulting in uneven sizes. If the (A) region does not have cell adhesiveness or cell proliferation properties, cells cannot be cultured to form cell aggregates.
(A)領域は面積0.001~5mm2の島状の領域である。面積0.001~5mm2の島状の領域であることにより、細胞を培養した際に、均一粒径の細胞凝集塊を形成可能しやすくなる。多能性幹細胞の分化誘導等の用途に適した細胞凝集塊を形成するのにより好適であることから、(A)領域の面積は0.005mm2以上、0.01mm2以上又は0.02mm2以上であってよい。多能性幹細胞の分化誘導等の用途に適した細胞凝集塊を形成するのにより好適であることから、(A)領域の面積は1mm2以下、0.5mm2以下、0.2mm2以下、0.1mm2以下又は0.05mm2以下であってよい。 The (A) region is an island-shaped region having an area of 0.001 to 5 mm2. By having an island-shaped region having an area of 0.001 to 5 mm2, it becomes easier to form a cell aggregate having a uniform particle size when cells are cultured. Since it is more suitable for forming a cell aggregate suitable for applications such as differentiation induction of pluripotent stem cells, the area of the (A) region may be 0.005 mm2 or more, 0.01 mm2 or more, or 0.02 mm2 or more. Since it is more suitable for forming a cell aggregate suitable for applications such as differentiation induction of pluripotent stem cells, the area of the (A) region may be 1 mm2 or less, 0.5 mm2 or less, 0.2 mm2 or less, 0.1 mm2 or less, or 0.05 mm2 or less.
より均一なサイズ及び形状の細胞凝集塊を製造するのに好適であることから、(A)領域の面積の標準偏差/平均面積が80%以下であることが好ましく、50%以下であることが更に好ましく、20%以下であることが特に好ましく、5%以下であることが最も好ましい。 Since this is suitable for producing cell aggregates of more uniform size and shape, it is preferable that the standard deviation/average area of the area of region (A) is 80% or less, more preferably 50% or less, particularly preferably 20% or less, and most preferably 5% or less.
本発明において「島状」とは、海島構造に存在する島構造のように平面に配置した独立した領域を示す。(A)領域が細胞接着性及び細胞増殖性を有する島状の領域であることにより、本発明の細胞培養基材はより均一なサイズの細胞凝集塊を製造することができる。(A)領域が島状ではない場合、例えばストライプ構造等の場合、細胞凝集塊が製造できない。島状の形状としては特に限定はなく、目的とする細胞凝集塊の形状に応じて適宜設定可能であるが、例えば、円、楕円、多角形、不定形の直線又は曲線からなる閉じた形状等を挙げることができる。また、球に近い形状の細胞凝集塊を製造するのに好適であることから、島状の形状として、円又は楕円、多角形が好ましく、円又は楕円、長方形が更に好ましく、円又は楕円、正方形が特に好ましく、円又は楕円が最も好ましい。 In the present invention, "island-like" refers to an independent region arranged on a plane like an island structure in a sea-island structure. Since the (A) region is an island-like region having cell adhesiveness and cell proliferation properties, the cell culture substrate of the present invention can produce cell aggregates of more uniform size. If the (A) region is not island-like, for example, if it has a striped structure, cell aggregates cannot be produced. There is no particular limitation on the shape of the island, which can be set appropriately depending on the shape of the desired cell aggregate. Examples of the island shape include a circle, an ellipse, a polygon, and a closed shape consisting of an indefinite straight line or curve. In addition, since it is suitable for producing cell aggregates with a shape close to a sphere, the island shape is preferably a circle, an ellipse, or a polygon, more preferably a circle, an ellipse, or a rectangle, particularly preferably a circle, an ellipse, or a square, and most preferably a circle or an ellipse.
また、本発明において、球に近い形状の細胞凝集塊を製造するのに好適であることから、島状の形状のアスペクト比としては5以下が好ましく、2以下が更に好ましく、1.5以下が特に好ましく、1.1以下が最も好ましい。ここで、本発明において「アスペクト比」とは、形状の最大径(長径)と最小径(短径)の比である長径/短径を示す。 In addition, since the present invention is suitable for producing cell aggregates having a shape close to a sphere, the aspect ratio of the island shape is preferably 5 or less, more preferably 2 or less, particularly preferably 1.5 or less, and most preferably 1.1 or less. Here, in the present invention, "aspect ratio" refers to the ratio of the maximum diameter (major diameter) to the minimum diameter (minor diameter) of the shape, i.e., major diameter/minor diameter.
上記(B)領域は、上記(A)領域に隣接し、細胞接着性又は細胞増殖性を有しない。(A)領域に隣接し、細胞増殖性を有しない領域であることにより、細胞を培養した際に、(A)領域のみに細胞凝集塊を形成し、(A)領域の周囲には細胞が存在しない状態を形成することが可能である。また、製造される細胞凝集塊のサイズ及び形状を均一化するのにより好適であることから、(B)領域が細胞増殖性だけでなく細胞接着性も有しないものであることが好ましい。 The (B) region is adjacent to the (A) region and does not have cell adhesion or cell proliferation properties. By being adjacent to the (A) region and not having cell proliferation properties, when cells are cultured, it is possible to form cell aggregates only in the (A) region, and to create a state in which no cells are present around the (A) region. In addition, since this is more suitable for uniforming the size and shape of the cell aggregates produced, it is preferable that the (B) region not only has no cell proliferation properties but also no cell adhesion properties.
(B)領域の形状としては、(A)領域に隣接すること以外に限定はないが、均一なサイズ及び形状の細胞凝集塊を製造するのにより好適であることから、(A)領域との境界線の20%以上の長さに(B)領域が隣接していることが好ましく、50%以上が更に好ましく、80%以上が特に好ましく、(A)領域の周囲が全て(B)領域であることが最も好ましい。また、細胞培養基材の量産性を高めるのに好適であることから、(A)領域が島状で(B)領域が海状の海島構造であることが好ましい。 There are no limitations on the shape of the (B) region other than that it is adjacent to the (A) region, but since this is more suitable for producing cell aggregates of uniform size and shape, it is preferable that the (B) region is adjacent to the (A) region for a length of at least 20% of the boundary line, more preferably at least 50%, particularly preferably at least 80%, and it is most preferable that the (A) region is entirely surrounded by the (B) region. In addition, since this is suitable for increasing the mass productivity of the cell culture substrate, it is preferable that the (A) region is an island-like structure and the (B) region is an ocean-like structure.
上記(A)領域及び(B)領域の面積比としては、特に限定はないが、培養基材の単位面積当たりに製造可能な細胞凝集塊の数量を高めるのに好適であることから、(A)領域の面積が基材全体の10%以上であることが好ましく、30%以上が更に好ましく、50%以上が特に好ましく、70%以上が最も好ましい。また、複数の(A)領域の間に十分な距離を設け、複数の(A)領域の細胞凝集塊が融合して不均一な形状となることを抑制するのに好適であることから、(B)領域の面積が基材全体の20%以上であることが好ましく、40%以上が更に好ましく、60%以上が特に好ましく、80%以上が最も好ましい。 There is no particular limitation on the area ratio of the above (A) region and (B) region, but since this is suitable for increasing the number of cell aggregates that can be produced per unit area of the culture substrate, the area of the (A) region is preferably 10% or more of the entire substrate, more preferably 30% or more, particularly preferably 50% or more, and most preferably 70% or more. In addition, since it is suitable for providing a sufficient distance between multiple (A) regions and preventing the cell aggregates of multiple (A) regions from fusing together to form an uneven shape, the area of the (B) region is preferably 20% or more of the entire substrate, more preferably 40% or more, particularly preferably 60% or more, and most preferably 80% or more.
上記(A)領域と(B)領域の境界における段差としては、添加した細胞が(A)領域内に多く留まるようにし、細胞の利用効率を高めるのに好適であることから、段差1nm以上が好ましく、10nm以上が更に好ましく、50nm以上が特に好ましく、100nm以上が最も好ましい。また、細胞培養基材に培地を添加した時の気泡付着を抑制するのに好適であることから、また、気泡の付着を抑制するのに好適であることから、段差10000nm以下が好ましく、1000nm以下が更に好ましく、500nm以下が特に好ましく、200nm以下が最も好ましい。気泡が付着すると気泡を除去するために、脱気を行うか、又はピペッターを用いて培地の吐出と吸引を繰り返す必要があり、細胞凝集塊の量産性を損なうため、気泡が付着しないことが望ましい。ここで、本発明において(A)領域と(B)領域の境界における「段差」とは、(A)領域と(B)領域の境界における細胞培養基材の基材面外方向の長さの差であり、段差が10nm未満の範囲ではエリプソメーターを用いて測定することができる。また、段差が10~500nmの範囲ではミクロトームにより作成した細胞培養基材の超薄切片を用いて断面像を透過型電子顕微鏡によって測定することができ、無作為に選んだ10点の該距離を測定し、平均することで算出することができる。更に、段差が500nmを超える範囲では触針式段差計を用いて測定することができる。 The step at the boundary between the above (A) and (B) regions is preferably 1 nm or more, more preferably 10 nm or more, particularly preferably 50 nm or more, and most preferably 100 nm or more, because it is suitable for suppressing air bubble adhesion when a medium is added to a cell culture substrate, and is also suitable for suppressing air bubble adhesion, so the step is preferably 10,000 nm or less, more preferably 1000 nm or less, particularly preferably 500 nm or less, and most preferably 200 nm or less. If air bubbles adhere, it is necessary to perform degassing or repeatedly discharge and aspirate the medium using a pipette to remove the air bubbles, which impairs the mass productivity of the cell aggregates, so it is desirable that air bubbles do not adhere. Here, in the present invention, the "step" at the boundary between region (A) and region (B) refers to the difference in length of the cell culture substrate at the boundary between region (A) and region (B) in the out-of-plane direction of the substrate, and when the step is less than 10 nm, it can be measured using an ellipsometer. When the step is in the range of 10 to 500 nm, a cross-sectional image can be measured using a transmission electron microscope using an ultrathin section of the cell culture substrate created with a microtome, and the distance can be calculated by measuring and averaging the distance at 10 randomly selected points. Furthermore, when the step is in the range of more than 500 nm, it can be measured using a stylus-type step gauge.
また、多能性幹細胞を培養して内胚葉細胞又は外胚葉細胞を分化誘導するのに適した細胞凝集塊の形成に好適であるため、上記(A)領域の面積が0.005~0.2mm2であり、且つ上記(A)領域の単位面積当たりの数が200~1000個/cm2であることが好ましく、上記(A)領域の面積が0.01~0.15mm2であり、且つ上記(A)領域の単位面積当たりの数が250~800個/cm2であることが更に好ましく、上記(A)領域の面積が0.02~0.1mm2であり、且つ上記(A)領域の単位面積当たりの数が300~600個/cm2であることが特に好ましく、上記(A)領域の面積が0.03~0.05mm2であり、且つ上記(A)領域の単位面積当たりの数が300~400個/cm2であることが最も好ましい。 Furthermore, since this is suitable for forming a cell aggregate suitable for culturing pluripotent stem cells and inducing differentiation into endodermal or ectodermal cells, it is preferable that the area of the (A) region is 0.005 to 0.2 mm2 and the number per unit area of the (A) region is 200 to 1000 cells/ cm2 , it is more preferable that the area of the (A) region is 0.01 to 0.15 mm2 and the number per unit area of the (A) region is 250 to 800 cells/ cm2 , it is particularly preferable that the area of the (A) region is 0.02 to 0.1 mm2 and the number per unit area of the (A) region is 300 to 600 cells/ cm2 , and it is most preferable that the area of the (A) region is 0.03 to 0.05 mm2 and the number per unit area of the (A) region is 300 to 400 cells/ cm2 .
また、多能性幹細胞を培養して中胚葉細胞を分化誘導するのに適した細胞凝集塊の形成に好適であるため、上記(A)領域の面積が0.2~2mm2であり、且つ上記(A)領域の単位面積当たりの数が3~15個/cm2であることが好ましく、上記(A)領域の面積が0.3~1.5mm2であり、且つ上記(A)領域の単位面積当たりの数が4~12個/cm2であることが更に好ましく、上記(A)領域の面積が0.4~1mm2であり、且つ上記(A)領域の単位面積当たりの数が5~10個/cm2であることが特に好ましく、上記(A)領域の面積が0.5~0.7mm2であり、且つ上記(A)領域の単位面積当たりの数が6~8個/cm2であることが最も好ましい。 Furthermore, since this is suitable for forming a cell aggregate suitable for culturing pluripotent stem cells and inducing differentiation into mesodermal cells, it is preferable that the area of the (A) region is 0.2 to 2 mm2 and the number per unit area of the (A) region is 3 to 15 cells/ cm2 , it is more preferable that the area of the (A) region is 0.3 to 1.5 mm2 and the number per unit area of the (A) region is 4 to 12 cells/ cm2 , it is particularly preferable that the area of the (A) region is 0.4 to 1 mm2 and the number per unit area of the (A) region is 5 to 10 cells/ cm2 , and it is most preferable that the area of the (A) region is 0.5 to 0.7 mm2 and the number per unit area of the (A) region is 6 to 8 cells/ cm2 .
また、細胞の周囲の酸素濃度を高め、細胞凝集塊の生存率を高めるのに好適であることから、上記(A)領域同士の最小距離が、500~10000μmであることが好ましく、1000~8000μmであることが更に好ましく、2000~5000μmであることが特に好ましく、3000~4000μmであることが最も好ましい。 In addition, since this is suitable for increasing the oxygen concentration around the cells and increasing the survival rate of the cell aggregates, the minimum distance between the above (A) regions is preferably 500 to 10,000 μm, more preferably 1,000 to 8,000 μm, particularly preferably 2,000 to 5,000 μm, and most preferably 3,000 to 4,000 μm.
本発明において、上記(A)領域は親水性高分子層がプラズマ処理により改質された領域である。(A)領域がプラズマ処理領域であることで、(A)領域のみで細胞を接着及び増殖させることができる。親水性高分子層のプラズマ処理は短時間で行うことができるので、細胞培養基材の量産性を高めることができる。 In the present invention, the above-mentioned (A) region is a region in which the hydrophilic polymer layer has been modified by plasma treatment. By using the (A) region as a plasma-treated region, cells can adhere and grow only in the (A) region. Since the plasma treatment of the hydrophilic polymer layer can be performed in a short time, the mass productivity of the cell culture substrate can be improved.
XPS測定のC1sスペクトルにおける287eVのピーク強度/285eVのピーク強度の比が、上記(A)領域は上記(B)領域よりも0.05以上大きなものであることが好ましい。XPS測定のC1sスペクトルにおける287eVのピーク強度/285eVのピーク強度の比が、上記(A)領域は上記(B)領域よりも0.05以上大きなものであることにより、(A)領域と(B)領域の細胞増殖性の差を大きくすることができる。その結果、(A)領域のみで細胞を増殖させやすくし、より均一な細胞凝集塊を形成可能である。より均一な細胞凝集塊を形成するのに好適であることから、XPS測定のC1sスペクトルにおける287eVのピーク強度/285eVのピーク強度の比が、0.07以上が更に好ましく、0.1以上が特に好ましく、0.15以上が最も好ましい。 It is preferable that the ratio of the peak intensity at 287 eV/peak intensity at 285 eV in the C1s spectrum of the XPS measurement is 0.05 or more higher in the (A) region than in the (B) region. Since the ratio of the peak intensity at 287 eV/peak intensity at 285 eV in the C1s spectrum of the XPS measurement is 0.05 or more higher in the (A) region than in the (B) region, the difference in cell proliferation between the (A) region and the (B) region can be increased. As a result, it is possible to make it easier for cells to proliferate only in the (A) region, and to form a more uniform cell aggregate. Since it is suitable for forming a more uniform cell aggregate, the ratio of the peak intensity at 287 eV/peak intensity at 285 eV in the C1s spectrum of the XPS measurement is more preferably 0.07 or more, particularly preferably 0.1 or more, and most preferably 0.15 or more.
上記(A)領域は、細胞増殖性を高め、短時間で細胞凝集塊を形成するのに好適であることから、カルボキシフェニル基を有することが好ましい。カルボキシフェニル基の種類としては特に限定はないが、フェニル基に1~3個のカルボキシ基が結合したものが好ましい。例えば、親水性高分子が式(1)又は(2)で表される化合物を含有し、R3又はR7がフェニル基、又は、アジド基等の置換基が結合していてよいフェニレン基を有する場合に、親水性高分子層をプラズマ処理することで、(A)領域にカルボキシフェニル基を導入することができる。 The (A) region preferably has a carboxyphenyl group because it is suitable for enhancing cell proliferation and forming cell aggregates in a short time. The type of carboxyphenyl group is not particularly limited, but a phenyl group having 1 to 3 carboxy groups bonded thereto is preferred. For example, when the hydrophilic polymer contains a compound represented by formula (1) or (2), and R 3 or R 7 has a phenyl group or a phenylene group to which a substituent such as an azide group may be bonded, a carboxyphenyl group can be introduced into the (A) region by subjecting the hydrophilic polymer layer to a plasma treatment.
上記(A)領域は、温度応答性を有することが妨げられるわけではない。細胞培養基材上で細胞を培養する際に、体温に近い温度で細胞を培養可能であることから、応答温度は50℃以下が好ましく、35℃以下が更に好ましい。細胞培養中に培地交換等の作業を行う際に細胞が剥離してしまうことを抑制しやすくできることから、25℃以下又は15℃以下であってもよい。更に、細胞にダメージを与えない温度での冷却操作によって細胞凝集塊を形成することが可能であることから、応答温度は4℃以上が好ましく、10℃以上が更に好ましく、15℃以上が特に好ましい。 The above (A) region is not prevented from having temperature responsiveness. When culturing cells on a cell culture substrate, the cells can be cultured at a temperature close to body temperature, so the response temperature is preferably 50°C or lower, and more preferably 35°C or lower. Since this makes it easier to prevent cells from detaching when performing operations such as changing the medium during cell culture, the response temperature may be 25°C or lower or 15°C or lower. Furthermore, since it is possible to form cell aggregates by cooling operations at a temperature that does not damage the cells, the response temperature is preferably 4°C or higher, more preferably 10°C or higher, and particularly preferably 15°C or higher.
本発明の一態様に係る細胞培養基材は、面内方向の断面積が0.05~100cm2の貫通孔を有する板が貼り合わされていてもよい。 The cell culture substrate according to one embodiment of the present invention may be formed by bonding a plate having a through hole with a cross-sectional area in the in-plane direction of 0.05 to 100 cm2.
本発明において、細胞培養基材は、必要に応じて生体由来物質を表面に含有していてもよい。上記生体由来物質としては特に限定はないが、例えば、マトリゲル、ラミニン、フィブロネクチン、ビトロネクチン、コラーゲン等を挙げることができる。 In the present invention, the cell culture substrate may contain a biological substance on the surface as necessary. There is no particular limitation on the biological substance, but examples of the biological substance include matrigel, laminin, fibronectin, vitronectin, collagen, etc.
これら生体由来物質は、天然物であってもよく、遺伝子組み換え技術等で人工的に合成したものであってもよく、制限酵素等で切断した断片や、これら生体由来物質をベースとした合成タンパク質あるいは合成ペプチドであってもよい。 These biological substances may be natural products, or may be artificially synthesized using recombinant gene technology, or may be fragments obtained by cleavage with restriction enzymes, or may be synthetic proteins or peptides based on these biological substances.
本発明において、上記マトリゲルとしては、入手容易性から、市販品としては例えば、Matrigel(Corning Incorporated製)やGeltrex(Thermo Fisher Scientific製)を好適に用いることができる。 In the present invention, as the above-mentioned Matrigel, commercially available products such as Matrigel (manufactured by Corning Incorporated) and Geltrex (manufactured by Thermo Fisher Scientific) can be preferably used due to their ease of availability.
上記ラミニンの種類は特に限定されるものではないが、例えば、ヒトiPS細胞の表面に発現しているα6β1インテグリンに対して高活性を示すことが報告されているラミニン511、ラミニン521又はラミニン511-E8フラグメントを用いることができる。上記ラミニンは、天然物であってもよく、遺伝子組み換え技術等で人工的に合成したものであってもよく、また、上記ラミニンをベースとした合成タンパク質あるいは合成ペプチドであっても良い。入手容易性から、市販品としては例えば、iMatrix-511((株)ニッピ製)を好適に用いることができる。 The type of laminin is not particularly limited, but for example, laminin 511, laminin 521, or laminin 511-E8 fragment, which have been reported to exhibit high activity against α6β1 integrin expressed on the surface of human iPS cells, can be used. The laminin may be a natural product, may be artificially synthesized using recombinant gene technology, or may be a synthetic protein or peptide based on the laminin. In view of ease of availability, a commercially available product such as iMatrix-511 (manufactured by Nippi Corporation) can be preferably used.
上記ビトロネクチンは、天然物であってもよく、遺伝子組み換え技術等で人工的に合成したものであってもよく、また、上記ビトロネクチンをベースとした合成タンパク質あるいは合成ペプチドであっても良い。入手容易性から、市販品としては例えば、ビトロネクチン,ヒト血漿由来(和光純薬工業(株)製)やsynthemax(Corning Incorporated製)、Vitronectin(VTN-N)(Thermo Fisher Scientific製)を好適に用いることができる。 The vitronectin may be a natural product, may be artificially synthesized by recombinant gene technology, or may be a synthetic protein or peptide based on the vitronectin. In view of availability, commercially available products such as vitronectin, human plasma derived (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), synthemax (manufactured by Corning Incorporated), and Vitronectin (VTN-N) (manufactured by Thermo Fisher Scientific) can be suitably used.
上記フィブロネクチンは、天然物であってもよく、遺伝子組み換え技術等で人工的に合成したものであってもよく、また、上記フィブロネクチンをベースとした合成タンパク質あるいは合成ペプチドであっても良い。入手容易性から、市販品としては例えば、フィブロネクチン溶液、ヒト血漿由来(和光純薬工業(株)製)やRetronectin(タカラバイオ(株)製)を好適に用いることができる。 The fibronectin may be a natural product, may be artificially synthesized by recombinant gene technology, or may be a synthetic protein or peptide based on the fibronectin. In view of ease of availability, commercially available products such as fibronectin solution, human plasma-derived (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and Retronectin (manufactured by Takara Bio Inc.) can be suitably used.
上記コラーゲンの種類は特に限定されるものではないが、例えば、typeIコラーゲンやtypeIVコラーゲンを用いることができる。上記コラーゲンは、天然物であってもよく、遺伝子組み換え技術等で人工的に合成したものであってもよく、また、上記コラーゲンをベースとした合成ペプチドであっても良い。入手容易性から、市販品としては例えば、コラーゲンI,ヒト(Corning Incorporated製)やコラーゲンIV,ヒト(Corning Incorporated製)を好適に用いることができる。 The type of collagen is not particularly limited, but for example, type I collagen or type IV collagen can be used. The collagen may be a natural product, may be artificially synthesized using recombinant gene technology, or may be a synthetic peptide based on the collagen. In view of ease of availability, commercially available products such as collagen I, human (manufactured by Corning Incorporated) and collagen IV, human (manufactured by Corning Incorporated) can be preferably used.
本発明において、生体由来物質の変性を抑制することができ、細胞増殖性をより高めることができるため、生体由来物質は共有結合ではなく非共有結合により細胞培養基材上に固定化されていることが好ましい。ここで、本発明において「非共有結合」とは、静電相互作用、水不溶性相互作用、水素結合、π-π相互作用、双極子-双極子相互作用、ロンドン分散力、その他のファンデルワールス相互作用等、分子間力に由来する共有結合以外の結合力を示す。生体由来物質のブロック共重合体への固定化は、単一の結合力によるものであっても、複数の組み合わせであってもよい。 In the present invention, it is preferable that the biological substance is immobilized on the cell culture substrate by a non-covalent bond rather than a covalent bond, since this can suppress the denaturation of the biological substance and further enhance cell proliferation. Here, in the present invention, "non-covalent bond" refers to a bonding force other than a covalent bond that is derived from intermolecular forces, such as electrostatic interactions, water-insoluble interactions, hydrogen bonds, π-π interactions, dipole-dipole interactions, London dispersion forces, and other van der Waals interactions. The biological substance may be immobilized on the block copolymer by a single bonding force or a combination of multiple bonding forces.
本発明において、生体由来物質の固定化方法は特に限定されるものではないが、例えば、細胞培養基材に生体由来物質の溶液を所定時間塗布することで固定化させる方法や、細胞を培養する際に培養液中に生体由来物質を添加することで生体由来物質を細胞培養基材に吸着させ固定化する方法を好適に用いることができる。 In the present invention, the method for immobilizing a biological substance is not particularly limited, but for example, a method of immobilizing the biological substance by applying a solution of the biological substance to a cell culture substrate for a predetermined period of time, or a method of adding the biological substance to the culture medium during cell culture to adsorb the biological substance to the cell culture substrate and immobilize it can be suitably used.
本発明の細胞培養基材は、滅菌を施してあってもよい。滅菌の方法に特に限定はないが、高圧蒸気滅菌、UV滅菌、γ線滅菌、エチレンオキシドガス滅菌等を用いることができる。ブロック共重合体の変性を抑制するのに好適であることから、高圧蒸気滅菌、UV滅菌、エチレンオキシドガス滅菌が好ましく、基材の変形を抑制するために好適であることからUV滅菌又はエチレンオキシドガス滅菌が更に好ましく、量産性に優れることからエチレンオキシドガス滅菌が特に好ましい。 The cell culture substrate of the present invention may be sterilized. There are no particular limitations on the sterilization method, but high-pressure steam sterilization, UV sterilization, gamma ray sterilization, ethylene oxide gas sterilization, etc. can be used. High-pressure steam sterilization, UV sterilization, and ethylene oxide gas sterilization are preferred because they are suitable for suppressing denaturation of the block copolymer, UV sterilization and ethylene oxide gas sterilization are more preferred because they are suitable for suppressing deformation of the substrate, and ethylene oxide gas sterilization is particularly preferred because of its excellent mass productivity.
本発明の細胞培養基材を用いて培養される細胞としては、温度降下による刺激付与前の表面に接着可能なものであれば特に限定されるものではない。例えばチャイニーズハムスター卵巣由来CHO細胞やマウス結合組織L929、ヒト胎児腎臓由来HEK293細胞やヒト子宮頸部癌由来HeLa細胞等の種々の株化細胞に加え、例えば生体内の各組織、臓器を構成する上皮細胞や内皮細胞、収縮性を示す骨格筋細胞、平滑筋細胞、心筋細胞、神経系を構成するニューロン細胞、グリア細胞、繊維芽細胞、生体の代謝に関与する肝実質細胞、肝非実質細胞や脂肪細胞、分化能を有する細胞として、間葉系幹細胞、骨髄細胞、Muse細胞のように種々の組織に存在する幹細胞、更にはES細胞、iPS細胞等の分化多能性を有する幹細胞(多能性幹細胞)、それらから分化誘導した細胞等を用いることができる。本発明の培養基材における細胞の増殖性及び剥離性の観点から、幹細胞又は多能性幹細胞が好ましく、間葉系幹細胞又は多能性幹細胞が更に好ましく、多能性幹細胞が特に好ましく、iPS細胞が最も好ましい。 The cells to be cultured using the cell culture substrate of the present invention are not particularly limited as long as they can adhere to the surface before the stimulation by temperature drop is applied. For example, in addition to various established cell lines such as Chinese hamster ovary-derived CHO cells, mouse connective tissue L929, human embryonic kidney-derived HEK293 cells, and human cervical cancer-derived HeLa cells, for example, epithelial cells and endothelial cells constituting various tissues and organs in the body, skeletal muscle cells exhibiting contractility, smooth muscle cells, cardiac muscle cells, neuron cells constituting the nervous system, glial cells, fibroblasts, hepatic parenchymal cells involved in the metabolism of the body, non-parenchymal hepatic cells, and adipocytes, as cells having differentiation ability, stem cells present in various tissues such as mesenchymal stem cells, bone marrow cells, and Muse cells, as well as stem cells having differentiation pluripotency such as ES cells and iPS cells (pluripotent stem cells), and cells induced to differentiate from them, can be used. From the viewpoint of cell proliferation and detachment in the culture substrate of the present invention, stem cells or pluripotent stem cells are preferred, mesenchymal stem cells or pluripotent stem cells are more preferred, pluripotent stem cells are particularly preferred, and iPS cells are most preferred.
本発明の別の一態様に係る細胞培養基材の製造方法は、下記(1)及び(2)工程を備える。
(1)表面に凹凸を有する基材上に、凹凸に沿って親水性高分子層を形成する工程であって、親水性高分子層が有する表面凹凸の基準長さ10μmにおける最大高さが0.1~2μmである工程
(2)上記親水性高分子層の表面の一部のみにプラズマ処理を行い、上記(A)及び(B)の2つの領域を形成する工程
A method for producing a cell culture substrate according to another embodiment of the present invention includes the following steps (1) and (2).
(1) A step of forming a hydrophilic polymer layer on a substrate having an uneven surface along the unevenness, the maximum height of the surface unevenness of the hydrophilic polymer layer being 0.1 to 2 μm at a reference length of 10 μm; (2) A step of performing a plasma treatment on only a part of the surface of the hydrophilic polymer layer to form the two regions (A) and (B).
(1)工程における表面に凹凸を有する基材は、ナノインプリント、反応性エッチング、電子ビーム加工等によって得ることができる。(1)工程は、(1-1)工程及び(1-2)工程を有していてもよい。
(1-1)高分子で表面が被覆されていてもよい長径0.1~3μmの立体要素を基材用シートに塗布して、立体要素を基材用シート状に配置する工程、又は、高分子で表面が被覆された長径0.1~3μmの立体要素を基材用シートに塗布した後、加熱により立体要素を基材用シートに融着させる工程
(1-2)上記立体要素が配置又は固定化(接着)された基材用シートの表面に、層厚5~200nmで親水性高分子を被覆する工程
The substrate having the uneven surface in the step (1) can be obtained by nanoimprinting, reactive etching, electron beam processing, etc. The step (1) may include the steps (1-1) and (1-2).
(1-1) A step of applying three-dimensional elements having a major axis of 0.1 to 3 μm, which may be surface-coated with a polymer, to a substrate sheet, and arranging the three-dimensional elements on the substrate sheet; or, a step of applying three-dimensional elements having a major axis of 0.1 to 3 μm, which are surface-coated with a polymer, to a substrate sheet, and then fusing the three-dimensional elements to the substrate sheet by heating. (1-2) A step of coating a hydrophilic polymer with a layer thickness of 5 to 200 nm on the surface of the substrate sheet on which the three-dimensional elements are arranged or fixed (bonded).
(1―1)工程において、高分子で表面が被覆された立体要素を用い、加熱により立体要素を基材用シートに融着する場合、立体要素が基材用シートに固定化されるため、(1-2)工程以降の工程において立体要素が移動及び凝集しにくく、細胞培養基材の全面に均一に表面構造を形成しやすくなる。高分子は、上述した粒子等の立体要素を固定化することが可能な高分子(樹脂)である。 In step (1-1), when a three-dimensional element whose surface is coated with a polymer is used and fused to the substrate sheet by heating, the three-dimensional element is fixed to the substrate sheet, so that the three-dimensional element is less likely to move or aggregate in steps (1-2) and after, and it becomes easier to form a uniform surface structure over the entire surface of the cell culture substrate. The polymer is a polymer (resin) capable of fixing the three-dimensional elements such as the particles described above.
(1-2)工程では、基材用シートの表面にUV反応性の親水性高分子を被覆し、親水性高分子層を形成する。親水性高分子層を形成することで、細胞培養基材の表面を細胞接着性及び細胞増殖性を有しない状態とすることができる。親水性高分子層を形成する方法としては、特に限定はないが、塗布、はけ塗り、ディップコーティング、スピンコーティング、バーコーディング、流し塗り、スプレー塗装、ロール塗装、エアーナイフコーティング、ブレードコーティング、グラビアコーティング、マイクログラビアコーティング、スロットダイコーティングなど通常知られている各種の方法を用いることが可能である。 In step (1-2), a UV-reactive hydrophilic polymer is coated on the surface of the substrate sheet to form a hydrophilic polymer layer. By forming the hydrophilic polymer layer, the surface of the cell culture substrate can be rendered in a state in which it has no cell adhesiveness or cell proliferation properties. There are no particular limitations on the method for forming the hydrophilic polymer layer, but various commonly known methods can be used, such as coating, brush coating, dip coating, spin coating, bar coding, flow coating, spray coating, roll coating, air knife coating, blade coating, gravure coating, microgravure coating, and slot die coating.
(1)工程は、上記親水性高分子層にUV照射を行い、親水性高分子層を化学反応させ基材表面に固定化する工程を有していてもよい。UV反応性の親水性高分子にUV照射を行うことで、親水性高分子同士、又は親水性高分子と基材との化学反応が起こり、親水性高分子層が基材表面に固定化される。親水性高分子層が基材表面に固定化されることによって、細胞培養基材の耐擦傷性を高めることができる。(1)工程で用いる、表面に凹凸を有する基材の模式図を図2に示す。(1)工程により得られる、親水性高分子層により被覆された基材を図3に示す。 The step (1) may include a step of irradiating the hydrophilic polymer layer with UV light to chemically react the hydrophilic polymer layer and fix it to the substrate surface. By irradiating the UV-reactive hydrophilic polymer with UV light, a chemical reaction occurs between the hydrophilic polymers or between the hydrophilic polymer and the substrate, and the hydrophilic polymer layer is fixed to the substrate surface. Fixing the hydrophilic polymer layer to the substrate surface can increase the scratch resistance of the cell culture substrate. A schematic diagram of a substrate having an uneven surface used in the step (1) is shown in Figure 2. The substrate coated with the hydrophilic polymer layer obtained in the step (1) is shown in Figure 3.
(2)工程は、上記固定化した親水性高分子層の表面にプラズマ処理を行い、細胞接着性及び細胞増殖性を有し、面積0.001~5mm2の領域を形成する。好適なプラズマ処理方法は、使用する親水性高分子の種類や層厚によって適宜調整可能であるが、5秒~30分が好ましく、5秒~10分が更に好ましく、10秒~5分が特に好ましく、15秒~1分が最も好ましい。また、パターニングの方法としては、特に限定はないが、メタルマスクやシリコンマスク、表面保護フィルム等で被覆した状態でプラズマ処理を行うことにより所望の形状に表面処理を行う方法が挙げられる。(1)工程及び(2)工程により得られる、本発明の一態様に係る細胞培養基材を図4に示す。 In step (2), the surface of the immobilized hydrophilic polymer layer is subjected to plasma treatment to form an area having cell adhesiveness and cell proliferation properties and having an area of 0.001 to 5 mm2. A suitable plasma treatment method can be appropriately adjusted depending on the type of hydrophilic polymer used and the layer thickness, but is preferably 5 seconds to 30 minutes, more preferably 5 seconds to 10 minutes, particularly preferably 10 seconds to 5 minutes, and most preferably 15 seconds to 1 minute. In addition, the patterning method is not particularly limited, but includes a method in which the surface is treated with plasma in a state covered with a metal mask, a silicon mask, a surface protection film, or the like to form a desired shape. The cell culture substrate according to one embodiment of the present invention obtained by steps (1) and (2) is shown in FIG. 4.
本発明の一態様に係る細胞培養基材の製造方法は、(3)工程を更に備えていてよい。上記プラズマ処理した親水性高分子の表面に、温度応答性高分子を被覆し、温度応答性高分子による層を形成する。この際、基材の表面に温度応答性物質による層を層厚100nm以下で形成することによって、(2)工程の後に(3)工程を行う場合においても、パターニング工程で形成した細胞増殖性の表面に温度応答性物質の分子鎖が疎な状態で被覆されやすく、パターニングの効果を維持しつつも温度応答性を付与するのに好適である。また、層厚を1nm以上とすることで、十分な温度応答性を付与し、細胞凝集塊形成工程を迅速に行うことが可能な細胞培養基材を製造することができ、好適である。
The method for producing a cell culture substrate according to one embodiment of the present invention may further include step (3). The surface of the plasma-treated hydrophilic polymer is coated with a temperature-responsive polymer to form a layer of the temperature-responsive polymer. In this case, by forming a layer of the temperature-responsive substance on the surface of the substrate with a layer thickness of 100 nm or less, even when step (3) is performed after step (2), the molecular chains of the temperature-responsive substance are easily coated in a sparse state on the cell-proliferative surface formed in the patterning step, which is suitable for imparting temperature responsiveness while maintaining the effect of patterning. In addition, by making the
上記温度応答性物質を被覆する方法としては、前述の親水性高分子の塗布方法と同様の方法を好適に用いることができる。 The method for coating the temperature-responsive substance can be the same as the above-mentioned hydrophilic polymer coating method.
上記温度応答性物質を被覆する方法としてはまた、細胞培養基材の全面に温度応答性物質を被覆することが好ましい。温度応答性物質の被覆に際しパターニングを行うことなく、通常用いられる塗工方法を用いて温度応答性物質を被覆することにより、細胞培養基材の量産性を高めることができる。また、細胞培養基材の全面に温度応答性物質を被覆することによって、(A)領域に温度応答性を付与するとともに、(B)領域にも温度応答性物質が被覆される。(B)領域に温度応答性物質が被覆されることにより、(B)領域の細胞接着性を低下させることができる。 As a method for coating the temperature-responsive substance, it is also preferable to coat the entire surface of the cell culture substrate with the temperature-responsive substance. By coating the temperature-responsive substance using a commonly used coating method without performing patterning when coating the temperature-responsive substance, mass productivity of the cell culture substrate can be improved. Furthermore, by coating the entire surface of the cell culture substrate with the temperature-responsive substance, temperature responsiveness is imparted to region (A), and region (B) is also coated with the temperature-responsive substance. By coating region (B) with the temperature-responsive substance, the cell adhesiveness of region (B) can be reduced.
本発明の一態様に係る細胞培養基材の製造方法は、(4)工程を更に備えていてもよい。
(4)面内方向の断面積が0.05~100cm2の貫通孔を有する板を、上記基材と貼り合わせる工程
The method for producing a cell culture substrate according to one aspect of the present invention may further include a step (4).
(4) A step of bonding a plate having a through hole with a cross-sectional area of 0.05 to 100 cm2 in the in-plane direction to the substrate.
(4)工程において、面内方向の断面積が0.05~100cm2の貫通孔を有する板を基材と貼り合わせることにより、培地を入れるための空間を有する、細胞培養ディッシュを高い量産性で作製可能である。(1)工程、(2)工程及び(4)工程により得られる、本発明の一態様に係る細胞培養基材を図5に示す。図5の細胞培養基材では、(3)工程は実施されていてもされていなくてもよい。 In step (4), a plate having through holes with a cross-sectional area of 0.05 to 100 cm2 in the in-plane direction is attached to the substrate, thereby making it possible to produce cell culture dishes having a space for placing a culture medium with high mass productivity. A cell culture substrate according to one embodiment of the present invention obtained by steps (1), (2), and (4) is shown in Figure 5. In the cell culture substrate of Figure 5, step (3) may or may not be performed.
本発明の更に別の一態様は、上記細胞培養基材を用い、細胞凝集塊を製造する方法に関する。細胞凝集塊の製造方法は、以下の(i)及び(ii)工程を備える。
(i)上記細胞培養基材に多能性幹細胞を播種する工程
(ii)上記播種された多能性幹細胞を培養し、基材面外方向の高さ/基材面内方向の直径の平均が0.2~0.8の半球状の細胞凝集塊を形成する工程
Yet another aspect of the present invention relates to a method for producing a cell aggregate using the above-mentioned cell culture substrate. The method for producing a cell aggregate includes the following steps (i) and (ii):
(i) seeding pluripotent stem cells on the cell culture substrate; and (ii) culturing the seeded pluripotent stem cells to form hemispherical cell aggregates having an average substrate height in the out-of-plane direction/diameter in the in-plane direction of the substrate of 0.2 to 0.8.
本発明の更に別の一態様は、上記細胞凝集塊の製造方法に次の(iii)工程を加えた、多能性幹細胞の分化誘導方法にも関する。
(iii)上記細胞凝集塊を分化誘導し、三胚葉細胞の細胞凝集塊を形成する工程
Yet another aspect of the present invention relates to a method for inducing differentiation of pluripotent stem cells, comprising the above-mentioned method for producing a cell aggregate, further comprising the following step (iii):
(iii) A step of inducing differentiation of the cell aggregate to form a cell aggregate of three germ layers cells.
(i)工程は、上記細胞培養基材を用い、上記細胞培養基材に細胞を播種する工程である。本発明において「細胞を播種する」とは、細胞が分散した培地(以下、「細胞懸濁液」と表記する。)を細胞培養基材上に塗布、又は、細胞培養基材に注入する等により、細胞懸濁液と細胞培養基材とを接触させることを示す。細胞増殖性の領域を有する細胞培養基材を用いることにより、後述する(ii)工程で細胞を培養することができる。細胞培養基材が細胞増殖性の領域を有していない場合、(ii)工程で細胞を培養することができない。 Step (i) is a step of seeding cells on the cell culture substrate using the cell culture substrate. In the present invention, "seeding cells" refers to contacting the cell suspension with the cell culture substrate by applying a medium in which cells are dispersed (hereinafter referred to as a "cell suspension") onto the cell culture substrate or by injecting the medium into the cell culture substrate. By using a cell culture substrate having a cell proliferation region, cells can be cultured in step (ii) described below. If the cell culture substrate does not have a cell proliferation region, cells cannot be cultured in step (ii).
上記(i)工程においては、細胞の未分化性を維持させるのに有効な条件で、培養が実施される。未分化性を維持させるのに有効な条件としては、特に制限はないが、例えば、培養開始時の細胞の密度を下記播種の際の細胞密度として記載した好ましい範囲とすること、適切な液体培地の存在下で行うことなどが挙げられる。細胞の未分化性を維持させるのに有効な培地としては、例えば、細胞の未分化性を維持するための因子として知られている、インスリン、トランスフェリン、セレニウム、アスコルビン酸、炭酸水素ナトリウム、塩基性線維芽細胞増殖因子、トランスフォーミング増殖因子β(TGFβ)、CCL2、アクチビン、2-メルカプトメタノールのうち1つ以上を添加した培地を好適に用いることができる。細胞の未分化性を維持するのに特に好適であることから、インスリン、トランスフェリン、セレニウム、アスコルビン酸、炭酸水素ナトリウム、塩基性線維芽細胞増殖因子、トランスフォーミング増殖因子β(TGFβ)を含有する培地を用いることが更に好ましく、塩基性線維芽細胞増殖因子を添加した培地を用いることが最も好ましい。 In the above step (i), the culture is performed under conditions effective for maintaining the undifferentiated state of the cells. There are no particular limitations on the conditions effective for maintaining the undifferentiated state, but examples include setting the cell density at the start of the culture to the preferred range described below as the cell density at the time of seeding, and carrying out the culture in the presence of an appropriate liquid medium. As a medium effective for maintaining the undifferentiated state of the cells, for example, a medium containing one or more of insulin, transferrin, selenium, ascorbic acid, sodium bicarbonate, basic fibroblast growth factor, transforming growth factor β (TGFβ), CCL2, activin, and 2-mercaptomethanol, which are known to be factors for maintaining the undifferentiated state of the cells, can be preferably used. Since it is particularly suitable for maintaining the undifferentiated state of the cells, it is more preferable to use a medium containing insulin, transferrin, selenium, ascorbic acid, sodium bicarbonate, basic fibroblast growth factor, and transforming growth factor β (TGFβ), and it is most preferable to use a medium containing basic fibroblast growth factor.
上記塩基性線維芽細胞増殖因子を添加した培地の種類に特に制限はないが、例えば、市販品としては、DMEM(Sigma-Aldrich Co. LLC製)、Ham’s F12(Sigma-Aldrich Co. LLC製)、D-MEM/Ham’s F12(Sigma-Aldrich Co. LLC製)、Primate ES Cell Medium((株)REPROCELL製)、StemFit AK02N(味の素(株)製)、StemFit AK03(味の素(株)製)、mTeSR1(STEMCELL TECHNOLOGIES製)、TeSR-E8(STEMCELL TECHNOLOGIES製)、ReproNaive((株)REPROCELL製)、ReproXF((株)REPROCELL製)、ReproFF((株)REPROCELL製)、ReproFF2((株)REPROCELL製)、NutriStem(バイオロジカルインタストリーズ社製)、iSTEM(タカラバイオ(株)製)、GS2-M(タカラバイオ(株)製)、hPSC Growth Medium DXF(PromoCell(株)製)等を挙げることができる。細胞の未分化状態を維持するのに好適であることから、Primate ES Cell Medium((株)REPROCELL製)、StemFit AK02N(味の素(株)製)又はStemFit AK03(味の素(株)製)が好ましく、StemFit AK02N(味の素(株)製)又はStemFit AK03(味の素(株)製)が更に好ましく、StemFit AK02N(味の素(株)製)が特に好ましい。 There are no particular limitations on the type of medium to which the basic fibroblast growth factor is added. For example, commercially available products include DMEM (Sigma-Aldrich Co. LLC), Ham's F12 (Sigma-Aldrich Co. LLC), D-MEM/Ham's F12 (Sigma-Aldrich Co. LLC), Primate ES Cell Medium (REPROCELL Co., Ltd.), StemFit AK02N (Ajinomoto Co., Inc.), StemFit AK03 (Ajinomoto Co., Inc.), mTeSR1 (STEMCELL TECHNOLOGIES), TeSR-E8 (STEMCELL TECHNOLOGIES), ReproNaive (manufactured by REPROCELL Co., Ltd.), ReproXF (manufactured by REPROCELL Co., Ltd.), ReproFF (manufactured by REPROCELL Co., Ltd.), ReproFF2 (manufactured by REPROCELL Co., Ltd.), NutriStem (manufactured by Biological Industries, Inc.), iSTEM (manufactured by Takara Bio Inc.), GS2-M (manufactured by Takara Bio Inc.), hPSC Growth Medium DXF (manufactured by PromoCell Co., Ltd.), and the like. Primate ES Cell Medium (manufactured by REPROCELL Co., Ltd.), StemFit AK02N (manufactured by Ajinomoto Co., Ltd.) or StemFit AK03 (manufactured by Ajinomoto Co., Ltd.) are preferred because they are suitable for maintaining the undifferentiated state of cells, with StemFit AK02N (manufactured by Ajinomoto Co., Ltd.) or StemFit AK03 (manufactured by Ajinomoto Co., Ltd.) being more preferred, and StemFit AK02N (manufactured by Ajinomoto Co., Ltd.) being particularly preferred.
上記(i)工程において、細胞の播種方法に特に制限はないが、例えば、細胞培養基材に細胞懸濁液を注入することで行うことが出来る。播種の際の細胞密度は特に制限はないが、細胞を維持することができ、かつ増殖させることができるように、1.0×102~1.0×106cells/cm2が好ましく、5.0×102~5.0×105cells/cm2が更に好ましく、1.0×103~2.0×105cells/cm2が特に好ましく、1.2×103~1.0×105cells/cm2が最も好ましい。 In the above step (i), the method of seeding the cells is not particularly limited, but for example, the cell suspension can be injected into the cell culture substrate. The cell density at the time of seeding is not particularly limited, but in order to maintain and proliferate the cells, 1.0×10 2 to 1.0×10 6 cells/cm 2 is preferable, 5.0×10 2 to 5.0×10 5 cells/cm 2 is more preferable, 1.0×10 3 to 2.0×10 5 cells/cm 2 is particularly preferable, and 1.2×10 3 to 1.0×10 5 cells/cm 2 is most preferable.
上記(i)工程で用いる培地としてはまた、細胞の生存を維持するのに好適であることから、上記塩基性線維芽細胞増殖因子を添加した培地に更にRho結合キナーゼ阻害剤を添加した培地を用いることが好ましい。特にヒトの細胞を用いる場合であって、ヒトの細胞の細胞密度が低い状態において、Rho結合キナーゼ阻害剤が添加されていると、ヒトの細胞の生存維持に効果的な場合がある。Rho結合キナーゼ阻害剤としては、例えば、(R)-(+)-trans-N-(4-pyridyl)-4-(1-aminoethyl)-cyclohexanecarboxamide・2HCl・H2O(和光純薬工業(株)製Y-27632)、1-(5-Isoquinolinesulfonyl)homopiperazine Hydrochloride(和光純薬工業(株)製HA1077)を用いることができる。培地に添加されるRho結合キナーゼ阻害剤の濃度としては、ヒトの細胞の生存維持に有効な範囲であってヒトの細胞の未分化状態に影響を与えない範囲であり、好ましくは1μM~50μMであり、より好ましくは3μM~20μMであり、更に好ましくは5μM~15μMであり、最も好ましくは8μM~12μMである。 The medium used in the above step (i) is preferably a medium containing the above basic fibroblast growth factor and a Rho-binding kinase inhibitor, since this is suitable for maintaining cell survival. In particular, when human cells are used and the cell density of the human cells is low, the addition of a Rho-binding kinase inhibitor may be effective in maintaining the survival of the human cells. Examples of the Rho-binding kinase inhibitor that can be used include (R)-(+)-trans-N-(4-pyridyl)-4-(1-aminoethyl)-cyclohexanecarboxamide.2HCl.H 2 O (Y-27632, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 1-(5-Isoquinolinesulfonyl) homopiperazine hydrochloride (HA1077, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). The concentration of the Rho-binding kinase inhibitor added to the medium is within a range that is effective for maintaining the survival of human cells and does not affect the undifferentiated state of human cells, and is preferably 1 μM to 50 μM, more preferably 3 μM to 20 μM, even more preferably 5 μM to 15 μM, and most preferably 8 μM to 12 μM.
上記(i)工程を開始するとまもなく、細胞は細胞培養基材に接着し始める。 Shortly after starting step (i) above, the cells begin to adhere to the cell culture substrate.
(ii)工程では、上記播種された多能性幹細胞を培養し、基材面外方向の高さ/基材面内方向の直径の平均が0.2~0.8の半球状の細胞凝集塊を形成する。細胞の増殖能や生理活性,機能維持に好適であることから、培養温度としては、好ましくは30~42℃、更に好ましくは32~40℃、特に好ましくは36~38℃、最も好ましくは37℃である。 In step (ii), the seeded pluripotent stem cells are cultured to form hemispherical cell aggregates with an average height outside the substrate plane/diameter inside the substrate plane of 0.2 to 0.8. The culture temperature is preferably 30 to 42°C, more preferably 32 to 40°C, particularly preferably 36 to 38°C, and most preferably 37°C, as this is suitable for maintaining the proliferation ability, physiological activity, and function of the cells.
上記(ii)工程を開始して22~26時間後に、最初の培地交換を行うことが好ましい。その48~72時間後に2度目の培地交換を行い、その後、24~48時間毎に培地交換を行うことが好ましい。この間、細胞は増殖し、コロニーと呼ばれる平たい細胞塊を形成する。コロニーは細胞培養基材に細胞が2次元的に接着した状態である。コロニーの大きさが(A)領域のサイズ程度になるまで培養を継続させ、更に培養を継続することで、3次元的な細胞凝集塊を形成する。3次元的な細胞凝集塊の形状は、基材面外方向の高さ/基材面内方向の直径の平均が0.2~0.8の半球状であることが好ましい。基材面外方向の高さ/基材面内方向の直径は、顕微鏡により複数の細胞凝集塊を観察して値を算出し、平均することで求められる。基材面外方向の高さ/基材面内方向の直径の平均が0.2~0.8の半球状の細胞凝集塊を形成することにより、多能性幹細胞から三胚葉細胞への分化誘導を効率的に行うことができる。また、三胚葉細胞への分化誘導効率を高めるのに好適であることから、基材面外方向の高さ/基材面内方向の直径の平均が0.3~0.7であることが更に好ましく、0.4~0.6が特に好ましい。 The first medium change is preferably performed 22 to 26 hours after the start of the above step (ii). The second medium change is preferably performed 48 to 72 hours later, and thereafter, the medium change is preferably performed every 24 to 48 hours. During this time, the cells grow and form flat cell clusters called colonies. A colony is a state in which cells are two-dimensionally attached to a cell culture substrate. The culture is continued until the size of the colony becomes about the size of region (A), and by continuing the culture further, a three-dimensional cell aggregate is formed. The shape of the three-dimensional cell aggregate is preferably a hemisphere with an average height in the outward direction of the substrate surface/diameter in the inward direction of the substrate surface of 0.2 to 0.8. The height in the outward direction of the substrate surface/diameter in the inward direction of the substrate surface are calculated by observing multiple cell aggregates under a microscope and averaging the values. By forming a hemispherical cell aggregate with an average height in the outward direction of the substrate surface/diameter in the inward direction of the substrate surface of 0.2 to 0.8, differentiation of pluripotent stem cells into three germ layers can be efficiently induced. Furthermore, since this is suitable for increasing the efficiency of inducing differentiation into three germ layer cells, it is more preferable that the average of the height in the outward direction of the substrate surface/diameter in the inward direction of the substrate surface is 0.3 to 0.7, and 0.4 to 0.6 is particularly preferable.
本発明における(iii)工程では、上記細胞凝集塊を分化誘導し、三胚葉細胞の細胞凝集塊を形成する。なお、本発明における(iii)工程は、上記(ii)工程の後に行ってもよいし、上記(ii)工程と並行して行ってもよい。すなわち、播種した多能性幹細胞が細胞培養基材に接着後、すぐに(iii)工程を開始し、細胞凝集塊を形成しつつ分化誘導を行ってもよい。なお、本発明における三胚葉細胞とは、内胚葉細胞、中胚葉細胞、外胚葉細胞のいずれかを示す。(iii)工程では、分化誘導因子を含む培地中で細胞を培養する。 In the step (iii) of the present invention, the cell aggregate is induced to differentiate to form a cell aggregate of three germ layers. The step (iii) of the present invention may be performed after the step (ii) or in parallel with the step (ii). That is, the step (iii) may be started immediately after the seeded pluripotent stem cells adhere to the cell culture substrate, and differentiation may be induced while forming a cell aggregate. In the present invention, the three germ layers refer to any of endodermal cells, mesodermal cells, and ectodermal cells. In the step (iii), the cells are cultured in a medium containing a differentiation-inducing factor.
内胚葉細胞への分化誘導効率を高めるのに好適のため、上記(iii)工程における分化誘導因子が、内胚葉誘導因子を含有することが好ましい。上記内胚葉誘導因子としては、胚葉体への分化誘導効率を高めるのに好適のため、Wntタンパク質、Bone morphogenetic protein(BMP)、インスリン様成長因子及びアクチビンからなる群より選択される単一又は複数の分化誘導因子であることが好ましく、特にWnt3a、BMP4、IGFI、アクチビンAのいずれかを含有することが好ましい。 The differentiation induction factor in the above step (iii) preferably contains an endoderm induction factor, since this is suitable for increasing the efficiency of differentiation induction into endoderm cells. As the endoderm induction factor, since this is suitable for increasing the efficiency of differentiation induction into embryoid bodies, it is preferable that the differentiation induction factor is a single or multiple differentiation induction factors selected from the group consisting of Wnt protein, bone morphogenetic protein (BMP), insulin-like growth factor, and activin, and it is particularly preferable that the differentiation induction factor contains any one of Wnt3a, BMP4, IGF1, and activin A.
中胚葉細胞への分化誘導効率を高めるのに好適のため、上記(iii)工程における分化誘導因子が、中胚葉誘導因子を含有することが好ましい。上記中胚葉誘導因子としては、胚葉体への分化誘導効率を高めるのに好適のため、GSK3β阻害剤、Bone morphogenetic protein(BMP)及びアクチビンからなる群より選択される単一又は複数の分化誘導因子であることが好ましく、特にアクチビンA、CHIR99021(GSK3β阻害剤)、BMP4のいずれかを含有することが好ましい。 The differentiation induction factor in the above step (iii) preferably contains a mesoderm induction factor, since it is suitable for increasing the efficiency of differentiation induction into mesoderm cells. As the above mesoderm induction factor, since it is suitable for increasing the efficiency of differentiation induction into embryoid bodies, it is preferable that the differentiation induction factor is a single or multiple differentiation induction factors selected from the group consisting of a GSK3β inhibitor, bone morphogenetic protein (BMP) and activin, and it is particularly preferable that the differentiation induction factor contains any one of activin A, CHIR99021 (GSK3β inhibitor) and BMP4.
外胚葉細胞への分化誘導効率を高めるのに好適のため、上記(iii)工程における分化誘導因子が、外胚葉誘導因子を含有することが好ましい。上記外胚葉誘導因子としては、Noggin(BMP阻害剤)、dorsomorphin(BMP阻害剤)、SB431542(TGF-β阻害剤)、アクチビン阻害剤、のいずれかを含有することが好ましく、BMP阻害剤及びTGF-β阻害剤を含有することが更に好ましい。 The differentiation induction factor in the above step (iii) preferably contains an ectodermal induction factor, since this is suitable for increasing the efficiency of differentiation induction into ectodermal cells. The above ectodermal induction factor preferably contains any one of Noggin (BMP inhibitor), dorsomorphin (BMP inhibitor), SB431542 (TGF-β inhibitor), and an activin inhibitor, and more preferably contains a BMP inhibitor and a TGF-β inhibitor.
また、上記分化誘導因子の培地への添加濃度については特に限定されないが、胚葉体への分化誘導効率を高めるのに好適のため、好ましくは1000~500ng/mLであり、より好ましくは500~100ng/mLであり、最も好ましくは100ng/mL以下である。 The concentration of the differentiation-inducing factor added to the medium is not particularly limited, but is preferably 1000 to 500 ng/mL, more preferably 500 to 100 ng/mL, and most preferably 100 ng/mL or less, in order to increase the efficiency of inducing differentiation into embryoid bodies.
上記分化誘導因子を含む培地は、十分に分化誘導が進行するために、培養中は24時ごとに交換することが好ましい。24時間以内に培地を交換することで、培地中の分化誘導因子が不足することを防ぎ、均一に全ての細胞を分化させることができる。 The medium containing the differentiation-inducing factors is preferably changed every 24 hours during culture in order to ensure that differentiation induction progresses sufficiently. By changing the medium within 24 hours, it is possible to prevent a shortage of differentiation-inducing factors in the medium and to differentiate all cells uniformly.
本発明の多能性幹細胞の分化誘導方法は、以下の(iv)工程を更に有していてもよい。
(iv)Wntタンパク質、Bone morphogenetic protein(BMP)、インスリン様成長因子及びアクチビンからなる群より選択される単一又は複数の分化誘導因子を含む培地中で細胞凝集塊を培養し、腸上皮細胞が有するマーカーを発現させる工程
The method of the present invention for inducing differentiation of pluripotent stem cells may further include the following step (iv).
(iv) culturing the cell aggregate in a medium containing one or more differentiation-inducing factors selected from the group consisting of Wnt protein, bone morphogenetic protein (BMP), insulin-like growth factor, and activin, to express a marker possessed by intestinal epithelial cells;
上記腸上皮細胞とは、腸細胞、杯細胞、腸管内分泌細胞、パネート細胞及び腸上皮幹細胞のいずれか又は複数の細胞を有するのが好ましく、腸細胞、杯細胞、腸管内分泌細胞、パネート細胞及び腸上皮幹細胞をすべて含むことが更に好ましい。腸上皮細胞は特有のマーカーを有する。例えば、腸細胞マーカーとして、CDX2及びVIL1、杯細胞マーカーとしてMUC2、腸管内分泌細胞マーカーとしてCGA、パネート細胞マーカーとしてDEFA6、腸上皮幹細胞マーカーとしてLGR5が挙げられる。 The intestinal epithelial cells preferably include any one or more of intestinal cells, goblet cells, enteroendocrine cells, Paneth cells, and intestinal epithelial stem cells, and more preferably include all of intestinal cells, goblet cells, enteroendocrine cells, Paneth cells, and intestinal epithelial stem cells. Intestinal epithelial cells have specific markers. For example, CDX2 and VIL1 are intestinal cell markers, MUC2 is a goblet cell marker, CGA is an enteroendocrine cell marker, DEFA6 is a Paneth cell marker, and LGR5 is an intestinal epithelial stem cell marker.
本発明の細胞培養基材は、基材面外方向の高さが2μmを超えるような高い凹凸構造を表面に有しないことから、培地を接触させた際に気泡が基材表面に付着しづらい。気泡の付着数が(A)領域の数に対して10%以下が好ましく、5%以下が更に好ましく、3%以下が特に好ましく、1%以下が最も好ましい。 The cell culture substrate of the present invention does not have a surface with a high uneven structure with a height of more than 2 μm in the outward direction of the substrate, so air bubbles are unlikely to adhere to the substrate surface when the substrate is brought into contact with a culture medium. The number of air bubbles adhering to the substrate surface is preferably 10% or less of the number of regions (A), more preferably 5% or less, particularly preferably 3% or less, and most preferably 1% or less.
本発明の細胞培養基材を用いて形成される細胞凝集塊は、従来の微細凹凸構造(基材面外方向の高さが2μmを超えるような高い凹凸構造を有するもの)を利用した細胞凝集塊形成と比較して、接着した細胞が自発的に集合することから、高い細胞生存率を有する。例えば、生存率50%細胞を用いた場合、形成される細胞凝集塊の細胞生存率として70%以上が好ましく、80%以上が更に好ましく、85%以上が特に好ましく、90%以上が最も好ましい。 Compared to cell aggregates formed using a conventional fine uneven structure (having a high uneven structure with a height of more than 2 μm in the out-of-plane direction of the substrate), the cell aggregates formed using the cell culture substrate of the present invention have a high cell viability because the attached cells spontaneously gather. For example, when cells with a viability of 50% are used, the cell viability of the formed cell aggregates is preferably 70% or more, more preferably 80% or more, particularly preferably 85% or more, and most preferably 90% or more.
以下、本発明を実施するための形態を挙げて本発明について詳細に説明するが、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。また本発明の要旨の範囲内で適宜に変更して実施することができる。なお、断りのない限り、試薬は市販品を用いた。 The present invention will be described in detail below with reference to embodiments for carrying out the invention. However, these are merely examples for explaining the present invention, and are not intended to limit the present invention to the following contents. Furthermore, the present invention can be practiced with appropriate modifications within the scope of the gist of the invention. Unless otherwise specified, commercially available reagents were used.
<親水性高分子層の層厚>
基材に被覆された親水性高分子の層厚は、スピンコート条件における液膜の厚みと溶液中の高分子の重量濃度から、高分子の比重を1として単位面積当たりの被覆量を計算することで求めた。
<Thickness of Hydrophilic Polymer Layer>
The layer thickness of the hydrophilic polymer coated on the substrate was determined by calculating the coating amount per unit area from the thickness of the liquid film under spin coating conditions and the weight concentration of the polymer in the solution, assuming the specific gravity of the polymer to be 1.
<(A)領域の面積>
レーザー顕微鏡(VK-X200、キーエンス(株)製)を用いて表面を観察し、面積を算出した。
<(A) Area of Region>
The surface was observed using a laser microscope (VK-X200, manufactured by Keyence Corporation), and the area was calculated.
<表面凹凸の最大高さ>
細胞培養基材の細胞培養面の表面を原子間力顕微鏡(AFM5100、日立ハイテク(株)製)で測定した基準長さ10μmの断面形状曲線において、最大高さRzを求めた。10点の最大高さを平均した。
<Maximum height of surface irregularities>
The surface of the cell culture surface of the cell culture substrate was measured with an atomic force microscope (AFM5100, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation), and the maximum height Rz was calculated from a cross-sectional shape curve having a reference length of 10 μm. The maximum heights at 10 points were averaged.
<表面凹凸の凸部間距離>
細胞培養基材の細胞培養面の表面を電子顕微鏡(Miniscope TM3030Plus、日立ハイテク(株)製)で測定した画像において、凸部間の長さを求めた。20点の凸部間の長さを求めて平均した。
<Distance between convex portions of surface irregularities>
The length between the convex portions was determined in an image of the cell culture surface of the cell culture substrate measured with an electron microscope (Miniscope TM3030Plus, Hitachi High-Technologies Corporation). The lengths between the convex portions at 20 points were determined and averaged.
<表面凹凸の凸部間距離の変動係数>
上記20点の凸部間距離について標準偏差を求め、平均で割ることで変動係数を求めた。
<Coefficient of variation of distance between convex portions of surface unevenness>
The standard deviation was calculated for the distances between the 20 convex portions, and the standard deviation was divided by the average to obtain a coefficient of variation.
<細胞凝集塊の評価>
細胞凝集塊の培養:
基材に培地StemFitAK02N(味の素(株)製)を0.2mL/cm2加え、iMatrix-511溶液((株)ニッピ製)を2.5μL/mLの濃度で加えた。死細胞を混合することで全細胞に対する生存細胞の割合(細胞生存率)が50%となるように調整したヒトiPS細胞201B7株を播種細胞として用い、15000個/cm2、37℃、CO2濃度5%の環境下で培養した。また、細胞播種から24時間後までは、培地にY-27632(和光純薬工業(株)製)(濃度10μM)を添加した。
細胞凝集塊の剥離回収:
培地を10回ピペッティングして細胞凝集塊を細胞培養基材から剥離した。回収した細胞凝集塊をTrypLE-EDTA溶液でシングルセルに乖離し、細胞数を自動セルカウンター(Luna、ショーシンEM(株)製)で測定した(細胞数Aとする。)。次に、未剥離のまま細胞培養基材に残留した細胞をTrypLE-EDTA溶液で処理した後、セルスクレーパーにより剥離し、同様に細胞数を自動セルカウンターで測定した(細胞数Bとする。)。細胞数A/(A+B)を剥離回収率として求めた。
細胞凝集塊の粒径ばらつきの評価:
培地を10回ピペッティングして細胞凝集塊を細胞培養基材から剥離した。剥離した細胞凝集塊を位相差顕微鏡で観察し、粒径を測定した。20点の細胞凝集塊の粒径から変動係数(粒径の標準偏差/平均粒径)を求め、粒径ばらつきとした。
<Evaluation of cell aggregates>
Cultivation of cell aggregates:
The medium StemFitAK02N (Ajinomoto Co., Inc.) was added to the substrate at 0.2 mL/ cm2 , and iMatrix-511 solution (Nippi Co., Ltd.) was added at a concentration of 2.5 μL/mL. Human iPS cells 201B7 strain, which had been adjusted to a ratio of viable cells to total cells (cell viability) of 50% by mixing dead cells, were used as seeding cells and cultured at 15,000 cells/ cm2 , 37°C, and CO2 concentration of 5%. In addition, Y-27632 (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) (concentration 10 μM) was added to the medium until 24 hours after cell seeding.
Detachment and collection of cell aggregates:
The medium was pipetted 10 times to detach the cell aggregates from the cell culture substrate. The collected cell aggregates were dissociated into single cells with TrypLE-EDTA solution, and the cell count was measured with an automatic cell counter (Luna, manufactured by Shoshin EM Co., Ltd.) (referred to as cell count A). Next, the cells remaining on the cell culture substrate without being detached were treated with TrypLE-EDTA solution, and then detached with a cell scraper, and the cell count was similarly measured with an automatic cell counter (referred to as cell count B). The cell count A/(A+B) was calculated as the detachment recovery rate.
Assessment of cell aggregate size variation:
The medium was pipetted 10 times to detach the cell aggregates from the cell culture substrate. The detached cell aggregates were observed under a phase contrast microscope and the particle size was measured. The coefficient of variation (standard deviation of particle size/average particle size) was calculated from the particle sizes of the 20 cell aggregates to determine the particle size variation.
<干渉縞の確認>
細胞培養基材に蛍光灯の光を当て、目視で干渉縞の有無を確認した。
<Checking interference fringes>
The cell culture substrate was exposed to fluorescent light, and the presence or absence of interference fringes was confirmed visually.
[実施例1]
イオン交換水18gに粒径0.45μmのアニオン性シリカコロイド(スノーテックMP-4540M、日産化学(株)製)の40wt%水性分散液0.5gを混合し、窒素バブリングしながら30分間脱気した。メタクリル酸3-(トリメトキシシリル)プロピル0.02gを添加し、窒素雰囲気下、マグネチックスターラーを用いて300rpmで30分間撹拌した。その後、イオン交換水10gに溶解したp-スチレンスルホン酸ナトリウム0.08g及びスチレン0.8gを添加し、300rpmで2時間撹拌した後、65℃に加温し、イオン交換水10gに溶解した過硫酸カリウム0.02gを添加した。窒素雰囲気下、300rpmで攪拌しながら65℃で3時間反応させた。反応後、4000rpm、10分間の遠心分離により、全ての粒子を沈殿させた。上澄み液をデカンテーションで除去し、コロイドをイオン交換水に再分散させた。この精製を2回行い、ポリスチレンで被覆されたシリカ粒子を得た。
[Example 1]
0.5 g of a 40 wt% aqueous dispersion of an anionic silica colloid (Snowtech MP-4540M, manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) having a particle size of 0.45 μm was mixed with 18 g of ion-exchanged water, and the mixture was degassed for 30 minutes while bubbling with nitrogen. 0.02 g of 3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate was added, and the mixture was stirred for 30 minutes at 300 rpm using a magnetic stirrer under a nitrogen atmosphere. Then, 0.08 g of sodium p-styrenesulfonate and 0.8 g of styrene dissolved in 10 g of ion-exchanged water were added, and the mixture was stirred at 300 rpm for 2 hours, and then heated to 65° C., and 0.02 g of potassium persulfate dissolved in 10 g of ion-exchanged water was added. The mixture was reacted at 65° C. for 3 hours while stirring at 300 rpm under a nitrogen atmosphere. After the reaction, all particles were precipitated by centrifugation at 4000 rpm for 10 minutes. The supernatant was removed by decantation, and the colloid was redispersed in ion-exchanged water. This purification was repeated twice to obtain polystyrene-coated silica particles.
ガラス基板を1mg/mL濃度のポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液に10秒浸漬した後、イオン交換水で洗浄し、エアーブローで乾燥した。このガラス基板上に上記ポリスチレンで被覆されたシリカ粒子1wt%の分散液を滴下した。10秒後にイオン交換水でリンスした後、基板を沸騰水中に5分間浸漬した。その後、室温まで冷却し乾燥させた。 A glass substrate was immersed in a 1 mg/mL aqueous solution of polydiallyldimethylammonium chloride for 10 seconds, then washed with ion-exchanged water and dried with an air blower. A 1 wt % dispersion of the polystyrene-coated silica particles was dropped onto the glass substrate. After 10 seconds, the substrate was rinsed with ion-exchanged water and then immersed in boiling water for 5 minutes. It was then cooled to room temperature and dried.
親水性高分子としてアジド基を有するポリビニルアルコール(BIOSURFINE(R)-AWP、東洋合成工業(株)製)を固形分濃度0.8wt%で含有するエタノール溶液を上記ポリスチレンで被覆されたシリカ粒子を被覆したガラス基板に滴下し、2000rpmでスピンコートした。UV照射することで膜を硬化させた。親水性高分子層の層厚は約40nmであった。直径0.2mmの円形の穴を複数有するメタルマスクを置き、プラズマ照射装置((株)真空デバイス製、商品名プラズマイオンボンバーダPIB-20)を用いてメタルマスクの上からプラズマ処理(20Paガス圧下、導電電流20mA、照射時間1分間)を行うことで細胞接着性及び細胞増殖性の領域を形成した。上記パターニングを施したガラス基板を、貫通孔を有するウェルプレートの底面に貼り合わせた。 An ethanol solution containing 0.8 wt% solids of polyvinyl alcohol (BIOSURFINE®-AWP, manufactured by Toyo Gosei Co., Ltd.) having an azide group as a hydrophilic polymer was dropped onto the glass substrate covered with the polystyrene-coated silica particles, and spin-coated at 2000 rpm. The film was cured by UV irradiation. The thickness of the hydrophilic polymer layer was about 40 nm. A metal mask with multiple circular holes with a diameter of 0.2 mm was placed, and a plasma irradiation device (manufactured by Vacuum Device Co., Ltd., product name Plasma Ion Bombarder PIB-20) was used to perform plasma treatment (gas pressure of 20 Pa, conductive current of 20 mA, irradiation time of 1 minute) from above the metal mask to form cell adhesive and cell proliferation regions. The above-mentioned patterned glass substrate was attached to the bottom of a well plate with through-holes.
作製した細胞培養基材の表面凹凸を図6に、(A)領域及び(B)領域を測定したレーザー顕微鏡画像を図7にそれぞれ示す。また、作製した細胞培養基材の構成及び評価結果を表1に示す。作製した細胞培養基材は(A)領域の面積が約0.03mm2、細胞培養基材の基準長さ10μmにおける表面凹凸の最大高さが0.39μmであった。この細胞培養基材上でヒトiPS細胞の培養評価を行い、培養開始から3日後に細胞凝集塊の形成を確認した。細胞凝集塊の剥離回収率は82.5%、粒径ばらつきは18.1%であった。細胞培養基材に干渉縞は発生していなかった。 The surface irregularities of the prepared cell culture substrate are shown in FIG. 6, and laser microscope images of the (A) and (B) regions are shown in FIG. 7. The configuration and evaluation results of the prepared cell culture substrate are shown in Table 1. The prepared cell culture substrate had an area of about 0.03 mm 2 for region (A), and the maximum height of the surface irregularities at a reference length of 10 μm of the cell culture substrate was 0.39 μm. Culture evaluation of human iPS cells was performed on this cell culture substrate, and the formation of cell aggregates was confirmed 3 days after the start of culture. The detachment recovery rate of the cell aggregates was 82.5%, and the particle size variation was 18.1%. No interference fringes were generated on the cell culture substrate.
[実施例2]
粒径0.45μmのアニオン性シリカコロイド(スノーテックMP-4540M、日産化学(株)製)の代わりに、粒径0.2μmのアニオン性シリカコロイド(スノーテックMP-2040M、日産化学(株)製)を用い、その他は実施例1と同様にして細胞培養基材を作製した。作製した細胞培養基材は(A)領域の面積が約0.03mm2、細胞培養基材の基準長さ10μmにおける表面凹凸の最大高さが0.18μmであった。この細胞培養基材上でヒトiPS細胞の培養評価を行い、培養開始から3日後に細胞凝集塊の形成を確認した。細胞凝集塊の剥離回収率は73.4%、粒径ばらつきは25.2%であった。細胞培養基材に干渉縞は発生していなかった。
[Example 2]
Instead of anionic silica colloid with a particle size of 0.45 μm (Snowtech MP-4540M, Nissan Chemical Industries, Ltd.), anionic silica colloid with a particle size of 0.2 μm (Snowtech MP-2040M, Nissan Chemical Industries, Ltd.) was used, and the rest of the procedure was the same as in Example 1 to prepare a cell culture substrate. The prepared cell culture substrate had an area of region (A) of about 0.03 mm 2 , and the maximum height of the surface irregularities at a reference length of 10 μm of the cell culture substrate was 0.18 μm. Culture evaluation of human iPS cells was performed on this cell culture substrate, and the formation of cell aggregates was confirmed 3 days after the start of culture. The detachment recovery rate of the cell aggregates was 73.4%, and the particle size variation was 25.2%. No interference fringes were generated on the cell culture substrate.
[実施例3]
粒径1.5μmのシリカコロイド粉末(シーホスターKEP-150、(株)日本触媒製)0.2gをエタノールに分散後、遠心分離して純水に溶媒置換を行った。窒素バブリングしながら30分間脱気した。メタクリル酸3-(トリメトキシシリル)プロピル0.02gを添加し、窒素雰囲気下、マグネチックスターラーを用いて300rpmで30分間撹拌した。その後、イオン交換水10gに溶解したp-スチレンスルホン酸ナトリウム0.08g及びスチレン1.6gを添加し、300rpmで2時間撹拌した後、65℃に加温し、イオン交換水10gに溶解した過硫酸カリウム0.02gを添加した。窒素雰囲気下、300rpmで攪拌しながら65℃で3時間反応させた。反応後、4000rpm、10分間の遠心分離により、全ての粒子を沈殿させた。上澄み液をデカンテーションで除去し、コロイドをイオン交換水に再分散させた。この精製を2回行い、ポリスチレンで被覆されたシリカ粒子を得た。
[Example 3]
0.2 g of silica colloid powder (Sea Hoster KEP-150, manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) with a particle size of 1.5 μm was dispersed in ethanol, and then centrifuged to replace the solvent with pure water. The mixture was degassed for 30 minutes while bubbling with nitrogen. 0.02 g of 3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate was added, and the mixture was stirred for 30 minutes at 300 rpm using a magnetic stirrer under a nitrogen atmosphere. Then, 0.08 g of sodium p-styrenesulfonate and 1.6 g of styrene dissolved in 10 g of ion-exchanged water were added, and the mixture was stirred for 2 hours at 300 rpm, and then heated to 65° C., and 0.02 g of potassium persulfate dissolved in 10 g of ion-exchanged water was added. The mixture was reacted for 3 hours at 65° C. while stirring at 300 rpm under a nitrogen atmosphere. After the reaction, all particles were precipitated by centrifugation at 4000 rpm for 10 minutes. The supernatant was removed by decantation, and the colloid was redispersed in ion-exchanged water. This purification was carried out twice to obtain polystyrene-coated silica particles.
ガラス基板を1mg/mL濃度のポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液に10秒浸漬した後、イオン交換水で洗浄し、エアーブローで乾燥した。このガラス基板上に上記ポリスチレンで被覆されたシリカ粒子1wt%の分散液を滴下した。10秒後にイオン交換水でリンスした後、基板を沸騰水中に5分間浸漬した。その後,室温まで冷却し乾燥させた。 A glass substrate was immersed in a 1 mg/mL aqueous solution of polydiallyldimethylammonium chloride for 10 seconds, then washed with ion-exchanged water and dried with an air blower. A 1 wt % dispersion of the polystyrene-coated silica particles was dropped onto the glass substrate. After 10 seconds, the substrate was rinsed with ion-exchanged water and then immersed in boiling water for 5 minutes. It was then cooled to room temperature and dried.
親水性高分子としてアジド基を有するポリビニルアルコール(BIOSURFINE(R)-AWP、東洋合成工業(株)製)を固形分濃度0.8wt%で含有するエタノール溶液を上記ポリスチレンで被覆されたシリカ粒子を被覆したガラス基板に滴下し、2000rpmでスピンコートした。UV照射することで膜を硬化させた。親水性高分子層の層厚は約40nmであった。直径0.2mmの円形の穴を複数有するメタルマスクを置き、プラズマ照射装置((株)真空デバイス製、商品名プラズマイオンボンバーダPIB-20)を用いてメタルマスクの上からプラズマ処理(20Paガス圧下、導電電流20mA、照射時間1分間)を行うことで細胞接着性及び細胞増殖性の領域を形成した。上記パターニングを施したガラス基板を、貫通孔を有するウェルプレートの底面に貼り合わせた。 An ethanol solution containing 0.8 wt% solids of polyvinyl alcohol (BIOSURFINE®-AWP, manufactured by Toyo Gosei Co., Ltd.) having an azide group as a hydrophilic polymer was dropped onto the glass substrate covered with the polystyrene-coated silica particles, and spin-coated at 2000 rpm. The film was cured by UV irradiation. The thickness of the hydrophilic polymer layer was about 40 nm. A metal mask with multiple circular holes with a diameter of 0.2 mm was placed, and a plasma irradiation device (manufactured by Vacuum Device Co., Ltd., product name Plasma Ion Bombarder PIB-20) was used to perform plasma treatment (gas pressure of 20 Pa, conductive current of 20 mA, irradiation time of 1 minute) from above the metal mask to form cell adhesive and cell proliferation regions. The above-mentioned patterned glass substrate was attached to the bottom of a well plate with through-holes.
作製した細胞培養基材は(A)領域の面積が約0.03mm2、細胞培養基材の基準長さ10μmにおける表面凹凸の最大高さが1.45μmであった。この細胞培養基材上でヒトiPS細胞の培養評価を行い、培養開始から3日後に細胞凝集塊の形成を確認した。細胞凝集塊の剥離回収率は88.9%、粒径ばらつきは17.3%であった。細胞培養基材に干渉縞は発生していなかった。 The area of the (A) region of the prepared cell culture substrate was approximately 0.03 mm2 , and the maximum height of the surface irregularities at a reference length of 10 μm of the cell culture substrate was 1.45 μm. Human iPS cells were cultured on this cell culture substrate, and the formation of cell aggregates was confirmed 3 days after the start of culture. The detachment recovery rate of the cell aggregates was 88.9%, and the particle size variation was 17.3%. No interference fringes were generated on the cell culture substrate.
[実施例4]
親水性高分子としてアジド基を有するポリビニルアルコール(BIOSURFINE(R)-AWP、東洋合成工業(株)製)を固形分濃度0.8wt%で含有するエタノール溶液をナノインプリントで約0.2μmの突起を形成した樹脂フィルム(FLP230/200-120、SCIVAX(株)製)に滴下し、2000rpmでスピンコートした。UV照射することで膜を硬化させた。親水性高分子層の層厚は約40nmであった。直径0.2mmの円形の穴を複数有するメタルマスクを置き、プラズマ照射装置((株)真空デバイス製、商品名プラズマイオンボンバーダPIB-20)を用いてメタルマスクの上からプラズマ処理(20Paガス圧下、導電電流20mA、照射時間1分間)を行うことで細胞接着性及び細胞増殖性の領域を形成した。上記パターニングを施した樹脂フィルムを、貫通孔を有するウェルプレートの底面に貼り合わせた。
[Example 4]
An ethanol solution containing 0.8 wt% solids of polyvinyl alcohol (BIOSURFINE®-AWP, manufactured by Toyo Gosei Co., Ltd.) having an azide group as a hydrophilic polymer was dropped onto a resin film (FLP230/200-120, manufactured by SCIVAX Co., Ltd.) on which protrusions of about 0.2 μm had been formed by nanoimprinting, and spin-coated at 2000 rpm. The film was cured by UV irradiation. The layer thickness of the hydrophilic polymer layer was about 40 nm. A metal mask having a plurality of circular holes with a diameter of 0.2 mm was placed, and a plasma irradiation device (manufactured by Vacuum Device Co., Ltd., product name Plasma Ion Bombarder PIB-20) was used to perform plasma treatment (20 Pa gas pressure, conductive current 20 mA,
作製した細胞培養基材の表面凹凸を図8に示す。作製した細胞培養基材は(A)領域の面積が約0.03mm2、細胞培養基材の基準長さ10μmにおける表面凹凸の最大高さが0.18μmであった。この細胞培養基材上でヒトiPS細胞の培養評価を行い、培養開始から3日後に細胞凝集塊の形成を確認した。細胞凝集塊の剥離回収率は71.5%、粒径ばらつきは17.1%であった。細胞培養基材に干渉縞が発生していた。 The surface irregularities of the cell culture substrate produced are shown in Figure 8. The area of the (A) region of the cell culture substrate produced was approximately 0.03 mm2 , and the maximum height of the surface irregularities at a reference length of 10 μm of the cell culture substrate was 0.18 μm. Human iPS cells were cultured on this cell culture substrate and the formation of cell aggregates was confirmed 3 days after the start of culture. The detachment recovery rate of the cell aggregates was 71.5%, and the particle size variation was 17.1%. Interference fringes were generated on the cell culture substrate.
[実施例5]
ナノインプリントで約0.2μmの突起を形成した樹脂フィルム(FLP230/200-120、SCIVAX(株)製)の代わりに、ナノインプリントで約0.5μmの突起を形成した樹脂フィルム(FLP500/500-50×50、SCIVAX(株)製)を用いた。また、直径0.2mmの円形の穴を複数有するメタルマスクの代わりに、直径0.5mmの円形の穴を複数有するメタルマスクを用いた。その他は実施例4と同様にして細胞培養基材を作製した。
[Example 5]
Instead of a resin film (FLP230/200-120, manufactured by SCIVAX Corp.) on which protrusions of about 0.2 μm were formed by nanoimprinting, a resin film (FLP500/500-50×50, manufactured by SCIVAX Corp.) on which protrusions of about 0.5 μm were formed by nanoimprinting was used. Also, instead of a metal mask having a plurality of circular holes with a diameter of 0.2 mm, a metal mask having a plurality of circular holes with a diameter of 0.5 mm was used. Otherwise, a cell culture substrate was produced in the same manner as in Example 4.
作製した細胞培養基材の表面凹凸を図9に示す。作製した細胞培養基材は(A)領域の面積が約0.2mm2、細胞培養基材の基準長さ10μmにおける表面凹凸の最大高さが0.48μmであった。この細胞培養基材上でヒトiPS細胞の培養評価を行い、培養開始から5日後に細胞凝集塊の形成を確認した。細胞凝集塊の剥離回収率は81.7%、粒径ばらつきは19.2%であった。細胞培養基材に干渉縞が発生していた。 The surface irregularities of the cell culture substrate produced are shown in Figure 9. The area of the (A) region of the cell culture substrate produced was approximately 0.2 mm2 , and the maximum height of the surface irregularities at a reference length of 10 μm of the cell culture substrate was 0.48 μm. Human iPS cells were cultured on this cell culture substrate and the formation of cell aggregates was confirmed 5 days after the start of culture. The detachment recovery rate of the cell aggregates was 81.7%, and the particle size variation was 19.2%. Interference fringes were generated on the cell culture substrate.
[実施例6]
ナノインプリントで約0.2μmの突起を形成した樹脂フィルム(FLP230/200-120、SCIVAX(株)製)の代わりに、ナノインプリントで約0.5μmの穴構造を形成した樹脂フィルム(FLH230/200-120、SCIVAX(株)製)を用いた。その他は実施例4と同様にして細胞培養基材を作製した。
[Example 6]
Instead of a resin film (FLP230/200-120, manufactured by SCIVAX Corp.) on which protrusions of about 0.2 μm were formed by nanoimprinting, a resin film (FLH230/200-120, manufactured by SCIVAX Corp.) on which a hole structure of about 0.5 μm was formed by nanoimprinting was used. The rest of the procedure was the same as in Example 4 to prepare a cell culture substrate.
作製した細胞培養基材の表面凹凸を図10に示す。作製した細胞培養基材は(A)領域の面積が約0.03mm2、細胞培養基材の基準長さ10μmにおける表面凹凸の最大高さが0.16μmであった。この細胞培養基材上でヒトiPS細胞の培養評価を行い、培養開始から3日後に細胞凝集塊の形成を確認した。細胞凝集塊の剥離回収率は71.9%、粒径ばらつきは22.5%であった。細胞培養基材に干渉縞が発生していた。 The surface irregularities of the cell culture substrate produced are shown in Figure 10. The area of the (A) region of the cell culture substrate produced was approximately 0.03 mm2 , and the maximum height of the surface irregularities at a reference length of 10 μm of the cell culture substrate was 0.16 μm. Human iPS cells were cultured on this cell culture substrate and the formation of cell aggregates was confirmed 3 days after the start of culture. The detachment recovery rate of the cell aggregates was 71.9%, and the particle size variation was 22.5%. Interference fringes were generated on the cell culture substrate.
[実施例7]
親水性高分子としてアジド基を有するポリビニルアルコール(BIOSURFINE(R)-AWP、東洋合成工業(株)製)の代わりに、ホスホリルコリン基を有する高分子(LipidureCR-2001、日油(株)製)を用い、その他は実施例1と同様にして細胞培養基材を作製した。親水性高分子層の層厚は約30nmであった。
[Example 7]
A cell culture substrate was prepared in the same manner as in Example 1, except that a polymer having a phosphorylcholine group (Lipidure CR-2001, NOF Corp.) was used as the hydrophilic polymer instead of polyvinyl alcohol having an azide group (BIOSURFINE®-AWP, Toyo Gosei Co., Ltd.). The thickness of the hydrophilic polymer layer was about 30 nm.
作製した細胞培養基材は(A)領域の面積が約0.03mm2、細胞培養基材の基準長さ10μmにおける表面凹凸の最大高さが0.42μmであった。この細胞培養基材上でヒトiPS細胞の培養評価を行い、培養開始から3日後に細胞凝集塊の形成を確認した。細胞凝集塊の剥離回収率は84.5%、粒径ばらつきは19.9%であった。細胞培養基材に干渉縞は発生していなかった。 The area of the (A) region of the prepared cell culture substrate was approximately 0.03 mm2 , and the maximum height of the surface irregularities at a reference length of 10 μm of the cell culture substrate was 0.42 μm. Human iPS cells were cultured on this cell culture substrate, and the formation of cell aggregates was confirmed 3 days after the start of culture. The detachment recovery rate of the cell aggregates was 84.5%, and the particle size variation was 19.9%. No interference fringes were generated on the cell culture substrate.
[実施例8]
直径0.2mmの円形の穴を複数有するメタルマスクの代わりに、直径1.5mmの円形の穴を複数有するメタルマスクを用いた。その他は実施例1と同様にして細胞培養基材を作製した。
[Example 8]
A cell culture substrate was prepared in the same manner as in Example 1 except that a metal mask having a plurality of circular holes with a diameter of 1.5 mm was used instead of the metal mask having a plurality of circular holes with a diameter of 0.2 mm.
作製した細胞培養基材は(A)領域の面積が約1.76mm2、細胞培養基材の基準長さ10μmにおける表面凹凸の最大高さが0.34μmであった。この細胞培養基材上でヒトiPS細胞の培養評価を行い、培養開始から14日後に細胞凝集塊の形成を確認した。細胞凝集塊の剥離回収率は86.7%、粒径ばらつきは28.2%であった。細胞培養基材に干渉縞は発生していなかった。 The area of the (A) region of the prepared cell culture substrate was approximately 1.76 mm 2 , and the maximum height of the surface irregularities at a reference length of 10 μm of the cell culture substrate was 0.34 μm. Human iPS cells were cultured on this cell culture substrate, and the formation of cell aggregates was confirmed 14 days after the start of culture. The detachment recovery rate of the cell aggregates was 86.7%, and the particle size variation was 28.2%. No interference fringes were generated on the cell culture substrate.
[比較例1]
粒径0.45μmのアニオン性シリカコロイド(スノーテックMP-4540M、日産化学(株)製)の代わりに、粒径0.06μmのアニオン性シリカコロイド(スノーテックST-YL、日産化学(株)製)を用い、その他は実施例1と同様にして細胞培養基材を作製した。
[Comparative Example 1]
A cell culture substrate was prepared in the same manner as in Example 1, except that an anionic silica colloid having a particle size of 0.06 μm (Snowtech ST-YL, Nissan Chemical Industries, Ltd.) was used instead of an anionic silica colloid having a particle size of 0.45 μm (Snowtech MP-4540M, Nissan Chemical Industries, Ltd.).
作製した細胞培養基材は(A)領域の面積が約0.03mm2、細胞培養基材の基準長さ10μmにおける表面凹凸の最大高さが0.01μmであった。この細胞培養基材上でヒトiPS細胞の培養評価を行い、培養開始から3日後に細胞凝集塊の形成を確認した。細胞凝集塊の剥離回収率は20.2%で、細胞凝集塊の剥離回収率が低かった。また、細胞凝集塊の粒径ばらつきは65.6%で、ばらつきの大きいものであった。 The cell culture substrate thus prepared had an area of region (A) of approximately 0.03 mm 2 , and a maximum height of the surface irregularities of 0.01 μm at a reference length of 10 μm. Human iPS cells were cultured on the cell culture substrate, and the formation of cell aggregates was confirmed 3 days after the start of culture. The detachment recovery rate of the cell aggregates was 20.2%, which was low. In addition, the particle size variation of the cell aggregates was 65.6%, which was a large variation.
[比較例2]
粒径2.5μmのシリカコロイド粉末(シーホスターKEP-250、(株)日本触媒製)0.2gをエタノールに分散後、遠心分離して純水に溶媒置換を行った。窒素バブリングしながら30分間脱気した。メタクリル酸3-(トリメトキシシリル)プロピル0.02gを添加し、窒素雰囲気下、マグネチックスターラーを用いて300rpmで30分間撹拌した。その後、イオン交換水10gに溶解したp-スチレンスルホン酸ナトリウム0.08g及びスチレン0.06gを添加し、300rpmで2時間撹拌した後、65℃に加温し、イオン交換水10gに溶解した過硫酸カリウム0.02gを添加した。窒素雰囲気下、300rpmで攪拌しながら65℃で3時間反応させた。反応後、4000rpm、10分間の遠心分離により、全ての粒子を沈殿させた。上澄み液をデカンテーションで除去し、コロイドをイオン交換水に再分散させた。この精製を2回行い、ポリスチレンで被覆されたシリカ粒子を得た。
[Comparative Example 2]
0.2 g of silica colloid powder (Sea Hoster KEP-250, manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) with a particle size of 2.5 μm was dispersed in ethanol, and then centrifuged to replace the solvent with pure water. The mixture was degassed for 30 minutes while bubbling with nitrogen. 0.02 g of 3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate was added, and the mixture was stirred for 30 minutes at 300 rpm using a magnetic stirrer under a nitrogen atmosphere. Then, 0.08 g of sodium p-styrenesulfonate and 0.06 g of styrene dissolved in 10 g of ion-exchanged water were added, and the mixture was stirred for 2 hours at 300 rpm, and then heated to 65° C., and 0.02 g of potassium persulfate dissolved in 10 g of ion-exchanged water was added. The mixture was reacted for 3 hours at 65° C. while stirring at 300 rpm under a nitrogen atmosphere. After the reaction, all particles were precipitated by centrifugation at 4000 rpm for 10 minutes. The supernatant was removed by decantation, and the colloid was redispersed in ion-exchanged water. This purification was carried out twice to obtain polystyrene-coated silica particles.
ガラス基板を1mg/mL濃度のポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド水溶液に10秒浸漬した後、イオン交換水で洗浄し、エアーブローで乾燥した。このガラス基板上に上記ポリスチレンで被覆されたシリカ粒子1wt%の分散液を滴下した。10秒後にイオン交換水でリンスした後、基板を沸騰水中に5分間浸漬した。その後,室温まで冷却し乾燥させた。 A glass substrate was immersed in a 1 mg/mL aqueous solution of polydiallyldimethylammonium chloride for 10 seconds, then washed with ion-exchanged water and dried with an air blower. A 1 wt % dispersion of the polystyrene-coated silica particles was dropped onto the glass substrate. After 10 seconds, the substrate was rinsed with ion-exchanged water and then immersed in boiling water for 5 minutes. It was then cooled to room temperature and dried.
親水性高分子としてアジド基を有するポリビニルアルコール(BIOSURFINE(R)-AWP、東洋合成工業(株)製)を固形分濃度0.8wt%で含有するエタノール溶液を上記ポリスチレンで被覆されたシリカ粒子を被覆したガラス基板に滴下し、2000rpmでスピンコートした。UV照射することで膜を硬化させた。直径0.2mmの円形の穴を複数有するメタルマスクを置き、プラズマ照射装置((株)真空デバイス製、商品名プラズマイオンボンバーダPIB-20)を用いてメタルマスクの上からプラズマ処理(20Paガス圧下、導電電流20mA、照射時間1分間)を行うことで細胞接着性及び細胞増殖性の領域を形成した。上記パターニングを施したガラス基板を、貫通孔を有するウェルプレートの底面に貼り合わせた。
An ethanol solution containing 0.8 wt% solids of polyvinyl alcohol (BIOSURFINE®-AWP, Toyo Gosei Co., Ltd.) having an azide group as a hydrophilic polymer was dropped onto the glass substrate covered with the polystyrene-coated silica particles, and spin-coated at 2000 rpm. The film was cured by UV irradiation. A metal mask with multiple circular holes with a diameter of 0.2 mm was placed, and a plasma irradiation device (Plasma Ion Bombarder PIB-20, Vacuum Device Co., Ltd.) was used to perform plasma treatment (20 Pa gas pressure, 20 mA conductive current,
作製した細胞培養基材は(A)領域の面積が約0.03mm2、細胞培養基材の基準長さ10μmにおける表面凹凸の最大高さが2.41μmであった。この細胞培養基材上でヒトiPS細胞の培養評価を行ったが、細胞が増殖せず、凝集塊は形成できなかった。 The area of the (A) region of the prepared cell culture substrate was approximately 0.03 mm2 , and the maximum height of the surface irregularities at a reference length of 10 μm of the cell culture substrate was 2.41 μm. Human iPS cell culture was evaluated on this cell culture substrate, but the cells did not proliferate and no aggregates were formed.
[比較例3]
実施例1における親水性高分子層の形成を実施せず、その他は実施例1と同様にして細胞培養基材を作製した。
[Comparative Example 3]
A cell culture substrate was prepared in the same manner as in Example 1, except that the hydrophilic polymer layer in Example 1 was not formed.
作製した細胞培養基材は基準長さ10μmにおける表面凹凸の最大高さが0.46μmであった。この細胞培養基材上でヒトiPS細胞の培養評価を行ったが、シート状に細胞が増殖し、細胞凝集塊は形成できなかった。シート状の細胞を剥離したところ、粒径ばらつきは62.3%で、ばらつきの大きいものであった。 The cell culture substrate produced had a maximum height of surface irregularities of 0.46 μm at a reference length of 10 μm. Human iPS cells were cultured and evaluated on this cell culture substrate, but the cells proliferated in a sheet-like form and no cell aggregates were formed. When the sheet-like cells were peeled off, the particle size variation was 62.3%, which was a large variation.
[比較例4]
実施例1におけるプラズマ処理を実施せず、その他は実施例1と同様にして細胞培養基材を作製した。
[Comparative Example 4]
A cell culture substrate was prepared in the same manner as in Example 1, except that the plasma treatment in Example 1 was not carried out.
作製した細胞培養基材は基準長さ10μmにおける表面凹凸の最大高さが0.4μmであった。この細胞培養基材上でヒトiPS細胞の培養評価を行ったが、細胞凝集塊は形成できなかった。 The cell culture substrate produced had a maximum height of surface irregularities of 0.4 μm at a reference length of 10 μm. Human iPS cell culture was evaluated on this cell culture substrate, but no cell aggregates were formed.
[比較例5]
直径0.2mmの円形の穴を複数有するメタルマスクの代わりに、直径3mmの円形の穴を複数有するメタルマスクを用いた。その他は実施例1と同様にして細胞培養基材を作製した。
[Comparative Example 5]
A cell culture substrate was prepared in the same manner as in Example 1 except that a metal mask having a plurality of circular holes with a diameter of 3 mm was used instead of the metal mask having a plurality of circular holes with a diameter of 0.2 mm.
作製した細胞培養基材は(A)領域の面積が約7.1mm2、細胞培養基材の基準長さ10μmにおける表面凹凸の最大高さが0.38μmであった。この細胞培養基材上でヒトiPS細胞の培養評価を行ったが、シート状に細胞が増殖し、細胞凝集塊は形成できなかった。シート状の細胞を剥離したところ、粒径ばらつきは48.5%で、ばらつきの大きいものであった。 The area of the (A) region of the cell culture substrate thus prepared was approximately 7.1 mm2 , and the maximum height of the surface irregularities at a reference length of 10 μm of the cell culture substrate was 0.38 μm. Human iPS cell culture evaluation was performed on this cell culture substrate, but the cells proliferated in a sheet shape and no cell aggregates were formed. When the sheet-like cells were peeled off, the particle size variation was 48.5%, which was a large variation.
実施例1~8、比較例1~5の構成を表1に示す。実施例1~8、比較例1~5の細胞培養基材を用いて作製した細胞凝集塊の評価結果を表2に示す。
A…(A)領域、B…(B)領域、H…表面凹凸の最大高さ、P…表面凹凸の凸部間距離、1…基材、2…親水性高分子層、3…貫通孔を有する板。
A...(A) region, B...(B) region, H...maximum height of surface irregularities, P...distance between convex portions of surface irregularities, 1...substrate, 2...hydrophilic polymer layer, 3...plate having through holes.
Claims (7)
(A)細胞接着性及び細胞増殖性を有する面積0.001~5mm2の島状の領域
(B)前記(A)領域に隣接し、細胞増殖性を有しない領域 A cell culture substrate comprising a substrate having an uneven surface and a hydrophilic polymer layer covering the substrate along the uneven surface, the maximum height of the uneven surface of the cell culture substrate being 0.1 to 2 μm over a reference length of 10 μm, the cell culture substrate having the following two regions (A) and (B), the region (A) being a plasma-treated region:
(A) an island-like region having an area of 0.001 to 5 mm2 and having cell adhesiveness and cell proliferation properties; (B) a region adjacent to the region (A) and not having cell proliferation properties;
[式(1)中、R1及びR2はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を示し、R3は任意の置換基を示し、m及びnはそれぞれ独立に正の整数を示す。]
[式(2)中、R4、R5及びR6はそれぞれ独立に水素原子又はメチル基を示し、R7は任意の置換基を示し、x、y及びzはそれぞれ独立に正の整数を示す。] The cell culture substrate according to claim 1 , wherein the hydrophilic polymer contains a compound represented by the following general formula (1) or (2):
[In formula (1), R1 and R2 each independently represent a hydrogen atom or a methyl group, R3 represents an arbitrary substituent, and m and n each independently represent a positive integer.]
[In formula (2), R 4 , R 5 and R 6 each independently represent a hydrogen atom or a methyl group, R 7 represents an arbitrary substituent, and x, y and z each independently represent a positive integer.]
(1)表面に凹凸を有する基材上に、前記凹凸に沿って親水性高分子層を形成する工程であって、前記親水性高分子層が有する表面凹凸の基準長さ10μmにおける最大高さが0.1~2μmである工程
(2)前記親水性高分子層の表面の一部のみにプラズマ処理を行い、下記(A)及び(B)の2つの領域を形成する工程
(A)細胞接着性及び細胞増殖性を有する面積0.001~5mm2の島状の領域
(B)前記(A)領域に隣接し、細胞増殖性を有しない領域
The method for producing a cell culture substrate according to any one of claims 1 to 6, comprising the following steps (1) and (2):
(1) A step of forming a hydrophilic polymer layer on a substrate having an uneven surface along the unevenness, the maximum height of the surface unevenness of the hydrophilic polymer layer being 0.1 to 2 μm at a reference length of 10 μm; (2) A step of performing a plasma treatment on only a part of the surface of the hydrophilic polymer layer to form two regions (A) and (B) as follows: (A) an island-like region having an area of 0.001 to 5 mm2 and having cell adhesiveness and cell proliferation properties; and (B) a region adjacent to the region (A) and not having cell proliferation properties.
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