JP2987441B1 - 動物細胞の固定化方法 - Google Patents

動物細胞の固定化方法

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JP2987441B1 JP10280831A JP28083198A JP2987441B1 JP 2987441 B1 JP2987441 B1 JP 2987441B1 JP 10280831 A JP10280831 A JP 10280831A JP 28083198 A JP28083198 A JP 28083198A JP 2987441 B1 JP2987441 B1 JP 2987441B1
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浩稔 三好
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Abstract

【要約】 【課題】 高い固定化効率を有する動物細胞を得るため
の新たな固定化方法を提供する。 【解決手段】 微孔性の立体網状多孔質構造を有する粒
子状の担体と動物細胞が培地中に浮遊して存在している
所定の容器を、好ましくは100〜500G、さらに好
ましくは200〜400Gの遠心力を印加して遠心処理
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、動物細胞の固定化
方法に関し、さらに詳しくは、有用生理活性物質の生産
及び治療を目的とした擬似生体材料、並びにはハイブリ
ッド型人工臓器などに好適に使用することのできる動物
細胞の固定化方法に関する。
【0002】
【従来の技術】バイオリアクタやバイオ人工臓器などの
開発においては、目的とする細胞を装置内で高密度に培
養する必要がある。中でも、バイオ人工臓器の場合に
は、装置を小型化し、体外循環する血液(血漿)の量を
低減するために遊離肝細胞を高密度に培養することが必
要である。
【0003】臨床応用されるバイオ人工肝臓には、10
10個オーダの肝細胞が必要になるため、これらの細胞を
現実的な大きさの装置(数リットル)に組み込むために
は、肝細胞を107 個/cm3 程度の高密度に培養する
技術が不可欠となる。しかしながら、肝細胞は生体内で
は活発な増殖能を示すにもかかわらず、生体外ではほと
んど増殖しない。そのため、肝細胞を高密度で培養する
ためには、細胞播種時において予め高密度に培養してお
く必要がある。
【0004】この目的を達成すべく、本発明者らは、多
孔質のポリビニルホルマール(以下、略してPVFとい
う場合がある)樹脂を肝細胞の培養用担体とし、このP
VF樹脂に固定化した肝細胞を装置内に充填した充填層
型リアクタを用いることで、肝細胞を高密度に培養でき
ることを見出し、特開平5―76364号公報におい
て、かかる技術を開示している。具体的には、肝細胞懸
濁液をリアクタ上部から注入することにより、細胞を播
種することにより、固定化された肝細胞密度は、細胞播
種時に装置内に保持された肝細胞数に比例して増加し、
最高で1×107 個/cm3 ―PVF以上の高密度を達
成した。また、このとき固定化された細胞の活性は、通
常の肝細胞培養法である単層培養のものと同等であっ
た。したがって、本方法は、バイオ人工肝臓の開発に有
望であることが示唆された。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法においては、播種時にリアクタ内に保持された細胞数
に対する固定化細胞の比率、すなわち、固定化効率(=
固定化細胞数/保持細胞数)は、約30%と低い値であ
った。これは、ゲルによる包理やホローファイバを用い
た培養など、強制的に細胞を装置内に封じ込めるアクテ
ィブな固定化方法と比較して、上記方法のような細胞自
身の接着力を利用したバッシブな固定化方法は、固定化
効率がさほど高くないという本質的な欠点があることを
意味している。また、材料となる遊離肝細胞は豚などの
大動物からその都度摂取されるが、これらの遊離肝細胞
を有効に利用し、犠牲にする動物の数を減らすために
も、固定化効率の向上が望まれる。
【0006】本発明は、高い固定化効率を有する動物細
胞を得るための新たな固定化方法を提供することを目的
とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、微孔性の立体
網状多孔質構造を有する粒子状の担体に動物細胞を固定
化して動物細胞固定化物を得る動物細胞の固定化方法で
あって、前記粒子状の担体と前記動物細胞とが培地中に
浮遊して存在している所定の容器を遠心処理することを
特徴とする、動物細胞の固定化方法である。
【0008】本発明者は、固定化効率を向上させるべく
鋭意検討した結果、培養装置全体ではなく、微孔性の立
体網状多孔質構造を有する粒子状の担体と動物細胞とを
培地中に浮遊させた状態の所定の容器のみに遠心処理を
施すと、前記容器自体が小型であるためにこの容器に高
い遠心力を印加することができ、その結果、全く予期し
ないことに上記固定化効率を向上できることを見出し、
本発明をするに至ったものである。
【0009】これにより、ゲルによる包理やホローファ
イバを用いた培養などの、強制的に細胞を装置内に封じ
込めるアクティブな固定化方法などと比較しても、同等
の高い固定化効率を得ることができる。さらには、本発
明者らによる上記充填層型リアクタなどを用いた場合に
おいても、アクティブな固定化方法と同様の固定化効率
を得ることができる。
【0010】このように、培養器自体に高い遠心力を印
加して固定化効率が向上できる理由、高い遠心力によっ
て細胞が微孔性の担体の内部にまで入り込み、担体の内
部にまで有効に細胞が接着できるためだと考えられる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明を発明の実施の形態
に即して詳細に説明する。本発明の動物細胞の固定化方
法では、微孔性の立体網状多孔質構造を有する粒子状の
担体と動物細胞とが培地中に浮遊した状態の、所定の容
器のみに遠心処理を施す。これにより、前記容器に高い
遠心力を印加することができ、これによって本発明の目
的である固定化効率の向上を達成することができる。
【0012】前記所定の容器に印加する遠心力の下限
は、100Gであることが好ましく、さらには200G
であることが好ましい。これによって、きわめて高い固
定化効率を得ることができる。前記所定の容器に印加す
る遠心力の上限は特に限定されるものではないが、遠心
力が高すぎると細胞が傷害される恐れがある。これらの
点を考慮すれば、遠心力の上限は500Gである。ま
た、播種した細胞数が比較的高い場合において、固定化
効率をより向上させるためには、印加する遠心力の上限
は400Gであることが好ましい。また、本発明の方法
において使用する遠心処理装置としては、特に限定され
るものではなく、汎用の遠心処理機を用いることができ
る。さらに、前記所定の容器には、ポリカーボネートな
どのプラスチック容器を使用することができる。
【0013】さらに、本発明の方法においては、前記培
養器内に播種する細胞の数が、粒子状の担体1cm3
たり2×107 個以上であることが好ましく、さらに
は、4×107 個以上であることが好ましい。これによ
り、本発明の目的である固定化効率に加えて、固定化さ
れた細胞の密度をも向上させることができる。この播種
細微数の上限は特に限定されるものではないが、以下に
示す担体及び動物細胞、さらには培地を使用した場合、
一般には粒子状の担体1cm3 あたり1.0×108
である。
【0014】本発明の方法における微孔性の立体網状多
孔質構造を有する粒子状の担体としては、単位体積当た
りの表面積が広く、培養すべき細胞に対して毒性を示さ
ず、さらに、この細胞が前記担体中に保持されて外部に
流出せず、培地の流入及び流出がスムーズに行われると
ともに、前記担体内において細胞の付着及び生育が容易
なものであれば特に限定されるものではない。また、前
記担体は、水および培地中で変質せず、高圧蒸気滅菌に
耐え得るような性質を有し、さらに、弱酸やアルカリ及
び他の多くの有機溶媒に対して耐薬品性を示し、化学的
に安定な物が好ましい。これによって、高圧蒸気などに
より担体の滅菌を前記培養器中で行い、さらに、培養終
了後に担体を回収し、加熱処理及び弱酸またはアルカリ
などで処理することにより細胞を溶解離脱させた後に洗
浄して、前記担体を再使用することができる。
【0015】さらに、細胞を多量に培養するためには、
担体を多量に充填する必要があるため、物理的強度が高
く、比重が水よりもわずかに高いものが好ましい。具体
的には、ろ過材として市販されている立体網状連続多孔
質構造を有するポリビニルホルマール樹脂、高分子材料
を発泡又は多孔質化させたもの、ステンレススティール
製の燒結金属担体、多孔性のガラスやセラミックス、さ
らに、キトサン、セルロース、デキストランなどの天然
高分子物質などを使用することができる。
【0016】さらに、細胞を固定化する際の効率、細胞
の保持能、及び担体内の細胞の生育状態を考慮すると、
本発明の方法において使用する担体の立体網状多孔質構
造は、平均孔径が好ましくは1〜1000μm、さらに
好ましくは5〜600μmであって、空孔率が好ましく
は50〜98%、 さらに好ましくは75〜95%であ
る。
【0017】また、前記粒子状の担体の形状及び大きさ
は、使用する前記所定の容器の性状及び大きさに応じて
種々のものを使用することができる。例えば、前記担体
が球形であれば直径0.1〜20mmの大きさの担体
を、前記担体がブロック形のものであれば一辺が0.1
〜20mmの大きさの担体を使用することが好ましい。
【0018】本発明の方法で使用する動物細胞は、本発
明の方法において前記担体に固定化された後、培養して
生育可能なものであれば特に限定されるものではなく、
ヒト又は動物由来の肝細胞、膵ランゲルハンス島細胞、
血管内皮細胞、腎臓細胞、神経細胞、下垂体細胞、甲状
腺細胞、副甲状腺細胞、骨髄細胞、副腎皮質細胞、及び
マクロファージなどの動物遊離細胞や神代細胞などを例
示することができる。さらに、これらの細胞を株化した
ものや、遺伝子組換えや細胞融合などの操作により人為
的に変性させた細胞を用いることもできる。
【0019】また、培地としては、細胞の培養に使用す
る汎用のものを使用することができ、目的に応じて血清
を加えることもできる。なお、本発明の方法をハイブリ
ッド型人工臓器に適用する場合においては、上記培地の
他に、血液から分離した血漿や血液そのものを使用する
こともできる。
【0020】本発明の動物細胞の固定化方法は、粒子状
の担体と動物細胞とが培地中に浮遊している状態の所定
の容器に遠心処理を施すことができれば、特に限定され
るものではないが、好ましくは以下に示す手順によって
行う。
【0021】最初に、上記材料からなる微孔性の立体網
状多孔質構造を有する粒子状の担体を、前記所定の容器
に供給した後、好ましくは121〜150℃で20分間
以上高圧蒸気滅菌する。次いで、前記培地に上記材料の
動物細胞を懸濁させた後、この懸濁液を上記所定の容器
に注入する。この懸濁液の温度は4〜37℃であること
が好ましい。前記懸濁液の注入後、前記所定の容器を遠
心処理装置に設置し、遠心処理を実施する。遠心処理は
好ましくは上記遠心力を印加して1〜10分間行い、さ
らに好ましくは、この処理を1〜10回行う。
【0022】
【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に説明
する。 (1)細胞及び培地 動物細胞は、雄性Wistarラットからコラゲナーゼ灌流法
により得た肝細胞を使用した。培地は、培地養純水にウ
イリアムスE培地を11g、炭酸水素ナトリウムを2.2g
溶解したものに、デキサメサゾンを0.1 μм、インスリ
ンを0.1 μм、アプロチニンを5000KIU/L、ペ
ニシリンGを20000IU/L、ストレプトマイシン
を20mg/L、アンフォテシリンBを50μg/L加
えた基本培地に、牛胎児血清を10%添加したものを使
用した(以下、略して血清添加培地という)。
【0023】(2)固定化用担体 微孔性の立体網状多孔質構造を有する担体として、ポリ
ビニルホルマール樹脂シート(カネボウスポンジシー
ト、品名ベルイータ、品番A―3410:カネボウ化成
(株)製、)を使用し、2×2×2mmの粒子状に切断
した。100〜200個の前記粒子を、外径27mm、
高さ80mmのポリカーボネート製のキャップ付き遠心
用平底ボトルに入れた。ボトルは全体を121℃で20
分間高圧蒸気滅菌した後、血清添加培地で洗浄した。
【0024】(3−1)肝細胞の担体への固定化(実施
例1〜4) (2)のような操作によって粒子状の担体を含んだボト
ル内に、所定量の肝細胞を血清添加培地に懸濁して得た
肝細胞懸濁液を注入し、直ちに、前記ボトルを冷却遠心
機(Kokusan 製 H−500FR)に設置して遠心処理
を行った。遠心処理は、前記ボトルに300Gの遠心力
を印加して1分間行う処理を1回として、計6回行っ
た。遠心処理を行う前の播種細胞数、及び担体数( 粒子
数) に応じて、表1に示すような値の固定化効率及び固
定化細胞密度が得られた。
【0025】(3−2)肝細胞の担体への固定化(比較
例1〜4) 前記(3−1)の実施例に対し、遠心処理を行わなかっ
た以外は、前記同様にして肝細胞の担体への固定化を行
った。結果を表1に示す。
【0026】
【表1】
【0027】表1から明かなように、本発明の方法にし
たがって遠心処理を施して得た動物細胞の担体に対する
固定化効率は極めて高いことがわかる。また、播種細胞
数が上昇するにつれて、固定化細胞密度が上昇し、特
に、播種細胞数が担体1cm3 あたり4×107 個以上
の場合において、極めて高い固定化細胞密度を示すこと
がわかる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法によ
れば、高い固定化効率を有する固定化動物細胞を容易に
得ることができ、材料となる動物細胞の使用効率を高め
ることができる。その結果、動物細胞の原料となる豚な
ど各種動物の犠牲を最小限に押さえることができる。ま
た、本発明における遠心処理の前に、播種細胞数をある
一定値よりも高く設定することにより、固定化細胞密度
をも向上させることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C12N 1/00 - 5/28

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 微孔性の立体網状多孔質構造を有する粒
    子状の担体に動物細胞を固定化して動物細胞固定化物を
    得る動物細胞の固定化方法であって、前記粒子状の担体
    と前記動物細胞とが培地中に浮遊して存在している所定
    の容器を遠心処理することを特徴とする、動物細胞の固
    定化方法。
  2. 【請求項2】 前記遠心処理において、前記所定の容器
    に印加する遠心力が、100G〜500Gであることを
    特徴とする、請求項1に記載の動物細胞の固定化方法。
  3. 【請求項3】 前記遠心処理において、前記所定の容器
    に印加する遠心力が、200G〜400Gであることを
    特徴とする、請求項2に記載の動物細胞の固定化方法。
  4. 【請求項4】 前記遠心処理前の播種細胞数が、前記粒
    子状の担体1cm3 あたり2×107 個以上であること
    を特徴とする、請求項1〜3のいずれか一に記載の動物
    細胞の固定化方法。
  5. 【請求項5】 前記遠心処理前の播種細胞数が、前記粒
    子状の担体1cm3 あたり4×107 個以上であること
    を特徴とする、請求項4に記載の動物細胞の固定化方
    法。
  6. 【請求項6】 微孔性の立体網状多孔質構造を有する粒
    子状の担体に動物細胞を固定化してなる動物細胞固定化
    担体であって、前記粒子状の担体1cm当たりの播種
    細胞数を2×10個以上とし、前記動物細胞と前記粒
    子状の担体とが培地中に浮遊している所定の容器を10
    0G以上で遠心処理して得たことを特徴とする、動物細
    胞固定化担体。
  7. 【請求項7】 請求項6に記載の動物固定化担体を、所
    定の培養器に充填した後、この培養器に培地を供給しな
    がら、前記動物細胞を培養することを特徴とする、動物
    細胞固定化担体の使用方法。
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