JP6933855B2 - Artificial skin tissue manufacturing method, artificial skin tissue perfusion device, drug evaluation method using artificial skin tissue - Google Patents
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本発明は、人工皮膚組織の製造方法、人工皮膚組織灌流デバイス、人工皮膚組織を用いた薬剤評価方法に関する。
本願は、2016年1月20日に出願された米国特許仮出願62/280,784号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
The present invention relates to a method for manufacturing artificial skin tissue, artificial skin tissue perfusion device relates to pharmaceutical evaluation method using the artificial skin tissue.
This application claims priority based on US Patent Provisional Application No. 62 / 280,784 filed on January 20, 2016, the contents of which are incorporated herein by reference.
化粧品や薬品の試験、皮膚移植、ロボットへの搭載等に人工三次元組織の一つである人工皮膚組織は広く用いられている。特許文献1には、細胞外マトリックス成分を含む被膜で細胞の表面が被覆された被覆細胞を培養し、被覆細胞が積層された真皮組織層を形成すること、および真皮組織層上に表皮細胞を配置して表皮層を形成して人工皮膚モデルを製造する技術が開示されている。
Artificial skin tissue, which is one of artificial three-dimensional tissues, is widely used for testing cosmetics and chemicals, skin grafting, mounting on robots, and the like.
人工皮膚組織の構築には、気液界面における培養が必須であるが、特許文献1に記載された培養は、表皮層とは最も離れた位置に配置されたメンブレンフィルタを介して培地が供給されるため、養分供給の効率が十分とはいえず、例えば、生体移植時の生着率が低い低品質の人工皮膚組織が製造される可能性がある。また、上記の培養では、表皮層を厚くすることは困難であった。
In order to construct an artificial skin tissue, culture at the gas-liquid interface is indispensable, but in the culture described in
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、高品質で表皮層が厚い人工皮膚組織の製造方法、人工皮膚組織灌流デバイス、人工皮膚組織を用いた薬剤評価方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for producing a high-quality artificial skin tissue having a thick epidermis layer, an artificial skin tissue perfusion device, and a drug evaluation method using the artificial skin tissue. do.
本発明の第1の態様に従えば、所定方向に延びる人工三次元組織の製造方法であって、側壁に囲まれた培養空間を有する培養槽と、対向する前記側壁を貫いて前記培養空間に前記所定方向に沿って懸架された流路形成部材とを備えたデバイスを準備することと、前記培養空間で第1細胞を培養して、前記流路形成部材が貫く第1組織層を形成することと、前記第1組織層から前記流路形成部材を抜去して前記第1組織層を貫通する灌流流路を形成することと、前記灌流流路に培地を灌流させながら前記第1組織層上に配置した第2細胞を培養して第2組織層を形成することと、少なくとも前記第2細胞の培養時に、前記第1組織層および前記第2組織層に伸展と圧縮との少なくとも一方の刺激を付与することと、を含むことを特徴とする人工三次元組織の製造方法が提供される。
伸展と圧縮との少なくとも一方の刺激を付与する方向としては、流路形成部材が懸架された方向(灌流流路方向)や、第1組織層と第2組織層とを積層方向に屈曲した場合の第1組織層および第2組織層の層方向を選択することができる。流路形成部材が懸架された方向に伸展と圧縮との少なくとも一方の刺激を付与する場合は、伸展と圧縮との少なくとも一方の刺激を直線に沿って付与する構成や、例えば、生体モデルの湾曲する表面に沿って流路形成部材を曲線状に配置して曲線状の灌流流路を形成し、伸展と圧縮との少なくとも一方の刺激を当該曲線に沿って付与する構成としてもよい。第1組織層と第2組織層とを屈曲させた場合、あるいは湾曲させた場合には、第1組織層および第2組織層のうち、例えば、屈曲中心あるいは湾曲中心に近い側の層に圧縮の刺激が付与され、遠い側の層に伸展の刺激が付与される。According to the first aspect of the present invention, it is a method for producing an artificial three-dimensional structure extending in a predetermined direction, in which a culture tank having a culture space surrounded by side walls and a culture tank facing the side walls are penetrated into the culture space. A device including the flow path forming member suspended along the predetermined direction is prepared, and the first cell is cultured in the culture space to form a first tissue layer through which the flow path forming member penetrates. That, the flow path forming member is removed from the first tissue layer to form a perfusion flow path penetrating the first tissue layer, and the first tissue layer is perfused with a medium in the perfusion flow path. At least one of stretching and compressing the first tissue layer and the second tissue layer when the second cells arranged above are cultured to form a second tissue layer and at least when the second cells are cultured. A method for producing an artificial three-dimensional tissue is provided, which comprises applying a stimulus and comprising.
The direction in which at least one of the stimuli of extension and compression is applied is the direction in which the flow path forming member is suspended (perfusion flow path direction) or the case where the first tissue layer and the second tissue layer are bent in the stacking direction. The layer direction of the first tissue layer and the second tissue layer can be selected. When at least one stimulus of extension and compression is applied in the direction in which the flow path forming member is suspended, a configuration in which at least one stimulus of extension and compression is applied along a straight line, for example, curvature of a biological model A flow path forming member may be arranged in a curved line along the surface to form a curved perfusion flow path, and at least one stimulus of extension and compression may be applied along the curve. When the first and second tissue layers are bent or curved, they are compressed into, for example, the center of bending or the layer closer to the center of curvature among the first and second tissue layers. Stimulation is given, and extension stimulus is given to the distant layer.
本発明の第2の態様に従えば、本発明の第1の態様の製造方法で人工三次元組織を製造することと、薬剤を前記人工三次元組織に接触させることと、前記薬剤の接触による刺激に対する前記人工三次元組織の応答、または前記人工三次元組織に対する前記薬剤の浸透性を測定することと、を含むことを特徴とする人工三次元組織を用いた薬剤評価方法が提供される。 According to the second aspect of the present invention, the artificial three-dimensional tissue is produced by the production method of the first aspect of the present invention, the drug is brought into contact with the artificial three-dimensional tissue, and the contact of the drug is used. Provided is a drug evaluation method using an artificial three-dimensional tissue, which comprises measuring the response of the artificial three-dimensional tissue to a stimulus or the permeability of the drug to the artificial three-dimensional tissue.
本発明の第3の態様に従えば、所定方向に延びる人工三次元組織に灌流が行われる人工三次元組織灌流デバイスであって、側壁に囲まれた培養空間を有する培養槽と、対向する前記側壁を貫いて前記培養空間における前記人工三次元組織を配置する領域に前記所定方向に沿って懸架される流路形成部材を取り付けおよび取り外し自在に支持する支持部と、前記対向する側壁のそれぞれに設けられ、前記人工三次元組織に係合して前記人工三次元組織の前記所定方向への収縮を抑える係合部と、前記人工三次元組織に伸展と圧縮との少なくとも一方の刺激を付与する刺激付与部と、を備えることを特徴とする人工三次元組織灌流デバイスが提供される。 According to the third aspect of the present invention, the artificial three-dimensional tissue perfusion device for perfusing an artificial three-dimensional tissue extending in a predetermined direction, which faces a culture tank having a culture space surrounded by side walls. A support portion that attaches and detachably supports a flow path forming member suspended along a predetermined direction in a region that penetrates the side wall and arranges the artificial three-dimensional tissue in the culture space, and each of the facing side walls. An engaging portion provided, which engages with the artificial three-dimensional tissue to suppress contraction of the artificial three-dimensional tissue in a predetermined direction, and applies at least one stimulus of extension and compression to the artificial three-dimensional tissue. An artificial three-dimensional tissue perfusion device characterized by comprising a stimulus-imparting portion is provided.
本発明の第4の態様に従えば、所定方向に延びる人工三次元組織であって、内部を貫通し前記所定方向に延びる灌流流路と、表面に前記所定方向に応じた方向に延びる皺部と、を有することを特徴とする人工三次元組織が提供される。 According to the fourth aspect of the present invention, it is an artificial three-dimensional structure extending in a predetermined direction, and a perfusion flow path penetrating the inside and extending in the predetermined direction and a wrinkle portion on the surface extending in the direction corresponding to the predetermined direction. And, an artificial three-dimensional tissue characterized by having.
本発明によれば、高品質で表皮層が厚い人工三次元組織とその製造方法、人工三次元組織灌流デバイス、人工三次元組織を用いた薬剤評価方法を提供することことができる。 According to the present invention, it is possible to provide an artificial three-dimensional tissue having a high quality and a thick epidermis layer and a method for producing the same, an artificial three-dimensional tissue perfusion device, and a drug evaluation method using the artificial three-dimensional tissue.
以下、本発明の人工三次元組織とその製造方法、人工三次元組織灌流デバイス、人工三次元組織を用いた薬剤評価方法の実施の形態を、図1ないし図31を参照して説明する。
本実施形態では、人工三次元組織として人工皮膚組織を製造する例を用いて説明する。Hereinafter, embodiments of the artificial three-dimensional tissue of the present invention, a method for producing the same, an artificial three-dimensional tissue perfusion device, and a drug evaluation method using the artificial three-dimensional tissue will be described with reference to FIGS. 1 to 31.
In this embodiment, an example of producing an artificial skin tissue as an artificial three-dimensional tissue will be described.
なお、以下の実施の実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせている。 It should be noted that the following embodiments show one aspect of the present invention, do not limit the present invention, and can be arbitrarily changed within the scope of the technical idea of the present invention. Further, in the following drawings, in order to make each configuration easy to understand, the scale and number of each structure are different from the actual structure.
(人工皮膚組織)
まず、本発明に係る人工皮膚組織について、図1を参照して説明する。
図1は、人工三次元組織である人工皮膚組織1を模式的に示した斜視断面図である。
人工皮膚組織1は、真皮組織層(第1組織層)10と表皮層(第2組織層)20とを含む。人工皮膚組織1は、真皮組織層10と表皮層20とが積層された方向(図1における上下方向、以下、積層方向と称する)と直交する平面に沿った所定方向(図1における左右方向、以下、第1方向と称する)に延びて形成されている。(Artificial skin tissue)
First, the artificial skin tissue according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a perspective sectional view schematically showing an
The
表皮層20は、真皮組織層10上に表皮細胞(第2細胞)21を播種して培養することにより形成されたものである。表皮細胞21としては、例えば、表皮角化細胞が使用できる。
The
表皮細胞としては、ヒト、マウス、ラット等、哺乳動物由来の細胞が挙げられ、ヒト由来表皮細胞が好ましい。ヒト由来表皮細胞としては、表皮角化細胞、表皮メラノサイトが挙げられ、表皮角化細胞が好ましい。表皮角化細胞としては、正常ヒト表皮角化細胞(Normal Human Epidermal Keratinocytes:NHEK) が挙げられる。表皮メラノサイトとしては、正常ヒト表皮メラノサイト(Normal Human Epidermal Melanocytes:NHEM)が挙げられる。 Examples of epidermal cells include cells derived from mammals such as humans, mice, and rats, and human-derived epidermal cells are preferable. Examples of human-derived epidermal cells include epidermal keratinocytes and epidermal melanocytes, and epidermal keratinocytes are preferable. Examples of epidermal keratinocytes include normal human epidermal Keratinocytes (NHEK). Examples of epidermal melanocytes include normal human epidermal melanocytes (NHEM).
真皮組織層10は、細胞外マトリックス成分11中の真皮細胞(第1細胞)12を培養することにより形成されたものである。細胞外マトリックス成分11としては、特に限定されないが、例えば、コラーゲン(I型、II型、III型、V型、XI型など)、マウスEHS腫瘍抽出物(IV型コラーゲン、ラミニン、ヘパラン硫酸プロテオグリカンなどを含む)より再構成された基底膜成分(商品名:マトリゲル)、ゼラチン、寒天、アガロース、フィブリン、グリコサミノグリカン、ヒアルロン酸、プロテオグリカンなどを例示することができる。真皮細胞12としては、例えば、線維芽細胞を用いることができる。
The
線維芽細胞としては、ヒト、マウス、ラット等、哺乳動物由来の細胞が挙げられ、ヒト由来線維芽細胞が好ましい。ヒト由来線維芽細胞としては、ヒト皮膚線維芽細胞(Normal Human Dermal Fibroblasts:NHDF)、ヒト肺線維芽細胞:Human Pulmonary Fibroblasts (HPF)、ヒト心臓線維芽細胞:Human Cardiac Fibroblasts (HCF)、ヒト大動脈外膜線維芽細胞:Human Aortic Adventitial Fibroblasts (HAoAF)、ヒト子宮線維芽細胞:Human Uterine Fibroblasts (HUF)、ヒト絨毛間葉系線維芽細胞:Human Villous Mesenchymal Fibroblasts (HVMF)等が挙げられ、ヒト皮膚線維芽細胞(NHDF)が好ましい。 Examples of fibroblasts include cells derived from mammals such as humans, mice, and rats, and human-derived fibroblasts are preferable. Human-derived fibroblasts include human skin fibroblasts (Normal Human Dermal Fibroblasts: NHDF), human lung fibroblasts: Human Pulmonary Fibroblasts (HPF), human cardiac fibroblasts: Human Cardiac Fibroblasts (HCF), and human aorta. Outer membrane fibroblasts: Human Aortic Adventitial Fibroblasts (HAoAF), human uterine fibroblasts: Human Uterine Fibroblasts (HUF), human villous mesenchymal fibroblasts (HVMF), etc. Fibroblasts (NHDF) are preferred.
真皮組織層10は、真皮組織層10の内部を貫通し第1方向のに延びる灌流流路13を有している。灌流流路13は、表皮細胞21を培養する際に培地(詳細は後述)が灌流する流路である。灌流流路13の表面には、血管系細胞14を用いて形成された管腔層15が設けられている。血管系細胞14としては、例えば、内皮細胞を用いることができる。
The
血管系細胞としては、血管上皮細胞、血管内皮細胞等が挙げられ、血管内皮細胞が好ましい。血管内皮細胞としては、ヒト、マウス、ラット等、哺乳動物由来の細胞が挙げられ、ヒト由来血管内皮細胞が好ましい。ヒト由来血管内皮細胞としては、ヒト臍帯静脈内皮細胞(Human Umbilical Vein Endothelial Cells:HUVEC)、 ヒト臍帯動脈内皮細胞(Human Umbilical Artery Endothelial Cells:HUAEC) 、ヒト冠状動脈内皮細胞(Human Coronary Artery Endothelial Cells:HCAEC)、 ヒト伏在静脈内皮細胞(Human Saphenous Vein Endothelial Cells:HSaVEC)、 ヒト肺動脈内皮細胞(Human Pulmonary Artery Endothelial Cells:HPAEC)、 ヒト大動脈内皮細胞(Human Aortic Endothelial Cells:HAoEC)、ヒト皮膚微小血管内皮細胞(Human Dermal Microvascular Endothelial Cells:HDMEC)、 ヒト皮膚血管内皮細胞(Human Dermal Blood Endothelial Cells:HDBEC)、 ヒト皮膚リンパ管内皮細胞(Human Dermal Lymphatic Endothelial Cells:HDLEC)、 ヒト肺微小血管内皮細胞(Human Pulmonary Microvascular Endothelial Cells:HPMEC)、 ヒト心臓微小血管内皮細胞(Human Cardiac Microvascular Endothelial Cells:HCMEC)、 ヒト膀胱微小血管内皮細胞(Human Bladder Microvascular Endothelial Cells:HBdMEC)、 ヒト子宮微小血管内皮細胞(Human Uterine Microvascular Endothelial Cells:HUtMEC)等が挙げられ、ヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)が好ましい。 Examples of vascular cells include vascular epithelial cells and vascular endothelial cells, and vascular endothelial cells are preferable. Examples of vascular endothelial cells include cells derived from mammals such as humans, mice, and rats, and human-derived vascular endothelial cells are preferable. Human-derived vascular endothelial cells include Human Umbilical Vein Endothelial Cells (HUVEC), Human Umbilical Artery Endothelial Cells (HUAEC), and Human Coronary Artery Endothelial Cells: HCAEC), Human Saphenous Vein Endothelial Cells (HSaVEC), Human Pulmonary Artery Endothelial Cells (HPAEC), Human Aortic Endothelial Cells (HAoEC), Human Skin Microvasculars Endothelial cells (Human Dermal Microvascular Endothelial Cells: HDMEC), Human Dermal Blood Endothelial Cells (HDBEC), Human Dermal Lymphatic Endothelial Cells (HDLEC), Human Lung Microvascular Endothelial Cells (HDLEC) Human Pulmonary Microvascular Endothelial Cells (HPMEC), Human Cardiac Microvascular Endothelial Cells (HCMEC), Human Bladder Microvascular Endothelial Cells (HBdMEC), Human Uterine Microvascular Endothelial Cells: HUtMEC) and the like, with human umbilical venous endothelial cells (HUVEC) being preferred.
(人工皮膚組織製造装置)
次に、上記の人工皮膚組織1を製造する人工皮膚組織製造装置について、図2乃至図6を参照して説明する。
図2は、人工皮膚組織製造装置30の概略的な構成図である。(Artificial skin tissue manufacturing equipment)
Next, the artificial skin tissue manufacturing apparatus for manufacturing the
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the artificial skin
人工皮膚組織製造装置30は、灌流デバイス(人工三次元組織灌流デバイス)40、培養皿50およびポンプ60を備えている。培養皿50は、内部空間に灌流デバイス40が載置される。ポンプ60は、配管61を介して灌流デバイス40に培地を供給する。ポンプ60は、灌流デバイス40を介して培養空間45に排出された培地Mを、配管62を介して回収する。
The artificial skin
(灌流デバイス40の第1実施形態)
図3は、灌流デバイス40の第1実施形態の外観斜視図である。灌流デバイス40は、培養槽41、コネクタ(支持部)42、ワイヤー(線状部材、流路形成部材)43および伸展装置80を備えている。図2に示すように、培養槽41は、培養皿50の内部に配置されている。図4は、伸展装置80の図示を省略した灌流デバイス40の外観斜視図である。(First Embodiment of Perfusion Device 40)
FIG. 3 is an external perspective view of the first embodiment of the
図3および図4に示すように、培養槽41は、側壁44に囲まれ上下方向に貫通する培養空間45を有する四角筒状に形成されている。側壁44は、平面視で矩形状に設けられている。培養槽44は、シリコンゴム等の可撓性材料で形成されている。培養空間45の下端部は、底板47(図7参照)によって閉塞・開放が切り替え可能である。底板47は、後述するように、対向する側壁44a、44bの間に取り付け・取り外し自在に設けられている。培養空間45は、底板47を取り外すことで下端部が開放され、底板47を取り付けることで下端部が閉塞される。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
図2に示すように、コネクタ42は、装着部(筒部)42a、接続部42b、係合部42cおよび内部を貫通する貫通孔42dを有している。装着部42aは軸状に形成され培養槽41の側壁44を貫通して装着されている。接続部42bは、装着部42bの一端に設けられている。接続部42bは、培養槽41の外側に配置され配管61または配管63(後述)に接続可能である。
As shown in FIG. 2, the
係合部42cは、装着部42bの他端に設けられている。係合部42cは、培養槽41の培養空間45に側壁44と隙間をあけて配置されている。図5は、係合部42cを軸方向で視た正面図である。図6は、図5におけるA−A線視断面図である。図5および図6に示すように、係合部42cは、装着部42aの外周面と隙間をあけて同軸で配置された第2筒部42eと、装着部42aの周方向に間隔をあけて配置された複数のリブ部42fとを備えている。リブ部42fは、装着部42aの外周面と第2筒部42eの内周面とを接続する。リブ部42fは、90度間隔で4つ設けられている。装着部42a、第2筒部42eおよびリブ部42fで囲まれた隙間42gは、係合部42cを軸方向に貫通している。
The engaging
コネクタ42は、対向する側壁44のそれぞれに貫通孔42dが同軸となる位置に複数対(図4では6対)装着される。3対のコネクタ42は、第1方向に沿って配置され、他の3対のコネクタ42は、第1方向とで水平方向で直交する第2方向に沿って配置されている。コネクタ42のうち、少なくとも培養空間45に露出する領域には、細胞外マトリックス成分11に対する親液化処理が施されている。親液化処理としては、例えば、O2プラズマ処理を採用できる。この親液化処理は、細胞の接着性を向上させる処理を兼ねている。A plurality of pairs (6 pairs in FIG. 4) of the
ワイヤー43は、灌流流路13を形成するために用いられる線状部材である。ワイヤー43は、対向する側壁44に同軸で装着されたコネクタ42に取り付けおよび取り外し自在に支持される。ワイヤー43は、コネクタ42の貫通孔42dに挿通(支持)されて培養空間45の真皮組織層10を配置する領域に懸架可能である。ワイヤー43は、例えば、ポリアミド樹脂で形成されている。
The
図2および図3に示すように、伸展装置80は、挟持部81、82、クランク部83、回転モータ84および基台85を備えている。基台85は、培養皿50の上部に一体的に固定されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
挟持部81は、互いに対向する一対の側壁44のうち、一方の側壁44aを厚さ方向の両側から挟持するように一体的に設けられている。挟持部81は、側壁44aを高さ方向の全体に亘って挟持している。挟持部81は、コネクタ42が配置される領域に開口部81aを有している。挟持部81に開口部81aが形成されていることにより、コネクタ42は挟持部81との干渉が回避されている。挟持部81は、上端において基台85に固定されている。
The sandwiching
挟持部82は、互いに対向する一対の側壁44のうち、側壁44aと対向する側壁44bを厚さ方向の両側から挟持するように一体的に設けられている。挟持部82は、側壁44bを高さ方向の全体に亘って挟持している。挟持部82は、コネクタ42が配置される領域に開口部82aを有している。挟持部82に開口部82aが形成されていることにより、コネクタ42は挟持部82との干渉が回避されている。挟持部82は、上端においてクランク部83と連結されている。
The sandwiching
クランク部83は、長さ方向の一端側において、挟持部82と、上下方向に延びる軸線周りに回転(揺動)可能に連結されている。クランク部83は、長さ方向の他端側において、基台85に固定された回転モータ84と一体的に回転する回転部84aに、回転中心に対して偏心した位置で上記長さ方向について一体的に移動可能に連結されている。
The
従って、伸展装置80は、回転モータ84が回転することにより、クランク部83が回転部84aとの連結部の長さ方向の位置に応じて当該長さ方向に往復移動可能である。クランク部83が長さ方向に移動することにより、クランク部83と連結され側壁44bを挟持する挟持部82は、上記長さ方向に移動する。一方、側壁44aを挟持する挟持部81は、基台85に固定されている。そのため、可撓性材料で形成された培養槽41は、挟持部82の移動に応じて側壁44a、44bが対向する方向(以下、単に対向方向と称する)に弾性変形することにより、側壁44bが対向方向に移動する。側壁44bが対向方向に移動することにより、側壁44a、44bに対向して設けられたコネクタ42同士の距離が増減することになる。
Therefore, in the
(人工皮膚組織1の製造方法)
次に、人工皮膚組織1の製造方法について、図7乃至図15を参照して説明する。
本発明に係る人工皮膚組織(人工三次元組織)1の製造方法は、所定方向に延びる人工三次元組織1の製造方法であって、側壁44に囲まれた培養空間45を有する培養槽41と、対向する側壁44を貫いて培養空間45に所定方向に沿って懸架されたワイヤー(線状部材、流路形成部材)43とを備えた灌流デバイス(人工三次元組織灌流デバイス、デバイス)40を準備することと、培養空間45で細胞外マトリックス成分11中の真皮細胞12を培養して、ワイヤー43が貫く真皮組織層10を形成することと、真皮組織層10からワイヤー43を抜去して真皮組織層10を貫通する灌流流路13を形成することと、灌流流路13に培地を灌流させながら真皮組織層10上に配置した表皮細胞21を培養して表皮層20を形成することと、少なくとも表皮細胞21の培養時に、真皮組織層10および表皮層20に所定方向に沿った伸展と圧縮との少なくとも一方の刺激を付与することと、を含む。(Manufacturing method of artificial skin tissue 1)
Next, a method for producing the
The method for producing an artificial dermis tissue (artificial three-dimensional tissue) 1 according to the present invention is a method for producing an artificial three-
以下、人工皮膚組織1の製造方法について詳細に説明する。
図7乃至図15においては、適宜、灌流デバイス40のみを図示し、培養皿50、ポンプ60等の図示を省略している。また、図7以降においては、便宜上、伸展装置80における挟持部81、82の図示を適宜省略し、底板47についても理解を容易にするために、側壁44に対して取り付けまたは取り外すものとして図示および説明する。Hereinafter, the method for producing the
In FIGS. 7 to 15, only the
(灌流デバイス40の準備)
灌流デバイス40の準備としては、図7に示すように、上記の培養槽41の対向する側壁44に貫通孔42dが同軸となるようにコネクタ42を装着するとともに、側壁44の下端部に底板47を取り付けて培養空間45の下端側開口を閉塞する。同軸となっている貫通孔42dにワイヤー43を挿通し、培養空間45にワイヤー43を懸架させる。(Preparation of perfusion device 40)
As a preparation for the
コネクタ42のうち、少なくとも培養空間45に露出する領域に親液化処理を施す。親液化処理は、培養槽41に装着する前にコネクタ42に実施してもよいし、側壁44に装着したコネクタ42に対して実施してもよい。
Of the
側壁44へのコネクタ42の装着部の隙間、および底壁46への底板47の取付部の隙間をシールするために、シール材で培養空間45に臨む培養槽41の表面を被膜する。シール材としては、細胞外マトリックス成分11、真皮細胞12、表皮細胞21に悪影響を与えない材料、一例として、ポリパラキシリレン(以下、パリレンと称する)が蒸着等の成膜方法により成膜される。シール材の膜厚としては、上記装着部の隙間および取付部の隙間に対して1/100〜1/10であることが好ましい。また、シール材の膜厚は、上記装着部の隙間および取付部の隙間に対して1/50〜1/10であることが好ましく、1/50〜1/20であることがより好ましい。本実施形態では、約50μmの隙間に対して2μmの膜厚(1/25)でシール材を成膜した。
In order to seal the gap between the attachment portion of the
(真皮組織層10の形成)
灌流デバイス40の準備が完了すると、真皮組織層10を形成する。
真皮組織層10の形成は、まず、図8に示すように、細胞外マトリックス成分11と真皮細胞12との混合物を培養槽41の培養空間45に注ぎ込む。混合物は、ワイヤー43が浸漬される高さとなる量で注ぎ込まれる。本実施形態では、細胞外マトリックス成分11としてコラーゲンが用いられている。(Formation of dermis panniculus 10)
When the
To form the
細胞外マトリックス成分11と真皮細胞12との混合物が培養槽41に注ぎ込まれると、混合物を所定条件で培養(インキュベーション)する。培養条件としては、真皮組織層10の密度がヒトの真皮相当となる条件で行う。培養条件は、一例として、37℃の温度下で2日間(48時間)行った。
When the mixture of the
培養によって細胞外マトリックス成分11は収縮する。細胞外マトリックス成分11は、係合部42cに係合しているため、積層方向の収縮は拘束されないが、第1方向および第2方向の収縮は拘束される。より詳細には、図6に示されるように、細胞外マトリックス成分11は、培養空間45の中心とは逆側から係合部42cの第2筒部42e、リブ部42fに係合しているため、第2筒部42e、リブ部42fが障壁となって中心側への収縮が抑制される。また、細胞外マトリックス成分11は、積層方向への収縮により、第2筒部42eの外周面、装着部42aの先端側の外周面に圧着されることになる。従って、細胞外マトリックス成分11と係合部42cとの間の摩擦力が大きくなり、第1方向および第2方向への収縮に対する抵抗力が大きくなる。特に、本実施形態では、係合部42cが細胞外マトリックス成分11に対する親液化処理が施されているため、細胞外マトリックス成分11は、より大きな密着力で係合部42cに密着し第1方向および第2方向への収縮に対する抵抗力が大きくなる。
The
細胞外マトリックス成分11と真皮細胞12との混合物の培養が完了することにより、図9に示すように、積層方向が収縮し、第1方向および第2方向の収縮が抑制され、内部をワイヤー43が貫く真皮組織層10が形成される。
When the culture of the mixture of the
(灌流流路13および管腔層15の形成)
次に、コネクタ42に支持されているワイヤー43を抜去する。これにより、図10に示すように、真皮組織層10には、第1方向に延びる空洞である灌流流路13が形成される。このとき、真皮組織層10は、両端部において係合部42cに係合しているため、ワイヤー43の抜去時にコネクタ42から脱離することなく安定してコネクタ42に支持される。(Formation of
Next, the
次に、図11に示すように、コネクタ42の貫通孔42dを介して、灌流流路13に臨む真皮組織層10の表面に血管系細胞14を注入(播種)し一定時間培養することにより、管腔層15を形成する。これにより、灌流流路13は、管腔層15に囲まれた状態となる。
Next, as shown in FIG. 11, the
(表皮層20の形成)
次に、表皮層20を形成するための準備を行う。
図12に示すように、培養槽41から底板47を取り外すとともに、図2に示したように、培養槽41を培養皿50の内部に載置する。次いで、第1方向の一方側のコネクタ42の接続部42bに配管61を接続し、第1方向の他方側のコネクタ42の接続部42bに配管63を接続する。各側の接続部42bに接続する配管61または配管63については3つのコネクタ42全てに接続してもよいし、一部のみに接続してもよい。(Formation of epidermis layer 20)
Next, preparations are made for forming the
As shown in FIG. 12, the
表皮層20を形成するための準備が完了すると、真皮組織層10上に表皮細胞21を播種する。表皮細胞21が播種されると、ポンプ60から配管61および貫通孔42dを介して培地Mを灌流流路13に灌流させながら表皮細胞21を培養する。表皮細胞21の培養は、表皮細胞21を気体に曝しながら、灌流流路13の培地Mを真皮組織層10を介して拡散させる気液培養により行われる。これにより、図13に示すように、表皮細胞21が分化誘導されて表皮層20を形成することができる。表皮層20を形成する際の培養条件は、一例として、37℃の温度下で9日間行った。
When the preparation for forming the
一方のコネクタ42を介して灌流流路13に灌流された培地Mは、他方のコネクタ42および配管63を介して培養皿50の内部空間に排出される。また、灌流流路13から真皮組織層10に拡散した培地Mの一部は、培養槽41の開口部46aおよび溝部46cを介して培養皿50の内部空間に排出される。培養皿50に排出された培地Mは、配管62を介して回収される。ポンプ60からの培地Mの供給量と、配管62を介しての培地Mの回収量とは、表皮層20の培養時に真皮組織層10の下側が培地Mに浸漬され、表皮細胞21が空気に曝されるように培養皿50内の培地Mの液位が保たれる値に設定される。
The medium M perfused into the
表皮層20を形成する際には、上述したように、伸展装置80における回転モータ84が回転しクランク部83、挟持部82および側壁44bが長さ方向に移動することにより、側壁44bに設けられたコネクタ42が、固定状態の側壁44aに設けられたコネクタ42に対して離間または接近する方向に移動する。回転モータ84が回転したときにクランク部83と回転部84aとの連結部が側壁44aから離れる方向に移動する際には、図14に示すように、側壁44bに設けられたコネクタ42は、固定状態の側壁44aに設けられたコネクタ42に対して離間する方向に移動するため、コネクタ42に支持された真皮組織層10および表皮層20に対しては伸展の刺激が付与される。
When forming the
一方、回転モータ84が回転したときにクランク部83と回転部84aとの連結部が側壁44aに接近する方向に移動する際には、図15に示すように、側壁44bに設けられたコネクタ42は、固定状態の側壁44aに設けられたコネクタ42に対して接近する方向に移動するため、コネクタ42に支持された真皮組織層10および表皮層20に対しては、伸展の状態からの圧縮の刺激が付与される。
On the other hand, when the connecting portion between the
上記の真皮組織層10および表皮層20に対する伸展の刺激と、圧縮(または伸展からの解放)の刺激とは、所定の周波数で付与される。当該周波数としては、例えば、0.03Hz以上、0.25Hz以下が好ましい。周波数が上記下限値を下回る場合には、周期が長くなり刺激を付与した効果が十分に得られない可能性がある。周波数が上記上限値を上回る場合には、周期が短くなり所定厚さの表皮層20が得られない可能性がある。
The stimulation of extension to the
上記の真皮組織層10および表皮層20に対する伸展または圧縮させる量としては、側壁44a、44bに設けられたコネクタ42間の距離に対して±20%の歪量が好ましく、±10%の歪量がより好ましい。
The amount of extension or compression of the
(評価方法)
本発明は、さらにその他の態様として、本発明の人工皮膚組織1を用いた薬剤の皮膚に対する刺激性を評価する方法に関する。本発明における薬剤とは、医薬品等の薬物、化粧品や医薬部外品等を含む。1本発明の評価方法によれば、例えば、従来の方法と比較して実際の皮膚に近い環境で薬剤の評価を行うことができる。また、本発明の評価方法は、例えば、新薬の創出(スクリーニング)等における各種分子量の薬物の動態評価、化粧品や医薬部外品等の開発における評価において極めて有用である。(Evaluation method)
As yet another aspect, the present invention relates to a method for evaluating the irritation of a drug using the
本発明の評価方法は、例えば、薬剤を前記人工皮膚組織と接触させること、及び、薬剤の接触による刺激に対する応答を測定することにより行うことができる。応答の測定は、例えば、経皮電気抵抗を測定すること等によって行うことができる。薬剤は、評価対象となる物質のことをいい、例えば、無機化合物及有機化合物等が挙げられる。 The evaluation method of the present invention can be carried out, for example, by bringing the drug into contact with the artificial skin tissue and measuring the response to the stimulus caused by the contact of the drug. The response can be measured, for example, by measuring the transdermal electrical resistance. The drug refers to a substance to be evaluated, and examples thereof include inorganic compounds and organic compounds.
[実施例]
図16(a)、(b)は、上述の製造方法により真皮組織層10上に表皮層20が培養された人工皮膚組織1の断面を示す写真図である。図16(a)は、上述した伸展の刺激を0.1Hz、歪量を±5%で付与した場合の結果を示す写真図である。図16(b)は、上述した伸展の刺激を付与しなかった場合の結果を示す写真図である。[Example]
16 (a) and 16 (b) are photographic views showing a cross section of the
図16(a)、(b)に示されるように、伸展の刺激を付与しなかった場合には、厚さが約22μmの表皮層が培養されたのに対して、伸展の刺激を付与した場合には、厚さが約53μmの表皮層が培養されたことを確認できた。 As shown in FIGS. 16A and 16B, when the stimulation of extension was not applied, the epidermis layer having a thickness of about 22 μm was cultured, whereas the stimulation of extension was applied. In the case, it was confirmed that the epidermis layer having a thickness of about 53 μm was cultured.
図17(a)、(b)、(c)は、培地Mの灌流を行わない状態で真皮組織層10上に表皮層20を培養した人工皮膚組織1の断面を示す写真図である。図17(a)は、伸展の刺激を0.06Hz、歪量を±10%で付与した場合の結果を示す写真図である。図17(b)は、伸展の刺激を0.1Hz、歪量を±10%で付与した場合の結果を示す写真図である。図17(c)は、伸展の刺激を0.2Hz、歪量を±10%で付与した場合の結果を示す写真図である。
17 (a), (b), and (c) are photographs showing a cross section of an
図17(a)、(b)、(c)に示されるように、伸展の刺激を0.06Hzで付与した場合には約124μmの厚さで表皮層が培養され、伸展の刺激を0.1Hzで付与した場合には約39μmの厚さで表皮層が培養され、伸展の刺激を0.2Hzで付与した場合には約43μmの厚さで表皮層が培養されたことを確認できた。 As shown in FIGS. 17 (a), 17 (b), and (c), when the extension stimulus was applied at 0.06 Hz, the epidermis layer was cultured to a thickness of about 124 μm, and the extension stimulus was 0. It was confirmed that the epidermis layer was cultured at a thickness of about 39 μm when applied at 1 Hz, and the epidermis layer was cultured at a thickness of about 43 μm when the stimulation of extension was applied at 0.2 Hz.
図18(a)、(b)、(c)は、培地Mの灌流を行わない状態で真皮組織層10上に表皮層20を培養した人工皮膚組織1の断面を示す蛍光画像である。図18(a)は、伸展の刺激を0.06Hz、歪量を±10%で付与した場合の結果を示す蛍光画像である。図18(b)は、伸展の刺激を0.1Hz、歪量を±10%で付与した場合の結果を示す蛍光画像である。図18(c)は、伸展の刺激を0.2Hz、歪量を±10%で付与した場合の結果を示す蛍光画像である。
18 (a), (b), and (c) are fluorescent images showing a cross section of an
図18(a)、(b)、(c)に示されるように、表皮層20のうち真皮組織層10側にケラチン15(Keratin15)で形成された基底部20aが培養され、表皮層20のうち表面側にケラチン10(Keratin10)で形成された表層部20bが培養されたことを観察できた。
As shown in FIGS. 18A, 18B, and 18C, a
上述の製造方法により形成した人工皮膚組織1について、ロバスト性として反発力を測定した。反発力の測定は、図19に示すように、灌流デバイス40に支持された人工皮膚組織1の裏面側を支持し、表皮層20を圧縮するフォースゲージFGを用い、人工皮膚組織1を所定量圧縮した際の反発力を測定した。
The repulsive force of the
図20は、上述した伸展の刺激を付与して形成した表皮層と、伸展の刺激を付与せずに形成した表皮層について、フォースゲージFGにより圧縮して300μmの変位を生じさせた際の反発力を測定した結果である。図21は、上述した伸展の刺激を付与して形成した表皮層と、伸展の刺激を付与せずに形成した表皮層について、フォースゲージFGにより圧縮して500μmの変位を生じさせた際の反発力を測定した結果である。図20に示されるように、伸展の刺激を付与して形成した表皮層は、変位300μmでは伸展の刺激を付与せずに形成した表皮層よりも2倍以上の反発力が計測された。また、図21に示されるよに、伸展の刺激を付与して形成した表皮層は、変位500μmでは伸展の刺激を付与せずに形成した表皮層よりも1.6倍程度の反発力が計測された。いずれの場合についても、伸展の刺激を付与して表皮層を形成した場合は、伸展の刺激を付与しない場合と比較して大きな頑健性を有することが確認できた。 FIG. 20 shows the repulsion when the epidermis layer formed by applying the above-mentioned extension stimulus and the epidermis layer formed without applying the extension stimulus are compressed by the force gauge FG to cause a displacement of 300 μm. This is the result of measuring the force. FIG. 21 shows the repulsion when the epidermis layer formed by applying the above-mentioned extension stimulus and the epidermis layer formed without applying the extension stimulus are compressed by the force gauge FG to cause a displacement of 500 μm. This is the result of measuring the force. As shown in FIG. 20, the repulsive force of the epidermis layer formed by applying the extension stimulus was measured at a displacement of 300 μm more than twice as much as that of the epidermis layer formed without the extension stimulus. Further, as shown in FIG. 21, the epidermis layer formed by applying the stimulation of extension measures a repulsive force of about 1.6 times that of the epidermis layer formed by applying the stimulation of extension at a displacement of 500 μm. Was done. In each case, it was confirmed that when the epidermis layer was formed by applying the stimulation of extension, it had greater robustness than the case where the stimulation of extension was not applied.
図22は、培地Mの灌流を行わない状態で、伸展の刺激を0.2Hz、歪量を±10%で付与して真皮組織層10上に表皮層20を培養した人工皮膚組織1における表皮層20の表面状態を示す写真図である。図22に示されるように、本実施形態の製造法で形成された表皮層20の表面には、伸展方向および当該伸展方向と直交する方向に延びる皺部が形成されたことを確認できた。従って、本実施形態に係る人工皮膚組織1は、より人体に近い表皮層20を有するものとなる。
FIG. 22 shows the epidermis in the
図23は、灌流デバイス40を用いて人工皮膚組織1の経皮吸収特性を計測する機構を概略的に示す図である。図23に示すように、人工皮膚組織1における表皮層20上にはリザーバー49が載置されている。経皮吸収特性の計測には、一例として、カフェインおよびISDN(二硝酸イソソルビド)を含む溶液Lを用いる。溶液Lには、一例として、9.4μmolのカフェインおよび3.8μmolのISDNが含まれている。この溶液Lは、リザーバー49に貯留される。
FIG. 23 is a diagram schematically showing a mechanism for measuring the percutaneous absorption characteristics of the
人工皮膚組織1の経皮吸収特性は、リザーバー49から人工皮膚組織1を浸透して人工皮膚組織1の下方に到達した培地MAと、リザーバー49から人工皮膚組織1および灌流流路13を浸透して灌流によりコネクタ42の貫通孔42dに到達した培地MBとについて、カフェインおよびISDNの物質量を計測した。また、灌流流路13の内皮機能性を確認するために、血管内皮増殖因子の有無のそれぞれの状態で計測した。
The percutaneous absorption characteristics of the
図24は、人工皮膚組織1の経皮吸収特性を計測した結果を示す図であり、灌流開始からの経過時間を横軸とし、培地MA、MBの初期量を基準としたカフェインまたはISDNの物質量を縦軸として示している。図24(A)には、培地MAにおいて計測されたカフェインの物質量と時間との関係が示されている。図24(B)には、培地MAにおいて計測されたISDNの物質量と時間との関係が示されている。図24(C)には、培地MBにおいて計測されたカフェインの物質量と時間との関係が示されている。図24(D)には、培地MBにおいて計測されたISDNの物質量と時間との関係が示されている。各図においては、血管内皮増殖因子の有無毎(無;-□-、有;-●-で示されている)の関係が示されている。
FIG. 24 is a diagram showing the results of measuring the percutaneous absorption characteristics of the
図24に示されるように、培地MA、MBのいずれについてもカフェインおよびISDNが計測されたことから、真皮組織層10、表皮層20、灌流流路13のいずれも経皮吸収特性を有することが確認できた。また、培地MAにおいては、血管内皮増殖因子が無い状態の方が有る状態よりも多くのカフェインおよびISDNが計測され、培地MBにおいては、血管内皮増殖因子が有る状態の方が無い状態よりも多くのカフェインおよびISDNが計測されたことから灌流流路13が内皮機能性を有することが確認できた。
As shown in FIG. 24, since caffeine and ISDN were measured for all of the media MA and MB, all of the
(灌流デバイス40Aの第2実施形態)
続いて、灌流デバイス40Aの第2実施形態について、図25乃至図31を参照して説明する。
これらの図において、図1乃至図24に示す第1実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
第1実施形態では平面状の人工皮膚組織1を製造する場合を例示したが、第2実施形態では、断面形状が曲面の人工皮膚組織1を製造する例を用いて説明する。(Second Embodiment of
Subsequently, the second embodiment of the
In these figures, the same elements as the components of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 24 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified.
In the first embodiment, the case of producing the
図25は、培養槽41に生体モデルFが設けられた灌流デバイス40Aの概略的な斜視図である。生地モデルFは、指を模したモデルである。図26は、生体モデルFの長さ方向(所定方向、第1方向)を含む鉛直面で断面した図である。図27〜図31は、生体モデルFの長さ方向と直交する面で断面した図である。
FIG. 25 is a schematic perspective view of the
図26および図27に示されるように、生体モデルFは、背側の表面を曲面部70として培養槽41の底壁46から培養空間45に露出して設けられている。培養槽41の底壁46と生体モデルFとの接合部は、細胞外マトリックス成分11、真皮細胞12、表皮細胞21に悪影響を与えない材料、一例として、ポリパラキシリレン(以下、パリレンと称する)が蒸着等の成膜方法により成膜されてシールされている。ワイヤー43は、第1方向に関する曲面部70の傾斜に応じて、指先側が低くなるように懸架されている。図27に示されるように、ワイヤー43は、生体モデルFの周方向に間隔をあけて複数(図27では5本)設けられている。各ワイヤー43と生体モデルFとの距離は、ワイヤー43と生体モデルFとの間に形成される真皮組織層10の厚さが所定値を確保できる距離に設定されている。なお、ワイヤー43の本数は、表皮層20の幅(周方向の長さ)に応じて適宜決定される。
As shown in FIGS. 26 and 27, the biological model F is provided with the dorsal surface as a
なお、図26および図27では図示を省略しているが、ワイヤー43の数に応じてコネクタ42は、側壁44に5対(合計10本)設けられている。また、伸展装置80における挟持部81、82は、図26に示すように、対向する側壁44a、44bの上部をそれぞれ挟持している。
他の構成は、上記第1実施形態の灌流デバイス40と同様である。Although not shown in FIGS. 26 and 27, five pairs of connectors 42 (10 in total) are provided on the
Other configurations are the same as those of the
(人工皮膚組織1の製造方法)
続いて、上記の灌流デバイス40Aを用いて人工皮膚組織1を製造する方法について説明する。ここでは、灌流デバイス40Aの準備は完了しているものとして説明する。
まず、真皮組織層10を形成するために、図27に示すように、細胞外マトリックス成分11と真皮細胞12との混合物を培養槽41の培養空間45に注ぎ込む。混合物は、ワイヤー43が浸漬される高さとなる量で注ぎ込まれる。(Manufacturing method of artificial skin tissue 1)
Subsequently, a method for producing the
First, in order to form the
細胞外マトリックス成分11と真皮細胞12との混合物が培養槽41に注ぎ込まれると、混合物を所定条件で培養する。培養された細胞外マトリックス成分11と真皮細胞12との混合物は、ワイヤー43が懸架された方向の収縮が抑えられ、他の方向については収縮するため、図28に示されるように、曲面部70に沿った形状の真皮組織層10が形成される。
When the mixture of the
次に、ワイヤー43を抜去することにより、図29に示されるように、真皮組織層10に複数(本実施形態では5つ)の灌流流路13が形成される。続いて、灌流流路13に臨む真皮組織層10の表面に血管系細胞14を注入(播種)し一定時間培養することにより、管腔層15を形成する。
Next, by removing the
次に、図30に示すように、真皮組織層10上に表皮細胞21を播種する。表皮細胞21が播種されると、培地Mを灌流流路13に灌流させながら表皮細胞21を気液培養する。表皮細胞21の培養中には、側壁44bを挟持する挟持部82が側壁44aに対して離間または接近する方向に移動することにより、コネクタ42に支持された真皮組織層10および表皮層20に対しては、伸展の状態からの圧縮の刺激が付与される。
Next, as shown in FIG. 30,
これにより、図31に示されるように、表皮細胞21が分化誘導されて表皮層20を形成することができる。本実施形態では、真皮組織層10および表皮層20が曲面部70に沿った曲面形状の人工皮膚組織1が得られる。本実施形態では、伸展の刺激を付与しなかった場合と比較して厚い表皮層20を有する人工皮膚組織1が得られる。
As a result, as shown in FIG. 31, the
このように、本実施形態では、上記第1実施形態の灌流デバイス40を用いた場合と同様の作用・効果が得られることに加えて、生体モデルFの曲面部70に沿った形状で厚い表皮層20を有する高品質の人工皮膚組織1を容易に製造することができる。従って、本実施形態では、所望部位の生体モデルFを用意して用いることにより、所望部位の形状で厚い表皮層20を有する高品質の人工皮膚組織1を容易に得ることができる。
As described above, in the present embodiment, in addition to obtaining the same actions and effects as when the
本実施形態では、伸展方向および当該伸展方向と直交する方向に延びる皺部が形成されより人体に近く大きな反発力の表皮層20を有するとともに、内皮機能性を有する灌流流路13を備える人工皮膚組織1を容易に得ることができる。
In the present embodiment, an artificial skin having wrinkles extending in the extension direction and a direction orthogonal to the extension direction, having an
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, but within the scope of the gist of the present invention described within the claims. Various modifications and changes are possible.
例えば、上記実施形態では、人工皮膚組織1として指の皮膚組織を例示して説明したが、上述したように、他の部位の皮膚組織を人工的に製造する際にも本発明を適用可能である。
For example, in the above embodiment, the skin tissue of the finger has been illustrated as the
また、上記実施形態では、人工三次元組織として人工皮膚組織を例示したが、この構成に限定されるものではなく、他の人工組織についても本発明を適用可能である。 Further, in the above embodiment, the artificial skin tissue is exemplified as the artificial three-dimensional tissue, but the present invention is not limited to this structure, and the present invention can be applied to other artificial tissues.
また、上記実施形態では、係合部42cの親液化処理としてO2プラズマ処理を処理を例示したが、これに限定されるものではなく、他の親液化処理を採ってもよい。係合部42cへの細胞外マトリックス成分11と真皮細胞12との混合物の密着性を高める方法として、親液化処理ではなく、例えば皮膚用の接着剤を用いてもよい。皮膚用の接着剤を用いる場合には、細胞外マトリックス成分11および真皮細胞12に悪影響が及ばない材料のものを選択することが好ましい。Further, in the above embodiment, the treatment of O 2 plasma treatment is exemplified as the liquefaction treatment of the engaging
また、上記実施形態では、灌流流路13を形成するための流路形成部材として線状部材であるワイヤー43を用いる構成を例示したが、ワイヤー43の他に、例えば、ゲル材またはポリマーで作製した細胞付きあるいは細胞入り3のファイバーを用いる構成であってもよい。この構成を採って、例えば、細胞として血管系細胞14を含む流路形成部材を用いることにより、血管系細胞14を注入する工程を別途設ける必要がなくなり、製造効率を向上させることが可能となる。灌流流路13としては、線状である構成に限られない。例えば、面状部材を流路形成部材として用いることにより、面状の灌流流路を形成することも可能である。この場合、灌流させる培地の流量を多くすることが可能となり、養分供給効率を高めることで一層高品質の人工皮膚組織を製造することができる。面状の流路形成部材としては、例えば、メッシュ材を用いることができる。
Further, in the above embodiment, a configuration in which a
また、上記実施形態では、真皮組織層10および表皮層20に対してワイヤー43あるいは灌流流路13が延びる方向に伸展・圧縮の刺激を付与する構成を例示したが、この構成に限定されない。例えば、図26に示した生体モデルFの背側の曲面部70に沿って、図31に示した真皮組織層10および表皮層20を培養する際には、真皮組織層10および表皮層20に対して曲面部70に沿って伸展・圧縮の刺激を付与する構成としてもよい。さらに、真皮組織層10および表皮層20を積層方向に屈曲させることにより伸展・圧縮の刺激を付与する構成としてもよい。上記の場合には、真皮組織層10および表皮層20のうち、湾曲中心あるいは屈曲中心に近い側の層に圧縮の刺激を付与し、遠い側の層に伸展の刺激を付与することができる。
Further, in the above embodiment, the configuration in which the
上記実施形態では、表皮細胞21を培養して表皮層20を形成するための培地を灌流させるために灌流流路13を用いる構成を例示したが、この構成に限定されるものではない。例えば、組織表面(例えば表皮層20)に薬剤を塗布し、当該薬剤の灌流流路13への取り込みを評価するために灌流流路13を用いる等の構成であってもよい。また、灌流流路13を流れる培地中に薬剤を混入させ、当該薬剤が灌流流路13から真皮組織層10または表皮層20への拡散を評価するために灌流流路13を用いる等の構成であってもよい。このような構成で灌流流路13を用いる場合には、表皮層20を形成する前に灌流流路13を形成する必要はなく、表皮層20を形成した後に灌流流路13を形成する手順であっててもよい。また、評価対象を、例えば、真皮組織層10のみとする場合には、表皮層20を形成する必要もなくなる。
In the above embodiment, a configuration in which the
また、上記実施形態では、人工三次元組織として人工皮膚組織1を例示したが、これに限定されるものではない。人工三次元組織としては、例えば、上述した線維芽細胞の代わりに、骨格筋細胞または心筋細胞を用いた筋組織であってもよい。さらに、肝細胞を用いた肝臓組織や膵臓系細胞を用いた膵臓組織等の消化器系組織、腎臓系細胞を用いた腎臓組織等の泌尿器系組織、神経系細胞を用いた神経組織であってもよい。このような組織に本発明を適用する場合には、上記実施形態で用いた細胞外マトリクスは必ずしも存在していなくてもよく、各種細胞のみを集積したものであってもよい。
Further, in the above embodiment, the
本発明によれば、高品質の人工三次元組織とその製造方法、人工三次元組織灌流デバイス、人工三次元組織を用いた薬剤評価方法を提供できる。このため、本発明は、例えば、化粧品、医薬、製薬等の分野において有用である。 According to the present invention, it is possible to provide a high-quality artificial three-dimensional tissue and a method for producing the same, an artificial three-dimensional tissue perfusion device, and a drug evaluation method using the artificial three-dimensional tissue. Therefore, the present invention is useful in the fields of cosmetics, pharmaceuticals, pharmaceuticals and the like, for example.
1…人工皮膚組織(人工三次元組織)、 10…真皮組織層(第1組織層)、 11…細胞外マトリックス成分、 12…真皮細胞(線維芽細胞、第1細胞)、 13…灌流流路、 14…血管系細胞、 15…管腔層、 20…表皮層(第2組織層)、 21…表皮細胞(第2細胞)、 40、40A…灌流デバイス(人工三次元組織灌流デバイス)、 41…培養槽、 42…コネクタ(支持部)、 42a…装着部(筒部)、 42c…係合部、 42e…第2筒、 42f…リブ部、 43…ワイヤー(線状部材、流路形成部材)、 44…側壁、 45…培養空間、 46…底壁(底部)、 70…曲面部、 F…生体モデル、 M…培地
1 ... Artificial skin tissue (artificial three-dimensional tissue), 10 ... Dermis tissue layer (first tissue layer), 11 ... Extracellular matrix component, 12 ... Dermis cells (fibroblasts, first cell), 13 ... Perfusion channel , 14 ... Vascular cells, 15 ... Cavity layer, 20 ... Dermal layer (second panniculus), 21 ... Dermal cells (second cell), 40, 40A ... Perfusion device (artificial three-dimensional tissue perfusion device), 41 ... culture tank, 42 ... connector (support part), 42a ... mounting part (cylinder part), 42c ... engaging part, 42e ... second cylinder, 42f ... rib part, 43 ... wire (linear member, flow path forming member) ), 44 ... Side wall, 45 ... Culture space, 46 ... Bottom wall (bottom), 70 ... Curved surface, F ... Biological model, M ... Medium
Claims (10)
側壁に囲まれた培養空間を有する培養槽と、対向する前記側壁を貫いて前記培養空間に前記所定方向に沿って懸架された流路形成部材とを備えた灌流デバイスを準備することと、
前記培養空間で真皮細胞を培養して、前記流路形成部材が貫く真皮組織層を形成することと、
前記真皮組織層から前記流路形成部材を抜去して前記真皮組織層を貫通する灌流流路を形成することと、
前記灌流流路に培地を灌流させながら前記真皮組織層上に配置した表皮細胞を培養して表皮層を形成することと、
少なくとも前記表皮細胞の培養時に、前記真皮組織層および前記表皮層に伸展の刺激を付与することと、
を含むことを特徴とする人工皮膚組織の製造方法。 A method for producing artificial skin tissue that extends in a predetermined direction.
To prepare a perfusion device including a culture tank having a culture space surrounded by a side wall and a flow path forming member suspended along the predetermined direction in the culture space through the opposite side wall.
By culturing dermis cells in the culture space to form a dermis tissue layer through which the flow path forming member penetrates,
By removing the flow path forming member from the dermis tissue layer to form a perfusion flow path penetrating the dermis tissue layer,
To form the epidermis layer by culturing the epidermal cells arranged on the dermis tissue layer while perfusing the medium into the perfusion channel.
At least when the epidermal cells are cultured, the dermis tissue layer and the epidermal layer are stimulated to stretch.
A method for producing an artificial skin tissue , which comprises.
前記対向する側壁を前記所定方向に撓ませることにより、前記係合部を介して前記刺激を付与することを特徴とする請求項4記載の人工皮膚組織の製造方法。 The culture tank is formed of a flexible material and
The method for producing an artificial skin tissue according to claim 4, wherein the stimulus is applied through the engaging portion by bending the opposing side walls in the predetermined direction.
前記人工皮膚組織を前記曲面部上に形成することを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の人工皮膚組織の製造方法。 At the bottom of the culture tank, a curved surface portion that is a part of the biological model extending along the predetermined direction is provided.
The method for producing an artificial skin tissue according to any one of claims 1 to 6, wherein the artificial skin tissue is formed on the curved surface portion.
薬剤を前記人工皮膚組織に接触させることと、
前記薬剤の接触による刺激に対する前記人工皮膚組織の応答、または前記人工皮膚組織に対する前記薬剤の浸透性を測定することと、
を含むことを特徴とする人工皮膚組織を用いた薬剤評価方法。 Producing artificial skin tissue by the production method according to any one of claims 1 to 7.
Bringing the drug into contact with the artificial skin tissue
To measure the response of the artificial skin tissue to the irritation caused by the contact of the drug, or the permeability of the drug to the artificial skin tissue.
A drug evaluation method using an artificial skin tissue , which comprises.
側壁に囲まれた培養空間を有する培養槽と、
対向する前記側壁を貫いて前記培養空間における前記人工皮膚組織を配置する領域に、前記真皮組織層の培養時に前記所定方向に沿って懸架されるとともに、前記表皮層の培養時に取り外される流路形成部材と、
前記流路形成部材を取り付けおよび取り外し自在に支持する支持部と、
前記対向する側壁のそれぞれに設けられ、前記人工皮膚組織に係合して前記人工皮膚組織の前記所定方向への収縮を抑える係合部と、
少なくとも前記表皮層の培養時に、前記人工皮膚組織に係合して対向する係合部を前記所定方向に相対的に離間させて、前記人工皮膚組織に伸展の刺激を付与する刺激付与部と、
を備えることを特徴とする人工皮膚組織灌流デバイス。 An artificial skin tissue perfusion device skin layer perfusion is performed to the artificial skin tissue extending in a predetermined direction is cultured on the dermal tissue layer,
A culture tank with a culture space surrounded by side walls,
A flow path is formed that is suspended along the predetermined direction when the dermis tissue layer is cultured and is removed when the epidermis layer is cultured in a region where the artificial skin tissue is arranged in the culture space through the opposite side wall. Members and
A support portion for supporting the flow path forming member mounting and detachably,
Said provided in each of opposing side walls, the engaging portion where the engaging artificial skin tissue suppress shrinkage in the predetermined direction of the artificial skin tissue,
At least when culturing the epidermis layer, a stimulus-imparting portion that engages with the artificial skin tissue and relatively separates the engaging portions facing each other in the predetermined direction to give a stimulus for stretching to the artificial skin tissue.
An artificial skin tissue perfusion device characterized by comprising.
前記人工皮膚組織は前記曲面部上に配置されることを特徴とする請求項9記載の人工皮膚組織灌流デバイス。 At the bottom of the culture tank, a curved surface portion that is a part of the biological model extending along the predetermined direction is provided.
The artificial skin tissue perfusion device according to claim 9, wherein the artificial skin tissue is arranged on the curved surface portion.
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