JP2610997B2 - 肝細胞培養方法 - Google Patents

肝細胞培養方法

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JP2610997B2
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直樹 新原
誠 高階
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株式会社バイオマテリアル研究所
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、肝細胞の培養方法に関するものであり、さ
らに詳しくは特に高レベルに細胞機能を保持した状態で
初代培養肝細胞を長期間にわたり培養することの可能な
肝細胞培養方法に関するものである。
(従来の技術及び発明が解決しようとする課題) 肝臓から分離した肝細胞の初代培養は肝機能の研究及
び肝細胞の利用に有用な技術である。すなわち生体外で
生体内と同様な機能を保持したまま肝細胞を培養するこ
とは当該分野における重要課題であり、従来、一般に培
養肝細胞の機能保持の目的で、肝細胞との親和性の高
い、生体から分離したコラーゲンを培養皿に塗布した上
で肝細胞を培養する方法が広く用いられた。しかしなが
ら、近年の培養液の改良にもかかわらず、肝細胞の機能
発現は不十分であり、2週間程度で細胞の機能低下及び
死滅が起こる等の問題点があつた。
また、コラーゲンのゲル膜上で培養する方法(「初代
培養肝細胞実験法」、学会出版センター、P50−51、(1
987年))等も開発されているが、培養肝細胞の機能維
持期間は3週間程度であり、例えば肝炎ウイルスの増殖
等の目的でより長期間の培養を行野うには十分ではなか
つた。
このような技術的背景を踏え、本発明者は細胞機能を
長期間にわたり高レベルに保持させることが可能な新し
い培養技術を開発すべく、使用するコラーゲンの種類、
その使用方法及び使用する培養液等の全てについて詳細
に検討を重ねた結果、特定タイプのコラーゲンを使用す
ると共に、培養液中に特定の物質を添加することによ
り、初期の目的を達成し得ることを見い出して本発明を
完成するに至つた。
すなわち、本発明は、高レベルに細胞機能を保持させ
た状態で初代培養肝細胞を長期間にわたり培養すること
の可能な新規肝細胞培養方法を提供することを目的とす
るものである。
(課題を解決するための手段) 本発明は、培養基質としてテロペプチドを取り除いた
タイプIコラーゲンを主成分とする固定ゲルを用いると
共に、培養液中にジメチルスルフオキシドもしくはニコ
チン酸アミドを含有せしめることを特徴とするものであ
る。
続いて、第1図に示す本発明の一具体例に基づいて本
発明の構成を具体的に説明する。
すなわち、ペプシンで十分に消化してテロペプチドを
取り除いた、哺乳動物由来のタイプIコラーゲン溶液を
培養皿(1)の底面に敷き、37℃、中性条件でゲル化さ
せたコラーゲンゲル(2)を準備し、少くともジメチル
スルフオキシドもしくはニコチン酸アミドを含む培養液
(3)を加え、十分にコラーゲンゲル(2)内部に浸透
させた後、コラーゲンゲル(2)上に哺乳動物の肝臓か
ら単離した肝細胞(4)を播いて培養を行う。培養液
(3)はコラーゲンゲル(2)の上面が浸る程度以上に
加え、細胞が培養液から十分に栄養分を吸収でき、かつ
コラーゲンゲル(2)上の培養液(3)を交換すること
により、適宜、栄養分補給が行なえる様にする。
なお、コラーゲンゲルは収縮しない様に固定されてい
れば良く、培養皿底面以外に膜上や別容器内でゲル化、
固定させて培養容器中に置いても良い。また、培養容器
は培養液を保持してコラーゲンゲル上の細胞に供給でき
るものであればどの様な形態でも良く、培養液を自動的
に交換できる出入口の付いたものであればより便利であ
る。
コラーゲンゲル上培養は、本来生体内で細胞間に存在
するコラーゲンを生体内での状態に近いゲル状で用いる
ため、適度の細胞接着性を有し、細胞形態が生体内と近
いものとなり、細胞は本来の機能を発現しやすくなる。
これ迄に乳腺細胞等の付着性動物細胞を用いたコラーゲ
ンゲル上の培養で細胞の分化が進むことが分かつてい
る。しかし、コラーゲンゲル上培養ではコラーゲンの種
類,濃度により細胞の形態、機能発現の程度が異なり、
肝細胞の培養については、これ迄この点に関し、十分に
検討されていなかつた。また、本発明の様に培養液との
組み合わせによる相乗的な効果を考慮しないため、コラ
ーゲンの種類、濃度の効果が不明確であり、最適なコラ
ーゲンゲルを特定することは不可能だつた。
上記の理由により、これ迄に試みられた肝細胞のコラ
ーゲンゲル上培養では3〜4週間程度までの機能維持し
か実現されなかつた。
本発明者は最適な状態のコラーゲンゲル上で培養され
た肝細胞は培養液中の成分に対し、従来の単層培養法と
異なり、敏感に反応することを前提に、使用するコラー
ゲンの種類,濃度と同時に、長期機能維持に有効な培養
液組成の検討を行つた結果、本発明を完成したものであ
り、これによりコラーゲンの種類,濃度及び培養液の組
成が相乗的に作用し、従来の2倍以上の期間である60日
間以上にわたる、肝細胞の安定した高レベルでの機能維
持がはじめて可能となつたものである。
すなわち、培養液中に血清,インシユリン、上皮細胞
増殖因子(EGF),デキサメサゾン,グルココルチコイ
ド,ヒドロキシプロリン,カラゲナン,グリコサミノグ
リカン等の初代培養肝細胞の機能維持に有効として一般
的に用いられる成分以外に、従来のプラスチツク培養皿
上での肝細胞単層培養で機能維持に有効とされているジ
メチルスルフオキシド(Proc.Natl.Acad.Sci.USA,82,32
52−3256,1985)もしくはニコチン酸アミド(J.Biol.Ch
em.264,4747−4750,1989)を加えることにより、最適な
コラーゲンゲル上で培養された肝細胞の機能維持効果は
大きく改善されることが明らかになつた。尚、タイプI
コラーゲンの固定ゲルを使用しない場合は、当該効果は
全く期待できない。ジメチルスルフオキシドの濃度は3
%以下であり2%前後が、また、ニコチン酸アミドの濃
度は50mM以下、望ましくは5ないし20mMであり、10mM前
後が最も効果的である。
また、肝細胞の培養に適したコラーゲンの種類を検討
した結果、一般的に用いられる酸可溶性のテロペプチド
を持つ通常のコラーゲンよりも、ペプシン処理によりコ
ラーゲン分子両端のテロペプチドを取り除いたタイプI
コラーゲンを用いる方が、肝細胞ははるかに高いレベル
の機能を発現することが明らかになつた。コラーゲンゲ
ル中のコラーゲン濃度は0.1%以上、望ましくは0.2%以
上である。0.2%以下では生着細胞数が減少し、細胞の
機能も低下した。ゲルを固定面からはがした場合は3週
間程度でゲルの収縮が見られ肝細胞の機能、生存率とも
に大きく低下した。ジメチルスルフオキシド又はニコチ
ン酸アミド以外に、血清、インシユリン、上皮細胞増殖
因子、ヒドロキシプロリン、グルココルチコイド、デキ
サメサゾン、グリコサミノグリカン、カラゲナンの全部
もしくは一部を培養液中に含有せしめることも適宜実施
される。
以下に、実施例により本発明を具体的に説明する。
実施例1 ペプシン処理によりテロペプチドを取り除いた、豚皮
由来のタイプIコラーゲン0.3%溶液(pH3)に10倍濃度
の培養液0.12倍量を加えて撹拌後、7%炭酸水素ナトリ
ウム水でpH7に調整し、濃度約0.25%中性コラーゲン溶
液とした。なお、上記の操作はコラーゲンのゲル化を防
ぐため、氷水で容器を冷やしながら行つた。次に中性コ
ラーゲン溶液をプラスチツク培養皿の底面に1ないし2m
mの厚さに敷いた後、37℃雰囲気中でゲル化させて培養
に用いた。
肝細胞は麻酔をかけたウイスターラツトの門脈よりコ
ラゲナーゼ0.05%を含むハンクス液を潅流後肝臓を取り
出し細片に切断、細胞濾過器で単離細胞のみを分離、さ
らに低速遠心分離で肝実質細胞以外の細胞を取り除いて
用いた。
上記コラーゲンゲル上に、肝細胞を5×105/cm2の濃
度で播き、37℃、5%炭酸ガス−95%空気に調整したイ
ンキユベータ内で培養を行つた。培養液はL15培地に牛
胎児血清10%、ジメチルスルフオキシド2%、インシユ
リン10-7M、上皮細胞増殖因子(EGF)10ng/ml、デキサ
メサゾン10-9M、ヒドロキシプロリン30μg/mlを加えた
ものを用い、ゲル面上1ないし2mmの高さまで培養皿に
加えた。
定期的に培養液の交換及びサンプリングを行い、培養
液中のアルブミン量の変化により、肝細胞が合成するア
ルブミンの分泌量を測定した。
また、比較例として、上記コラーゲンゲルを培養皿底
面からはがした浮遊コラーゲンゲル、0.1%濃度でゲル
化させたペプシン処理タイプIコラーゲンゲル、0.25%
濃度でゲル化させた酸可溶性のテロペプチドを持つタイ
プIコラーゲンゲル、タイプIコラーゲンを塗布したプ
ラスチツク培養皿(従来法)の各々の上で、同様に肝細
胞の培養を行い、アルブミン分泌量を測定した。
第2図に示す通り、肝細胞の長期機能維持に有効な培
養液を用いた培養条件で、テロペプチドを取り除いたコ
ラーゲンの固定ゲル上で肝細胞を培養すると、60日間以
上にわたり、高いレベルで安定したアルブミンの生産が
可能だつた。但し、ゲル中のコラーゲン濃度が低い場合
及び酸可溶性コラーゲンゲル上培養では、アルブミンの
分泌量が低下した。また、コラーゲンゲルを浮遊させた
場合は3週間後からアルブミンの分泌量は大きく低下し
た。
従来法では2週間後からアルブミン分泌量は大きく低
下した。
実施例2 実施例1と同様の方法で、0.25%濃度でゲル化させ
た。ペプシン処理によりテロペプチドを取り除いた豚皮
由来のタイプIコラーゲンゲル及びラツト肝細胞を準備
した。
培養液はL15培地に下記の成分を加えたものを各々準
備し、実施例1と同様の方法で培養肝細胞の機能を調べ
た結果を第3図に示す。図中1〜6は、以下の通り。
1:牛胎児血清10%、ヒドロキシプロリン30μg/ml、デキ
サメサゾン10-9M 2:+インシュリン10-7M、EGF10ng/ml 3:+ジメチルスルフオキシド2% 4:+ニコチン酸アミド10mM 5:+グルコサミノグリカン(コンドロイチン硫酸100
μg/ml) 6:+カツパーカラゲナン100μg/ml 第3図に示す様に一般に肝細胞培養で用いられる牛胎
児血清、インシユリン、EGFのみではコラーゲンゲル上
での肝細胞の長期にわたる機能維持は不可能でジメチル
スルフオキシドもしくはニコチン酸アミドの添加により
はじめて長期維持が可能であることが判明した。また、
グリコサミノグリカン又はカラゲナンの添加は機能の高
進に有効であつた。
(発明の効果) 実施例1及び実施例2で示した様にテロペプチドを取
り除いたタイプIコラーゲンのゲル上で、かつジメチル
スルフオキシドもしくはニコチン酸アミドを含む培養液
を用いて行う肝細胞の培養方法は従来の培養方法では不
可能であつた60日間以上の長期間にわたる高レベルで安
定した機能を保持した肝細胞の初代培養をはじめて可能
にするものであり、例えば肝炎ウイルスの増殖、肝細胞
を用いた血清蛋白質の生産等の長期培養が必要な分野で
効果的であると共に、細胞の機能が安定しているため毒
物試験等の短期間の培養を利用する分野でも有効な手段
を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一具体例の縦断面図で、図中番号1
は培養皿、2はコラーゲンゲル、3は培養液、4は肝細
胞をそれぞれ示す。 第2図及び第3図は、それぞれ実施例1及び実施例2で
測定したアルブミン分泌量の測定結果を示すグラフであ
る。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】テロペプチドを取り除いたタイプIコラー
    ゲンを主成分とする固定ゲル上で肝細胞を培養し、かつ
    ジメチルスルフオキシドもしくはニコチン酸アミドを含
    む培養液を用いることを特徴とする肝細胞培養方法。
  2. 【請求項2】固定ゲル中のコラーゲン濃度が0.1%以
    上、望ましくは0.2%以上である特許請求の範囲第
    (1)項記載の肝細胞培養方法。
  3. 【請求項3】培養液中のジメチルスルフオキシドの濃度
    が3%以下望ましくは1.5ないし2.5%である特許請求の
    範囲第(1)項又は第(2)項記載の肝細胞培養方法。
  4. 【請求項4】ニコチン酸アミドの濃度が、50mM以下、望
    ましくは5ないし20mMである特許請求の範囲第(1)項
    又は第(2)項記載の肝細胞培養方法。
  5. 【請求項5】ジメチルスルフオキシドもしくはニコチン
    酸アミド以外に、血清、インシユリン、上皮細胞増殖因
    子、ヒドロキシプロリン、グルココルチコイド、デキサ
    メサゾン、グリコサミノグリカンおよびカラゲナンから
    なる群の少なくとも一つの組成を培養液中に含むことを
    特徴とする特許請求の範囲第(1)項ないし第(4)項
    記載の肝細胞培養方法。
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