JP6888063B2 - 構造体の製造方法 - Google Patents

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Description

一態様において、本発明は、基板、構造体、構造体の製造方法、細胞の選別方法、細胞の製造方法、又は分泌物の産生方法等に関する。
近年、特に創薬分野において、細胞解析のターゲットが細胞群レベルから単一細胞レベルへと細分化されている。細胞を1つ1つのレベルで捕捉し、特定し、選別し、回収し、培養し、遺伝子解析を行い、選別された細胞を用いる試みがなされている。細胞を特定・選別する方法としては、細胞から分泌される分泌物を分離し、目的の分泌物を検出後、目的の分泌物を分泌した細胞をスクリーニングする方法が採用されている。
このような単一細胞解析においては、細胞を網羅的に捕捉し、一括して解析する手法が望まれている。
細胞を網羅的に捕捉する方法として、特許文献1には、大きさの異なる特定の細胞を分離する目的で、上表面と下表面に大きさの異なる開口部を有する基板を用い、開口部よりも小さい細胞を通過させ、所望の細胞を開口部に保持させる基板および方法が記載されている。
特許文献2には、細胞を捕捉し平面上に整列するための基板として、1個の細胞を隔離して収容するための開口部を複数有し、開口部の底面に細胞が通過できない大きさの貫通孔を複数有する細胞捕捉基板が記載されている。
従来からある、分泌物を指標として細胞を一括して解析する手法として、FluoroSpot法やCellSpot法が知られている。
FluoroSpot法では、一態様において、マイクロタイタープレートの表面に、タンパク質をコーティングし、該マイクロタイタープレートの上部に細孔を有する膜を設置後、細胞を播種し、細孔膜を介してマイクロタイタープレート表面のタンパク質と反応させ、結合の結果を蛍光標識抗体で検出することが可能である。
CellSpot法では、一態様において、可溶性抗原タンパク質又は膜タンパク質をポリスチレン製ビーズ又はラテックス製ビーズに結合させ、マイクロタイタープレート上に、前記タンパク質を結合させたビーズを敷き詰め、細孔を有するトランスウェルを設置後、細胞を播種し、トランスウェルの細孔膜を介してマイクロタイタープレート上のタンパク質結合ビーズと反応させ、結合の結果を蛍光標識抗体で検出することが可能である(特許文献3参照。非特許文献1〜2参照。)。
また、多数の単一細胞解析を同時に解析する方法として、1つの細胞のみが入る大きさのウェルを有するマイクロチップを用いた方法が知られている。
また、特許文献4には、モノクローナル抗体を製造するために、1つの細胞のみが入る大きさのウェルを有する基板で細胞を培養し、ウェル中に格納された細胞から産生される物質を検出するマイクロウェルアレイ及び該マイクロウェルアレイを用いた細胞のスクリーニング方法が記載されている。
より詳細に、特許文献4には、ウェルの周辺の主表面の少なくとも一部を、細胞の産生物質と結合する結合性物質を含む被覆層で被覆した後、該ウェルに細胞を格納させ、産生物質と該被覆層の結合性物質とを結合させて検出することによるスクリーニング方法が記載されている。
特許文献4に記載のマイクロウェルアレイ及び該マイクロウェルアレイを用いた細胞のスクリーニング方法は、物質を産生する細胞が格納されたウェルの周辺に該物質と結合性を有する物質の被覆層を有する、即ち、物質を産生する細胞の培養系と該物質の検出系を基板同一平面上に一体にするという構成を採用し、産生された物質が、ウェルからウェル周辺の被覆層に拡散し、被覆層を構成する結合性物質と結合し、この結合を検出することにより、チップ上に保持された多数の細胞の状態を同時に測定できるようにしたものである。
特公平2−34597号公報 特許第2662215号公報 特許第5189292号公報 特許第4148367号公報
Harriman WD1, Collarini EJ, Cromer RG, Dutta A, Strandh M, Zhang F, Kauvar LM., Multiplexed Elispot assay., J Immunol Methods. 2009 Feb 28;341(1-2):127-34. Harriman WD1, Collarini EJ, Sperinde GV, Strandh M, Fatholahi MM, Dutta A, Lee Y, Mettler SE, Keyt BA, Ellsworth SL, Kauvar LM., Antibody discovery via multiplexed single cell characterization.,J Immunol Methods. 2009 Feb 28;341(1-2):135-45.
特許文献1、2に記載の細胞捕捉基板では、細胞を捕捉することは出来るが、細胞が分泌する分泌物を堆積させることが出来ず、目的の分泌物を分泌した細胞は選別できないという問題があった。
FluoroSpot法やCellSpot法では、細孔を有する膜上に細胞を播種し、細胞より分泌された産生物質が膜を透過し、底面の固体表面やビーズに結合した産生物質のフットプリントを指標に、その上部に存在する分泌細胞を特定するが、膜上に播種された細胞はランダムに落下するため、必ずしも均等に単一に分散されるとは限らず、複数の細胞が細胞塊を形成することが避けられないため、細胞の単一性を確保することが困難であった。
また、膜上の細胞は固定されておらず、操作中に所定の位置から移動し、喪失するリスクがあるという問題があった。
一方、細胞を膜上の確定した位置に固定させるため、メチルセルロースや任意のポリマーなどの半固形物質を使用することがあるが、ポリマーにより細胞を固定することにより、細胞生存率が減少するリスクがあるという問題があった。
また、トランスウェルの細孔膜は、ランダムに細孔が形成されており、細孔が膜全体に均等に存在しているというわけではなく、細胞が落下した位置の直下にある細孔が均等というわけではなく、細胞が存在する位置に細孔が存在しない場合や、細孔数が偏っており、細胞から分泌された産生物質の膜透過量の均等性が確保できないという問題があった。
また、マイクロタイタープレートの底面あるいはタンパク質を結合させたビーズが敷き詰められた底面と、トランスウェルとの距離は、数百μmから数mm離れており、分泌物とその反応面が近接しておらず、分泌物が拡散するために、明瞭なフットプリントを形成できないという問題があった。
また、フットプリントの分析のため一旦トランスウェルを除去し、フットプリントを確認後に再度トランスウェルを精度よく当初の位置に設置しなければ、フットプリントによるその上部の分泌細胞の特定と回収は困難であるという問題があった。
CellSpot法では、膜タンパク質を溶解しビーズに結合させる必要があるが、膜タンパク質を可溶性に調製するのが困難であり、膜タンパク質結合ビーズの調製が難しいという問題があった。
また、特許文献4に記載の方法では、結合性物質として、細胞表面に存在する膜タンパク質を用いる場合には、細胞を格納したウェル周辺で膜タンパク質発現細胞を培養する必要があるが、細胞を格納したウェル上で膜タンパク質発現細胞を培養すると膜タンパク質発現細胞がウェルを塞いでしまうという問題があった。
また、産生物質を産生する細胞と、膜タンパク質発現細胞とが混在する蓋然性や、目的とする細胞の回収時にコンタミネーションが生じる恐れも高いという問題があった。
本発明は、少なくとも上記いずれかの事情に鑑みてなされたものであり、一態様において、目的の分泌物を分泌する細胞を簡便かつ高効率に選別可能な方法、構造体、又は該構造体の製造方法を提供することを課題とする。
本発明は、非限定的な具体的態様において、例えば、以下の発明に関する。
本発明の第一の態様は、第一の基板と、前記第一の基板の一方側に対向するように配置された第二の基板を含む構造体であって、前記第一の基板は、前記第一の基板の他方側に開口し、細胞1単位を捕捉可能な大きさを有する凹部を複数有し、前記凹部の少なくとも一部には、前記一方側と前記他方側とを連通し、前記細胞から分泌される分泌物が移動可能な大きさを有する連通孔を有し、前記第二の基板は、前記分泌物が前記連通孔を移動して蓄積する蓄積部を備えることができ、前記蓄積部は、前記凹部と対応し得る構造体である。
本発明の第二の態様は、第一の基板と、前記第一の基板の一方側に対向するように配置された、分泌物を分泌する第一の細胞を備えることができる第二の基板を含む構造体であって、前記第一の基板は、前記第一の基板の他方側に開口し、第二の細胞1単位を捕捉可能な大きさを有する凹部を複数有し、前記凹部の少なくとも一部には、前記一方側と前記他方側とを連通し、前記第一の細胞から分泌される分泌物が移動可能な大きさを有する連通孔を有し、前記第二の細胞は前記第一の細胞から分泌される分泌物に応答する細胞である、構造体である。
本発明の第三の態様は、第一の支持体上に、第一の硬化性樹脂組成物を塗布して第一の硬化性樹脂膜を形成し、第二の基板を得る工程1と、第二の支持体上に、溶解可能な下地膜を形成し、該下地膜上に第二の硬化性樹脂組成物を塗布して第二の硬化性樹脂膜を形成し、該第二の硬化性樹脂膜に連通孔をパターニングして、連通孔がパターニングされた支持層を得る工程2と、前記支持層上に、第三の硬化性樹脂組成物を塗布して第三の硬化性樹脂膜を形成し、該第三の硬化性樹脂膜に凹部をパターニングして、凹部がパターニングされた第一の基板を得る工程3と、前記下地膜を溶解して、前記第二の支持体から前記第一の基板を剥離する工程4と、前記第一の基板と前記第二の基板とを接合させる工程5と、を含む、構造体の製造方法である。
本発明の第四の態様は、複数の細胞から、分泌物を分泌する目的の細胞を選別する、細胞の選別方法であって、細胞1単位を捕捉可能な大きさを有する凹部を複数有し、前記凹部の少なくとも一部には、前記一方側と前記他方側とを連通し、前記細胞から分泌される分泌物が移動可能な大きさを有する連通孔を有する第一の基板に、前記細胞を分散させて、前記細胞を、前記凹部に捕捉させる工程Aと、前記細胞から前記分泌物を分泌させ、前記分泌物を前記連通孔から移動させ、前記連通孔を介して移動した前記分泌物を第二の基板の蓄積部に蓄積させる工程Bと、
前記蓄積部に生じる変化を検出する工程Cと、前記検出結果を指標に、目的の細胞を特定する工程Dと、を含む、細胞の選別方法である。
本発明の第五の態様は、本発明の細胞の選別方法で特定した目的の細胞を回収することを含む、目的の細胞の製造方法である。
本発明の第六の態様は、分泌物の産生方法であって、細胞1単位を捕捉可能な大きさを有する凹部を複数有し、前記凹部の少なくとも一部には、前記一方側と前記他方側とを連通し、前記細胞から分泌される分泌物が移動可能な大きさを有する連通孔を有する第一の基板に、あらかじめ取得した所望の分泌物を分泌し得る細胞集団を分散させて、前記凹部に細胞を捕捉させる工程aと、前記細胞から前記分泌物を分泌させ、前記分泌物を前記連通孔から移動させ、前記連通孔を介して移動した前記分泌物を第二の基板の蓄積部に蓄積させる工程bと、前記蓄積部に生じる変化を検出する工程cと、前記検出結果を指標に、目的の細胞を特定する工程dと、前記目的の細胞を回収して培養することで分泌物を産生させる工程e1、又は、前記目的の細胞において前記分泌物をコードするポリヌクレオチドをクローニングし、前記ポリヌクレオチドが発現するように別の宿主細胞を培養することで分泌物を産生させる工程e2と、を含む、産生方法である。
本発明の第七の態様は、本発明の構造体の製造における硬化性樹脂組成物の使用である。
本発明の第八の態様は、一方側に開口し、細胞1単位を捕捉可能な大きさを有する凹部を複数有し、前記凹部の少なくとも一部には、前記一方側と他方側とを連通し、前記細胞から分泌される分泌物が移動可能な大きさを有する連通孔を有する、基板であって、前記基板は、前記分泌物が前記連通孔を移動して蓄積する蓄積部を備えることができ、前記蓄積部は、前記凹部と対応し得る第二の基板と組み合わせて使用するための、基板である。
本発明の第九の態様は、本発明の基板を含む、構造体である。
一態様における本発明によれば、目的の分泌物を分泌する細胞を簡便かつ高効率に選別可能な方法、構造体、又は該構造体の製造方法等を提供することができる。
本発明の構造体の一実施形態を示す概略図である。 本発明の構造体の一実施形態を示す斜視図である。 本発明の構造体の一実施形態を示す概略図である。 本発明の構造体の一実施形態を示す概略図である。 本発明の構造体の一実施形態を示す概略図である。 本発明の構造体の製造方法の一実施形態の工程を説明する図である。 本発明の細胞の選別方法の一実施形態の工程を説明する図である。 本発明の細胞の選別方法の一実施形態の工程を説明する図である。 本発明の細胞の選別方法の一実施形態の工程を説明する図である。 本発明の細胞の選別方法の一実施形態の工程を説明する図である。 実施例の結果を示す図である。 実施例の結果を示す図である。 実施例の結果を示す図である。 実施例の結果を示す図である。
以下、本発明の好ましい非限定的な態様を説明する。
≪構造体≫
[第一実施形態]
本実施形態の構造体1は、第一の基板10と、前記第一の基板10の一方側に対向するように配置された第二の基板20を含む構造体であって、前記第一の基板10は、前記第一の基板10の他方側に開口し、細胞1単位を捕捉可能な大きさを有する凹部11を複数有し、前記凹部11の少なくとも一部には、前記一方側と前記他方側とを連通し、前記細胞から分泌される分泌物が移動可能な大きさを有する連通孔12を有し、前記第二の基板20は、前記分泌物が前記連通孔12を移動して蓄積する蓄積部13を備えることができ、前記蓄積部13は、前記凹部11と対応し得る。
構造体1は、細胞を分散させて、前記細胞を、前記凹部11に捕捉させ、前記細胞から分泌された分泌物を、前記連通孔12を介して前記蓄積部13に蓄積させ、前記蓄積部13に生じる変化を検出するために用いられるものであることが好ましい。
<細胞を格納するための凹部を備えた第一の基板>
図1に示すように、第一の基板10は、凹部11がパターニングされた層10aと、連通孔12がパターニングされた層10bとからなる。
構造体1は、例えば図2に示すように、複数個の凹部11が同一間隔で縦横に配置されていてよい。
第一の基板の厚さは、5〜100μmが好ましく、10〜50μmがより好ましい。
図2中、Bは細胞1単位を表す。図2に示すように、凹部11の形状は、細胞1単位を捕捉可能な形状であれば特に制限はない。凹部11の形状は、円筒形であってもよく、円筒形以外に、複数の面により構成される多面体(例えば、直方体、六角柱、八角柱等)、逆円錐形、逆角錐形(逆三角錐形、逆四角錐形、逆五角錐形、逆六角錐形、七角以上の逆多角錐形)等であってもよく、これらの形状の二つ以上を組み合わせた形状であってもよい。
例えば、一部が円筒形であり、残りが逆円錐形であってもよい。また、逆円錐形、逆角錐形の場合、底面が凹部11の開口となるが、逆円錐形、逆角錐形の頂上から一部を切り取った形状であってもよい(その場合、凹部の底部は平坦になる)。円筒形、直方体は、凹部11の底部は通常、平坦であるが、曲面(凸面や凹面)であってもよい。凹部の底部を曲面とすることができるのは、逆円錐形、逆角錐形の頂上から一部を切り取った形状の場合も同様である。
本実施形態において細胞1単位とは、細胞1個又は同一の形質を示す細胞の1塊を意味してよく、このような細胞の1塊には、少なくとも二以上の細胞が含まれ得る。即ち、例えば、細胞1単位は、同一の細胞に由来するコロニー1個であってもよい。
凹部11の寸法は、凹部11に格納しようとする細胞の直径と凹部11の寸法の好適な比を考慮して適宜決定することができるが、パターニングされ、形態、その密度等が制御されていることが好ましい。
また、凹部11の形状や寸法は、凹部11に格納されるべき細胞の種類(細胞の形状や寸法等)を考慮して、1つの凹部に1単位の細胞が格納されるように、適宜決定することができる。
1つの凹部に、例えば1つの細胞が格納されるようにするためには、凹部11の平面形状に内接する最大円の直径が、凹部11に格納しようとする細胞の直径の0.5〜2倍の範囲であることが好ましく、0.8〜1.9倍の範囲であることがより好ましく、0.8〜1.8倍の範囲であることが更に好ましい。
また、凹部11の深さは、凹部11に格納しようとする細胞の直径の0.5〜4倍の範囲であることが好ましく、0.8〜1.9倍の範囲であることがより好ましく、0.8〜1.8倍の範囲であることが更に好ましい。
第一の基板10が有する凹部11の数は、特に制限はないが、1cm当たり、例えば、2,000〜1,000,000個の範囲であることが好ましい。
第一の基板10が有する凹部11の開口率は、特に制限はないが、例えば、1〜90%の範囲であることが好ましい。
凹部11が円筒形の場合、その寸法は、直径1〜100μmが好ましく、直径2〜50μmがより好ましく、直径3〜25μmが更に好ましく、直径4〜20μmが特に好ましい。
また、凹部11が円筒形の場合、その深さは、1〜100μmが好ましく、2〜70μmがより好ましく、3〜50μmが更に好ましく、4〜30μmが特に好ましい。深さが1μm以上の場合、細胞が捕捉されやすく、実用化の観点から好ましい。また、100μm以下の場合、複数の細胞が捕捉されるおそれがないため、好ましい。
第一の基板10の凹部11が捕捉する細胞1単位を構成する細胞は、分泌物を分泌する細胞であれば特に限定されず、例えば動物細胞(例えば、ヒト、マウス、ラクダ、サル、トリ、サメ由来の細胞);植物細胞;昆虫細胞;酵母等の真菌;大腸菌等の細菌等が挙げられる。
また、これらの細胞に分泌性タンパク質、分泌性ポリペプチド又は分泌シグナルを挿入したタンパク質、ポリペプチドをコードする遺伝子を導入した発現株も挙げられる。
分泌物は天然由来であってもよいし、遺伝子工学を利用した非天然のものであってもよい。
分泌物としては、限定はされないが、単一の分泌物であることが好ましく、免疫グロブリン(例えば、免疫グロブリンG(IgG)や免疫グロブリンM(IgM)、インターロイキン(IL−2、IL−7、IL−12、IL−15等)、ケモカイン、インターフェロン(IFN−γ等)、造血因子(コロニー刺激因子、顆粒球コロニー刺激因子、エリスロポエチン等)、細胞増殖因子(上皮成長因子、線維芽細胞成長因子、血小板由来成長因子、肝細胞成長因子、トランスフォーミング成長因子等)、細胞傷害因子(腫瘍壊死因子、リンフォトキシン)、アディポカイン(脂肪組織から分泌されるレプチン、腫瘍壊死因子等)、神経栄養因子(神経成長因子等)等のサイトカイン、抗生物質や色素等微生物の代謝産物、上記分泌細胞が分泌するペプチドホルモンやステロイドホルモン、微生物ホルモン、分泌性タンパク質又は分泌シグナルを挿入したタンパク質等が挙げられてよい。あるいはこれらを遺伝子工学的に改変したものであってもよい。一実施態様において、分泌物は、抗体分子であることが好ましい。
天然由来の抗体分子としては免疫グロブリンG(IgG)や免疫グロブリンM(IgM)が挙げられてもよい。
また、非天然由来の抗体分子としては、FabやscFv、Diabody等の抗体断片、単ドメイン抗体(Single Domain Antibodies、Methods in Molecular Biology Volume、911、2012)、抗体様の性質を有する人工蛋白質分子(Skrlec K, Strukelj B, Berlec A. Non―immunoglobulin scaffolds: a focuson their targets., Trends Biotechnol. 、2015、Apr 27)等が挙げられてよい。
本実施形態において使用できる細胞として、抗体分子を分泌する細胞、サイトカイン産生細胞やホルモン分泌細胞も挙げられる。
抗体分子を分泌する細胞としては、限定はされないが、天然由来分子の場合はB細胞等の抗体産生細胞やミエローマ細胞と融合したハイブリドーマ、抗体分子をコードするポリヌクレオチドを導入した発現細胞等の動物細胞が挙げられる。非天然由来分子の場合は動物細胞以外に酵母等の真菌、大腸菌等の細菌等が挙げられる。
サイトカイン産生細胞としては、限定はされないが、 マクロファージ、B細胞、T細胞、NK細胞、NKT細胞、樹状細胞、肝クッパー細胞、ストローマ細胞、線維芽細胞、血管内皮細胞等が挙げられる。
ホルモン分泌細胞としては、限定はされないが、脳下垂体前葉細胞、ソマトトロピン産生細胞、ラクトトロピン産生細胞、甲状腺刺激ホルモン産生細胞、性腺刺激ホルモン産生細胞、コルチコトロピン産生細胞、中間下垂体細胞、メラニン細胞刺激ホルモンを分泌する細胞、オキシトシン分泌細胞、バソプレッシン分泌細胞、セロトニン分泌細胞、エンドルフィン分泌細胞、ソマトスタチン分泌細胞、ガストリン分泌細胞、セクレチン分泌細胞、コレシストキニン分泌細胞、インスリン分泌細胞、グルカゴン分泌細胞、ボンベシン分泌細胞、甲状腺細胞、甲状腺上皮細胞、傍濾胞細胞、副甲状腺細胞、副甲状腺主細胞、好酸素性細胞、副腎腺細胞、クロム親和性細胞、ステロイドホルモン(鉱質コルチコイド又は糖質コルチコイド)産生細胞、テストステロン分泌細胞、エストロゲン分泌細胞、プロゲステロン分泌細胞、腎臓の傍糸球体装置の細胞、腎臓の緻密斑細胞、腎臓の周血管極細胞、又は、腎臓のメサンギウム細胞等が挙げられてよい。
<連通孔>
連通孔12の寸法は、凹部11に格納しようとする細胞1単位の直径と凹部11の寸法と連通孔12を移動させるべき分泌物の寸法の好適な比を考慮して適宜決定することができるが、パターニングされ、形態、細孔の径、その密度等が制御されていることが好ましい。連通孔が制御されている場合、細胞から分泌された分泌物の透過量の均等性を確保しやすいため好ましい。
詳細には、連通孔12の数、位置、形状、大きさ等は、細胞1単位は通過せずに格納することができ、細胞からの分泌物が移動可能な大きさであれば、特に限定されないが、パターニングされ、形態、細孔の径、その密度等が制御されたものであることが好ましい。
例えば、図2に示すように、凹部11が円筒状である場合には、凹部11の底部に、凹部11の直径よりも小さい直径の円筒状の連通孔12を複数個設けてもよい。また、図4に示すように、凹部11が円筒状である場合には、凹部11の底部に、図4(a)〜(d)の12a〜12dに示すような形状の連通孔を設けてもよい。例えば、連通孔12が円状の場合、その直径は10〜2,000nmが好ましく、100〜1,500nmがより好ましく、200〜1,000nmが更に好ましい。連通孔12が柵状の場合、その幅は10〜2,000nmが好ましく、10〜1,500nmがより好ましく、10〜1,000nmが更に好ましい。連通孔12が格子状の場合、一辺は10〜2,000nmが好ましく、10〜1,500nmがより好ましく、10〜1,000nmが更に好ましい。連通孔のアスペクト比は1〜10が好ましく、1〜5がより好ましい。
<細胞から分泌される分泌物が蓄積する蓄積部を備えることができる第二の基板>
本実施形態の構造体1は、図1に示すように、第一の基板10が捕捉した細胞1単位から分泌される分泌物が蓄積する蓄積部13を備えることができる第二の基板20を有する。
本実施形態において、「分泌物が蓄積する」とは、分泌物が蓄積部に接触、滞留、結合、集合及び/もしくは集積することを意味してよい。分泌物が蓄積部に接触等することにより、蓄積部13における何らかの変化を検出することが可能となる。本明細書において、分泌物と接触等することにより蓄積部13に何らかの変化が生じることを「分泌物に応答する」といってもよい。例えば、蓄積部13が細胞を含むものである場合、分泌物に対する応答態様としては、分泌物に接触することで、例えば、蓄積部13に備えられた細胞の形態が変化する、細胞が死亡する、細胞の増殖能が変化する、細胞内の物質量(イオン、pH等)が変化する、細胞内の遺伝子の転写が活性化する、等の態様が挙げられてよい。
なお、第一の基板10に補足される分泌細胞としては、例えば、フィーダー細胞(例えば、マウス胎仔由来線維芽細胞、JK1細胞、SNL76/7細胞、あるいはこれらを遺伝子工学的に改変した細胞)を使用することができ、その場合には、蓄積部13に含められる細胞としては、例えば、分化能を有する細胞(例えば、iPS細胞、ES細胞、間葉系幹細胞、生体由来幹細胞、あるいはこれらを遺伝子工学的に改変した細胞)を使用してもよい。
第二の基板20は、基板本体21と、第一の基板10を支持するピラー22と、蓄積部13とを含む。尚、構造体1において、第一の基板10を支持する手段があればピラーは存在しなくともよい。あるいは、ピラーが存在する場合、第一の基板10を支持し、本発明の目的を達成できる限り、ピラーの数、位置、形状、大きさ等は特に限定されないことが当業者には理解できる。
本実施形態の構造体1を用いて、第一の基板10の凹部11に格納された細胞1単位が分泌する分泌物の評価を、第二の基板20で迅速に行うためには、第二の基板20における分泌物の評価位置と、分泌物を分泌する細胞の位置が(より好ましくは1対1で)対応していることが好ましい。
即ち、本実施形態の構造体1は、ピラー等の第一の基板10を支持する手段により、第一の基板10と第二の基板20の位置が固定されていることが好ましい。
蓄積部13は、第一の基板10が捕捉した細胞1単位から分泌される分泌物と親和性を有する物質を含むことが好ましい。
「親和性を有する」とは、直接的、又は、別の分子を介して間接的に、結合することを意味してよい。
蓄積部13が含む「物質」は、細胞から分泌される分泌物と結合するあらゆるものを意味してよく、細胞 、ポリヌクレオチド、抗体、ペプチド、タンパク質等の生体高分子又は種々の化学物質を含んでよい。細胞としては、<細胞を格納するための凹部を備えた第一の基板>で挙げたものと同様のものが挙げられる。
例えば、分泌物が抗体である場合には、蓄積部13が含む「物質」は、抗原に該当するあらゆるものが含まれ、ペプチドやタンパク質が好ましく挙げられる。係る場合、蓄積部13としては、抗原ペプチド又は抗原タンパク質の固定層が挙げられる。
また、蓄積部13は、抗原を外因的又は内因的に発現している細胞を敷き詰めた細胞層であってもよい。抗原の発現部位が核内又は細胞質内である場合、細胞膜を溶解又は破砕して、抗原を露呈させたものを用いることが好ましい。また、細胞膜上に抗原を外因的又は内因的に発現している細胞を用いてもよい。係る場合、細胞膜を溶解又は破砕せずとも抗体が抗原にアクセスできるという観点から優れている。
本実施形態の構造体1は、膜タンパク質に対する抗体産生細胞の選別に好適に用いられる。
本実施形態において、「膜タンパク質」とは、生体膜に付着しているタンパク質を意味する。膜タンパク質は、脂質二重膜を貫通し、又は脂肪酸鎖等によって脂質二重層に結合する膜内在性タンパク質、及び非共有結合によって脂質二重層の親水性部分や他の膜タンパク質に結び付く表在性膜タンパク質を含む。本実施形態において、膜タンパク質は、複数回貫通型であってもよいし、一回貫通型であってもよい。
膜タンパク質としては、GPCR(Gタンパク質共役受容体)、リガンド依存性イオンチャネル、電位依存性イオンチャネル、トランスポーター等が挙げられる。
第二の基板20は、蓄積部13に非特異的に結合した物質を除去するための流路構造を有することが好ましい。例えば図3に示すように、構造体(構造体2)は、連結口4a及び4bを有していてもよい。
更に、該流路構造は、前記蓄積部に生じる変化を検出するための検出用物質、例えば、蓄積部13に結合した分泌物を検出するための検出用物質を通液するためのものであってもよい。
例えば、分泌物を検出する際には、連結口4aから洗浄液を通液し、蓄積部13に非特異的に結合した物質を連結口4bから排出する。次いで、連結口4aから分泌物を検出するための検出用物質を通液することにより、検出用物質を分泌物に結合させる。次いで、連結口4aから洗浄液を通液し、未結合の検出用物質を連結口4bから排出する。
第二の基板20が係る流路構造を有することにより、蓄積部13に結合した分泌物を簡便に検出することができる。
尚、分泌物を検出するための検出用物質は、連結孔12を介して、第一の基板から第二の基板へ、培地等とともに通液されてもよい。
検出用物質としては、蓄積部に含まれる分泌物認識部位とは異なる分泌物認識部位を有する、標識された物質であることが好ましい。例えば、分泌物が抗体である場合には、検出用物質としては、例えば抗体のFc部分等に特異的な標識2次抗体が挙げられてよい。
標識としては、酵素標識、蛍光標識、ビオチンや放射性物質での標識が挙げられてよい。
また、蓄積部13として、細胞を用いる場合、第二の基板20の流路構造は、細胞を培養するための培養液の流路となり得る。
膜タンパク質を抗原とする抗体産生細胞の選別に構造体を用いる場合には、蓄積部が膜タンパク質発現細胞を含む層であることが好ましく、膜タンパク質発現細胞からなる層であることがより好ましい。
膜タンパク質に対するモノクローナル抗体を得るためには、膜タンパク質が本来の立体構造を保持したまま、実験動物を免疫する必要がある。しかし、細胞膜から膜タンパク質を抽出する際に、界面活性剤を使用すると膜タンパク質の立体構造が崩れる、一方界面活性剤を使用しないと膜タンパク質が疎水性領域同士で凝集する、などの問題が生じ得るため、抗原として立体構造を保った膜タンパク質を容易に調製することは一般にできない。
これに対して、細胞の細胞膜表面に発現している膜タンパク質自体を抗原として用いることにより、立体構造を保持したままの状態で、分泌される抗体との複合体を形成させて、分泌抗体の力価を評価することができる。
膜タンパク質発現細胞としては、目的の膜タンパク質が元々高発現している細胞を用いてもよいし、人為的に目的の膜タンパク質を強制発現させた細胞株を用いてもよい。人為的に目的の膜タンパク質を強制発現させた細胞株としては、一過的発現細胞株と安定的発現細胞株が挙げられるが、取扱いが容易である点から、安定的発現細胞株を用いることが好ましい。
本実施形態において、第一の基板と第二の基板は同一の液体(典型的には、例えば培地、あるいは、PBSや生理食塩水等のバッファー等であってもよい。)で満たされており、連結孔を介して、第一の基板から第二の基板へ、第二の基板から第一の基板へ液体が通液する。通液の過程で、培地中の物質(例えば、分泌物)が第一の基板と第二の基板とを行き来する。
本実施形態の構造体は、例えば図5に示す様に、第一の基板で細胞Bを捕捉し、細胞Bからの分泌物Cが連通孔を通過して、第二の基板に移動するため、細胞Bと細胞Bからの分泌物Cとの分離が可能である。そのため、第一の基板10で捕捉する細胞Bと、細胞Bからの分泌物Cを結合させる膜タンパク質発現細胞Dとを分離して培養することが可能である。
従って、本実施形態の構造体によれば、分泌物と親和性を有する物質として、膜タンパク質を細胞表面に露出させた膜タンパク質発現細胞を用いる場合に、細胞Bと、膜タンパク質発現細胞Dとが混在する蓋然性が低く、培養時にコンタミネーションが生じる恐れも低いため、膜タンパク質発現細胞を用いた抗体産生細胞のスクリーニングに特に有用である。
また、膜タンパク質発現細胞と分泌物を分泌する細胞は異なる層で培養するため、即ち、従来は一体となっていた培養系と検出系を、培養系と検出系とに分離したため、従来のマイクロウェルアレイを用いたスクリーニングで問題となっていた、膜タンパク質発現細胞がウェルを塞いでしまうという現象も生じない。
本実施形態の構造体によれば、細胞1単位が格納可能な配列された凹部を有する場合には、播種された細胞が凹部に格納され均等に単一に配置されるため、従来のトランスウェルの膜で問題となっていた、膜上に播種された細胞を均等に単一に分散させることが出来ないという問題も生じない。
本実施形態の構造体によれば、細胞1単位を凹部に格納することにより、確定された位置に固定する場合には、細胞1単位を固定するための物質を必要としないため、固定するためのポリマーやメチルセルロースなどの物質を使用する方法によって問題となっていた、細胞の生存率の低下という問題も生じない。
本実施形態の構造体によれば、細胞1単位が格納された凹部の連通孔は、パターニングされ、形態、細孔の径、その密度等が制御される場合には、細胞1単位より分泌された分泌物の透過量の均等性が確保されるため、従来のトランスウェルの膜で問題となっていた、細胞が落下した位置の直下にある細孔が均等というわけではなく、細胞が存在する位置に細孔が存在しない場合や、細孔数が偏っており、細胞から分泌された産生物質の膜透過量の均等性が確保できないという問題も生じない。
また、本実施形態の構造体によれば、第一の基板と第二の基板の間隔が数μm〜数十μmに固定されている場合には、拡散される分泌物が狭小領域に高濃度に集積されるため、標識物質による分泌物の検出に際しシグナルが明瞭となり、検出感度が向上する。
また、本実施形態の構造体によれば、第一の基板と第二の基板の位置が固定されている場合には、トランスウェルを用いたFluoroSpot法やCellSpot法で問題となっていた、操作中に細胞が移動・喪失するという問題や、分泌細胞とその産生物質によるフットプリントの位置がずれるという現象も生じない。
従来の構造体において、凹部への細胞の格納は、細胞の重量による自然落下や遠心力による強制的な落下によって行われていたが、格納率が低いことが問題となっていた。本実施形態の構造体によれば、凹部から連通孔への液体の流れが生じ得るため、液体の流れにより細胞が容易に凹部に格納され、格納率が向上する。
従来の構造体において細胞の回収を試みる際、凹部からの吸引では細胞そのものを巻き込んだ液体の流れを作ることが難しく、目的細胞の回収の成功率が低いことが問題となっていた。一方、本実施形態の構造体によれば、凹部の連通孔を通して第二の基板からの液体の流れが生じ得るため、従来の構造体に比べて、細胞の回収成功率が向上する。
本実施形態の構造体の材質は、特に限定されないが、細胞の観察を容易とする観点から、透明性のある材質であることが好ましい。中でも、基板本体21及び層21aの材質が透明性のある材質であることが好ましい。
あるいは、例えば、蓄積部13に生じる何らかの変化を、蛍光観察を指標として観察する場合には、自家蛍光の少ない材質であることが好ましい。具体的には、ガラス、PET、PMMA、PC、シクロオレフィンポリマー(COP)、エポキシ等の透明性があり、自家蛍光が少ない一般的な樹脂を用いることができる。また、本実施形態の構造体の材質は、細胞培養の観点から、細胞毒性を有さず、親水化処理されたものであることが好ましい。
本実施形態の構造体は、細胞1単位を捕捉し得る大きさの凹部、及び細胞からの分泌物が移動可能な大きさの連通孔を形成する観点から、微細加工が容易である硬化性樹脂組成物(以下、「感光性樹脂組成物」ということがある。)を用いて重合したものであることが好ましい。
硬化性樹脂組成物としては、紫外線等の活性エネルギー線を照射することにより架橋して硬化する性質を有するものであり、ネガタイプのフォトレジスト、ネガタイプのドライフィルムレジスト、微細な構造を有する微小樹脂成形等に使用されるものが好ましい。ここで、樹脂パターンとは、硬化性樹脂組成物をフォトリソグラフィ法によって所望の形状に硬化させた硬化物のことである。
硬化性樹脂組成物を、微小樹脂成形等の用途として使用する場合、まず、樹脂パターンを形成させる基材の表面に硬化性樹脂組成物を塗布し、硬化性樹脂組成物に含まれる溶剤成分を揮発させて樹脂膜を作製する。次いで、その樹脂膜の表面に、形成させるパターンの形状となるフォトマスクを載置し、紫外線等の活性エネルギー線を照射する。その後、現像工程、及び必要ならばポストベーク工程を経ることにより、基材の表面に樹脂パターンが形成される。この樹脂パターンを、本実施形態の構造体に使用することができる。
このような硬化性樹脂組成物としては、例えば、エポキシ官能性ノボラック樹脂と、トリアリールスルホニウム塩等のカチオン系光重合開始剤と、エポキシ官能基と反応可能な希釈剤とを含み、完全に硬化して、剥離しにくい樹脂となる光硬化性組成物;多官能性ビスフェノールAホルムアルデヒド−ノボラック樹脂と、酸発生剤であるトリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネートと、溶剤のPGMEAとを含み、厚膜形成可能な樹脂となる光硬化性組成物等、微小樹脂成形に一般的に用いられる樹脂組成物を採用できる。
さらに、エポキシ樹脂と特定の酸発生剤とを組み合わせて感光性(硬化性)樹脂組成物を調製し、この硬化性樹脂組成物を使用して樹脂パターンを形成すれば、高感度で、加熱硬化時の体積収縮が小さく、アスペクト比が高い形状の樹脂パターンを形成できる。
硬化性(感光性)樹脂組成物としては、例えば、(a)多官能エポキシ樹脂と、(b)カチオン重合開始剤と、を含む感光性樹脂組成物が挙げられる。
[(a)多官能エポキシ樹脂]
本実施形態で使用される多官能エポキシ樹脂は、一分子中に2個以上のエポキシ基を有する樹脂であり、硬化性樹脂組成物で形成された樹脂膜を硬化させるのに十分な数のエポキシ基を一分子中に含むエポキシ樹脂であれば、どのようなエポキシ樹脂でもよい。このような多官能エポキシ樹脂としては、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリフェニル型ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂が好ましい。
多官能エポキシ樹脂の一分子中に含まれるエポキシ基の数である官能性は、2以上であることが好ましく、3〜12であることがより好ましい。多官能エポキシ樹脂の官能性が3以上であることにより、高いアスペクト比と解像性を有する樹脂パターンを形成することができるので好ましく、多官能エポキシ樹脂の官能性が12以下であることにより、樹脂合成の制御が容易となり、また樹脂パターンの内部応力が過剰に大きくなることを抑制できるので好ましい。
多官能エポキシ樹脂の質量平均分子量は、300〜5000であることが好ましく、500〜4000であることがより好ましい。多官能エポキシ樹脂の質量平均分子量が300以上であることにより、硬化性樹脂組成物が活性エネルギー線照射によって硬化する前に熱フローしてしまうことを抑制できる点で好ましく、多官能エポキシ樹脂の質量平均分子量が5000以下であることにより、パターニング現像時の適当な溶解速度を得ることができる点で好ましい。
感光性樹脂組成物中における上記多官能エポキシ樹脂の含有量は、全固形分中、10質量%〜99.9質量%であることが好ましく、30質量%〜99.9質量%であることがより好ましい。これにより、基板上にコーティングした際に、高感度で適当な硬度の感光性樹脂膜が得られる。
[(B)カチオン重合開始剤]
次に、カチオン重合開始剤について説明する。本実施形態で使用されるカチオン重合開始剤は、紫外線、遠紫外線、KrF、ArF等のエキシマレーザー光、X線、電子線等といった活性エネルギー線の照射を受けてカチオンを発生し、そのカチオンが重合開始剤となり得る化合物である。
このようなカチオン開始剤としては、例えば、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−メチルフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−(β−ヒドロキシエトキシ)フェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−メチル−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(3−メチル−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−フルオロ4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−メチル−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2,3,5,6−テトラメチル−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2,6−ジクロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2,6−ジメチル−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2,3−ジメチル−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−メチル−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(3−メチル−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−フルオロ4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−メチル−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2,3,5,6−テトラメチル−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2,6−ジクロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2,6−ジメチル−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2,3−ジメチル−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−アセチルフェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−(4−メチルベンゾイル)フェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−(4−フルオロベンゾイル)フェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−(4−メトキシベンゾイル)フェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−ドデカノイルフェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−アセチルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−(4−メチルベンゾイル)フェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−(4−フルオロベンゾイル)フェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−(4−メトキシベンゾイル)フェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−ドデカノイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−アセチルフェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−(4−メチルベンゾイル)フェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−(4−フルオロベンゾイル)フェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−(4−メトキシベンゾイル)フェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−ドデカノイルフェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウムテトラフルオロボレート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウムパークロレート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルジフェニルスルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロホスフェート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムテトラフルオロボレート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムパークロレート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムp−トルエンスルホネート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムカンファースルホネート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムノナフルオロブタンスルホネート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロホスフェート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムテトラフルオロボレート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムパークロレート、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−クロロフェニル)スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート、ジフェニル[4−(フェニルチオ)フェニル]スルホニウムトリフルオロトリスペンタフルオロエチルホスファート、ジフェニル[4−(p−ターフェニルチオ)フェニル]スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジフェニル[4−(p−ターフェニルチオ)フェニル]スルホニウムトリフルオロトリスペンタフルオロエチルホスファート等が挙げられる。これらの化合物のうち、4−(2−クロロ−4−ベンゾイルフェニルチオ)フェニルビス(4−フルオロフェニル)スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート(株式会社ADEKA製、アデカオプトマーSP−172)、ジフェニル[4−(フェニルチオ)フェニル]スルホニウムトリフルオロトリスペンタフルオロエチルホスファート(サンアプロ株式会社製、CPI−210S)、ジフェニル[4−(p−ターフェニルチオ)フェニル]スルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、ジフェニル[4−(p−ターフェニルチオ)フェニル]スルホニウムトリフルオロトリスペンタフルオロエチルホスファート(サンアプロ株式会社製、HS−1PG)が好ましい。
硬化性樹脂組成物におけるカチオン重合開始剤の含有量は、0.1〜10質量%が好ましく、0.5〜5質量%であることがより好ましい。硬化性樹脂組成物におけるカチオン重合開始剤の含有量が0.1質量%以上であれば、硬化性樹脂組成物の活性エネルギー線露光による硬化時間を適切なものとすることができるので好ましい。また、硬化性樹脂組成物におけるカチオン重合開始剤の含有量が10質量%以下であれば、活性エネルギー線による露光後の現像性を良好なものとできるので好ましい。なお、上記含有量は、硬化性樹脂組成物が後述する溶剤成分を含まないとした場合のものである。したがって、硬化性樹脂組成物が後述する溶剤成分を含む場合には、溶剤成分の質量を除いた後におけるカチオン重合開始剤の含有量が上記含有量の範囲となるようにすればよい。
その他、硬化性樹脂組成物の詳細については、特開2008−180877号公報、特開2011−111588号公報等に記載の当業者公知の方法に基づいて実施可能であることが当業者には当然に理解される。
第二の基板20に蓄積部13を形成するため、例えば基板本体21を分泌物に親和性を有する層21aで被覆してもよい(図5参照。)。層21aとしては、表面改質剤、界面活性剤等で表面処理してなる層が挙げられる。表面改質剤の例としては、シランカップリング剤が挙げられる。
蓄積部13として、タンパク質、ペプチドを用いる場合には、層21aとしては、アミノプロピルトリエトキシシラン等で処理して表面にアミノ基を導入してなる層が挙げられる。
蓄積部13として、膜タンパク質安定発現細胞等の細胞を用いる場合には、層21aとしては、基板本体21をポリリジン、コラーゲン、フィブロネクチン、ラミニン等の生体分子でコートしてなる層が挙げられる。
[第二実施形態]
本実施形態の構造体は、第一の基板と、前記第一の基板の一方側に対向するように配置された、分泌物を分泌する第一の細胞を備えることができる第二の基板を含む構造体であって、前記第一の基板は、前記第一の基板の他方側に開口し、第二の細胞1単位を捕捉可能な大きさを有する凹部を複数有し、前記凹部の少なくとも一部には、前記一方側と前記他方側とを連通し、前記第一の細胞から分泌される分泌物が移動可能な大きさを有する連通孔を有し、前記第二の細胞は前記第一の細胞から分泌される分泌物に応答する細胞である。
本実施形態の構造体の構成は、第一の実施形態の構造体1における蓄積部13が分泌物を分泌する第一の細胞に変わった点以外は同様である。本実施形態の構造体の使用時の実施形態(例えば分泌物の種類など。)についても上記以外は同様である。
第二の細胞としては、第一の細胞から分泌される分泌物に応答するものであれば、特に限定されず、例えば動物細胞(例えば、ヒト、マウス、ラクダ、サル、トリなどに由来する細胞);植物細胞;昆虫細胞;酵母等の真菌;大腸菌等の細菌等が挙げられる。
また、これらの細胞に分泌性タンパク質に結合する受容体タンパク質をコードする遺伝子を導入した発現株も挙げられる。
本発明においては、上記細胞のなかでも、動物細胞が好ましい。動物細胞としては、他の細胞からの分泌物に依存して形態変化、分化又は増殖等する細胞が好ましい。例えば、分泌物が分化因子であり、当該細胞の形態変化や分化が分化因子に依存し得る場合には、係る細胞としてはiPS細胞、ES細胞が挙げられてよい。
第一の細胞としては、分泌物を分泌する細胞であれば特に限定されず、第二の細胞と同様に動物細胞(例えば、ヒト、マウス、ラクダ、サル、トリなどに由来する細胞);植物細胞;昆虫細胞;酵母等の真菌;大腸菌等の細菌等が挙げられる。
第二の細胞として分化能を有する細胞(例えば、iPS細胞、ES細胞、間葉系幹細胞、生体由来幹細胞、あるいはこれらを遺伝子工学的に改変した細胞)を使用する場合には、第一の細胞はフィーダー細胞(例えば、マウス胎仔由来線維芽細胞、JK1細胞、SNL76/7細胞、あるいはこれらを遺伝子工学的に改変した細胞)であることが好ましい。
本実施形態においても、第一の基板と第二の基板は同一の液体で満たされており、連通孔を介して、第一の基板から第二の基板へ、第二の基板から第一の基板へ液体が通液する。通液の過程で、液体中の物質(例えば、分泌物)が第一の基板と第二の基板とを行き来する。
分泌物としては、第二の細胞に作用する機能を有するものであれば特に限定されず、第一実施形態で挙げたものと同様のものが挙げられる。
本実施形態の構造体によれば、第一の基板と第二の基板の間を所定の大きさの分泌物が選択的に行き来する構成を有しているため、例えば、第二の細胞を継代する際に、第一の細胞のコンタミネーションが生じる恐れがない。
≪構造体の製造方法≫
[第三実施形態]
本実施形態の構造体の製造方法は、第一の支持体上に、第一の硬化性樹脂組成物を塗布して第一の硬化性樹脂膜を形成し、第二の基板を得る工程1と、第二の支持体上に、溶解可能な下地膜を形成し、該下地膜上に第二の硬化性樹脂組成物を塗布して第二の硬化性樹脂膜を形成し、該第二の硬化性樹脂膜に連通孔をパターニングして、連通孔がパターニングされた支持層を得る工程2と、前記支持層上に、第三の硬化性樹脂組成物を塗布して第三の硬化性樹脂膜を形成し、該第三の硬化性樹脂膜に凹部をパターニングして、凹部がパターニングされた第一の基板を得る工程3と、前記下地膜を溶解して、前記第二の支持体から前記第一の基板を剥離する工程4と、前記第一の基板と前記第二の基板とを接合させる工程5と、を含む。
<工程1>
本工程では、例えば図6の(i)に示すように、第一の支持体21上に、第一の硬化性樹脂組成物を塗布して、第一の硬化性樹脂膜22aを形成し、第一の硬化性樹脂膜22aを露光して現像することにより、図6(g)に示すようなピラーパターン22を形成する。
構造体において、第一の基板を支持する手段があればピラーパターン22を形成する工程は存在しなくともよい。また、第一の硬化性樹脂組成物の硬化方法は、露光でなくともよく、公知の方法が採用される。
支持体21としては、例えば、電子部品用の基板が使用できるが、細胞観察の観点から透明な基板であることが好ましく、具体的にはガラス基板を採用することが好ましい。
第一の硬化性樹脂組成物としては、上述の硬化性(感光性)樹脂組成物が挙げられる。
また、第二の基板は、被覆層中の細胞やタンパク質を固定化させるため、第二の基板表面全体に、SiO膜を形成することが好ましい。第二の基板表面全体とは、図6(g)に示すように、ピラーパターン22の表面及び支持体21の表面を含む。SiO膜を形成する方法としては、例えばtetraisocyanatesilaneで処理する方法が挙げられる。
<工程2>
本工程では、例えば図6(a)に示すように、第二の支持体31上に、溶解可能な下地膜32を形成し、該下地膜32上に、第二の硬化性樹脂組成物を塗布して第二の硬化性樹脂膜10Bを形成し、第二の硬化性樹脂膜10Bを露光した後、現像して、図6(c)に示すような連通孔がパターニングされた支持層10bを形成する。
連通孔のパターニング方法は、露光・現像に限られず、インプリント法や誘導自己組織化(Directed Self Assembly,DSA)技術を用いた方法等も採用できる。また、第二の硬化性樹脂組成物の硬化方法は、露光でなくともよく、公知の方法が採用される。
第二の支持体としては、例えば、電子部品用の基板や、これに所定の配線パターンが形成されたもの等を例示することができる。より具体的には、シリコンウェーハ、銅、クロム、鉄、アルミニウム等の金属製の基板や、ガラス基板等が挙げられる。配線パターンの材料としては、例えば銅、アルミニウム、ニッケル、金等が使用可能である。第二の硬化性樹脂組成物としては、上述の硬化性(感光性)樹脂組成物が挙げられる。
下地膜には、ポリビニルアルコール樹脂、デキストリン、ゼラチン、にかわ、カゼイン、セラック、アラビアゴム、澱粉、蛋白質、ポリアクリル酸アミド、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリビニルメチルエーテル、スチレン系エラストマー、メチルビニルエーテルと無水マレイン酸との共重合体、酢酸ビニルとイタコン酸との共重合体、ポリビニルピロリドン、アセチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、又はアルギン酸ナトリウム等を用いることができる。これらの材料は、同種の液体に可溶な複数の材料の組み合わせであってもよい。下地膜の強度や柔軟性の観点から、下地膜の材料は、例えば、マンナン、キサンタンガム、又はグアーガム等のゴム成分を含んでいてもよい。
<工程3>
本工程では、例えば図6(d)に示すように、支持層10b上に、第三の硬化性樹脂組成物を塗布して第三の硬化性樹脂膜10Aを形成し、該第三の硬化性樹脂膜10Aを露光した後、現像して、支持層10b上に、凹部がパターニングされた第一の基板を得る。第三の硬化性樹脂組成物としては、上述の硬化性(感光性)樹脂組成物が挙げられる。
凹部のパターニング方法は、露光・現像に限られず、インプリント法や誘導自己組織化(Directed Self Assembly,DSA)技術を用いた方法等も採用できる。また、第三の硬化性樹脂組成物の硬化方法は、露光でなくともよく、公知の方法が採用される。
<工程4>
本工程では、例えば剥離剤(例えば、1−メチル−4−イソプロピルシクロヘキサン(p−Menthane))に基板ごと浸漬することにより、下地膜を溶解し、第二の支持体31から第一の基板10を剥離する。
<工程5>
本工程では、例えば上記工程で得られた図6(f)に示す第一の基板及び図6(g)に示す第二の基板を接合させる。接合する際には、支持層10bが第二の基板側になるように、支持層10bをピラー22上に接合する。接合には、前記硬化性樹脂組成物を接着剤に用いて接着すればよい。
≪細胞の選別方法≫
本発明の細胞の選別方法は、複数の細胞から、分泌物を分泌する目的の細胞を選別する、細胞の選別方法であって、細胞1単位(好ましくは、細胞1個)を捕捉可能な大きさを有する凹部を複数有し、前記凹部の少なくとも一部には、前記一方側と前記他方側とを連通し、前記細胞から分泌される分泌物が移動可能な大きさを有する連通孔を有する第一の基板に、前記細胞を分散させて、前記細胞を、前記凹部に捕捉させる工程Aと、前記細胞から前記分泌物を分泌させ、前記分泌物を前記連通孔から移動させ、前記連通孔を介して移動した前記分泌物を第二の基板の蓄積部に蓄積させる工程Bと、前記蓄積部に生じる変化を検出する工程Cと、前記検出結果を指標に、目的の細胞を特定する工程Dと、を含む。
当該方法は、場合により、更に、前記目的の細胞を回収する工程Eを含んでよい。回収した細胞は当業者公知の方法によって培養し、当業者公知の方法に従って、さらなる評価系や分泌物の産生系等に用いることができる。
当該方法は、更に、目的の細胞を培養することで分泌物を産生させる工程F1、又は、前記目的の細胞において前記分泌物をコードするポリヌクレオチドをクローニングし、当該ポリヌクレオチドが発現するように別の宿主細胞を培養することで分泌物を産生させる工程F2を含んでもよい。なお、当該工程F2では、クローニングされたポリヌクレオチドをさらに改変してから、当該改変されたポリヌクレオチドが発現するように別の宿主細胞を培養することで分泌物を産生させてもよい。
以下、本発明の細胞の選別方法の好ましい実施形態について説明する。
[第四実施形態]
本実施形態の細胞の選別方法は、複数の抗体産生細胞から、特定の抗原に特異的に結合する抗体を分泌する目的の抗体産生細胞を選別する、細胞の選別方法であって、抗体産生細胞1単位(好ましくは、細胞1個)を捕捉可能な大きさを有する凹部を複数有し、前記凹部の少なくとも一部には、前記一方側と前記他方側とを連通し、前記抗体産生細胞から分泌される前記抗体が移動可能な大きさを有する連通孔を有する第一の基板に、前記抗体産生細胞を分散させて、前記抗体産生細胞を、前記凹部に捕捉させる工程Aと、前記抗体産生細胞から前記抗体を分泌させ、前記抗体を前記連通孔から移動させ、前記連通孔を介して移動した前記抗体を第二の基板の蓄積部に蓄積させる工程Bと、前記蓄積部に生じる変化を検出する工程Cと、前記検出結果を指標に、目的の抗体産生細胞を特定する工程Dと、を含む。
本実施形態の細胞の選別方法は、場合により、該目的の抗体産生細胞を回収する工程Eを含んでよく、更に、該目的の細胞を培養することで抗体を産生させる工程F1、又は、前記目的の細胞において前記抗体をコードするポリヌクレオチドをクローニングし、当該抗体が発現するように別の宿主細胞を培養することで抗体を産生させる工程F2を含んでもよい。なお、当該工程F2では、クローニングされたポリヌクレオチドをさらに改変してから、当該改変されたポリヌクレオチドが発現するように別の宿主細胞を培養することで改変された抗体を産生させてもよい。
<工程A>
工程Aは、抗体産生細胞1単位(好ましくは、細胞1個)を捕捉可能な大きさを有する凹部を複数有し、該凹部の少なくとも一部には、前記一方側と前記他方側とを連通し、該抗体産生細胞から分泌される該抗体が移動可能な大きさを有する連通孔を有する第一の基板10に、該抗体産生細胞を分散させて、該抗体産生細胞を、該凹部に捕捉させる工程である(図7参照。)。
例えば、抗原を免疫したマウス、ラット、ウサギから摘出した脾臓、リンパ節、骨髄、血液から抗体産生細胞を分離し、分離した抗体産生細胞を培地に懸濁し、得られた懸濁液を構造体1の第一の基板10に播種する(図7(a)参照。)。用いる培地としては、例えばMEM培地、RPMI培地が挙げられる。播種した細胞1個は、凹部に捕捉される(図7(b)参照。)。凹部に捕捉後、第一の基板10を洗浄し、捕捉されなかった抗体産生細胞を除去することが好ましい。凹部に捕捉させる抗体産生細胞は、予め抗原あるいはサイトカインで刺激を与え免疫グロブリンである抗体を産生し得る状態にしておくことが好ましい。
<工程B>
工程Bは、前記抗体産生細胞から前記抗体を分泌させ、前記抗体を前記連通孔から移動させ、前記連通孔を介して移動した前記抗体を第二の基板の蓄積部に蓄積させる工程である。本実施形態において、蓄積部は、抗体と親和性を有する第一の親和性物質を含むことが好ましい。
抗体と親和性を有する第一の親和性物質としては、抗原又は該抗体(免疫グロブリン)と反応し得る抗免疫グロブリン抗体が挙げられ、製造が容易である点から抗原、特にペプチド抗原が好ましい。例えば、蓄積部は、基板本体21上に層21aとして、活性エステルやエポキシドを修飾してなる層を形成し、アミノ基を介してペプチドを固定化する等、従来公知の方法にて容易に形成される。
また、GPCR等の膜タンパク質に対する抗体を作製する場合には、第一の親和性物質を含む蓄積部は、該膜タンパク質をコードする遺伝子を細胞に導入してなる膜タンパク質発現細胞を含む層であることが好ましく、膜タンパク質発現細胞からなる層であることがより好ましい。一部の膜タンパク質は、その性質上、可溶化が難しく構造を保持したまま調製することが困難である。しかし、培養細胞の細胞膜上に発現させた場合には、安定に発現し得るため、膜タンパク質を細胞膜表面に発現させた培養細胞自体を第一の親和性物質を含む層にすることが好ましい。
本実施形態において、第一の基板と第二の基板は同一の液体で満たされており、連通孔を介して、第一の基板から第二の基板へ、第二の基板から第一の基板へ液体が通液する。通液の過程で、抗体産生細胞から分泌された液体中の抗体は、凹部が有する連結孔を通り第二の基板20に移動する。移動した抗体は、蓄積部中の第一の親和性物質と接触し、抗体−第一の親和性物質複合体を形成する。
<工程C>
工程Cは、前記蓄積部に生じる変化を検出する工程であり、好ましくは、前記抗体−第一の親和性物質複合体を標識物質により標識し、前記抗体−第一の親和性物質複合体中の標識物質のシグナル強度を検出する工程である(図9参照。)。
抗体−第一の親和性物質複合体を特異的に検出するという観点から、工程Cにおいて、第一の親和性物質の抗体認識部位とは異なる抗体認識部位を有する、標識された第二の親和性物質を用いることが好ましい。
第一の親和性物質として抗原を用いる場合には、第二の親和性物質は、IgGのFc部分に特異的な標識2次抗体が好ましい。
標識としては、HRP(Horse Radish Peroxidase; 西洋ワサビペルオキシダーゼ)、AP(Alkaline Phosphatase; アルカリフォスファターゼ)等の酵素標識が挙げられる。酵素標識の場合、化学発光基質を用いると、酵素反応により化学発光が生じる。
また、標識としては、FAM(カルボキシフルオレセイン)、JOE(6−カルボキシ−4’,5’−ジクロロ2’ ,7’−ジメトキシフルオレセイン)、FITC(フルオレセインイソチオシアネート)、TET(テトラクロロフルオレセイン)、HEX(5'−ヘキサクロロ−フルオレセイン−CEホスホロアミダイト)、Cy3、Cy5、Alexa568、Alexa 488等の蛍光標識が挙げられる。抗体−第一の親和性物質複合体に蛍光標識された第二の親和性物質が結合し、複合体が形成されると、該複合体は所定の蛍光を発する。
<工程D>
工程Dは、前記検出結果を指標に、好ましくは、前記標識物質のシグナル強度を指標に、目的の抗体産生細胞を特定する工程である。
本実施形態において、目的の抗体産生細胞とは、特定の抗原に特異的に結合する抗体を分泌する抗体産生細胞を意味する。
抗体産生細胞が産生する抗体の特異性は、抗体−第一の親和性物質複合体の形成の度合い、即ち工程Cで標識した抗体−第一の親和性物質複合体のシグナル強度に依存する。
第二の基板20において、高いシグナル強度を示した部位に対応する凹部に存在する細胞が目的の抗体産生細胞である。
<工程E>
工程Eは、目的の抗体産生細胞を回収する工程であり、好ましくは、前記標識物質のシグナル強度を指標に、目的の抗体産生細胞を回収する工程である(図10参照。)。係る細胞を、マニュピレーター又はピペット等を用いて回収する(図10(a)参照。)。
<工程F1又は工程F2>
工程F1は、目的の細胞を培養することで抗体を産生させる工程である。工程F1で用いられる細胞としてはハイブリドーマが好ましい。ハイブリドーマは、抗体を産生しつつ増殖するため、目的の抗体が多量に得られる。
工程F2は、目的の細胞において前記抗体をコードするポリヌクレオチドをクローニングし、当該抗体が発現するように別の宿主細胞を培養することで抗体を産生させる工程である。目的の抗体産生細胞を培養後、RT−PCR等により、抗体をコードするポリヌクレオチドをクローニングできる(図10(b)参照。)。場合により、前記抗体をコードするポリヌクレオチドをさらに改変してもよい。また、前記抗体をコードするポリヌクレオチド又は改変したポリヌクレオチドを用いて組換え体ベクターを構築してもよい。前記構築した組換え体ベクターを宿主細胞に導入して得られる形質転換株を構築してもよい。前記形質転換株を培地中で培養し、培養物中に前記抗体を生成蓄積させ、培養物から前記抗体を採取してもよい。
その他、工程F1又は工程F2は、当業者公知の方法に基づいて実施可能であることが当業者には当然に理解される。
本実施形態によれば、第一の基板の抗体産生細胞の培養系と第二の基板の抗体の検出系とを分けることにより、特に、膜タンパク質を細胞膜表面に発現させた培養細胞自体を用いた評価方法において、抗体産生細胞と評価用の細胞が混ざることなく、簡便に抗体産生細胞の抗体産生能を評価できるため、目的の抗体産生細胞の回収を迅速にできる。
以下、第五〜第六実施形態において、第四実施形態の構成との差異点について詳細に説明する。
[第五実施形態]
本実施形態の細胞の選別方法は、サイトカイン、ホルモン等を含む複数のポリペプチド産生細胞から、特定のポリペプチドを分泌する目的のポリペプチド産生細胞を選別する、細胞の選別方法であって、ポリペプチド産生細胞1単位(好ましくは、細胞1個)を捕捉可能な大きさを有する凹部を複数有し、該凹部の少なくとも一部には、前記一方側と前記他方側とを連通し、該ポリペプチド産生細胞から分泌される該ポリペプチドが移動可能な大きさを有する連通孔を有する第一の基板に、該ポリペプチド産生細胞を分散させて、該ポリペプチド産生細胞を、該凹部に捕捉させる工程Aと、該ポリペプチド産生細胞から該ポリペプチドを分泌させ、該ポリペプチドを前記連通孔から移動させ、該連通孔を介して移動した該ポリペプチドを第二の基板の蓄積部に蓄積させる工程Bと、該蓄積部に生じる変化を検出する工程Cと、該検出結果を指標に、目的のポリペプチド産生細胞を特定する工程Dと、を含む。
本実施形態の細胞の選別方法は、場合により、該目的のポリペプチド産生細胞を回収する工程Eを含んでよく、更に、該目的の細胞を培養することでポリペプチドを産生させる工程F1、又は、前記目的の細胞において前記ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドをクローニングし、当該ポリペプチドが発現するように別の宿主細胞を培養することでポリペプチドを産生させる工程F2を含んでもよい。なお、当該工程F2では、クローニングされたポリヌクレオチドをさらに改変してから、当該改変されたポリヌクレオチドが発現するように別の宿主細胞を培養することで改変されたポリペプチドを産生させてもよい。
<工程A>
工程Aは、ポリペプチド産生細胞1単位(好ましくは、細胞1個)を捕捉可能な大きさを有する凹部を複数有し、該凹部の少なくとも一部には、前記一方側と前記他方側とを連通し、該ポリペプチド産生細胞から分泌される該ポリペプチドが移動可能な大きさを有する連通孔を有する第一の基板10に、該ポリペプチド産生細胞を分散させて、該ポリペプチド産生細胞を、該凹部に捕捉させる工程である(図7参照。)。
ポリペプチドとしては、サイトカイン、ホルモン等が挙げられる。
<工程B>
工程Bは、該ポリペプチド産生細胞から該ポリペプチドを分泌させ、該ポリペプチドを前記連通孔から移動させ、該連通孔を介して移動した該ポリペプチドを第二の基板の蓄積部に蓄積させる工程である。
本実施形態において、蓄積部は、ポリペプチドと親和性を有する第一の親和性物質を含んでもよい。サイトカイン産生細胞の選別においては、サイトカインと親和性を有する第一の親和性物質としては、受容体又はサイトカインと反応し得る抗免疫グロブリン抗体が挙げられる。また、ホルモン分泌細胞の選別においては、ホルモンと親和性を有する第一の親和性物質としては、受容体が挙げられる。
第一の親和性物質として、受容体を用いる場合には、第一の親和性物質を含む蓄積部は、該受容体をコードする遺伝子を細胞に導入してなる受容体安定発現細胞を含む層であることが好ましく、当該受容体安定発現細胞からなる層であることがより好ましい。
成長ホルモンなどのペプチドホルモンは、ホルモン受容体と結合して、シグナル伝達を行い、標的遺伝子を転写活性化することによりホルモン作用を発現する。本実施形態において、蓄積部は、ホルモンであるポリペプチドに応答するレポーター遺伝子導入細胞を含んでもよい。
ホルモン分泌細胞の選別においては、ホルモンに応答するレポーター遺伝子導入細胞は、係る転写活性化を利用したものであり、ホルモン応答配列をレポーター遺伝子の転写調節領域に組み込んだものを、ホルモン受容体を内在的又は外在的に高発現している細胞に安定的に導入した細胞である。
レポーター遺伝子としては、GFP等の蛍光タンパク質やルシフェラーゼ、β-ガラクトシダーゼ、βラクタマーゼ等の酵素をコードする遺伝子が挙げられる。
<工程C>
工程Cは、該蓄積部に生じる変化を検出する工程である。
サイトカイン産生細胞の選別においては、工程Cは、サイトカイン−第一の親和性物質複合体を標識物質により標識し、前記サイトカイン−第一の親和性物質複合体中の標識物質のシグナル強度又は有無を検出する工程であることが好ましい。
ホルモン分泌細胞の選別においては、工程Cは、ホルモンに応答するレポーター遺伝子導入細胞から生じる蛍光又は発光の強度又は有無を検出する工程、或いは、ホルモン−ホルモン受容体複合体を標識物質により標識し、前記ホルモン−ホルモン受容体複合体中の標識物質の強度又は有無を検出する工程であることが好ましい。
<工程D>
工程Dは、前記検出結果を指標に、好ましくは、前記標識物質のシグナル強度を指標に、目的のポリペプチド産生細胞を特定する工程である。
ポリペプチドが産生するポリペプチドの特異性は、工程Cで標識したポリペプチド−第一の親和性物質複合体のシグナル強度、ポリペプチドに応答するレポーター遺伝子導入細胞から生じるシグナル強度等に依存する。
第二の基板20において、高いシグナル強度を示した部位に対応する凹部に存在する細胞が目的のポリペプチド産生細胞である。
<工程E>
工程Eは、目的のポリペプチド産生細胞を回収する工程であり、好ましくは、前記標識物質のシグナル強度を指標に、目的のポリペプチド産生細胞を回収する工程である(図10参照。)。係る細胞を、マニュピレーター又はピペット等を用いて回収する(図10(a)参照。)。
<工程F1又は工程F2>
工程F1は、目的の細胞を培養することでポリペプチドを産生させる工程である。ポリペプチドサイトカイン又はホルモン、工程F1で用いられる細胞としては、上述したサイトカイン産生細胞又はホルモン分泌細胞が挙げられる。
工程F2は、目的の細胞において前記ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドをクローニングし、当該ポリペプチドが発現するように別の宿主細胞を培養することでポリペプチドを産生させる工程である。目的のポリペプチド産生細胞を培養後、RT−PCR等により、目的のポリペプチドをコードするポリヌクレオチドをクローニングできる(図10(b)参照。)。場合により、前記ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドをさらに改変してもよい。また、前記ポリペプチドをコードするポリヌクレオチド又は改変したポリヌクレオチドを用いて組換え体ベクターを構築してもよい。前記構築した組換え体ベクターを宿主細胞に導入して得られる形質転換株を構築してもよい。前記形質転換株を培地中で培養し、培養物中に前記ポリペプチドを生成蓄積させ、培養物から前記ポリペプチドを採取してもよい。
その他、工程F1又は工程F2は、当業者公知の方法に基づいて実施可能であることが当業者には当然に理解される。
サイトカインは、感染症、癌、アレルギー、自己免疫疾患を含む様々な疾患において、特異的免疫応答を介してワクチンとして機能することが知られている。
本実施形態において、特定の受容体に結合するサイトカインを分泌するサイトカイン産生細胞を選別し、係るサイトカインを分析することにより、新規ワクチンの開発に役立てることができる。
また、インターフェロンのように医薬品として用いられているサイトカインを大量生産する際、本実施形態の細胞選別方法は有用である。具体的には、本実施形態の細胞選別方法を用いて、インターフェロン産生細胞を選別し、該インターフェロン産生細胞から大量のインターフェロンを分泌させることにより、効率よくワクチンを生産することができる。
また、本実施形態は、特定のホルモンを分泌する細胞の選別に好適に用いられる。例えば、ホルモンをコードする遺伝子改変ライブラリーを導入した細胞集団の選別に好適に用いられる。この実施形態によれば、改変したホルモンのホルモン受容体活性化能を簡便に評価できるため、ホルモン受容体を阻害あるいは活性化するホルモンの選別を迅速にできる。
[第六実施形態]
本実施形態の細胞の選別方法は、複数の分泌物産生細胞から、分泌物産生能の高い目的の分泌物産生細胞を選別する、細胞の選別方法であって、分泌物産生細胞1単位(好ましくは、細胞1個)を捕捉可能な大きさを有する凹部を複数有し、該凹部の少なくとも一部には、前記一方側と前記他方側とを連通し、該分泌物産生細胞から分泌される該分泌物が移動可能な大きさを有する連通孔を有する第一の基板に、該分泌物産生細胞を分散させて、該分泌物産生細胞を、該凹部に捕捉させる工程Aと、該分泌物産生細胞から該分泌物を分泌させ、該分泌物を前記連通孔から移動させ、該連通孔を介して移動した該分泌物を第二の基板の蓄積部に蓄積させる工程Bと、該蓄積部に生じる変化を検出する工程Cと、該検出結果を指標に、分泌物産生能の高い目的の分泌物産生細胞を特定する工程Dと、を含む。
本実施形態の細胞の選別方法は、場合により、該目的の分泌物産生細胞を回収する工程Eを含んでもよい。本実施形態の細胞の選別方法は、場合により、更に、当該目的の分泌物産生細胞を回収して培養することで分泌物を産生させる工程F1、あるいは、前記目的の細胞において前記分泌物をコードするポリヌクレオチドをクローニングし、当該ポリヌクレオチドが発現するように別の宿主細胞を培養することで分泌物を産生させる工程F2を含んでもよい。なお、当該工程F2では、クローニングされたポリヌクレオチドをさらに改変してから、当該改変されたポリヌクレオチドが発現するように別の宿主細胞を培養することで抗体を産生させてもよい。
<工程A>
分泌物産生細胞1単位(好ましくは、細胞1個)を捕捉可能な大きさを有する凹部を複数有し、該凹部の少なくとも一部には、前記一方側と前記他方側とを連通し、該分泌物産生細胞から分泌される該分泌物が移動可能な大きさを有する連通孔を有する第一の基板10に、該分泌物産生細胞を分散させて、該分泌物産生細胞を、該凹部に捕捉させる工程である(図7参照。)。
例えば、CHO細胞、293細胞等の動物細胞に抗体の重鎖及び軽鎖遺伝子を導入して抗体産生細胞を樹立し、培地に懸濁して得られた懸濁液を構造体1の第一の基板10に播種する(図7(a)参照。)。凹部に捕捉後、第一の基板10を洗浄し、捕捉されなかった抗体産生細胞を除去することが好ましい。
<工程B>
工程Bは、該分泌物産生細胞から該分泌物を分泌させ、該分泌物を前記連通孔から移動させ、該連通孔を介して移動した該分泌物を第二の基板の蓄積部に蓄積させる工程である。
本実施形態において、蓄積部は、分泌物と親和性を有する第一の親和性物質を含む。
分泌物が抗体分子の場合、抗体と親和性を有する第一の親和性物質としては、抗原又は該抗体(免疫グロブリン)と反応し得る抗免疫グロブリン抗体、プロテインA、プロテインG、プロテインLが挙げられ、抗原によらず汎用に用いることができるという点から抗免疫グロブリン抗体、プロテインA、プロテインG、プロテインLが好ましい。例えば、蓄積部は、第二の基板21上に層21aとして、活性エステルやエポキシドを修飾してなる層を形成し、アミノ基を介してペプチドを固定化する等、従来公知の方法にて容易に形成される。
本実施形態において、第一の基板と第二の基板は同一の液体で満たされており、連通孔を介して、第一の基板から第二の基板へ、第二の基板から第一の基板へ液体が通液する。通液の過程で、分泌物産生細胞から分泌された液体中の分泌物は、凹部が有する連結孔を通り第二の基板20に移動する。移動した分泌物は、蓄積部中の第一の親和性物質と接触し、分泌物−第一の親和性物質複合体を形成する。
<工程C>
工程Cは、該蓄積部に生じる変化を検出する工程であり、好ましくは、前記分泌物−第一の親和性物質複合体を標識物質により標識し、前記分泌物−第一の親和性物質複合体中の標識物質のシグナル強度を検出する工程である(図9参照。)。分泌物−第一の親和性物質複合体を特異的に検出するという観点から、工程Cにおいて、第一の親和性物質の分泌物認識部位とは異なる分泌物認識部位を有する、標識された第二の親和性物質を用いることが好ましい。
第一の親和性物質としてプロテインAを用いる場合には、第二の親和性物質は、限定はされないが、IgGのFab部分に特異的な標識二次抗体が好ましく、二次抗体としてFabやF(ab’)がより好ましい。
標識としては、HRP(Horse Radish Peroxidase; 西洋ワサビペルオキシダーゼ)、AP(Alkaline Phosphatase; アルカリフォスファターゼ)等の酵素標識が挙げられる。酵素標識の場合、化学発光基質を用いると、酵素反応により化学発光が生じる。
また、標識としては、FAM(カルボキシフルオレセイン)、JOE(6−カルボキシ−4’,5’−ジクロロ2’ ,7’−ジメトキシフルオレセイン)、FITC(フルオレセインイソチオシアネート)、TET(テトラクロロフルオレセイン)、HEX(5'−ヘキサクロロ−フルオレセイン−CEホスホロアミダイト)、Cy3、Cy5、Alexa568、Alexa 488等の蛍光標識が挙げられる。分泌物−第一の親和性物質複合体に蛍光標識された第二の親和性物質が結合し、複合体が形成されると、該複合体は所定の蛍光を発する。
<工程D>
工程Dは、該検出結果を指標に、分泌物産生能の高い目的の分泌物産生細胞を特定する工程であり、好ましくは、前記標識物質のシグナル強度を指標に、分泌物産生能の高い目的の分泌物産生細胞を特定する工程である。
本実施形態において、分泌物産生能の高い目的の分泌物産生細胞とは、例えば抗体産生能の高い目的の抗体産生細胞においては、時間当たりに分泌する抗体産生量(もしくは抗体分子数)が高い細胞を意味する。
抗体産生能は、抗体−第一の親和性物質複合体の形成の度合い、即ち工程Cで標識した抗体−第一の親和性物質複合体のシグナル強度に依存する。
第二の基板20において、高いシグナル強度を示した部位に対応する凹部に存在する細胞が分泌物産生能の高い目的の分泌物産生細胞である。
<工程E>
工程Eは、該目的の分泌物産生細胞を回収する工程である。工程Eにおいて、第二の基板20における高いシグナル強度を示した部位に対応する凹部に存在する細胞を目的の分泌物産生細胞として回収してよい。係る細胞を、マニュピレーター又はピペット等を用いて回収し(図10(a)参照。)、培養後、抗体等の分泌物を製造できる。
<工程F1又は工程F2>
工程F1は、目的の細胞を培養することで分泌物を産生させる工程である。分泌物が抗体である場合、工程F1で用いられる細胞としてはCHO細胞、293細胞等の動物細胞に抗体の重鎖及び軽鎖遺伝子を導入した抗体安定発現動物細胞が好ましい。抗体安定発現動物細胞は、抗体を産生しつつ増殖するため、目的の抗体が多量に得られる。
工程F2は、前記分泌物を分泌する目的の細胞を育種または改変する工程である。育種や遺伝子導入により目的の細胞にさらなる特性や形質を付与することができる。遺伝子導入では目的の分泌物をコードする遺伝子でもよいし、他のタンパク質をコードするポリヌクレオチドやノンコーディングRNAを発現するポリヌクレオチドでもよい。場合により、工程Aからの選別を繰り返すことができる。
その他、工程F1又は工程F2は、当業者公知の方法に基づいて実施可能であることが当業者には当然に理解される。
本実施形態によれば、抗体医薬品のようなバイオテクノロジー応用医薬品において、目的タンパク質の高産生細胞を用いることで効率よく医薬品を生産することができる。
また、バイオテクノロジー応用医薬品の生産においては、生産細胞のクローナリティ(単一性)が求められるが(例えば、ICH(日米EU医薬品規制調和国際会議)ガイドライン Q5D)、目的タンパク質やポリペプチドの遺伝子導入後、迅速に単一細胞を起源とした医薬品高産生細胞を単離することができるため、医薬品開発においてきわめて有用である。
本明細書において引用される全ての技術文献は、参照としてその全体が本明細書中に援用される。
本明細書で用いられる用語は、特定の実施態様を説明するために用いられ、発明を限定する意図として理解されてはならない。異なる定義が明示されていない限り、本明細書で用いられる用語(技術用語及び科学用語を含む。)は、本発明が属する技術分野における当業者によって広く理解されるものと同じ意味を有するものとして解釈され、かつ、理想化され、又は、過度に形式的な意味において解釈されるべきではない。
本明細書で用いられる用語「含む」は、文脈上明らかに異なる理解をすべき場合を除き、記述された事項(部材、工程、要素、数字等)が存在することを意図するものであり、それ以外の事項(部材、工程、要素、数字等)が存在することを排除しない。
本発明の実施形態は模式図を参照しつつ説明される場合があるが、説明を明確にするために誇張されて表現される場合がある。
本明細書及び特許請求の範囲において、特に明示されていない場合であって、文脈において矛盾しない限り、本明細書及び特許請求の範囲に記載の各名詞が表す対象は、一又は複数存在してもよいことが意図される。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
[構造体の製造]
<第二の基板の製造>
ガラス基板上に、感光性樹脂組成物(特開2008−180877号公報、特開2011−111588号公報参照。)をスピンコータ―(1000rpm、20秒)で塗布し、ホットプレートにより90℃で5分間プリベークした。その後、平行光露光機(伯東株式会社製、型番MAT−2501)を用いてパターン露光(ソフトコンタクト、GHI線、500mJ)を行い、ホットプレートにより90℃で5分間露光後加熱を行った。その後、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)を用いた浸漬法により、2分間の現像処理を行った。次いで、現像後の樹脂パターンを基板ごと、オーブンを用いて120℃で1分間のポストベークを行い、第二の基板の樹脂パターンを得た。
<第一の基板の製造>
(連通孔パターニング)
シリコン基板上に、下地剤をスピンコータ―(1500rpm、20秒)で塗布し、ホットプレートにより90℃で1分間、120℃で3分間プリベークし、下地膜を形成した。
該下地膜上に前記感光性樹脂組成物をスピンコータ―(3000rpm、20秒)で塗布し、ホットプレートにより90℃で3分間プリベークした。その後、PLA−501F(コンタクトアライナー:キャノン製)を用いてパターン露光(ソフトコンタクト、I線、150mJ)を行い、ホットプレートのより90℃で5分間露光後加熱を行った。その後、PGMEAを用いた浸漬法により、30秒間の現像処理を行った。次いで、現像後の樹脂パターンを基板ごと、オーブンを用いて120℃で1分間のポストベークを行い、柵状の連通孔樹脂パターンを得た。
(凹部パターニング)
上記で得られた連通孔樹脂パターン上に、前記感光性樹脂組成物をスピンコータ―(1000rpm、20秒)で塗布し、ホットプレートにより90℃で5分間プリベークした。その後、平行光露光機(伯東株式会社製、型番MAT−2501)を用いてパターン露光(ソフトコンタクト、GHI線、60mJ)を行い、ホットプレートのより90℃で5分間露光後加熱を行った。その後、PGMEAを用いた浸漬法により、2分間の現像処理を行なった。次いで、現像後の樹脂パターンを基板ごと、オーブンを用いて120℃で1分間のポストベークを行い、凹部パターンを得た。
(第一の基板の剥離)
上記で得られたウェル層がパターニングされた第一の基板を、剥離剤に浸漬し、前記下地膜を溶解することにより、シリコン基板から、微細孔樹脂パターン上にウェルパターンが形成された第一の基板を剥離した。
<第一の基板及び第二の基板の接合>
上記で得られた第二の基板樹脂パターンの表面全体をtetraisocyanatesilane処理した後、シリコンウェハーに接着剤を塗布したものを第二の基板樹脂パターン上部に塗布し、35℃で1分間プレベークした。その後、上記で得られた第一の基板を連通孔パターンが下になるように第二の基板と接合し、平行光露光機(伯東株式会社製、型番MAT−2501)を用いて露光(ソフトコンタクト、GHI線、60mJ)を行い、ホットプレートにより35℃で3分間、90℃で1分間露光後加熱を行い、接着剤を硬化させることにより第一の基板と第二の基板を接合した。
第一の基板の厚さは10μmであり、凹部の直径は12μmであり、凹部間のピッチは100μmであり、柵状の連通孔の幅は2μmであり、構造体の大きさは、平面図において長さが128mm、横幅が86mmの大きさであり、厚さは15mmであった。
以上の工程より、第一の基板と、前記第一の基板の一方側に対向するように配置された第二の基板を含む構造体であって、前記第一の基板は、前記第一の基板の他方側に開口し、細胞1単位を捕捉可能な大きさを有する凹部を複数有し、前記凹部の少なくとも一部には、前記一方側と前記他方側とを連通し、前記細胞から分泌される分泌物が移動可能な大きさを有する連通孔を有し、前記第二の基板は、前記分泌物が前記連通孔を移動して蓄積する蓄積部を備えることができ、前記蓄積部は、前記凹部と対応し得る、構造体を製造することができた。図11に、走査型電子顕微鏡により撮影した製造した構造体の画像と、比較例として、ランダムな細孔を有するトランスウェル(ミリポア社 Millicellあーる 24―Well Cell Culture Insert、細孔径;1um、膜厚;約10μm)の画像を示す。
[実施例1]
上記のようにして製造した構造体の第二の基板にCHO−K1細胞を播種し、Calcein−AMによって染色した。第一の基板に予めCytoRedにより染色したNamalwa細胞を播種し、COインキュベーターに5分間静置した。構造体第一の基板側から観察した蛍光像を図12に示す。
図12に示すように、第一の基板と第二の基板とで細胞の播き分けが可能であることが確認された。
<凹部のみの基板の製造>
ガラス基板上に、前記感光性樹脂組成物をスピンコータ―(1000rpm、20秒)で塗布し、ホットプレートにより90℃で5分間プリベークした。その後、平行光露光機(伯東株式会社製、型番MAT−2501)を用いてパターン露光(ソフトコンタクト、GHI線、60mJ)を行い、ホットプレートのより90℃で5分間露光後加熱を行った。その後、PGMEAを用いた浸漬法により、2分間の現像処理を行なった。次いで、現像後の樹脂パターンを基板ごと、オーブンを用いて120℃で1分間のポストベークを行い、凹部パターンを得た。
<製造した構造体と凹部のみの基板の細胞の格納率の比較>
上記のようにして製造した構造体と、凹部のみの基板に予めCalcein−AMにより染色した4x10個/500μLのBa/F3細胞を播種し、3分間静置した。アスピレーターにて培地を除去し、凹部に格納されなかった細胞を除いた。培地を添加して基板上を洗浄し、アスピレーターにて培地を除去した。洗浄操作は合計3回行った。培地を添加し、構造体第一の基板側から観察した蛍光像を図13に示す。製造した構造体の凹部への細胞格納率は、76.3%であった。一方、凹部のみの基板の細胞格納率は、0.2%であった。製造した構造体が、高い細胞格納率を示すことが確認された。
[実施例2]
上記のようにして製造した構造体の第二の基板に膜タンパク質安定発現CHO−DG44細胞を播種し、接着させ、48時間培養した。
次いで、PKH26赤色蛍光細胞リンカーMiniキット(Sigma、MINI26−IKT)で染色した、マウス抗膜タンパク質抗体安定発現Ba/F3細胞を第一の基板に播種し、ウェルへ配置した。配置後3回洗浄しウェルに配置されなかったBa/F3細胞を除去した。COインキュベーターで一晩培養し、Ba/F3細胞が分泌するマウス抗膜タンパク質抗体を、連通孔を介して第二の基板上の膜タンパク質安定発現CHO−DG44細胞と反応させた。
次いで、第二の基板をFBS添加RPMI1640培地で3回洗浄した。Alexa488標識goat抗マウスIgG抗体(Life Technologies, ♯A11001)を1/1000希釈となるようFBS添加RPMI1640培地へ添加した。Alexa 488標識goat抗マウスIgG抗体添加RPMI1640培地を第二の基板へ添加し、マウス抗膜タンパク質抗体と1時間反応させた。第二の基板をFBS添加RPMI1640培地で3回洗浄し、OLYMPUS製CKX41により観察した。
構造体第二の基板側から観察した蛍光像を図14に示す。第二の基板上の膜タンパク質安定発現CHO−DG44細胞の緑色の蛍光シグナルを検出し、赤色蛍光色素で染色された第一の基板上のマウス抗膜タンパク質抗体安定発現Ba/F3細胞を特定した。
以上の工程より、複数の細胞から、分泌物を分泌する目的の細胞を選別する、細胞の選別方法であって、細胞1単位を捕捉可能な大きさを有する凹部を複数有し、前記凹部の少なくとも一部には、前記一方側と前記他方側とを連通し、前記細胞から分泌される分泌物が移動可能な大きさを有する連通孔を有する第一の基板に、前記細胞を分散させて、前記細胞を、前記凹部に捕捉させる工程Aと、前記細胞から前記分泌物を分泌させ、前記分泌物を前記連通孔から移動させ、前記連通孔を介して移動した前記分泌物を第二の基板の蓄積部に蓄積させる工程Bと、前記蓄積部に生じる変化を検出する工程Cと、前記検出結果を指標に、目的の細胞を特定する工程Dと、を含む、細胞の選別方法を実施することができた。
1、2…構造体、4a、4b…流路、10a…層、10b…層、10…第一の基板、11…凹部、12…連通孔、13…蓄積部、20…第二の基板、21…支持体(基板本体)、22…ピラー、B…細胞、C…分泌物、D…膜タンパク質発現細胞

Claims (3)

  1. 第一の基板と、前記第一の基板の一方側に対向するように配置された第二の基板を含む構造体であって、
    前記第一の基板は、前記第一の基板の他方側に開口し、細胞1単位を捕捉可能な大きさを有する凹部を複数有し、前記凹部の少なくとも一部には、前記一方側と前記他方側とを連通し、前記細胞から分泌される分泌物が移動可能な大きさを有する連通孔を有し、
    前記第二の基板は、前記分泌物が前記連通孔を移動して蓄積する蓄積部を備えることができ、前記蓄積部は、前記凹部と対応し得る、構造体、
    の製造方法であって、
    前記第二の基板を得る工程1と、
    第二の支持体上に、溶解可能な下地膜を形成し、該下地膜上に第二の透明性を有する硬化性樹脂組成物を塗布して第二の硬化性樹脂膜を形成し、該第二の硬化性樹脂膜に連通孔をパターニングして、連通孔がパターニングされた支持層を得る工程2と、
    前記支持層上に、第三の透明性を有する硬化性樹脂組成物を塗布して第三の硬化性樹脂膜を形成し、該第三の硬化性樹脂膜に凹部をパターニングして、凹部がパターニングされた前記第一の基板を得る工程3と、
    前記下地膜を溶解して、前記第二の支持体から前記第一の基板を剥離する工程4と、
    前記第一の基板と前記第二の基板とを接合させる工程5と、
    を含む、構造体の製造方法。
  2. 前記第二の基板が、前記第一の基板を支持する手段を備える、請求項1に記載の構造体の製造方法。
  3. 前記工程5において、前記第一の基板を支持する手段により、前記第一の基板と前記第の基板の位置が固定される、請求項1又は2に記載の構造体の製造方法。
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