JP4930544B2 - Method for producing carrier for cell culture - Google Patents

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Description

本発明は、細胞接着性領域と細胞非接着性領域とを兼ね備える細胞培養用担体の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a cell culture carrier having both a cell adhesive region and a cell non-adhesive region.

近年、基板上のあらかじめ定められた位置に細胞を配置する技術、すなわち、細胞マイクロパターニング技術が注目を集めている。これまで、細胞マイクロパターニング技術は細胞生物学の基礎研究に利用されてきたが、最近では組織工学や再生医療、バイオセンサーの構築、細胞イメージング支援ツールなどへの応用も検討され始めている。細胞マイクロパターンを得る典型的な方法は、マイクロコンタクトプリンティング法(特許文献1、非特許文献1)、フォトリソグラフィ法(特許文献2、非特許文献2)、レーザーアブレーション法(特許文献3、非特許文献3)などを利用して細胞培養用担体に細胞接着性領域と細胞非接着性領域を設ける、というものである。   In recent years, a technique for arranging cells at a predetermined position on a substrate, that is, a cell micropatterning technique has attracted attention. Until now, cell micropatterning technology has been used for basic research in cell biology, but recently, application to tissue engineering, regenerative medicine, biosensor construction, cell imaging support tools, etc. has begun to be examined. Typical methods for obtaining a cell micropattern include a microcontact printing method (Patent Document 1, Non-Patent Document 1), a photolithography method (Patent Document 2, Non-Patent Document 2), and a laser ablation method (Patent Document 3, Non-Patent Document 1). A cell-adhesive region and a cell non-adhesive region are provided on a cell culture carrier by using literature 3).

非特許文献4には、マイクロコンタクトプリンティング法を用いて、細胞接着性領域と細胞非接着性領域とを備えた細胞培養用担体を作製する方法が記載されている。非特許文献4では金基板またはSi/SiO基板の表面に官能基を導入し、該官能基を起点として、側鎖のカルボキシル基にオリゴエチレングリコールが導入されたメタクリル酸誘導体を原子移動ラジカル重合法により重合させた櫛形状のポリマーであるポリ(オリゴ(エチレングリコール)メタクリレート)を導入し、各側鎖のオリゴエチレングリコールの末端のヒドロキシル基にN,N’-ジスクシンイミジルカーボネート(DSC)を結合させて活性化する。こうして得られた基板に、ビオチン又はポリ−L−リジンを、微細パターンが形成されたスタンプを用いたマイクロコンタクトプリンティング法により接触させ、前記活性化されたヒドロキシル基に結合させる。最後に、基板上に残存する前記活性化されたヒドロキシル基にジグリコールアミンのアミノ基を結合させてブロッキングする。こうして、細胞接着性領域と細胞非接着性領域とを備えた細胞培養用担体が得られる。 Non-Patent Document 4 describes a method for producing a cell culture carrier having a cell adhesive region and a cell non-adhesive region using a microcontact printing method. In Non-Patent Document 4, a functional group is introduced onto the surface of a gold substrate or Si / SiO 2 substrate, and a methacrylic acid derivative in which oligoethylene glycol is introduced into a side chain carboxyl group from the functional group is used as an atom transfer radical weight. Poly (oligo (ethylene glycol) methacrylate), a comb-shaped polymer polymerized by a legal method, is introduced, and N, N'-disuccinimidyl carbonate (DSC) is added to the hydroxyl group at the end of oligoethylene glycol in each side chain. Is activated by binding. The substrate thus obtained is brought into contact with biotin or poly-L-lysine by a microcontact printing method using a stamp on which a fine pattern is formed, and bonded to the activated hydroxyl group. Finally, the amino group of diglycolamine is bonded to the activated hydroxyl group remaining on the substrate for blocking. In this way, a cell culture carrier having a cell adhesive region and a cell non-adhesive region is obtained.

特開2002−355031JP 2002-355031 A 特開2007−312736JP2007-312736 特開2003−033177JP2003-033177

Langmuir,19,1493−1499(2003)Langmuir, 19, 1493-1499 (2003). Langmuir,19,9855−9862(2003)Langmuir, 19, 9855-9862 (2003) Biomaterials,26,5395−5404(2005)Biomaterials, 26, 5395-5404 (2005) Biomacromolecules,8,3922−3929(2007)Biomacromolecules, 8, 3922-3929 (2007).

しかしながら、細胞接着性領域と細胞非接着性領域とを備える従来の細胞培養用担体は、細胞パターンの微細度や維持力、製造コストなどに問題があり、実用化が進んでいなかった。例えば、特許文献1では、微細な細胞パターンは構築可能であるが、細胞パターンの長期維持が困難であったり、高価な材料が必要であったりしていた。特許文献2では、製造コストが比較的低く、細胞パターンの長期維持も可能であるが、細胞パターンの微細度や細胞接着性領域の細胞親和性は不十分であった。特許文献3では、細胞パターンの長期維持は可能であるが、細胞接着性領域の細胞親和性は不十分であった。非特許文献4の方法では、メタクリル酸誘導体の重合のために原子移動ラジカル重合法を用いている。この重合法は従来のラジカル重合法と比較して重合条件や原料純度の制約が極めて厳しい。反応系中におけるわずかな酸素や不純物の存在が、原子移動ラジカル重合法における重合反応に大きな影響を与えるため反応の制御が困難である。従って、非特許文献4の方法は工業的な利用が困難であるという問題があった。また、この方法において基板として金基板を使用する場合には高コストとなるという問題もあった。   However, conventional carriers for cell culture provided with a cell adhesive region and a cell non-adhesive region have problems in terms of cell pattern fineness, maintenance power, production cost, etc., and have not been put into practical use. For example, in Patent Document 1, although a fine cell pattern can be constructed, it is difficult to maintain the cell pattern for a long period of time, or an expensive material is required. In Patent Document 2, although the manufacturing cost is relatively low and the cell pattern can be maintained for a long time, the fineness of the cell pattern and the cell affinity of the cell adhesion region are insufficient. In Patent Document 3, it is possible to maintain the cell pattern for a long period of time, but the cell affinity of the cell adhesion region is insufficient. In the method of Non-Patent Document 4, an atom transfer radical polymerization method is used for polymerization of a methacrylic acid derivative. This polymerization method has extremely severe restrictions on polymerization conditions and raw material purity as compared with conventional radical polymerization methods. The presence of a small amount of oxygen and impurities in the reaction system has a great influence on the polymerization reaction in the atom transfer radical polymerization method, and thus it is difficult to control the reaction. Therefore, the method of Non-Patent Document 4 has a problem that it is difficult to use industrially. Further, when a gold substrate is used as the substrate in this method, there is a problem that the cost is increased.

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、細胞接着性領域と細胞非接着性領域とを備え、細胞パターンを長期間安定に維持することが可能である細胞培養用担体の簡便な製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and includes a cell culture carrier that includes a cell adhesive region and a cell non-adhesive region and can stably maintain a cell pattern for a long period of time. An object of the present invention is to provide a simple manufacturing method.

本発明は、上記課題を解決するため以下の手段を採用した。   The present invention employs the following means in order to solve the above problems.

すなわち、本発明は、官能基を導入した支持体に親水性化合物を結合させ、前記親水性化合物を2段階の工程で活性化した後、マイクロコンタクトプリンティング法によって、活性カルボニル基と結合可能な官能基を有する細胞親和性物質を位置選択的に固定化することをその要旨とする。本発明は以下の発明群を包含する。   That is, in the present invention, a hydrophilic compound is bonded to a support into which a functional group has been introduced, the hydrophilic compound is activated in a two-step process, and then a functional group capable of binding to an active carbonyl group by a microcontact printing method. The gist is to immobilize a cytophilic substance having a group regioselectively. The present invention includes the following group of inventions.

(1)
細胞接着性領域と細胞非接着性領域とを含む表面を備える細胞培養用担体の製造方法であって、支持体の表面に官能基を導入する、官能基導入工程と、前記官能基と反応して共有結合を形成可能な結合性基とヒドロキシル基とを有する親水性化合物を、前記官能基に、前記官能基と前記結合性基との結合を介して結合させる、親水性化合物結合工程と、前記結合された親水性化合物上のヒドロキシル基に環状酸無水物を開環ハーフエステル化反応させることによりカルボキシル基を形成する、カルボキシル基形成工程と前記カルボキシル基形成工程において形成されたカルボキシル基を活性カルボニル基に変換する、活性化工程と、前記活性化工程において活性カルボニル基が形成された支持体表面のうちの一部の領域に、活性カルボニル基と反応して共有結合を形成可能な官能基を有する細胞親和性物質を接触させ、該一部の領域内の活性カルボニル基と該細胞親和性物質の官能基との反応により共有結合を形成させて、該一部の領域に該細胞親和性物質を固定化する、細胞親和性物質固定化工程と、前記細胞親和性物質固定化工程の後に、前記支持体表面に、活性カルボニル基と反応して共有結合を形成可能な官能基を有する低分子化合物を接触させ、該表面上に残存する活性カルボニル基と該低分子化合物の官能基との反応により共有結合を形成させて、該活性カルボニル基を、該低分子化合物を含む基に置換する、ブロッキング工程とを含むことを特徴とする、細胞培養用担体の製造方法。
(1)
A method for producing a carrier for cell culture comprising a surface comprising a cell adhesive region and a cell non-adhesive region, wherein a functional group is introduced into the surface of a support, and a reaction with the functional group is performed. A hydrophilic compound binding step of binding a hydrophilic compound having a binding group capable of forming a covalent bond and a hydroxyl group to the functional group via a bond between the functional group and the binding group; A carboxyl group is formed by a ring-opening half esterification reaction of a cyclic acid anhydride with a hydroxyl group on the bonded hydrophilic compound, and the carboxyl group formed in the carboxyl group forming step and the carboxyl group forming step is activated. An activation step for converting to a carbonyl group, and an active carbonyl group in a part of the support surface on which the active carbonyl group is formed in the activation step. A cytophilic substance having a functional group capable of forming a covalent bond by contact is brought into contact, and a covalent bond is formed by a reaction between an active carbonyl group in the partial region and a functional group of the cytophilic substance. The cell affinity substance is immobilized on the partial region, and after the cell affinity substance immobilization step and the cell affinity substance immobilization step, the surface of the support reacts with an active carbonyl group. A low molecular compound having a functional group capable of forming a covalent bond is contacted, and a covalent bond is formed by a reaction between the active carbonyl group remaining on the surface and the functional group of the low molecular compound, and the active carbonyl group is And a blocking step of substituting with a group containing the low molecular weight compound, and a method for producing a cell culture carrier.

(2)
前記細胞親和性物質固定化工程が、前記一部の領域に応じた形状の上面を有する凸部を備え、少なくとも該上面に前記細胞親和性物質が付着されたスタンプを用意し、前記凸部の上面を、活性カルボニル基が形成された支持体表面に当接させて、前記細胞親和性物質を前記一部の領域に接触させる工程を含む、(1)記載の方法。
(2)
The cytophilic substance immobilization step includes a convex portion having an upper surface having a shape corresponding to the partial region, and at least a stamp having the cytophilic substance attached to the upper surface is prepared. The method according to (1), comprising a step of bringing the upper surface into contact with the surface of the support on which an active carbonyl group is formed, and bringing the cytophilic substance into contact with the partial region.

(3)
前記支持体に導入される官能基がエポキシ基、アルデヒド基およびアミノ基からなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする(1)または(2)記載の方法。
(3)
The method according to (1) or (2), wherein the functional group introduced into the support is at least one selected from the group consisting of an epoxy group, an aldehyde group and an amino group.

(4)
前記官能基導入工程が、前記官能基を有するシランカップリング剤をゾル−ゲル法により支持体の表面に適用する工程を含む、(3)記載の方法。
(4)
The method according to (3), wherein the functional group introduction step includes a step of applying the silane coupling agent having the functional group to the surface of the support by a sol-gel method.

(5)
前記親水性化合物が、エチレングリコール、エチレングリコールの重合体、および、エチレングリコールとプロピレングリコールとの共重合体からなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の方法。
(5)
(1) to (4), wherein the hydrophilic compound is at least one selected from the group consisting of ethylene glycol, a polymer of ethylene glycol, and a copolymer of ethylene glycol and propylene glycol. The method in any one of.

(6)
(1)〜(5)のいずれかに記載の方法により製造された、細胞接着性領域と細胞非接着性領域とを含む表面を備える細胞培養用担体。
(6)
A carrier for cell culture, comprising a surface comprising a cell adhesive region and a cell non-adhesive region produced by the method according to any one of (1) to (5).

(7)
細胞接着性領域と細胞非接着性領域とを含む表面を備える細胞培養用担体であって、表面に官能基を有する支持体と、前記官能基と反応して共有結合を形成可能な結合性基とヒドロキシル基とを有する親水性化合物と、2つのカルボン酸基を有するカルボン酸化合物と、カルボン酸基と共有結合を形成可能な官能基を有する細胞親和性物質と、カルボン酸基と共有結合を形成可能な官能基を有する低分子化合物とにより形成された、(a)細胞接着性領域においては、前記支持体上の官能基と前記親水性化合物の結合性基との間に結合が形成されており、前記親水性化合物成分のヒドロキシル基と前記カルボン酸化合物の一方のカルボン酸基との間でエステル結合が形成されており、前記カルボン酸化合物の他方のカルボン酸基と前記細胞親和性物質の官能基との間で共有結合が形成されており、(b)細胞非接着性領域においては、前記支持体上の官能基と前記親水性化合物の結合性基との間に結合が形成されており、前記親水性化合物成分のヒドロキシル基と前記カルボン酸化合物の一方のカルボン酸基との間でエステル結合が形成されており、前記カルボン酸化合物の他方のカルボン酸基と前記低分子化合物の官能基との間で共有結合が形成されていることを特徴とする、細胞培養用担体。
(7)
A cell culture carrier comprising a surface comprising a cell adhesion region and a cell non-adhesion region, a support having a functional group on the surface, and a binding group capable of reacting with the functional group to form a covalent bond And a hydrophilic compound having a hydroxyl group, a carboxylic acid compound having two carboxylic acid groups, a cytophilic substance having a functional group capable of forming a covalent bond with the carboxylic acid group, and a covalent bond with the carboxylic acid group. In (a) the cell adhesion region formed by a low molecular compound having a functional group that can be formed, a bond is formed between the functional group on the support and the binding group of the hydrophilic compound. An ester bond is formed between the hydroxyl group of the hydrophilic compound component and one carboxylic acid group of the carboxylic acid compound, and the other carboxylic acid group of the carboxylic acid compound and the cell parent are formed. A covalent bond is formed between the functional group of the active substance and (b) in the cell non-adhesive region, a bond is formed between the functional group on the support and the binding group of the hydrophilic compound. An ester bond is formed between the hydroxyl group of the hydrophilic compound component and one carboxylic acid group of the carboxylic acid compound, and the other carboxylic acid group of the carboxylic acid compound and the low molecule A carrier for cell culture, wherein a covalent bond is formed with a functional group of the compound.

本発明の方法で製造された細胞培養用基板では、細胞非接着性領域が親水性ポリマーで高密度に覆われ、細胞非接着性領域の細胞接着阻害性が極めて高くなる。それと同時に、細胞接着性領域に細胞親和性物質が共有結合的に固定化されるので、細胞接着性領域の細胞親和性も極めて高くなる。これによって、細胞パターンを長期間安定に維持することが可能になる。   In the cell culture substrate produced by the method of the present invention, the cell non-adhesive region is covered with a hydrophilic polymer at a high density, and the cell adhesion inhibitory property of the cell non-adhesive region becomes extremely high. At the same time, since the cell affinity substance is covalently immobilized in the cell adhesion region, the cell affinity of the cell adhesion region is extremely high. This makes it possible to maintain the cell pattern stably for a long time.

本発明の方法は、従来技術と比較して各工程の操作が簡便であるという点で有利である。   The method of the present invention is advantageous in that the operation of each step is simple compared with the prior art.

図1は、本発明の細胞培養用担体の製造方法における各工程を模式的に説明する図である。FIG. 1 is a diagram schematically illustrating each step in the method for producing a cell culture carrier of the present invention. 図2は、マイクロコンタクトプリンティング法を用いて細胞親和性物質を位置選択的に固定化し、残りの領域を低分子化合物によりブロッキングする工程を模式的に説明する図である。FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a process of selectively immobilizing a cell affinity substance using a microcontact printing method and blocking the remaining region with a low molecular weight compound. 図3は、ガラス表面にエポキシ基を導入する工程を含む本発明の一実施形態を示す。FIG. 3 shows an embodiment of the present invention including the step of introducing epoxy groups on the glass surface. 図4は、ガラス表面にアルデヒド基を導入する工程を含む本発明の一実施形態を示す。FIG. 4 shows an embodiment of the present invention that includes the step of introducing aldehyde groups onto the glass surface. 図5は、実施例1で得られたライン状の細胞パターンの顕微鏡による観察像である。FIG. 5 is a microscope image of the line-shaped cell pattern obtained in Example 1. 図6は、実施例1で得られたドット状の細胞パターンの顕微鏡による観察像である。FIG. 6 is a microscope image of the dot-like cell pattern obtained in Example 1.

本発明の細胞培養用担体の製造方法における各工程を図1に模式的に示す。以下、各工程について詳述する。   Each process in the manufacturing method of the support | carrier for cell cultures of this invention is typically shown in FIG. Hereinafter, each process is explained in full detail.

(官能基導入工程)
本発明において「官能基導入工程」とは、支持体の表面に官能基を導入する工程である。
(Functional group introduction process)
In the present invention, the “functional group introduction step” is a step of introducing a functional group onto the surface of the support.

本発明の支持体は、水に対して安定な表面を提供できるものあれば特に限定されない。支持体を構成する具体的な材料としては、金属、金属酸化物、ガラス、石英、シリコン、セラミックなどの無機材料、エラストマー、プラスチック、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ABS樹脂、ナイロン、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、メチルペンテン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂などの合成高分子、キチン、キトサン、セルロースなどの天然高分子を挙げることができる。支持体の形状は特に限定されず、例えば、平板、平膜、フィルム、多孔質膜などの平坦な形状や、シリンダ、スタンプ、ウェル、マイクロ流路、微粒子などの立体的な形状でもよい。特に、本発明の産業上の利用可能性を考慮すると、ガラス、石英またはシリコンからなる支持体が望ましい。   The support of the present invention is not particularly limited as long as it can provide a stable surface against water. Specific materials constituting the support include inorganic materials such as metal, metal oxide, glass, quartz, silicon, and ceramic, elastomer, plastic, polyester resin, polyethylene resin, polypropylene resin, ABS resin, nylon, acrylic resin And synthetic polymers such as fluororesin, polycarbonate resin, polyurethane resin, methylpentene resin, phenol resin, melamine resin, epoxy resin and vinyl chloride resin, and natural polymers such as chitin, chitosan and cellulose. The shape of the support is not particularly limited, and may be, for example, a flat shape such as a flat plate, a flat membrane, a film, or a porous membrane, or a three-dimensional shape such as a cylinder, stamp, well, microchannel, or fine particle. In particular, considering the industrial applicability of the present invention, a support made of glass, quartz or silicon is desirable.

支持体の表面に導入される官能基は、後述する親水性化合物上の結合性基と共有結合することができるものであれば特に限定されない。ただし、支持体がガラス、石英またはシリコンの場合は、前記官能基は、汎用シランカップリング剤で容易に導入することのできるエポキシ基、アルデヒド基またはアミノ基であることが好ましく、エポキシ基又はアルデヒド基が特に好ましい。その他にも、N−ヒドロキシスクシンイミド基、ヒドロキシル基、イソシアネート基、マレイミド基、チオール基、カルボキシル基、カルボジイミド基などが考えられるが、これらに限定されない。   The functional group introduced into the surface of the support is not particularly limited as long as it can be covalently bonded to a binding group on the hydrophilic compound described later. However, when the support is glass, quartz, or silicon, the functional group is preferably an epoxy group, an aldehyde group, or an amino group that can be easily introduced with a general-purpose silane coupling agent. The group is particularly preferred. In addition, an N-hydroxysuccinimide group, a hydroxyl group, an isocyanate group, a maleimide group, a thiol group, a carboxyl group, a carbodiimide group, and the like are conceivable, but not limited thereto.

本発明に使用することができる汎用シランカップリング剤としては、エポキシ基、アルデヒド基またはアミノ基を有するシランカップリング剤が挙げられる。   General-purpose silane coupling agents that can be used in the present invention include silane coupling agents having an epoxy group, an aldehyde group, or an amino group.

エポキシ基を有するシランカップリング剤としては例えば次の一般式(I):

Figure 0004930544
(式中、
、R、Rは互いに独立にメチル、メトキシまたはエトキシを示し、ただしR、RおよびRのうち少なくとも1つはメトキシまたはエトキシであり、Eはエポキシ基を含有する基、例えば3−グリシドキシプロピル基または2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチル基である)で表されるものが使用できる。具体的には3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシ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、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルジメチルエトキシシラン、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、および2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシランが挙げられる。 Examples of the silane coupling agent having an epoxy group include the following general formula (I):
Figure 0004930544
(Where
R 1 , R 2 , R 3 independently of one another represent methyl, methoxy or ethoxy, provided that at least one of R 1 , R 2 and R 3 is methoxy or ethoxy, E is a group containing an epoxy group, For example, those represented by 3-glycidoxypropyl group or 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyl group) can be used. Specifically, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, 3-glycidoxy Examples include propyldimethylethoxysilane, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, and 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltriethoxysilane.

すなわち本官能基導入工程において導入されたエポキシ基は次の構造を有する。

Figure 0004930544
[式中、R11およびR12の一方は支持体とエポキシ環とを連結する連結基、例えば:
Figure 0004930544
(式中*はエポキシ基への結合を示し、R、R、Rは上記で定義したとおりである)であり、他方は水素または他の置換基、好ましくは水素であり、或いは、R11とR12とが一緒になって、連結基を介して支持体と連結された環、例えば
Figure 0004930544
(式中*はそれぞれエポキシ基への結合を示し、R、R、Rは上記で定義したとおりである)を形成している] That is, the epoxy group introduced in this functional group introduction step has the following structure.
Figure 0004930544
[Wherein one of R 11 and R 12 is a linking group for linking the support and the epoxy ring, for example:
Figure 0004930544
(Wherein * represents a bond to an epoxy group, R 1 , R 2 , R 3 are as defined above), the other is hydrogen or another substituent, preferably hydrogen, or R 11 and R 12 taken together to form a ring connected to the support through a linking group, for example
Figure 0004930544
(Wherein * represents a bond to an epoxy group, and R 1 , R 2 and R 3 are as defined above)]

アミノ基を有するシランカップリング剤としては例えば次の一般式(II):

Figure 0004930544
(式中、R、R、Rは上記で定義したとおりであり、Aはアミノ基を含有する基、例えば3−アミノプロピル基またはN−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピル基である)で表されるものが使用できる。具体的にはN−(2−アミノエチル)−3−アミノ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、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、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、3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、および3−アミノプロピルジメチルエトキシシランが挙げられる。 Examples of the silane coupling agent having an amino group include the following general formula (II):
Figure 0004930544
Wherein R 1 , R 2 and R 3 are as defined above, and A is a group containing an amino group, such as a 3-aminopropyl group or N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyl Can be used. Specifically, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-amino Examples include propyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropylmethyldimethoxysilane, 3-aminopropylmethyldiethoxysilane, and 3-aminopropyldimethylethoxysilane.

すなわち本官能基導入工程において導入されたアミノ基は次の構造を有する。

Figure 0004930544
[R13は支持体とアミノ基とを連結する連結基、例えば
Figure 0004930544
(式中*はアミノ基への結合を示し、R、R、Rは上記で定義したとおりである)である] That is, the amino group introduced in this functional group introduction step has the following structure.
Figure 0004930544
[R 13 is a linking group for linking the support and the amino group, for example,
Figure 0004930544
(Wherein * represents a bond to an amino group and R 1 , R 2 and R 3 are as defined above)]

支持体表面にアルデヒド基を導入する方法としては、アルデヒド基を有するシランカップリング剤を用いて直接導入する方法のほかに、支持体表面にエポキシ基またはアミノ基を導入した後、アルデヒド基を得る方法が挙げられる。   As a method for introducing an aldehyde group to the support surface, in addition to a method of directly introducing it using a silane coupling agent having an aldehyde group, an aldehyde group is obtained after introducing an epoxy group or an amino group to the support surface. A method is mentioned.

汎用シランカップリング剤等を用いて支持体表面にエポキシ基を導入した後、加水分解を行いジオールとし、次いで酸化開裂によりアルデヒド基に変換することができる。上記一般式(I)において基Eが3−グリシドキシプロピル基である場合のように、導入されたエポキシ基が非環構造中に存在する場合には、1つのエポキシ基から1つのアルデヒド基が発生する。   After introducing an epoxy group onto the support surface using a general-purpose silane coupling agent or the like, it can be hydrolyzed to give a diol, and then converted to an aldehyde group by oxidative cleavage. When the introduced epoxy group is present in the acyclic structure as in the case where the group E in the general formula (I) is a 3-glycidoxypropyl group, one aldehyde group from one epoxy group Will occur.

[スキーム1]

Figure 0004930544
[R11’は、R11およびR12について上記で定義した、支持体とエポキシ環とを連結する連結基であり、R12’は、R11またはR12について上記で定義した、水素または他の置換基である。] [Scheme 1]
Figure 0004930544
[R 11 ′ is a linking group connecting the support and the epoxy ring as defined above for R 11 and R 12 , and R 12 ′ is hydrogen or other as defined above for R 11 or R 12 Is a substituent. ]

上記一般式(I)において基Eが2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチル基である場合のように、導入されたエポキシ基が環構造中に形成されたものである場合、1つのエポキシ基から2つのアルデヒド基が発生する。   When the introduced epoxy group is formed in a ring structure, such as when the group E in the general formula (I) is a 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyl group, one epoxy Two aldehyde groups are generated from the group.

[スキーム2]

Figure 0004930544
[R11’’とR12’’とは一緒になって、R11およびR12について上記で定義した、連結基を介して支持体と連結された環を形成している。] [Scheme 2]
Figure 0004930544
[R 11 ″ and R 12 ″ together form a ring connected to the support via the linking group as defined above for R 11 and R 12 . ]

また、汎用シランカップリング剤等を用いて支持体表面にアミノ基を導入した後、導入されたアミノ基に2つのアルデヒド基を有する化合物(例えばグルタルアルデヒド)を反応させることによってもアルデヒド基を導入することができる。更に、必要に応じて水素化ホウ素ナトリウム(NaBH4)等の還元剤で炭素窒素二重結合(C=N)を還元することもできる。 In addition, after introducing an amino group to the support surface using a general-purpose silane coupling agent, etc., the aldehyde group is also introduced by reacting the introduced amino group with a compound having two aldehyde groups (for example, glutaraldehyde). can do. Furthermore, if necessary, the carbon nitrogen double bond (C = N) can be reduced with a reducing agent such as sodium borohydride (NaBH 4 ).

[スキーム3]

Figure 0004930544
[R13は上記で定義したとおりである] [Scheme 3]
Figure 0004930544
[R 13 is as defined above]

支持体表面への汎用シランカップリング剤の適用法としては、浸漬法、ゾル−ゲル法、気相堆積法、スプレー法、インテグラルブレンド法などが挙げられるがこれらに限定されない。本発明において最も望ましい方法はゾル−ゲル法である。ゾル−ゲル法によるシランカップリング剤の適用は、親水性化合物の結合量や対象物質の固定化量が増加するなどその後の工程に好適な結果をもたらす。ここで、ゾル−ゲル法とは金属アルコキシドを加水分解して得られるゾルを乾燥させて流動性を失ったゲルとし、このゲルを焼成することによって金属酸化物を得る方法をいう。ゾル−ゲル法においてゾル溶液の薄膜を基板表面に形成させる方法としてはスピンコーティング法とディップコーティング法がある。スピンコーティング法とは、基板上にゾル溶液を滴下し、基板を高速回転させることによってゾルを塗布する方法である。ディップコーティング法とは、ゾル溶液に基板を浸し、適当な速度で引き上げることによってゾルを塗布する方法である。ゾル−ゲル法によるシランカップリング剤の適用の典型的な手順を以下に記載する。まず、シランカップリング剤と弱酸性の水(pH2〜3)を適当な割合、例えば1:3(モル比)で混合し、15分〜24時間攪拌する。これをイソプロピルアルコール(IPA)で希釈し、0.1%〜1.0%のゾル溶液を調製する。これをスピンコーターを用いて基板表面に塗布する。回転数は500〜1500rpm、回転時間は1〜10秒の間で設定するとよい。乾燥後、80〜120℃のオーブンで15〜60分加熱する。最後に、純水中で超音波洗浄を実施する。   Examples of the application method of the general-purpose silane coupling agent to the support surface include, but are not limited to, an immersion method, a sol-gel method, a vapor deposition method, a spray method, and an integral blend method. The most desirable method in the present invention is the sol-gel method. Application of the silane coupling agent by the sol-gel method brings about a suitable result for subsequent processes such as an increase in the amount of hydrophilic compound bound and the amount of target substance immobilized. Here, the sol-gel method is a method in which a sol obtained by hydrolyzing a metal alkoxide is dried to obtain a gel that loses fluidity, and the gel is fired to obtain a metal oxide. As a method for forming a thin film of a sol solution on the substrate surface in the sol-gel method, there are a spin coating method and a dip coating method. The spin coating method is a method of applying a sol by dropping a sol solution onto a substrate and rotating the substrate at a high speed. The dip coating method is a method of applying a sol by immersing a substrate in a sol solution and pulling it up at an appropriate speed. A typical procedure for the application of a silane coupling agent by the sol-gel method is described below. First, a silane coupling agent and weakly acidic water (pH 2-3) are mixed at an appropriate ratio, for example, 1: 3 (molar ratio), and stirred for 15 minutes to 24 hours. This is diluted with isopropyl alcohol (IPA) to prepare a 0.1% to 1.0% sol solution. This is applied to the substrate surface using a spin coater. The number of rotations may be set to 500 to 1500 rpm, and the rotation time may be set to 1 to 10 seconds. After drying, it is heated in an oven at 80 to 120 ° C. for 15 to 60 minutes. Finally, ultrasonic cleaning is performed in pure water.

(親水性化合物結合工程)
本発明において「親水性化合物結合工程」とは、前記手順により支持体表面上に導入された官能基と反応して共有結合を形成可能な結合性基とヒドロキシル基とを有する親水性化合物を、前記官能基に、前記官能基と前記結合性基との結合を介して結合させる工程である。
(Hydrophilic compound binding step)
In the present invention, the “hydrophilic compound binding step” refers to a hydrophilic compound having a binding group and a hydroxyl group capable of forming a covalent bond by reacting with a functional group introduced onto the support surface by the above procedure. It is a step of bonding to the functional group via a bond between the functional group and the binding group.

本発明では支持体上の官能基に親水性化合物を直接結合させることから、非特許文献4に記載されている原子転移ラジカル重合法と比較して分子量の大きい親水性化合物を導入することができる。このため、本発明では、親水性化合物が、細胞親和性物質を固定化する領域(細胞接着性領域)では、支持体と細胞親和性物質との間に介在する親水性スペーサーとして良好に機能し、細胞親和性物質を固定化しない領域(細胞非接着性領域)では、タンパク質の非特異的吸着、および、細胞の接着を阻害する阻害物質として良好に機能する。ここで、親水性スペーサーとは、共有結合によって細胞親和性物質を支持体に繋ぎ留める機能を少なくとも有する水溶性の有機化学構造を意味する。鎖状構造を有する親水性化合物、とりわけ、後述するような、平均分子量が1000以上である鎖状構造を有する親水性化合物は、親水性スペーサー及び細胞の接着を阻害する物質の両方の機能が高いことから特に好ましい。当該鎖状の親水性化合物は、鎖状構造の一端に結合性基を有し、他端にヒドロキシル基を有するものであることが特に好ましい。支持体表面上に導入された官能基に結合可能な「結合性基」は、ヒドロキシル基であってもよいし、ヒドロキシル基とは異なる種類の官能基(例えばアミノ基、エポキシ基、アルデヒド基、カルボキシル基、N−ヒドロキシスクシンイミド基、イソシアネート基、マレイミド基、チオール基、カルボジイミド基など)であってもよいが、ヒドロキシル基であることがより好ましい。「結合性基」がヒドロキシル基である場合は、1分子の親水性化合物上には、結合性基として機能するためのヒドロキシル基と、後述する、環状酸無水物との開環ハーフエステル化反応に用いられるためのヒドロキシル基とがそれぞれ存在する(すなわちヒドロキシル基が2個存在する)こととなる。   In the present invention, since the hydrophilic compound is directly bonded to the functional group on the support, it is possible to introduce a hydrophilic compound having a large molecular weight as compared with the atom transfer radical polymerization method described in Non-Patent Document 4. . For this reason, in the present invention, the hydrophilic compound functions well as a hydrophilic spacer interposed between the support and the cytophilic substance in the area where the cytophilic substance is immobilized (cell adhesive area). In the region where the cell affinity substance is not immobilized (cell non-adhesive region), it functions well as an inhibitor that inhibits non-specific adsorption of proteins and cell adhesion. Here, the hydrophilic spacer means a water-soluble organic chemical structure having at least a function of tethering the cell affinity substance to the support by covalent bond. A hydrophilic compound having a chain structure, in particular, a hydrophilic compound having a chain structure with an average molecular weight of 1000 or more, as described later, has a high function as both a hydrophilic spacer and a substance that inhibits cell adhesion. This is particularly preferable. It is particularly preferable that the chain-like hydrophilic compound has a binding group at one end of the chain structure and a hydroxyl group at the other end. The “binding group” capable of binding to the functional group introduced on the support surface may be a hydroxyl group, or a different type of functional group (for example, an amino group, an epoxy group, an aldehyde group, A carboxyl group, an N-hydroxysuccinimide group, an isocyanate group, a maleimide group, a thiol group, a carbodiimide group, etc.), but more preferably a hydroxyl group. When the “bonding group” is a hydroxyl group, a ring-opening half-esterification reaction between a hydroxyl group for functioning as a bonding group and a cyclic acid anhydride described later on one molecule of a hydrophilic compound Each have a hydroxyl group to be used in (i.e., there are two hydroxyl groups).

製造コストの点を考慮すると、親水性化合物は両端に各1個のヒドロキシル基を有する鎖状の親水性化合物が好ましく、具体的には、エチレングリコール、エチレングリコールの重合体、ならびに、エチレングリコールとプロピレングリコールとの共重合体からなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、エチレングリコールの重合体が最も好ましい。エチレングリコールの重合体は、エチレングリコールが2分子以上重合したもの、例えば数平均分子量が1000以上のもの、であれば特に限定されないが、数平均分子量が10000以下のものが好ましく、4000以下のものが特に好ましい。エチレングリコールとプロピレングリコールとの共重合体は、ブロック共重合体であることが好ましく、なかでも、1単位以上のプロピレングリコール単位からなる(ポリ)プロピレングリコールブロックの両端にそれぞれ1単位以上のエチレングリコール単位からなる(ポリ)エチレングリコールブロックが共重合してなるブロック共重合体が好ましい。エチレングリコールとプロピレングリコールとの共重合体の数平均分子量は1000以上であれば特に限定されないが、数平均分子量が12000以下のものが好ましく、4000以下のものが特に好ましい。なお、本発明において「プロピレングリコール」とは1,2−プロパンジオールを指す。   Considering the production cost, the hydrophilic compound is preferably a chain-like hydrophilic compound having one hydroxyl group at each end, specifically, ethylene glycol, a polymer of ethylene glycol, and ethylene glycol At least one selected from the group consisting of copolymers with propylene glycol is preferred, and polymers of ethylene glycol are most preferred. The polymer of ethylene glycol is not particularly limited as long as it is a polymer in which two or more molecules of ethylene glycol are polymerized, for example, one having a number average molecular weight of 1,000 or more, but one having a number average molecular weight of 10,000 or less is preferred, and one having 4000 or less Is particularly preferred. The copolymer of ethylene glycol and propylene glycol is preferably a block copolymer, and in particular, at least one unit of ethylene glycol at each end of a (poly) propylene glycol block composed of one or more units of propylene glycol unit. A block copolymer obtained by copolymerizing a (poly) ethylene glycol block composed of units is preferred. The number average molecular weight of the copolymer of ethylene glycol and propylene glycol is not particularly limited as long as it is 1000 or more, but the number average molecular weight is preferably 12000 or less, and particularly preferably 4000 or less. In the present invention, “propylene glycol” refers to 1,2-propanediol.

親水性化合物結合反応の例1
支持体表面に導入されたエポキシ基に、2個のヒドロキシル基を有する親水性化合物を結合させる場合には、1つのエポキシ基に対し1つの親水性化合物が結合する。
Example 1 of hydrophilic compound binding reaction
When a hydrophilic compound having two hydroxyl groups is bonded to the epoxy group introduced on the support surface, one hydrophilic compound is bonded to one epoxy group.

[スキーム4]

Figure 0004930544
[R11およびR12は上記で定義したとおりである。ただし、R11およびR12の一方が、支持体とエポキシ環とを連結する連結基であり、他方が水素である場合には、本スキームにおいては、R11が支持体とエポキシ環とを連結する連結基であり、R12が水素となる割合が多い。] [Scheme 4]
Figure 0004930544
[R 11 and R 12 are as defined above. However, when one of R 11 and R 12 is a linking group that connects the support and the epoxy ring, and the other is hydrogen, in this scheme, R 11 connects the support and the epoxy ring. In many cases, R 12 is hydrogen. ]

HO−R14−OHは2個のヒドロキシル基を有する親水性化合物、例えば上記のエチレングリコール、エチレングリコールの重合体、または、エチレングリコールとプロピレングリコールとの共重合体を示す。R14は、例えば、上記のエチレングリコール、エチレングリコールの重合体、または、エチレングリコールとプロピレングリコールとの共重合体から両端のヒドロキシル基を除いた構造を示す。] HO—R 14 —OH represents a hydrophilic compound having two hydroxyl groups, for example, the above-mentioned ethylene glycol, a polymer of ethylene glycol, or a copolymer of ethylene glycol and propylene glycol. R 14 denotes for example, the above ethylene glycol, polymers of ethylene glycol, or a structure obtained by removing hydroxyl groups at both ends of a copolymer of ethylene glycol and propylene glycol. ]

親水性化合物結合反応の例2
支持体表面に導入されたアルデヒド基に、2個のヒドロキシル基を有する親水性化合物を結合させる場合には、1つのアルデヒド基に対し2つの親水性化合物が結合する。
Example 2 of hydrophilic compound binding reaction
When a hydrophilic compound having two hydroxyl groups is bonded to the aldehyde group introduced on the support surface, two hydrophilic compounds are bonded to one aldehyde group.

[スキーム5]

Figure 0004930544
[HO−R14−OHおよびR14は上記で定義したとおりである。R15は上記で定義したR11’、R11’’とR12’’とが一緒になって形成する基、或いは、
Figure 0004930544
(R13は上記で定義した通りであり、*はアルデヒド基への結合を示す)を示す。] [Scheme 5]
Figure 0004930544
[HO-R 14 -OH, and R 14 are as defined above. R 15 is a group formed by R 11 ′ , R 11 ″ and R 12 ″ as defined above, or
Figure 0004930544
(R 13 is as defined above, * indicates a bond to an aldehyde group). ]

(カルボキシル基形成工程)
本発明において「カルボキシル基形成工程」とは、前記親水性化合物結合工程により結合された親水性化合物上のヒドロキシル基(結合性基がヒドロキシル基である場合には、前記親水性化合物結合工程における反応に供されない方のヒドロキシル基を指す)に環状酸無水物を開環ハーフエステル化反応させることにより、環状酸無水物に由来するカルボキシル基を形成する工程である。
(Carboxyl group forming step)
In the present invention, the “carboxyl group forming step” means a hydroxyl group on the hydrophilic compound bonded by the hydrophilic compound bonding step (in the case where the bonding group is a hydroxyl group, the reaction in the hydrophilic compound bonding step). Is a step of forming a carboxyl group derived from the cyclic acid anhydride by subjecting the cyclic acid anhydride to a ring-opening half esterification reaction.

製造コストの点で、環状酸無水物は無水コハク酸または無水グルタル酸であることが望ましいが、これらに限定されない。環状酸無水物として無水コハク酸または無水グルタル酸を用いる場合の開環ハーフエステル化反応のスキームを以下に示す。   In terms of production cost, the cyclic acid anhydride is preferably succinic anhydride or glutaric anhydride, but is not limited thereto. A scheme of the ring-opening half esterification reaction when succinic anhydride or glutaric anhydride is used as the cyclic acid anhydride is shown below.

[スキーム6]

Figure 0004930544
(nは1または2を示す。R14は上記で定義したとおりである。) [Scheme 6]
Figure 0004930544
(N represents 1 or 2. R 14 is as defined above.)

なおスキーム4に沿って結合されたR14−OH基に本反応が適用される場合には、副次的に、スキーム4において発生するR11の結合炭素上のヒドロキシル基もまた開環ハーフエステル化反応を受ける。 In addition, when this reaction is applied to the R 14 —OH group bonded along Scheme 4, the hydroxyl group on the bonded carbon of R 11 generated in Scheme 4 is also a ring-opening half ester. Undergo chemical reaction.

開環ハーフエステル化反応に用いられる触媒としては本反応を促進するものであれば特に限定されないが、具体的にはトリエチルアミン、イソブチルエチルアミン、ピリジン、4−ジメチルアミノピリジンなどが挙げられ、トリエチルアミンまたは4−ジメチルアミノピリジンが好ましく、反応速度や収率の点で4−ジメチルアミノピリジンが最も好ましい。   The catalyst used in the ring-opening half esterification reaction is not particularly limited as long as it promotes this reaction, and specific examples include triethylamine, isobutylethylamine, pyridine, 4-dimethylaminopyridine, and the like. -Dimethylaminopyridine is preferable, and 4-dimethylaminopyridine is most preferable in view of reaction rate and yield.

開環ハーフエステル化反応は、上記触媒を添加したトルエン等の不活性有機溶媒中で行われることが好ましい。   The ring-opening half esterification reaction is preferably performed in an inert organic solvent such as toluene to which the above catalyst is added.

環状酸無水物として無水コハク酸、触媒として4−ジメチルアミノピリジンを用いた場合、無水コハク酸および4−ジメチルアミノピリジンの濃度はそれぞれ1〜50mM、反応温度は4〜100℃、反応時間は2分〜16時間の範囲で設定されるのが望ましい。ここで、各種反応条件(試薬濃度,反応温度,反応時間)を調節することによって、前記親水性化合物へのカルボキシル基の導入率を制御することができる。すなわち、試薬濃度や反応温度を低く、あるいは反応時間を短く設定すると、活性化工程で形成される活性カルボニル基の表面密度が低くなり、逆に高く、あるいは長く設定すると、活性カルボニル基の表面密度は高くなる。活性カルボニル基の表面密度は固定化する細胞親和性物質の種類によって適宜調節するのが望ましい。例えば、ペプチドや炭化水素などの低分子化合物の場合は活性カルボニル基の表面密度はなるべく高い方がよく、逆にタンパク質などの高分子の場合は高すぎない方がよい。   When succinic anhydride was used as the cyclic acid anhydride and 4-dimethylaminopyridine was used as the catalyst, the concentrations of succinic anhydride and 4-dimethylaminopyridine were 1 to 50 mM, the reaction temperature was 4 to 100 ° C., and the reaction time was 2 It is desirable to set in the range of minutes to 16 hours. Here, by adjusting various reaction conditions (reagent concentration, reaction temperature, reaction time), the rate of introduction of carboxyl groups into the hydrophilic compound can be controlled. That is, if the reagent concentration or reaction temperature is set low or the reaction time is set short, the surface density of the active carbonyl group formed in the activation step decreases, and conversely if set high or long, the surface density of the active carbonyl group increases. Becomes higher. It is desirable that the surface density of the active carbonyl group is appropriately adjusted according to the type of cytophilic substance to be immobilized. For example, in the case of low molecular weight compounds such as peptides and hydrocarbons, the surface density of the active carbonyl group is preferably as high as possible, and conversely, in the case of polymers such as proteins, it is better not to be too high.

(活性化工程)
本発明において「活性化工程」とは、前記カルボキシル基形成工程において形成されたカルボキシル基を活性カルボニル基に変換する工程である。
(Activation process)
In the present invention, the “activation step” is a step of converting the carboxyl group formed in the carboxyl group formation step into an active carbonyl group.

活性カルボニル基は、前記親水性化合物と細胞親和性物質とを共有結合によって結びつけるための官能基である。ここで、活性カルボニル基とはR−C(=O)−Xという化学構造を意味する。Xには、ハロゲンやN−ヒドロキシスクシンイミド基またはその誘導体、1−ヒドロキシベンゾトリアゾール基またはその誘導体、ペンタフルオロフェニル基、パラニトロフェニル基などの脱離性基が該当するが、これらに限定されない。活性カルボニル基としては、反応性、安全性および製造コストの点で、N−ヒドロキシスクシンイミドエステル基が望ましい。前記カルボキシル基のN−ヒドロキシスクシンイミドエステル基への変換は、前記カルボキシル基にN−ヒドロキシスクシンイミドとカルボジイミドを同時に反応させることによって達成される。ここで、カルボジイミドとは−N=C=N−の化学構造を有する有機化合物を意味し、例えば、ジシクロヘキシルカルボジイミド、ジイソプロピルカルボジイミド、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩などが考えられるが、これらに限定されない。N−ヒドロキシスクシンイミドおよびカルボジイミドの濃度は1〜100mM、反応温度は4〜100℃、反応時間は2分〜16時間の範囲で設定されるのが望ましい。反応溶媒としてはN,N’−ジメチルホルムアミド(DMF)やトルエンなどを使用することができる。   The active carbonyl group is a functional group for binding the hydrophilic compound and the cell affinity substance by a covalent bond. Here, the active carbonyl group means a chemical structure of R—C (═O) —X. X represents a leaving group such as halogen, N-hydroxysuccinimide group or derivatives thereof, 1-hydroxybenzotriazole group or derivatives thereof, pentafluorophenyl group, paranitrophenyl group, but is not limited thereto. The active carbonyl group is preferably an N-hydroxysuccinimide ester group in terms of reactivity, safety, and production cost. Conversion of the carboxyl group to an N-hydroxysuccinimide ester group is achieved by reacting the carboxyl group with N-hydroxysuccinimide and carbodiimide simultaneously. Here, carbodiimide means an organic compound having a chemical structure of -N = C = N-, for example, dicyclohexylcarbodiimide, diisopropylcarbodiimide, 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride, etc. Although considered, it is not limited to these. The concentration of N-hydroxysuccinimide and carbodiimide is preferably set in the range of 1 to 100 mM, the reaction temperature is 4 to 100 ° C., and the reaction time is in the range of 2 minutes to 16 hours. As the reaction solvent, N, N'-dimethylformamide (DMF), toluene or the like can be used.

(細胞親和性物質固定化工程)
本発明において「細胞親和性物質固定化工程」とは、活性化工程において活性カルボニル基が形成された支持体表面のうちの一部の領域に、活性カルボニル基と反応して共有結合を形成可能な官能基を有する細胞親和性物質を接触させ、該一部の領域内の活性カルボニル基と該細胞親和性物質の官能基との反応により共有結合を形成させて、該一部の領域に該細胞親和性物質を固定化する工程である。この工程において選択的に細胞親和性物質が固定化された領域が、細胞培養用担体における細胞接着性領域を構成する。
(Cell affinity substance immobilization process)
In the present invention, the “cytophilic substance immobilization step” means that a covalent bond can be formed by reacting with an active carbonyl group in a part of the support surface on which an active carbonyl group is formed in the activation step. A cytophilic substance having a different functional group is contacted, and a covalent bond is formed by a reaction between the active carbonyl group in the partial area and the functional group of the cytophilic substance, and the partial area has the This is a step of immobilizing a cell affinity substance. In this step, the region where the cell affinity substance is selectively immobilized constitutes the cell adhesion region in the cell culture carrier.

細胞親和性物質は、活性カルボニル基と反応して共有結合を形成可能な官能基を有し、なおかつ細胞に対して直接的あるいは間接的に親和性をもつ物質であれば特に限定されない。ここで、「間接的に」とは、活性カルボニル基と反応して共有結合を形成した物質が細胞と直接相互作用するのではなく、前記物質に細胞と直接相互作用する物質が物理化学的または生物学的に結合することによって、前記物質が細胞親和性を獲得する場合を指す。具体的には、ゼラチン、コラーゲン、ラミニン、マトリゲルTM、フィブロネクチン、ポリ−L−リシン、ポリエチレンイミン、抗体、抗原、増殖因子、ホルモン、サイトカイン、ペプチド、炭化水素などが挙げられる。これらの細胞親和性物質は細胞の種類によって適宜選択されることが望ましい。例えば、血管内被細胞の培養では、ゼラチン、コラーゲン、マトリゲルTM、フィブロネクチンが、上皮細胞の培養では、ラミニン、マトリゲルTMが、神経細胞の培養では、ポリ−L−リシン、ポリエチレンイミン、ラミニン、マトリゲルTMが、繊維芽細胞の培養では、フィブロネクチン、ポリ−L−リシン、ポリエチレンイミンなどが適している。なお、固定化しようとする細胞親和性物質に、アミノ基等の、活性カルボニル基と反応して共有結合を形成可能な官能基が存在しない場合であっても、これらの物質にアミノ基等を人為的に導入することにより固定化に供することができる。 The cell affinity substance is not particularly limited as long as it has a functional group capable of reacting with an active carbonyl group to form a covalent bond, and has a direct or indirect affinity for cells. Here, “indirectly” means that a substance that reacts with an active carbonyl group to form a covalent bond does not directly interact with the cell, but the substance that directly interacts with the cell is physicochemical or This refers to the case where the substance acquires cell affinity by biological binding. Specific examples include gelatin, collagen, laminin, Matrigel , fibronectin, poly-L-lysine, polyethyleneimine, antibody, antigen, growth factor, hormone, cytokine, peptide, hydrocarbon and the like. It is desirable that these cytophilic substances are appropriately selected depending on the cell type. For example, gelatin, collagen, Matrigel , fibronectin are used for culturing endovascular cells, laminin, Matrigel are used for culturing epithelial cells, and poly-L-lysine, polyethyleneimine, laminin, Matrigel are used for culturing neurons. For fibroblast culture, TM is suitable for fibronectin, poly-L-lysine, polyethyleneimine and the like. Even if the cell affinity substance to be immobilized has no functional group capable of reacting with an active carbonyl group to form a covalent bond, such as an amino group, an amino group or the like is added to these substances. It can be used for immobilization by artificial introduction.

細胞親和性物質上の「活性カルボニル基と反応して共有結合を形成可能な官能基」としては、アミノ基、チオール基、ヒドロキシル基、カルボキシル基等が挙げられる。   Examples of the “functional group capable of reacting with an active carbonyl group to form a covalent bond” on the cell affinity substance include an amino group, a thiol group, a hydroxyl group, and a carboxyl group.

活性カルボニル基と細胞親和性物質とを活性カルボニル基が形成された表面の一部の領域のみに位置選択的に接触させる方法としては、接触させようとする領域に応じた形状の上面を有する凸部を備え、少なくとも該上面に(典型的にはスタンプの全表面、又は凸部が形成された側の表面全体)細胞親和性物質が付着されたスタンプを用意し、前記凸部の上面を、活性カルボニル基が形成された支持体表面に当接させて、細胞親和性物質を前記領域に接触させ転写させる方法が好ましい。この方法は、マイクロコンタクトプリンティング(μCP)法として知られており、特に細胞マイクロパターニングへの適用例が多い。スタンプの凸部の上面は担体表面と接触するが、凹部は接触しないため、細胞親和性物質を位置選択的に固定化することができる。μCP法に用いられる、所望の凹凸パターンを備えるスタンプは、ポリジメチルシロキサン(PDMS)により形成されることが通常である。μCP法以外の他の接触方法としては、インクジェットプリンティング法などが挙げられる。   As a method of bringing the active carbonyl group and the cytophilic substance into position selective contact with only a partial region of the surface where the active carbonyl group is formed, a convex having an upper surface having a shape corresponding to the region to be contacted can be used. Prepared at least on the upper surface (typically, the entire surface of the stamp, or the entire surface on the side where the convex portion is formed), and the upper surface of the convex portion, A method in which a cytophilic substance is brought into contact with the region and transferred is brought into contact with the support surface on which an active carbonyl group is formed. This method is known as a microcontact printing (μCP) method, and has many applications especially to cell micropatterning. The upper surface of the convex portion of the stamp is in contact with the surface of the carrier, but the concave portion is not in contact, so that the cytophilic substance can be immobilized position-selectively. A stamp having a desired uneven pattern used in the μCP method is usually formed of polydimethylsiloxane (PDMS). Examples of contact methods other than the μCP method include an inkjet printing method.

μCP法を用いることにより、幅が1μm程度の非常に微細な細胞接着性領域のパターンを形成することが可能であり、特に、5μm程度以上の幅を有するパターンであれば、再現性良く作成することができる。   By using the μCP method, it is possible to form a very fine cell-adhesive region pattern with a width of about 1 μm. In particular, a pattern having a width of about 5 μm or more is created with good reproducibility. be able to.

本発明におけるμCP法の典型的な適用方法を、図2を参照して説明する。まず、公知の方法で製造された所望の凹凸パターンを備えるPDMSスタンプを作製する(図2(a))。このスタンプを細胞親和性物質の溶液、例えば、ゼラチンのPBS溶液に浸漬し、5分以上放置する(図2(b))。ゼラチンの濃度は1〜5mg/mlに設定するとよい。これによってPDMSスタンプにゼラチン分子が吸着する。このスタンプを蒸留水で軽くすすぎ、窒素ブローで乾燥させる。このゼラチン分子が吸着したスタンプの凹凸パターン側の面を、活性化した担体表面(図1及び図2では「物質固体化用担体」と称する)の活性カルボニル側の面と接触させる(図2(c)及び(d))。その状態で10分以上放置した後、スタンプを担体表面から注意深く引き離す(図2(e))。以上の操作によって、ゼラチン分子がスタンプ表面から担体表面へ転写される。このとき、ゼラチンと担体表面の活性カルボニル基との間に共有結合が形成される。   A typical application method of the μCP method in the present invention will be described with reference to FIG. First, a PDMS stamp having a desired concavo-convex pattern manufactured by a known method is manufactured (FIG. 2A). This stamp is immersed in a solution of a cytophilic substance, for example, a PBS solution of gelatin, and left for 5 minutes or longer (FIG. 2 (b)). The gelatin concentration is preferably set to 1 to 5 mg / ml. As a result, gelatin molecules are adsorbed on the PDMS stamp. Rinse the stamp lightly with distilled water and dry with nitrogen blow. The surface of the stamp on which the gelatin molecules are adsorbed is brought into contact with the surface of the activated carbonyl side of the activated carrier surface (referred to as “substance solidifying carrier” in FIGS. 1 and 2) (FIG. 2 ( c) and (d)). After leaving in that state for 10 minutes or more, the stamp is carefully pulled away from the surface of the carrier (FIG. 2 (e)). By the above operation, gelatin molecules are transferred from the stamp surface to the carrier surface. At this time, a covalent bond is formed between the gelatin and the active carbonyl group on the surface of the carrier.

(ブロッキング工程)
本発明において「ブロッキング工程」とは、細胞親和性物質固定化工程を行った後に、支持体表面に、活性カルボニル基と反応して共有結合を形成可能な官能基を有する低分子化合物を接触させ、該表面上に残存する活性カルボニル基と該低分子化合物の官能基との反応により共有結合を形成させて、残存する活性カルボニル基を、該低分子化合物を含む基(通常は、該低分子化合物が結合したカルボニル基)に置換する工程である。本発明の工程では、担体表面のうち、細胞親和性物質が固定化されていない領域に残存する活性カルボニル基が低分子化合物を含む基に置換され、細胞非接着性領域が形成される。
(Blocking process)
In the present invention, the “blocking step” refers to contacting the low molecular weight compound having a functional group capable of reacting with an active carbonyl group to form a covalent bond after the cell affinity substance immobilization step. A covalent bond is formed by a reaction between the active carbonyl group remaining on the surface and the functional group of the low molecular compound, and the remaining active carbonyl group is converted into a group containing the low molecular compound (usually the low molecular compound A carbonyl group to which a compound is bonded). In the process of the present invention, the active carbonyl group remaining in the region where the cell affinity substance is not immobilized on the surface of the carrier is replaced with a group containing a low molecular compound, thereby forming a cell non-adhesive region.

低分子化合物上の「活性カルボニル基と反応して共有結合を形成可能な官能基」としては、アミノ基、チオール基、ヒドロキシル基、カルボキシル基等が挙げられる。   Examples of the “functional group capable of reacting with an active carbonyl group to form a covalent bond” on the low molecular compound include an amino group, a thiol group, a hydroxyl group, and a carboxyl group.

ブロッキング剤(低分子化合物)としては、活性カルボニル基と反応して共有結合を形成可能な官能基を有する低分子化合物であれば特に限定されないが、「活性カルボニル基と反応して共有結合を形成可能な官能基」以外に親水性基(特に、水中で電気的に中性である親水性基)を更に有する低分子化合物を使用することが好ましい。そのようなブロッキング剤を用いると、細胞非接着性領域の親水性がより一層高まるため、生体関連物質の非特異的吸着を阻害する作用が更に高まるからである。水中において電気的に中性である親水性基としては、水酸基、チオール基、シアノ基、アルデヒド基等が挙げられる。   The blocking agent (low molecular weight compound) is not particularly limited as long as it is a low molecular weight compound having a functional group capable of forming a covalent bond by reacting with an active carbonyl group, but “reacting with an active carbonyl group to form a covalent bond. It is preferable to use a low molecular compound further having a hydrophilic group (in particular, a hydrophilic group that is electrically neutral in water) in addition to “possible functional group”. This is because, when such a blocking agent is used, the hydrophilicity of the cell non-adhesive region is further increased, and thus the action of inhibiting nonspecific adsorption of the biological substance is further enhanced. Examples of the hydrophilic group that is electrically neutral in water include a hydroxyl group, a thiol group, a cyano group, and an aldehyde group.

本発明において用いられる「低分子化合物」としては、炭素数が6以下、より好ましくは4以下である炭化水素化合物の一部の水素が前記官能基(及び必要に応じて更に前記親水性基)により置換された化合物が好ましく、特に好ましいものとしては、具体的には、エタノールアミン、トリスヒドロキシメチルアミノメタン、ジグリコールアミン(IUPAC名:2−(2−アミノエトキシ)エタノール)が挙げられ、ジグリコールアミンが最も好ましい。   As the “low molecular compound” used in the present invention, a part of hydrogen of the hydrocarbon compound having 6 or less carbon atoms, more preferably 4 or less is the functional group (and the hydrophilic group if necessary). The compound substituted by is preferable, and specific examples include ethanolamine, trishydroxymethylaminomethane, and diglycolamine (IUPAC name: 2- (2-aminoethoxy) ethanol). Glycolamine is most preferred.

これらの低分子化合物はPBSなどの緩衝液に10〜50mMとなるように溶解し、ここに所望の細胞親和性物質を固定化した担体を浸漬する(図2(f))。反応温度は4〜37℃、反応時間は1分〜1時間の範囲で設定するとよい。これによって、細胞親和性物質が固定化されていない領域(細胞非接着性領域)への細胞接着をほぼ完全に防ぐことができる(図2(g)及び(h))。   These low molecular weight compounds are dissolved in a buffer solution such as PBS so as to have a concentration of 10 to 50 mM, and a carrier on which a desired cytophilic substance is immobilized is immersed therein (FIG. 2 (f)). The reaction temperature may be set in the range of 4 to 37 ° C. and the reaction time in the range of 1 minute to 1 hour. As a result, cell adhesion to a region where the cell affinity substance is not immobilized (cell non-adhesive region) can be almost completely prevented (FIGS. 2 (g) and (h)).

以下、具体的な実施例を用いて本発明を説明する。   Hereinafter, the present invention will be described using specific examples.

実施例1
本実施例は、図3に示す実施形態の例であって、ガラス表面にエポキシ基を導入する工程、前記エポキシ基にポリエチレングリコール(PEG)を結合させる工程、前記PEGの自由末端に存在するヒドロキシル基に無水コハク酸(SuA)を反応させ、カルボキシル基を形成する工程、前記カルボキシル基を活性エステル基に変換する工程、前記活性エステル基にゼラチンをμCP法によって位置選択的に固定化する工程、未反応の活性エステル基をジグリコールアミン(DGA)でブロッキングする工程、からなる。以下、具体的な手順を説明する。
Example 1
This example is an example of the embodiment shown in FIG. 3, which is a step of introducing an epoxy group on the glass surface, a step of bonding polyethylene glycol (PEG) to the epoxy group, and a hydroxyl existing at the free end of the PEG. A step of reacting succinic anhydride (SuA) with a group to form a carboxyl group, a step of converting the carboxyl group into an active ester group, a step of regioselectively fixing gelatin to the active ester group by μCP method, And blocking an unreacted active ester group with diglycolamine (DGA). A specific procedure will be described below.

2205μlの3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(GPTS、GE東芝シリコーン)と480μlの希塩酸(pH2.4)を混合し、1時間攪拌した。これをイソプロピルアルコール(IPA)で希釈し、0.5%のゾル溶液を調製した。これをスピンコーティングによってUV洗浄済みのガラス基板(100mm×100mm)に塗布した。乾燥後、基板を100℃のオーブンで15分間加熱した。この基板上に、触媒量の濃硫酸を含んだPEG4000(関東化学)を滴下し、80℃で1時間加熱した。反応後、基板をよく水洗し、窒素ブローで乾燥させた。次に、50mgの無水コハク酸(SuA、関東化学)と60mgの4−ジメチルアミノピリジン(DMAP、和光純薬)を43.5gのトルエン(関東化学)に加熱溶解し、ここに前記基板を浸漬した。80℃で1時間加熱した後、基板をエタノールと純水で洗浄し、窒素ブローで乾燥させた。次に、58mgのN−ヒドロキシスクシンイミド(NHS、和光純薬)と78μlのN,N’−ジイソプロピルカルボジイミド(DIC、和光純薬)を43.5gのトルエンに加熱溶解し、ここに基板を浸漬した。80℃で1時間加熱した後、基板をエタノールと純水で洗浄し、窒素ブローで乾燥させた。基板を25mm×10mmの大きさに切断した後、μCP法によって基板表面にゼラチン(シグマ・アルドリッチ)を位置選択的に固定化した。   2205 μl of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPTS, GE Toshiba Silicone) and 480 μl of diluted hydrochloric acid (pH 2.4) were mixed and stirred for 1 hour. This was diluted with isopropyl alcohol (IPA) to prepare a 0.5% sol solution. This was applied to a glass substrate (100 mm × 100 mm) that had been UV-cleaned by spin coating. After drying, the substrate was heated in an oven at 100 ° C. for 15 minutes. On this substrate, PEG4000 (Kanto Chemical) containing a catalytic amount of concentrated sulfuric acid was dropped and heated at 80 ° C. for 1 hour. After the reaction, the substrate was thoroughly washed with water and dried by nitrogen blowing. Next, 50 mg of succinic anhydride (SuA, Kanto Chemical) and 60 mg of 4-dimethylaminopyridine (DMAP, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) are heated and dissolved in 43.5 g of toluene (Kanto Chemical), and the substrate is immersed therein. did. After heating at 80 ° C. for 1 hour, the substrate was washed with ethanol and pure water and dried by nitrogen blowing. Next, 58 mg of N-hydroxysuccinimide (NHS, Wako Pure Chemical Industries) and 78 μl of N, N′-diisopropylcarbodiimide (DIC, Wako Pure Chemical Industries) were heated and dissolved in 43.5 g of toluene, and the substrate was immersed therein. . After heating at 80 ° C. for 1 hour, the substrate was washed with ethanol and pure water and dried by nitrogen blowing. After the substrate was cut into a size of 25 mm × 10 mm, gelatin (Sigma-Aldrich) was regioselectively immobilized on the substrate surface by the μCP method.

ここで、ポリジメチルシロキサン(PDMS)スタンプの鋳型は以下のように作製した。まず、ガラス基板(10cm角)にネガ型フォトレジスト、SU−8 2002(化薬マイクロケム)をスピンコートした後、基板を95℃で1分間加熱した。レジスト塗布面を、幅60μmの開口ラインが200μmピッチで形成されたストライプパターンを有する5インチサイズのフォトマスクと接触させ、フォトマスク側から水銀ランプを3秒間照射した。水銀ランプの照度は365nmの波長において20mW/cmであった。露光後、基板を95℃で1分間加熱した。最後に、露光パターンをプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(純正化学)で現像した。こうして得られた鋳型は、幅140μm、深さ約3μmの凹部が200μmピッチで形成されたストライプパターンを有していた。PDMSスタンプは、SYLPOT184(東レ・ダウコーニング)を上記の鋳型に塗布し、150℃のオーブンで15分間加熱した後、重合したPDMSを鋳型から丁寧に引き剥がすことによって得た。このPDMSスタンプは、幅140μm、高さ約3μmの凸部が200μmピッチで形成されたストライプパターンを有していた。このスタンプを1mg/mlのゼラチンを含むPBS溶液に浸漬し、5分間放置した後、蒸留水で軽くすすぎ、窒素ブローで乾燥させた。このゼラチン分子が吸着したスタンプの凹凸パターン側の面を、活性化した担体表面の活性カルボニル側の面と接触させた。その状態で10分間放置した後、スタンプを担体表面から注意深く引き離した。こうして得られた、ゼラチンが固定化された基板を、直ちにDGAのPBS溶液に浸漬し、ブロッキング処理を行った。ブロッキング処理におけるDGAの濃度は50mM、反応温度は室温、反応時間は5分とした。 Here, a template for a polydimethylsiloxane (PDMS) stamp was produced as follows. First, a negative photoresist, SU-8 2002 (Kayaku Microchem) was spin-coated on a glass substrate (10 cm square), and then the substrate was heated at 95 ° C. for 1 minute. The resist-coated surface was brought into contact with a 5-inch photomask having a stripe pattern in which opening lines with a width of 60 μm were formed at a pitch of 200 μm, and a mercury lamp was irradiated for 3 seconds from the photomask side. The illuminance of the mercury lamp was 20 mW / cm 2 at a wavelength of 365 nm. After exposure, the substrate was heated at 95 ° C. for 1 minute. Finally, the exposure pattern was developed with propylene glycol monomethyl ether acetate (Pure Chemical). The mold thus obtained had a stripe pattern in which recesses having a width of 140 μm and a depth of about 3 μm were formed at a pitch of 200 μm. The PDMS stamp was obtained by applying SYLPOT184 (Toray Dow Corning) to the above mold, heating it in an oven at 150 ° C. for 15 minutes, and then carefully peeling the polymerized PDMS from the mold. This PDMS stamp had a stripe pattern in which convex portions having a width of 140 μm and a height of about 3 μm were formed at a pitch of 200 μm. The stamp was immersed in a PBS solution containing 1 mg / ml gelatin, allowed to stand for 5 minutes, rinsed lightly with distilled water, and dried with nitrogen blow. The surface on the side of the concavo-convex pattern of the stamp on which the gelatin molecules were adsorbed was brought into contact with the surface on the activated carbonyl side of the activated carrier surface. After standing in that state for 10 minutes, the stamp was carefully pulled away from the carrier surface. The thus obtained substrate on which gelatin was immobilized was immediately immersed in a DGA in PBS and subjected to a blocking treatment. The concentration of DGA in the blocking treatment was 50 mM, the reaction temperature was room temperature, and the reaction time was 5 minutes.

以上のように製造した細胞培養用担体を70%エタノールで滅菌した後、ウシ血管内皮細胞を播種した。培地は10%ウシ胎児血清を含むDMEM(ダルベッコ変法イーグル培地、シグマ・アルドリッチ)を用いた。その結果、図5に示すようなライン状の細胞パターンが得られた。ゼラチンの代わりにI型コラーゲン(新田ゼラチン)やマトリゲルTM(ベクトン・ディッキンソン)を用いた場合でも同様の細胞パターンが得られた(図5)。 The cell culture carrier produced as described above was sterilized with 70% ethanol, and then seeded with bovine vascular endothelial cells. As the medium, DMEM (Dulbecco's modified Eagle medium, Sigma-Aldrich) containing 10% fetal bovine serum was used. As a result, a linear cell pattern as shown in FIG. 5 was obtained. Similar cell patterns were obtained when type I collagen (Nitta gelatin) or Matrigel TM (Becton Dickinson) was used instead of gelatin (FIG. 5).

また、同様の手順でドット状の細胞パターンを得た。この場合も、鋳型の作製に用いたフォトマスクのデザインが異なることを除けば上記と同一の手順である。鋳型の作製に用いたフォトマスクは、幅30μmの開口ラインからなる格子パターンを有しており、なおかつ開口ラインの間隔が30μm、40μmまたは50μmのものである。得られた鋳型は、一辺30μm、40μmまたは50μm、深さ約3μmの正方形の凹部がアレイ状に形成されたドット状パターンを有していた。また、この鋳型によって得られたPDMSスタンプは、一辺30μm、40μmまたは50μm、高さ約3μmの正方形の凸部がアレイ状に形成されたドット状パターンを有していた。このスタンプを用いたμCP法により形成されたドット状の細胞接着性領域のパターンを有する細胞培養用担体上で得られた、ドット状の細胞パターンを図6に示す。図6において、個々の細胞接着性領域の面積は左から900μm(30μm×30μm)、1600μm(40μm×40μm)、2500μm(50μm×50μm)である。 A dot-like cell pattern was obtained in the same procedure. In this case as well, the procedure is the same as that described above except that the design of the photomask used for producing the mold is different. The photomask used for producing the mold has a lattice pattern composed of opening lines with a width of 30 μm, and the interval between the opening lines is 30 μm, 40 μm or 50 μm. The obtained template had a dot-like pattern in which square concave portions each having a side of 30 μm, 40 μm or 50 μm and a depth of about 3 μm were formed in an array. In addition, the PDMS stamp obtained by this mold had a dot pattern in which square convex portions each having a side of 30 μm, 40 μm or 50 μm and a height of about 3 μm were formed in an array. FIG. 6 shows a dot-like cell pattern obtained on a cell culture carrier having a dot-like cell adhesive region pattern formed by the μCP method using this stamp. In FIG. 6, the area of each cell adhesion region is 900 μm 2 (30 μm × 30 μm), 1600 μm 2 (40 μm × 40 μm), and 2500 μm 2 (50 μm × 50 μm) from the left.

図5及び6に示す細胞パターンは少なくとも一週間維持された。   The cell pattern shown in FIGS. 5 and 6 was maintained for at least one week.

実施例2
本実施例は、図4に示す実施形態の例であって、ガラス表面にアルデヒド基を導入する工程、前記アルデヒド基にPEGを共有結合させる工程、前記PEGの自由末端に存在するヒドロキシル基に無水コハク酸を反応させ、カルボキシル基を形成する工程、前記カルボキシル基を活性エステル基に変換する工程、前記活性エステル基にゼラチンをμCP法によって位置選択的に固定化する工程、未反応の活性エステル基をDGAでブロッキングする工程、からなる。以下、具体的な手順を説明する。
Example 2
This example is an example of the embodiment shown in FIG. 4, in which an aldehyde group is introduced onto the glass surface, PEG is covalently bonded to the aldehyde group, and hydroxyl groups present at the free ends of the PEG are anhydrous. A step of reacting succinic acid to form a carboxyl group, a step of converting the carboxyl group to an active ester group, a step of regioselectively fixing gelatin to the active ester group by μCP method, an unreacted active ester group A step of blocking with DGA. A specific procedure will be described below.

2205μlのGPTSと480μlの希塩酸(pH2.4)を混合し,1時間攪拌した。これをIPAで希釈し、0.5%のゾル溶液を調製した。これをスピンコーティングによってUV洗浄済みのガラス基板(100mm×100mm)に塗布した。乾燥後、基板を100℃のオーブンで15分間加熱した。次に、基板を10mMの希硫酸に浸漬し、80℃で2時間加熱した。その後、基板を20mMの過ヨウ素酸ナトリウム水溶液(関東化学)に浸漬し、室温で15分間放置した。この基板上に、触媒量の濃硫酸を含んだPEG4000を滴下し、80℃で1時間加熱した。反応後、基板をよく水洗し、窒素ブローで乾燥させた。次に、50mgのSuAと60mgのDMAPを43.5gのトルエンに加熱溶解し、ここに前記基板を浸漬した。80℃で1時間加熱した後、基板をエタノールと純水で洗浄し、窒素ブローで乾燥させた。次に、58mgのNHSと78μlのDICを43.5gのトルエンに加熱溶解し、ここに基板を浸漬した。80℃で1時間加熱した後、基板をエタノールと純水で洗浄し、窒素ブローで乾燥させた。基板を25mm×10mmの大きさに切断した後、μCP法によって基板表面にゼラチンを位置選択的に固定化した。μCP法に用いるスタンプとしては、実施例1と同様にラインパターンのものと、三種類のドット状パターンのものを使用し、実施例1に記載したのと同様の手順でゼラチンの基板表面への固定化を行った。ゼラチンが固定化された基板を、実施例1と同様の手順で直ちにDGA溶液に浸漬し、ブロッキング処理を行った。以上のように製造した細胞培養用担体を70%エタノールで滅菌した後、ウシ血管内皮細胞を播種した。培地は10%ウシ胎児血清を含むDMEMを用いた。その結果、実施例1と同様の細胞パターンが得られた。この細胞パターンは少なくとも一週間維持された。   2205 μl of GPTS and 480 μl of diluted hydrochloric acid (pH 2.4) were mixed and stirred for 1 hour. This was diluted with IPA to prepare a 0.5% sol solution. This was applied to a glass substrate (100 mm × 100 mm) that had been UV-cleaned by spin coating. After drying, the substrate was heated in an oven at 100 ° C. for 15 minutes. Next, the substrate was immersed in 10 mM dilute sulfuric acid and heated at 80 ° C. for 2 hours. Thereafter, the substrate was immersed in a 20 mM sodium periodate aqueous solution (Kanto Chemical) and left at room temperature for 15 minutes. On this substrate, PEG 4000 containing a catalytic amount of concentrated sulfuric acid was dropped and heated at 80 ° C. for 1 hour. After the reaction, the substrate was thoroughly washed with water and dried by nitrogen blowing. Next, 50 mg of SuA and 60 mg of DMAP were dissolved by heating in 43.5 g of toluene, and the substrate was immersed therein. After heating at 80 ° C. for 1 hour, the substrate was washed with ethanol and pure water and dried by nitrogen blowing. Next, 58 mg of NHS and 78 μl of DIC were dissolved by heating in 43.5 g of toluene, and the substrate was immersed therein. After heating at 80 ° C. for 1 hour, the substrate was washed with ethanol and pure water and dried by nitrogen blowing. After the substrate was cut into a size of 25 mm × 10 mm, gelatin was regioselectively immobilized on the substrate surface by the μCP method. As the stamp used in the μCP method, a line pattern and three types of dot patterns are used as in Example 1, and gelatin is applied to the substrate surface in the same procedure as described in Example 1. Immobilization was performed. The substrate on which the gelatin was immobilized was immediately immersed in the DGA solution by the same procedure as in Example 1 to perform a blocking treatment. The cell culture carrier produced as described above was sterilized with 70% ethanol, and then seeded with bovine vascular endothelial cells. As the medium, DMEM containing 10% fetal bovine serum was used. As a result, the same cell pattern as in Example 1 was obtained. This cell pattern was maintained for at least one week.

比較例
特許文献2に記載された方法に従って細胞培養用担体を製造し、得られる細胞パターンについて本発明と比較した。以下にその具体的な手順を説明する。
Comparative Example A cell culture carrier was produced according to the method described in Patent Document 2, and the resulting cell pattern was compared with the present invention. The specific procedure will be described below.

39gのトルエンと13.5gのGPTSを混合し、攪拌しながら450μlのトリエチルアミン(和光純薬)を添加した。ここにUV洗浄済みのガラス基板(100mm×100mm)を浸漬し、室温で16時間放置した。その後、ガラス基板をエタノールと純水で洗浄し、窒素ブローで乾燥させた。この基板を、触媒量の濃硫酸を含むテトラエチレングリコールに浸漬し、80℃のオーブンで15分間加熱した。次に、光触媒付きフォトマスクを用いて基板表面の親水性薄膜を酸化分解した。ここで用いたフォトマスクは、成功すれば図6と同じ細胞パターンが得られるように設計したものである。すなわち、このフォトマスクは、幅30μmの遮光ラインからなる格子パターンを有しており、なおかつ遮光ラインの間隔が30μm、40μmまたは50μmのものである。水銀ランプの照度は20mW/cm、露光時間は100秒とした。この基板を25mm×15mmの大きさに切断した。以上のように製造した細胞培養用担体を70%エタノールで滅菌した後、ウシ血管内皮細胞を播種した。培地は10%ウシ胎児血清を含むDMEMを用いた。しかし、この担体では図6のようなドット状の細胞パターンを得ることはできなかった。その原因として、細胞接着性領域の細胞親和性が、微細な細胞パターンが得られるほど十分ではないことが考えられる。 39 g of toluene and 13.5 g of GPTS were mixed, and 450 μl of triethylamine (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added with stirring. A glass substrate (100 mm × 100 mm) that had been cleaned with UV was immersed therein and left at room temperature for 16 hours. Thereafter, the glass substrate was washed with ethanol and pure water and dried by nitrogen blowing. This substrate was immersed in tetraethylene glycol containing a catalytic amount of concentrated sulfuric acid and heated in an oven at 80 ° C. for 15 minutes. Next, the hydrophilic thin film on the substrate surface was oxidatively decomposed using a photomask with a photocatalyst. The photomask used here is designed so that the same cell pattern as in FIG. 6 can be obtained if successful. That is, this photomask has a lattice pattern composed of light shielding lines with a width of 30 μm, and the interval between the light shielding lines is 30 μm, 40 μm or 50 μm. The mercury lamp had an illuminance of 20 mW / cm 2 and an exposure time of 100 seconds. This substrate was cut into a size of 25 mm × 15 mm. The cell culture carrier produced as described above was sterilized with 70% ethanol, and then seeded with bovine vascular endothelial cells. As the medium, DMEM containing 10% fetal bovine serum was used. However, with this carrier, a dot-like cell pattern as shown in FIG. 6 could not be obtained. The cause is considered that the cell affinity of the cell adhesion region is not sufficient to obtain a fine cell pattern.

Claims (6)

細胞接着性領域と細胞非接着性領域とを含む表面を備える細胞培養用担体の製造方法であって、
支持体の表面に官能基を導入する、官能基導入工程と、
前記官能基と反応して共有結合を形成可能な結合性基を一端に有し、ヒドロキシル基を他端に有する鎖状構造の親水性化合物を、前記官能基に、前記官能基と前記結合性基との結合を介して結合させる、親水性化合物結合工程と、
前記結合された親水性化合物上のヒドロキシル基に環状酸無水物を開環ハーフエステル化反応させることによりカルボキシル基を形成する、カルボキシル基形成工程と、
前記カルボキシル基形成工程において形成されたカルボキシル基を活性カルボニル基に変換する、活性化工程と、
前記活性化工程において活性カルボニル基が形成された支持体表面のうちの一部の領域に、活性カルボニル基と反応して共有結合を形成可能な官能基を有する細胞親和性物質を接触させ、該一部の領域内の活性カルボニル基と該細胞親和性物質の官能基との反応により共有結合を形成させて、該一部の領域に該細胞親和性物質を固定化する、細胞親和性物質固定化工程と、
前記細胞親和性物質固定化工程の後に、前記支持体表面に、活性カルボニル基と反応して共有結合を形成可能な官能基を有する炭素数が6以下である低分子化合物を接触させ、該表面上に残存する活性カルボニル基と該低分子化合物の官能基との反応により共有結合を形成させて、該活性カルボニル基を、該低分子化合物を含む基に置換する、ブロッキング工程と
を含むことを特徴とする、細胞培養用担体の製造方法。
A method for producing a carrier for cell culture comprising a surface comprising a cell adhesive region and a cell non-adhesive region,
A functional group introduction step of introducing a functional group onto the surface of the support;
A hydrophilic compound having a chain structure having a binding group capable of reacting with the functional group to form a covalent bond at one end and a hydroxyl group at the other end, the functional group and the binding property A hydrophilic compound binding step for binding via a bond with a group;
Forming a carboxyl group by subjecting a hydroxyl group on the bound hydrophilic compound to a ring-opening half-esterification reaction with a cyclic acid anhydride;
An activation step of converting the carboxyl group formed in the carboxyl group formation step into an active carbonyl group;
A cell affinity substance having a functional group capable of reacting with the active carbonyl group to form a covalent bond is brought into contact with a part of the surface of the support on which the active carbonyl group has been formed in the activation step; Cytophilic substance immobilization in which a covalent bond is formed by a reaction between an active carbonyl group in a part of the region and a functional group of the cytophilic substance to immobilize the cytophilic substance in the part of the region. Conversion process,
After the cell affinity substance immobilization step, the surface of the support is contacted with a low molecular compound having 6 or less carbon atoms having a functional group capable of reacting with an active carbonyl group to form a covalent bond, A blocking step of forming a covalent bond by a reaction between the active carbonyl group remaining on the functional group of the low molecular weight compound and replacing the active carbonyl group with a group containing the low molecular weight compound. A method for producing a carrier for cell culture, which is characterized.
前記細胞親和性物質固定化工程が、前記一部の領域に応じた形状の上面を有する凸部を備え、少なくとも該上面に前記細胞親和性物質が付着されたスタンプを用意し、前記凸部の上面を、活性カルボニル基が形成された支持体表面に当接させて、前記細胞親和性物質を前記一部の領域に接触させる工程を含む、請求項1記載の方法。   The cytophilic substance immobilization step includes a convex portion having an upper surface having a shape corresponding to the partial region, and at least a stamp having the cytophilic substance attached to the upper surface is prepared. The method according to claim 1, comprising a step of bringing the upper surface into contact with the surface of the support on which an active carbonyl group is formed, thereby bringing the cytophilic substance into contact with the partial region. 前記支持体に導入される官能基がエポキシ基、アルデヒド基およびアミノ基からなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1または2記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein the functional group introduced into the support is at least one selected from the group consisting of an epoxy group, an aldehyde group and an amino group. 前記官能基導入工程が、前記官能基を有するシランカップリング剤をゾル−ゲル法により支持体の表面に適用する工程を含む、請求項3記載の方法。   The method according to claim 3, wherein the functional group introduction step includes a step of applying the silane coupling agent having the functional group to the surface of the support by a sol-gel method. 前記親水性化合物が、エチレングリコール、エチレングリコールの重合体、および、エチレングリコールとプロピレングリコールとの共重合体からなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の方法。   The hydrophilic compound is at least one selected from the group consisting of ethylene glycol, a polymer of ethylene glycol, and a copolymer of ethylene glycol and propylene glycol. The method according to claim 1. 細胞接着性領域と細胞非接着性領域とを含む表面を備える細胞培養用担体であって、
表面に官能基を有する支持体と、
前記官能基と反応して共有結合を形成可能な結合性基を一端に有し、ヒドロキシル基を他端に有する鎖状構造の親水性化合物と、
2つのカルボン酸基を有するカルボン酸化合物と、
カルボン酸基と共有結合を形成可能な官能基を有する細胞親和性物質と、
カルボン酸基と共有結合を形成可能な官能基を有する炭素数が6以下である低分子化合物と
により形成された、
(a)細胞接着性領域においては、前記支持体上の官能基と前記親水性化合物の結合性基との間に結合が形成されており、前記親水性化合物成分のヒドロキシル基と前記カルボン酸化合物の一方のカルボン酸基との間でエステル結合が形成されており、前記カルボン酸化合物の他方のカルボン酸基と前記細胞親和性物質の官能基との間で共有結合が形成されており、
(b)細胞非接着性領域においては、前記支持体上の官能基と前記親水性化合物の結合性基との間に結合が形成されており、前記親水性化合物成分のヒドロキシル基と前記カルボン酸化合物の一方のカルボン酸基との間でエステル結合が形成されており、前記カルボン酸化合物の他方のカルボン酸基と前記低分子化合物の官能基との間で共有結合が形成されている
ことを特徴とする、細胞培養用担体。
A cell culture carrier comprising a surface including a cell adhesion region and a cell non-adhesion region,
A support having a functional group on the surface;
A chain-structured hydrophilic compound having a binding group capable of reacting with the functional group to form a covalent bond at one end and a hydroxyl group at the other end ;
A carboxylic acid compound having two carboxylic acid groups;
A cytophilic substance having a functional group capable of forming a covalent bond with a carboxylic acid group;
Formed with a carboxylic acid group and a low molecular weight compound having a functional group capable of forming a covalent bond and having 6 or less carbon atoms ,
(A) In the cell adhesive region, a bond is formed between the functional group on the support and the binding group of the hydrophilic compound, and the hydroxyl group of the hydrophilic compound component and the carboxylic acid compound An ester bond is formed with one of the carboxylic acid groups, and a covalent bond is formed between the other carboxylic acid group of the carboxylic acid compound and the functional group of the cytophilic substance,
(B) In the cell non-adhesive region, a bond is formed between the functional group on the support and the binding group of the hydrophilic compound, and the hydroxyl group of the hydrophilic compound component and the carboxylic acid An ester bond is formed with one carboxylic acid group of the compound, and a covalent bond is formed between the other carboxylic acid group of the carboxylic acid compound and the functional group of the low molecular weight compound. A cell culture carrier.
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