JP6205507B1 - 培養装置および培養方法、並びにこの培養方法により製造された培養臓器 - Google Patents
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Abstract
Description
また、臓器としての機能を持つ組織を培養・製造するには長期間の培養が必要である。培養細胞は培養に際して老廃物を産生する。老廃物には細胞毒性のある物質が含まれることがある。そのため、生体内では老廃物や粘液を排泄する排泄路(胆管、膵管、導管など)が存在する。しかし、従来の培養装置では排泄路が設けられておらず、長期間の循環培養は行われていない。
(1)培養装置において、被培養物を投入する密閉可能な投入口を有し、かつ前記被培養物を収容しうる密閉容器と、前記密閉容器内に設けられ、かつ外周面に微小孔が形成された複数の管と、前記複数の管のうちの少なくとも1本の管に接続され、かつ該管に、培養液を供給または循環させることにより、該管を培養液供給管とする培養液供給装置と、前記複数の管のうちの前記培養液供給管を除く他の管の少なくとも1本の管に接続され、該管の微小孔を通して、前記被培養物から該管内に浸透してきた老廃物を、前記密閉容器外に排出することにより、該管を排泄管とする排泄装置と、前記密閉容器内に設けられ、前記密閉容器内を複数のセルに区画するとともに、複数の小孔を有し、前記複数の小孔のいずれかに前記管を挿通させ、かつ残りの小孔により、互いに隣接するセル間の前記被培養物または前記培養液の移動を許容するようにした隔壁とを備えるものとする。
また、例えば排泄管を1本とし、培養液供給管を複数として、そのレイアウトを様々に変更することにより、被培養物を、複雑な血管走行や血流と胆汁の流れと言った生体内での種々の臓器に近似した複雑な構造を再現させつつ、三次元的に培養することができる。
その際、培養液供給管は血管としての役割を果たすため、血管に吻合し、排泄管は、消化管または胆管等に吻合することにより、移植後も動物の肝臓、膵臓等の様々な臓器と同様の機能を維持することが可能となる。
また、培養作業終了後に、密閉容器を分解して取り出した被培養物と管との一体物を、そのまま動物の組織の一部として生体内に移植することができる。
また、培養作業終了後、培養液供給管や排泄管を、生体の血管や胆管等と接続し直し、かつ密閉容器を生体内に残置するか、または生体内において一定時間の経過後に溶融する材料により形成しておくことにより、移植作業を省略、または簡略化することができる。
その際、培養液供給管は血管としての役割を果たすため、血管に吻合し、排泄管は、消化管または胆管等に吻合することにより、移植後も動物の肝臓、膵臓等の様々な臓器と同様の機能を維持することが可能となる。
この培養装置は、被培養物Aを投入するための密閉可能な投入口1(複数でもよい)を有し、かつ被培養物Aを収容しうるとともに、培養後に分解しうるようにした密閉容器2と、密閉容器2内に設けられ、かつ外周面に微小孔(図示略)が設けられた複数の管3、4、5と、複数の管3、4、5のうちの少なくとも1本、この実施形態においては2本の管3、5に接続され、かつこれらの管3、5に、培養液Bを供給または循環させることにより、これらの管3、5を培養液供給管とするようにした2系統の培養液供給装置6、7と、複数の管3、4、5のうちの上記培養液供給管3、5を除く他の管の少なくとも1本の管4に接続され、この管4における微小孔を通して、被培養物Aから該管4内に浸透してきた老廃物Cを、密閉容器2外に排出することにより、この管4を排泄管とするようにした排泄装置8とを備えている。
また、密閉容器2の一部のみを透明材料により形成し、残部を不透明材料に形成することもできる。
この実施形態においては、密閉容器2をアクリル板により形成し、培養後に、任意の部位をカッター等により切断することによって、分解できるようにしてある。
なお、密閉容器2を、複数の分割体(図示略)よりなるものとし、それらの相互間を、間にパッキン(図示略)を挟んで、ボルト・ナット(図示略)等をもって結合して形成し、培養後に、ボルト・ナットを緩めるか、または結合部分から外して、複数の分割体を互いに分離できるようにしてもよい。
例えば、各管3、4、5の材質は、半透膜、または素焼きの筒体、人工血管等とすることができる。密閉容器2内における各管3、4、5の一部のみを、半透膜、または素焼きの筒体等とし、他部は、合成樹脂製の筒体とすることもできる。
各管3、4、5の外径は数mm〜数十mm、微小孔の平均孔径は100〜10,000Åとするのが好ましい。
また、各管3、4、5の材質、寸法、および微小孔の平均孔径等は、それぞれの用途に応じて、互いに異ならせることもある。
さらに、各管3、4、5は、可撓性を有することが望ましいが、必須ではない。
密閉容器2の外側における各管3、4、5から、後述する培養液B等が外部に漏出しないようにするため、各管3、4、5における微小孔を設ける範囲を、密閉容器2内に制限するか、または各管3、4、5の全体に微小孔を設けた上で、密閉容器2外の部分の外周面を気密および液密にコーティングするか、もしくは密閉容器2外の部分に、可撓性のチューブ(図示略)を外嵌しておくのがよい。
排泄管4の他端は、栓体15により閉塞されている。
図1に示すように、密閉容器2の投入口1を開いて、そこから被培養物Aを密閉容器2内に投入し、その後、密閉蓋1aにより、投入口1を密閉する。
(1) 複数の細胞を分散させて、液状またはゲル状の培養液に浮遊させたもの
(2) 小型の細胞集塊を、液状またはゲル状の培養液に浮遊させたもの
すると、培養液B中に含まれる必要成分は、各培養液供給管3、5の微小孔を通して、密閉容器2内の被培養物A側に浸透し、被培養物Aの培養が促進される。
培養液Bとしては、例えば、コラーゲン、エラスチン、プロテオグリカン、フィブリリン、フィブロネクチン、ラミニン、キチン、キトサン、血液等の1種または2種以上を含む公知のものとすることができる。
このように、被培養物Aの老廃物Cが、排泄管4および送給管14を通って、密閉容器2外に排出されるので、老廃物Cが被培養物Aに滞留することはなく、被培養物Aを長期に亘って、効率よく立体培養することができる。
また、この培養方法によると、密閉容器2内において、被培養物Aを、動物の生体内における種々の臓器の複雑な構造に近似した状態で、三次元的に、長期に亘って培養することができる。
その際、培養液供給管3、5は血管としての役割を果たすため、血管に吻合し、排泄管4は、消化管または胆管等に吻合することにより、移植後も動物の肝臓、膵臓等の様々な臓器と同様の機能を維持することが可能となる。
この第2の実施形態においては、密閉容器20を、円筒部20aの両端に、半球部20b、20bを連設したカプセル状のものとしてあり、円筒部20aの一部には、被培養物Aを密閉容器20内に投入するための密閉可能な投入口21が設けられている。
密閉蓋22の表面は、密閉蓋22を投入口21に適正に装着したとき、密閉容器20の円筒部20aの外面と整合するようにしておくのが好ましい。
密閉容器20および密閉蓋22は、可撓性を有する合成樹脂材料、生体との適合性のよいコラーゲン繊維等を含む生体材料、さらには、生体内に埋設して、予め定めた培養時間より長い時間が経過することにより溶融するような材料とするのが好ましい。具体的な材料としては、例えば、ナイロン、強化ガラス、強化プラスチック、シリコンゴム、シリコンプロテーゼ等を使用することができる。
各隔壁23には、複数の小孔24が、予め定めた配置で、またはランダムに設けられている。
各隔壁23に設けた複数の小孔24は、各セル25、25間の被培養物Aや培養液Bの移動を許容するとともに、いずれかの小孔24を挿通する、後述する細管23a〜26aを、密閉容器20内の予め定めた位置に保持する作用を有している。各隔壁23に設ける複数の小孔24の形状や寸法は適宜変更可能であり、また、隔壁23によって、各セル25、25間の被培養物Aや培養液Bの移動を遮断することもある。
第2の実施形態においては、各管26〜29は、図3に示すように、密閉容器20の両側端の半球部20bを、気密および液密に貫通する大径管26a〜29aと、密閉容器20内において、両端部が互いに束ねられて、図3および図5に示すように、ゴム等の伸縮性材料により形成された接続管30をもって大径管26a〜29aに接続された複数の小径管26b〜29bとからなっている。
この小径管26b〜29bの外周面に、第1の実施形態における管3、4、5に設けられているのと同様の微小孔(図示略)が設けられている。
したがって、この例では、管26、28、29は培養液供給管をなし、管27は排泄管をなしている。
なお、密閉容器20内で細胞が生着し易くしたり、管26、27、28、29内に血栓などが詰まることを防止したりするため、密閉容器20内に生着用の繊維を封入したり、密閉容器20の内面や隔壁23の表面等に、微小繊維を植毛したり、またはそれらの表面を細胞が生着し易い材料によりコーティングしたり、もしくは管26、27、28、29内を細胞が生着し難い材料によりコーティングしたりするのが望ましい。
図2〜図4に示す状態から、密閉蓋22を密閉容器20の投入口21から外して、投入口21を開き、そこから被培養物Aを密閉容器20内に投入し、その後、密閉蓋22を投入口21に装着して、投入口21を密閉する。
次いで、各培養液供給装置におけるポンプ(図1におけるポンプ10参照)を作動させて、管26、28、29に、上述したのと同様の培養液Bを循環させる。
(1) 培養液供給管3または5の一端を閉塞し、他端から培養液Bを密閉容器内に供給するようにする。
(2) 管3、5のいずれか一方を省略し、それに伴って、それに接続されている培養液供給装置6、7のいずれか一方をも省略する。
(3) 管3、5のいずれか一方をリンパ管とする。
(4) 管3を血管、管4を排泄管、管5をリンパ管とする。
(5) 排泄管4を1本とし、培養液供給管3、5を複数として、そのレイアウトを種々変更することにより、被培養物Aを、複雑な血管走行や血流と胆汁の流れと言った生体内での種々の臓器に近似した複雑な構造を再現しつつ、三次元的に培養する。
(6) 各管3、4、5の向きを互いに異ならせて、密閉容器2に設ける。
B 培養液
C 老廃物
1 投入口
1a密閉蓋
2 密閉容器
3 管(培養液供給管)
4 管(排泄管)
5 管(培養液供給管)
6、7 培養液供給装置
8 排泄装置
9 培養液循環路
9a給液管
9b排液管
10 ポンプ
11 コントロールボックス
12 液体溜め
13 老廃物収容容器
14 送給管
15 栓体
20 密閉容器
20a円筒部
20b半球部
21 投入口
22 密閉蓋
23 隔壁
24 小孔
25 セル
26、28、29 管(培養液供給管)
27 管(排泄管)
26a〜29a 大径管
26b〜29b 小径管
30 接続管
31 シール材
Claims (9)
- 被培養物を投入する密閉可能な投入口を有し、かつ前記被培養物を収容しうる密閉容器と、
前記密閉容器内に設けられ、かつ外周面に微小孔が形成された複数の管と、
前記複数の管のうちの少なくとも1本の管に接続され、かつ該管に、培養液を供給または循環させることにより、該管を培養液供給管とする培養液供給装置と、
前記複数の管のうちの前記培養液供給管を除く他の管の少なくとも1本の管に接続され、該管の微小孔を通して、前記被培養物から該管内に浸透してきた老廃物を、前記密閉容器外に排出することにより、該管を排泄管とする排泄装置と、
前記密閉容器内に設けられ、前記密閉容器内を複数のセルに区画するとともに、複数の小孔を有し、前記複数の小孔のいずれかに前記管を挿通させ、かつ残りの小孔により、互いに隣接するセル間の前記被培養物および前記培養液の移動を許容するようにした隔壁とを備えることを特徴とする培養装置。 - 前記密閉容器を、分解可能のものとした請求項1記載の培養装置。
- 前記密閉容器を、カプセル状のものとした請求項1記載の培養装置。
- 前記密閉容器内における前記管のいずれかの少なくとも一部を、半透膜からなるものとしたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の培養装置。
- 前記密閉容器内における前記管のいずれかの少なくとも一部を、素焼きの筒体からなるものとしたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の培養装置。
- 前記培養液供給装置が、
前記培養液供給管の両端に接続され、かつ前記培養液供給管に培養液を循環させる培養液循環路と、
前記培養液循環路に設けられ、かつ培養液を循環させるポンプと、
前記培養液循環路に設けられ、かつ循環する培養液をコントロールするコントロールボックスとを備えていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の培養装置。 - 前記密閉容器の少なくとも一部を、透明材料からなるものとしたことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の培養装置。
- 請求項1もしくは2、または請求項2を引用する請求項4〜7のいずれかに記載の培養装置を生体外で使用し、前記密閉容器内に被培養物を収容した状態で、前記培養液供給装置により、培養液を、前記培養液供給管を通して、前記密閉容器内に供給し、かつ前記被培養物の老廃物を、前記排泄管および排泄装置を通して、前記密閉容器外に排出することにより、前記密閉容器内において、前記被培養物を三次元的に培養し、培養作業終了後に、前記密閉容器を分解することにより、前記被培養物と管とを一体として、前記密閉容器から取り出すことを特徴とする培養方法。
- 請求項1もしくは3、または請求項3を引用する請求項4〜7のいずれかに記載の培養装置を使用し、前記被培養物を収容した前記密閉容器を人体を除く生体内に埋設し、かつ前記培養液供給装置と排泄装置とを人体を除く生体外に配設した状態で、前記培養液供給装置により、培養液を、前記培養液供給管を通して、前記密閉容器内に供給し、かつ前記被培養物の老廃物を、前記排泄管および排泄装置を通して、前記密閉容器外に排出することにより、前記密閉容器内において、前記被培養物を三次元的に培養することを特徴とする培養方法。
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