JP7050296B2 - Gelatin derivatives, crosslinked gelatin hydrogels and their porous bodies, and methods for producing them. - Google Patents
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Description
特許法第30条第2項適用 平成29年6月15日公開 The Royal Society of Chemistryが発行する学術論文誌 Journal of Materials Chemistry Bのウェブサイト <http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/tb/c7tb01350g#!divAbstract>,<http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2017/tb/c7tb01350g> DOI:10.1039/C7TB01350G で発表Application of
本発明は、疾患や事故などの原因で損傷、失った皮膚や骨、軟骨、靭帯、筋肉、気管、食道、神経、血管、膀胱、心臓、肺、腎臓、膵臓、膵臓、肝臓等の生体組織・臓器を修復するために、それらの生体組織・臓器に分化して組織化する細胞を内包し、組織の再生を促進する、ゼラチン誘導体、架橋ゼラチンハイドロゲル及びその多孔体、ならびに、それらの製造方法に関するものである。 The present invention relates to living tissues such as skin and bones, cartilage, ligaments, muscles, trachea, esophagus, nerves, blood vessels, bladder, heart, lungs, kidneys, pancreas, pancreas, and liver that have been damaged or lost due to diseases or accidents. -Gelatin derivatives, cross-linked gelatin hydrogels and their porous bodies, and their production, which enclose cells that differentiate and organize into those biological tissues / organs and promote tissue regeneration in order to repair the organs. It's about the method.
事故や病気などの原因で損傷を受けたり、失われたりした皮膚や骨、軟骨、靭帯、筋肉、気管、食道、神経、血管、膀胱、心臓、肺、腎臓、膵臓、膵臓、肝臓等の生体組織・臓器を修復し、治療するために、従来から人工臓器や臓器移植による治療が行われている。しかしながら、人工臓器の場合、天然臓器に比べ機能が十分ではないこと、人工物による磨耗・緩み・破損が生じるなどの問題点がある。生体臓器移植の場合、ドナーの不足という問題に加え、ドナーが他人の場合、免疫応答に起因する拒絶反応という問題や免疫抑制剤の使用に伴う合併症などの医学的リスクが少なからずある。このような問題点の存在により、現在では、生体組織工学の手法で生体組織や臓器を再生して治療する方法は、生体臓器移植と比較してドナーを必要としないことから、理想的であると考えられている。 Living organisms such as skin, bones, cartilage, ligaments, muscles, trachea, esophagus, nerves, blood vessels, bladder, heart, lungs, kidneys, pancreas, pancreas, and liver that have been damaged or lost due to accidents or illnesses. Traditionally, artificial organs and organ transplants have been used to repair and treat tissues and organs. However, in the case of artificial organs, there are problems that the functions are not sufficient as compared with natural organs, and that the artificial organs are worn, loosened, and damaged. In the case of living organ transplantation, in addition to the problem of a shortage of donors, when the donor is another person, there are considerable medical risks such as the problem of rejection caused by an immune response and complications associated with the use of immunosuppressive agents. Due to the existence of such problems, the method of regenerating and treating living tissues and organs by the method of biological tissue engineering is now ideal because it does not require a donor as compared with living organ transplantation. It is believed that.
生体組織工学の方法では、まず生体の細胞を生体外で増殖させ、生体細胞や組織の足場とするハイドロゲルに播種する。これを生体外で培養し、生体組織が形成された後、生体内に移植する。あるいは、生体細胞をハイドロゲルになるゾルと混合した後、欠損部位に注入し、ゲル化させて生体内で生体組織の再生を誘導する。そのため、生体組織の形成を誘導、促進するハイドロゲルは非常に重要な役割を果たしている。このハイドロゲルを形成する材料としては、細胞と混合するときにゾル状態で、細胞と混合した後、ゲル化する性質が要求される。また、生体に影響を及ぼさない性質としての生体適合性や、新しい生体組織が形成すると共に分解・吸収される生体吸収性が要求される。 In the method of biological tissue engineering, first, living cells are grown in vitro and seeded on a hydrogel used as a scaffold for living cells or tissues. This is cultured in vitro, and after the biological tissue is formed, it is transplanted in vivo. Alternatively, after mixing the living cells with a sol that becomes a hydrogel, the cells are injected into the defective site and gelled to induce the regeneration of the living tissue in the living body. Therefore, hydrogels that induce and promote the formation of living tissues play a very important role. The material for forming this hydrogel is required to have the property of gelling after being mixed with cells in a sol state when mixed with cells. In addition, biocompatibility as a property that does not affect the living body and bioabsorbability that is decomposed and absorbed as new living tissue is formed are required.
組織再生のためのハイドロゲルとして、コラーゲンゲル、ゼラチンゲル、ヒアルロン酸ゲル、フィブリンゲル、アルギン酸ゲルなどが用いられる。これらの生体吸収性高分子のハイドロゲルの作製技術として、温度やpH、カルシウム濃度、抗体・抗原反応、光反応などが挙げられる。例えば、コラーゲン水溶液は低温(例えば、4℃)では、ゾル状態で、体温の37℃になると、ゲル化しハイドロゲルを形成する。アルギン酸はカルシウムイオンが存在しない条件下ではゾルで、カルシウムイオンを添加するとゲル化しハイドロゲルを形成する。また、ゼラチンの場合、ゼラチン分子の側鎖に架橋重合できるメタクリロイル基を導入し、開始剤の存在下で紫外線に露光により重合してハイドロゲルを形成する。しかしながら、これらのハイドロゲルの安定性及びハイドロゲルの力学強度は十分ではない(例えば、非特許文献1)。ハイドルゲル多孔体を作製するために、強度が高いハイドロゲルが必要となる。 As the hydrogel for tissue regeneration, collagen gel, gelatin gel, hyaluronic acid gel, fibrin gel, alginate gel and the like are used. Examples of techniques for producing hydrogels of these bioabsorbable polymers include temperature, pH, calcium concentration, antibody / antigen reaction, and photoreaction. For example, an aqueous collagen solution gels at a low temperature (for example, 4 ° C.) in a sol state and reaches a body temperature of 37 ° C. to form a hydrogel. Alginic acid is a sol in the absence of calcium ions, and when calcium ions are added, it gels to form a hydrogel. Further, in the case of gelatin, a methacryloyl group capable of crosslink polymerization is introduced into the side chain of the gelatin molecule and polymerized by exposure to ultraviolet rays in the presence of an initiator to form a hydrogel. However, the stability of these hydrogels and the mechanical strength of the hydrogels are not sufficient (for example, Non-Patent Document 1). In order to produce a hydrel gel porous body, a hydrogel having high strength is required.
また、ハイドロゲルに多孔質構造を導入するため、造孔剤が用いられる。造孔剤として利用されるのはアルギン酸ゲル粒子やゼラチンゲル粒子などである。しかしこれまで、アルギン酸ゲル粒子やゼラチンゲル粒子を作製するために、高濃度のカルシウムイオンや有機溶媒、食用油などが使用されていた(例えば、非特許文献2,3)。しかし、これらの作製条件は内包する細胞のバイアビリティーを低下させることが懸念されるので、細胞に影響を最小に抑えられるゲル粒子の作製方法が望まれる。また、ハイドロゲル多孔体は緻密なハイドロゲルより力学強度が低いので、ハイドロゲルの安定性を高めるため、架橋密度が高いことが望ましい。
In addition, a pore-forming agent is used to introduce a porous structure into the hydrogel. Alginic acid gel particles and gelatin gel particles are used as pore-forming agents. However, until now, high-concentration calcium ions, organic solvents, edible oils, and the like have been used to produce alginic acid gel particles and gelatin gel particles (for example, Non-Patent
しかしながら、非特許文献1のようなメタクリロイル基を導入したゼラチンを用いて作製したゼラチンハイドロゲルの場合、ゼラチンのアミノ基に対してのみ無水メタメタクリル酸と反応させてメタクリロイル基を導入したので、紫外線照射による架橋重合による架橋密度は低く、形成されたハイドロゲルの力学強度は依然として低い。特に、ハイドロゲル多孔体を作製するために、形成したハイドロゲル多孔体の構造と形状を維持するために、高い力学強度のバルクハイドロゲルは必要である。
However, in the case of a gelatin hydrogel prepared using gelatin having a methacryloyl group introduced as in Non-Patent
また、ハイドロゲル多孔体を作製するために用いられた未修飾のゼラチンゲル粒子を作製するために、有機溶媒や油などのゼラチンが溶解しない溶媒や液体が用いられてきた。有機溶媒や油などを用いる場合では、残留した有機溶媒や油は細胞に悪影響を与える懸念がある。さらに、ゼラチンゲル粒子に細胞を内包する際に、細胞とゼラチン水溶液の懸濁液を有機溶媒や油などに滴下、或いは添加してエマルションを調製する際に、有機溶媒や油などによる細胞のバイアビリティーへの悪影響が懸念される。細胞の活性に影響を与えない、細胞を内包するゼラチンゲル粒子の作製方法が望ましい。 Further, in order to prepare the unmodified gelatin gel particles used for producing the hydrogel porous body, a solvent or liquid in which gelatin is not dissolved such as an organic solvent or oil has been used. When an organic solvent or oil is used, there is a concern that the residual organic solvent or oil may adversely affect the cells. Further, when the cells are encapsulated in the gelatin gel particles, the suspension of the cells and the gelatin aqueous solution is dropped or added to an organic solvent or oil to prepare an emulsion, and the cells are purchased with an organic solvent or oil. There is concern that it will adversely affect abilities. A method for producing gelatin gel particles containing cells that does not affect the activity of cells is desirable.
本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、架橋密度が高く、力学強度が高い架橋ゼラチンハイドロゲル及びその多孔体の製造に好ましいゼラチン誘導体、それを用いた架橋ゼラチンハイドロゲル及びその多孔体、ならびに、それらの製造方法を提供することを課題としている。また、温和で細胞毒性がない条件で、架橋密度が高く、力学強度が高くて、細胞を内包した架橋ゼラチンハイドロゲル及びその多孔体を提供することを課題としている。また、温和で細胞毒性がない条件で多孔質構造の造孔剤作製方法を提供することを課題としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a crosslinked gelatin hydrogel having a high crosslink density and high mechanical strength, a gelatin derivative preferable for producing a porous body thereof, and a crosslinked gelatin hydrogel using the same. It is an object of the present invention to provide a porous body thereof, and a method for producing them. Another object of the present invention is to provide a crosslinked gelatin hydrogel containing cells and a porous body thereof, which has high crosslink density and high mechanical strength under mild and non-cytotoxic conditions. Another object of the present invention is to provide a method for producing a pore-forming agent having a porous structure under mild and non-cytotoxic conditions.
本発明によるゼラチンに反応性基が導入されたゼラチン誘導体は、前記ゼラチンが有するアミノ基がメタクリロイル基と結合しており、前記ゼラチンが有するヒドロキシ基及びカルボキシル基がメタクリロイルグリセリルエステル基と結合しており、これにより上記課題を解決する。
前記メタクリロイル基の含有率は、前記ゼラチン誘導体1gに対して0.01mmol以上10mmol以下の範囲を満たし、前記メタクリロイルグリセリルエステル基の含有率は、前記ゼラチン誘導体1gに対して0.01mmol以上10mmol以下の範囲を満たしてもよい。
前記メタクリロイル基の含有率は、前記ゼラチン誘導体1gに対して0.1mmol以上1mmol以下の範囲を満たし、前記メタクリロイルグリセリルエステル基の含有率は、前記ゼラチン誘導体1gに対して0.1mmol以上1mmol以下の範囲を満たしてもよい。
前記ゼラチンは、動物の骨、動物の皮膚、魚骨、魚皮及び魚鱗の群から少なくとも1つ選択されてもよい。
本発明による上述のゼラチン誘導体を製造する方法は、ゼラチンをメタクリル酸無水物と反応させ、前記ゼラチンが有するアミノ基にメタクリロイル基を結合させたゼラチン一次修飾体を合成する工程と、前記ゼラチン一次修飾体をメタクリル酸グリシジルと反応させ、前記ゼラチン一次修飾体が有するヒドロキシ基とカルボキシ基とにメタクリロイルグリセリルエステル基を結合させたゼラチン二次修飾体である前記ゼラチン誘導体を合成する工程とを包含し、これにより上記課題を解決する。
前記ゼラチン一次修飾体を合成する工程は、1(w/v)%以上50(w/v)%以下のゼラチン濃度を有するゼラチン水溶液に、前記ゼラチン水溶液に対する前記メタクリル酸無水物の体積比が10000:1~1:1を満たすように、前記メタクリル酸無水物を添加してもよい。
前記ゼラチン二次修飾体を合成する工程は、0.1(w/v)%以上40(w/v)%以下のゼラチン一次修飾体濃度を有するゼラチン一次修飾体水溶液に、前記ゼラチン一次修飾体水溶液に対する前記メタクリル酸グリシジルの体積比が10000:1~1:1を満たすように、前記メタクリル酸無水物を添加してもよい。
前記ゼラチン一次修飾体水溶液は、2以上5以下、または、6.5以上8以下の範囲のpHを有してもよい。
本発明による架橋ゼラチンハイドロゲル及びその多孔体は、上述のゼラチン誘導体が架橋された架橋体を含有し、これにより上記課題を解決する。
前記ゼラチン誘導体の架橋密度は、0.02mol/m3以上10000mol/m3以下の範囲をしてもよい。
細胞を内包してもよい。
前記細胞は、軟骨細胞、骨芽細胞、線維芽細胞、筋芽細胞、靭帯細胞、脂肪細胞、神経細胞、血管内皮細胞、平滑筋細胞、心筋細胞、上皮細胞、肝細胞、膵β細胞、腎臓細胞、骨髄由来間葉系幹細胞、脂肪由来間葉系幹細胞、神経幹細胞、胚性幹細胞、及び、人工多能性幹細胞からなる群から少なくとも1つ選択されてもよい。
本発明による架橋ゼラチンハイドロゲルを製造する方法は、上述のゼラチン誘導体を用い架橋し、これにより上記課題を解決する。
前記ゼラチン誘導体及び光重合開始剤を含有する水溶液を調製する工程と、前記水溶液に紫外線を照射する工程とを包含してもよい。
前記水溶液を調製する工程によって得られた前記水溶液に細胞を懸濁させて細胞懸濁液を調製する工程をさらに包含し、前記水溶液に紫外線を照射する工程は、前記細胞懸濁液に紫外線を照射してもよい。
本発明による架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体を製造する方法は、上述のゼラチン誘導体及びゲル粒子を用い架橋し、これにより上記課題を解決する。
前記ゼラチン誘導体及び光重合開始剤を含有する水溶液を調製する工程と、前記水溶液を調製する工程によって得られた前記水溶液にゼラチンハイドロゲルからなるゲル粒子を添加した混合物を調製する工程と、前記混合物に紫外線を照射する工程とを包含してもよい。
前記水溶液を調製する工程によって得られた前記水溶液に細胞を懸濁させて細胞懸濁液を調製する工程をさらに包含してもよい。
前記ゲル粒子は、細胞を内包してもよい。
前記細胞は、動物由来の動物細胞であってもよい。
In the gelatin derivative in which the reactive group is introduced into the gelatin according to the present invention, the amino group of the gelatin is bonded to the methacryloyl group, and the hydroxy group and the carboxyl group of the gelatin are bonded to the methacryloyl glyceryl ester group. , This solves the above problem.
The content of the methacryloyl group satisfies the range of 0.01 mmol or more and 10 mmol or less with respect to 1 g of the gelatin derivative, and the content of the methacryloyl glyceryl ester group is 0.01 mmol or more and 10 mmol or less with respect to 1 g of the gelatin derivative. The range may be met.
The content of the methacryloyl group satisfies the range of 0.1 mmol or more and 1 mmol or less with respect to 1 g of the gelatin derivative, and the content of the methacryloyl glyceryl ester group is 0.1 mmol or more and 1 mmol or less with respect to 1 g of the gelatin derivative. The range may be met.
The gelatin may be selected from at least one group of animal bones, animal skins, fish bones, fish skins and fish scales.
The method for producing the above-mentioned gelatin derivative according to the present invention comprises a step of reacting gelatin with a methacrylic acid anhydride to synthesize a gelatin primary modified product in which a methacryloyl group is bonded to an amino group of the gelatin, and the gelatin primary modification. It comprises a step of reacting a body with glycidyl methacrylate to synthesize the gelatin derivative which is a gelatin secondary modified product in which a methacryloyl glyceryl ester group is bonded to a hydroxy group and a carboxy group of the gelatin primary modified product. This solves the above problem.
In the step of synthesizing the primary modified gelatin, the volume ratio of the methacrylic anhydride to the aqueous gelatin solution is 10,000 to the aqueous solution of gelatin having a gelatin concentration of 1 (w / v)% or more and 50 (w / v)% or less. The methacrylic anhydride may be added so as to satisfy 1: 1 to 1: 1.
In the step of synthesizing the gelatin secondary modified product, the gelatin primary modified product is added to an aqueous solution of the gelatin primary modified product having a gelatin primary modified product concentration of 0.1 (w / v)% or more and 40 (w / v)% or less. The methacrylic acid anhydride may be added so that the volume ratio of the glycidyl methacrylate to the aqueous solution satisfies 10000: 1 to 1: 1.
The gelatin primary modified aqueous solution may have a pH in the range of 2 or more and 5 or less, or 6.5 or more and 8 or less.
The crosslinked gelatin hydrogel and its porous body according to the present invention contain a crosslinked body in which the above-mentioned gelatin derivative is crosslinked, thereby solving the above-mentioned problems.
The crosslink density of the gelatin derivative may be in the range of 0.02 mol / m 3 or more and 10,000 mol / m 3 or less.
It may contain cells.
The cells include cartilage cells, osteoblasts, fibroblasts, myoblasts, ligament cells, fat cells, nerve cells, vascular endothelial cells, smooth muscle cells, myocardial cells, epithelial cells, hepatocytes, pancreatic β cells, and kidneys. At least one may be selected from the group consisting of cells, bone marrow-derived mesenchymal stem cells, adipose-derived mesenchymal stem cells, nerve stem cells, embryonic stem cells, and artificial pluripotent stem cells.
The method for producing a crosslinked gelatin hydrogel according to the present invention solves the above-mentioned problems by cross-linking using the above-mentioned gelatin derivative.
A step of preparing an aqueous solution containing the gelatin derivative and a photopolymerization initiator and a step of irradiating the aqueous solution with ultraviolet rays may be included.
The step of suspending cells in the aqueous solution obtained by the step of preparing the aqueous solution to prepare a cell suspension is further included, and the step of irradiating the aqueous solution with ultraviolet rays irradiates the cell suspension with ultraviolet rays. It may be irradiated.
The method for producing a crosslinked gelatin hydrogel porous body according to the present invention solves the above-mentioned problems by cross-linking using the above-mentioned gelatin derivative and gel particles.
A step of preparing an aqueous solution containing the gelatin derivative and a photopolymerization initiator, a step of preparing a mixture obtained by adding gel particles made of gelatin hydrogel to the aqueous solution obtained by the step of preparing the aqueous solution, and the mixture. May include the step of irradiating the polymer with ultraviolet rays.
A step of suspending cells in the aqueous solution obtained by the step of preparing the aqueous solution to prepare a cell suspension may be further included.
The gel particles may contain cells.
The cell may be an animal cell derived from an animal.
本発明のゼラチン誘導体は、アミノ基がメタクリロイル基と結合し、ゼラチンが有するヒドロキシ基及びカルボキシル基がメタクリロイルグリセリルエステル基と結合しており、紫外線照射により架橋重合できる反応性基が最大限に導入されている。本発明の架橋ゼラチンハイドロゲル及びその多孔体は、本発明のゼラチン誘導体を用いて製造されるので、架橋密度が高い。その結果、力学強度が高く、形状安定性にすぐれている。しかも細胞をハイドロゲルのバルクにも空孔にも播種できるので、より効率の高い組織再生が可能となる。 In the gelatin derivative of the present invention, the amino group is bonded to the methacryloyl group, the hydroxy group and the carboxyl group of the gelatin are bonded to the methacryloyl glyceryl ester group, and the reactive group capable of cross-linking polymerization by ultraviolet irradiation is introduced to the maximum extent. ing. Since the crosslinked gelatin hydrogel of the present invention and its porous body are produced using the gelatin derivative of the present invention, the crosslink density is high. As a result, the mechanical strength is high and the shape stability is excellent. Moreover, since cells can be seeded in both bulk and pores of hydrogel, more efficient tissue regeneration is possible.
本発明の架橋ゼラチンハイドロゲル及びその多孔体の製造方法は、上述のゼラチン誘導体を用いるので、架橋密度が高く、力学強度が高く、形状安定性にすぐれた架橋ゼラチンハイドロゲル及びその多孔体を提供できる。また、温和で細胞毒性がない条件で、細胞を内包する架橋密度が高く、力学強度が高く、形状安定性にすぐれた架橋ゼラチンハイドロゲル及びその多孔体を容易に製造することができる。 Since the above-mentioned gelatin derivative is used in the method for producing a crosslinked gelatin hydrogel and a porous body thereof of the present invention, a crosslinked gelatin hydrogel having a high crosslinking density, high mechanical strength, and excellent shape stability and a porous body thereof are provided. can. Further, under mild and non-cytotoxic conditions, a crosslinked gelatin hydrogel having a high crosslink density containing cells, a high mechanical strength, and excellent shape stability and a porous body thereof can be easily produced.
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
(実施の形態1)
実施の形態1では、架橋密度が高く、力学強度が高い架橋ゼラチンハイドロゲルあるいはその多孔体を製造するに好ましい、ゼラチン誘導体について説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
In the first embodiment, a gelatin derivative which is preferable for producing a crosslinked gelatin hydrogel having a high crosslink density and a high mechanical strength or a porous body thereof will be described.
図1は、本発明のゼラチン誘導体を模式的に示す図である。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a gelatin derivative of the present invention.
本発明のゼラチン誘導体100は、ゼラチン110において、ゼラチンが有するアミノ基がメタクリロイル基120と結合し、ゼラチンが有するヒドロキシ基及びカルボキシル基がメタクリロイルグリセリルエステル基130と結合している。これらメタクリロイル基120及びメタクリロイルグリセリルエステル基130は、いずれも、架橋重合可能な反応性基であり、本発明のゼラチン誘導体100を用いて、架橋ゼラチンハイドロゲルを製造すれば、高い架橋密度及び高い力学的強度を達成し、形状安定性に優れた架橋ゼラチンハイドロゲルを提供できる。また、架橋ゼラチンハイドロゲルの製造時に、造孔剤を用いれば、高い架橋密度及び高い力学的強度を達成し、形状安定性に優れた架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体を提供できる。また、架橋ゼラチンハイドロゲルの製造時に細胞を内包すれば、および/または、細胞を内包する造孔剤を用いれば、細胞を内包する架橋ゼラチンハイドロゲル及びその多孔体を提供できる。
In the
本発明のゼラチン誘導体100は、好ましくは、ゼラチン誘導体1gに対するメタクリロイル基120の含有率が0.01mmol以上10mmol以下の範囲を満たし、ゼラチン誘導体1gに対するメタクリロイルグリセリルエステル基130の含有率が、0.01mmol以上10mmol以下の範囲を満たす。これにより、架橋強度及び力学的強度を向上できる。
The
本発明のゼラチン誘導体100は、より好ましくは、ゼラチン誘導体1gに対するメタクリロイル基120の含有率が0.1mmol以上1mmol以下の範囲を満たし、ゼラチン誘導体1gに対するメタクリロイルグリセリルエステル基130の含有率が、0.1mmol以上1mmol以下の範囲を満たす。これにより、架橋強度及び力学的強度を確実に向上できる。
More preferably, the
上記のゼラチン110は、ブタやウシ、ヒツジ、ニワトリなどの動物の骨や皮膚などの組織、魚骨、魚皮、魚鱗の群から選択されるいずれか一の素材、或いは複数の素材に由来するゼラチンである。ゼラチン分子の分子量は、好ましくは、100ダルトン以上10,000,000ダルトン以下の範囲であり、この範囲であれば、水に溶解し、かつハイドロゲルを形成する。ゼラチン分子の分子量は、さらに望ましくは、500ダルトン以上1,000,000ダルトン以下の範囲である。これにより、安定した形状、栄養分や老廃物などの拡散性を備えたハイドロゲルの形成に特に有利である。
The
なお、アミノ気に結合したメタクリロイル基120、ならびに、ヒドロキシ基及びカルボキシル基に結合したメタクリロイルグリセリルエステル基130の存在は、核磁気共鳴(NMR)分光法によって容易に確認できる。また、メタクリロイル基およびメタクリロイルグリセリルエステル基の含有率は、NMRシグナルの積分値によって算出できる。
The presence of the
図2は、本発明のゼラチン誘導体を製造するフローチャートである。 FIG. 2 is a flowchart for producing the gelatin derivative of the present invention.
図2を用いて、本発明のゼラチン誘導体100の製造方法を説明する。以降では、分かりやすさのため、ゼラチン誘導体をゼラチン二次修飾体と称する。これは、後述するように、本発明のゼラチン誘導体はゼラチンに二段階にて反応性基を修飾(導入)させることによって得られるためである。
The method for producing the
本発明のゼラチン二次修飾体の製造方法は、ゼラチンをメタクリル酸無水物と反応させ、ゼラチンが有するアミノ基にメタクリロイル基を結合させたゼラチン一次修飾体を合成する工程(図2のステップS210)、及び、ゼラチン一次修飾体をメタクリル酸グリシジルと反応させ、ゼラチン一次修飾体が有するヒドロキシ基とカルボキシル基とにメタクリロイルグリセリルエステル基を結合させたゼラチン二次修飾体を合成する工程(図2のステップS220)を含むことを特徴としている。 The method for producing a secondary gelatin modifier of the present invention is a step of reacting gelatin with a methacrylate anhydride to synthesize a primary gelatin modifier in which a methacryloyl group is bonded to an amino group of gelatin (step S210 in FIG. 2). , And a step of reacting a gelatin primary modified product with glycidyl methacrylate to synthesize a gelatin secondary modified product in which a methacryloyl glyceryl ester group is bonded to a hydroxy group and a carboxyl group of the gelatin primary modified product (step in FIG. 2). It is characterized by including S220).
ゼラチン一次修飾体を合成する工程を詳細に説明する。まず、加温した水溶液にゼラチンを溶かし、ゼラチン水溶液を作製する。ゼラチンを溶かす前記の水溶液は、pHが4~11のリン酸緩衝食塩水、または、HEPES緩衝液、食塩水、純水であるが、pHが6~8のリン酸緩衝食塩水(PBS)が望ましい。加温した水溶液の温度はゼラチンが溶ける温度で、30℃~80℃であるが、望ましい温度は35℃~55℃である。ゼラチンを加温した水溶液に溶かしたゼラチン水溶液の濃度は1~50(w/v)%で、望ましい濃度は5~20(w/v)%である。この範囲であれば、均一な撹拌が可能であるため、均一な修飾反応に有利である。 The process of synthesizing the primary gelatin modifier will be described in detail. First, gelatin is dissolved in a heated aqueous solution to prepare a gelatin aqueous solution. The aqueous solution for dissolving gelatin is phosphate buffered saline having a pH of 4 to 11, or HEPES buffer, saline or pure water, but phosphate buffered saline (PBS) having a pH of 6 to 8 is used. desirable. The temperature of the heated aqueous solution is the temperature at which gelatin melts, which is 30 ° C to 80 ° C, but the desirable temperature is 35 ° C to 55 ° C. The concentration of the gelatin aqueous solution in which gelatin is dissolved in the heated aqueous solution is 1 to 50 (w / v)%, and the desirable concentration is 5 to 20 (w / v)%. Within this range, uniform stirring is possible, which is advantageous for a uniform modification reaction.
次いで、ゼラチン水溶液を撹拌しながら、メタクリル酸無水物を添加し、反応物と生成物(ここではゼラチン一次修飾体である)とが溶解する温度を保って、暗所で数時間反応させる。ここで、前記のメタクリル酸無水物の添加速度は好ましくは0.01~20.0mL/minである。この範囲であれば、反応温度を一定に保つ上で有利である。さらに望ましい添加速度は0.1~5.0mL/minである。ゼラチン水溶液に対して添加するメタクリル酸無水物の体積仕込み比は好ましくは10000:1~1:1である。この範囲であれば、ゼラチンのアミノ基修飾を可能にする。さらに望ましい仕込み比は100:1~2:1である。反応温度は30℃~80℃であるが、望ましい温度は35℃~55℃である。反応時間は10分間~96時間であるが、望ましい反応時間は1時間~48時間である。 Then, while stirring the gelatin aqueous solution, methacrylic anhydride is added, and the reaction product is reacted in a dark place for several hours at a temperature at which the product (here, the primary modified gelatin) is dissolved. Here, the addition rate of the methacrylic anhydride is preferably 0.01 to 20.0 mL / min. Within this range, it is advantageous to keep the reaction temperature constant. A more desirable addition rate is 0.1-5.0 mL / min. The volume charging ratio of the methacrylic anhydride added to the aqueous gelatin solution is preferably 10000: 1 to 1: 1. Within this range, it is possible to modify the amino group of gelatin. A more desirable charging ratio is 100: 1 to 2: 1. The reaction temperature is 30 ° C to 80 ° C, but the desired temperature is 35 ° C to 55 ° C. The reaction time is 10 minutes to 96 hours, but the desired reaction time is 1 hour to 48 hours.
次いで、反応生成物を反応物と生成物とが溶解した状態の温度の純水で希釈し、透析膜を用いて反応物と生成物とが溶解する温度を保って純水中で透析する。これにより、塩類や未反応メタクリル酸無水物を除去し、合成したゼラチン一次修飾体が精製される。ここで、希釈用の純水は超純水であり得る。希釈用の純水の温度は反応物と生成物とが溶液のままで維持できる温度に保持され、好ましくは30℃~80℃であるが、望ましい温度は35℃~60℃である。生成物の精製に用いられる透析膜の分画分子量は合成したゼラチン一次修飾体と、未反応のメタクリル酸無水物及び塩類の低分子とを分離できる範囲でよい。 Then, the reaction product is diluted with pure water at a temperature at which the reaction product and the product are dissolved, and dialyzed in pure water while maintaining the temperature at which the reaction product and the product are dissolved using a dialysis membrane. As a result, salts and unreacted methacrylic anhydride are removed, and the synthesized gelatin primary modified product is purified. Here, the pure water for dilution may be ultrapure water. The temperature of the pure water for dilution is maintained at a temperature at which the reaction product and the product can be maintained as a solution, preferably 30 ° C. to 80 ° C., but a desirable temperature is 35 ° C. to 60 ° C. The molecular weight cut-off of the dialysis membrane used for purifying the product may be as long as the synthesized gelatin primary modifier can be separated from the unreacted methacrylic anhydride and small molecules of salts.
次いで、精製したゼラチン一次修飾体の水溶液を凍結乾燥し、ゼラチン一次修飾体の固形物を得てもよい。凍結乾燥時間は凍結物から水分を除去できる時間であれば特に制限はないが、例示的には、1日~1か月である。望ましい凍結乾燥時間は2日~2週間である。このようにして、ゼラチンが有するアミノ基にメタクリロイル基が結合したゼラチン一次修飾体が得られる。 Then, the purified aqueous solution of the primary gelatin modifier may be freeze-dried to obtain a solid substance of the primary gelatin modifier. The freeze-drying time is not particularly limited as long as it can remove water from the frozen product, but is exemplifiedly 1 day to 1 month. The desired lyophilization time is 2 days to 2 weeks. In this way, a gelatin primary modified product in which a methacryloyl group is bonded to an amino group contained in gelatin can be obtained.
ゼラチン二次修飾体を合成する工程を詳細に説明する。まず、ゼラチン一次修飾体を温水に溶かして水溶液を調製した後、水溶液のpHを調整する。前記のゼラチン一次修飾体を溶かす温水にはイオン交換水、蒸留水、超純水のいずれも用いることができる。水温はゼラチン一次修飾体を溶かす温度で25℃~80℃であるが、望ましい温度は35℃~55℃である。ゼラチン一次修飾体を温水に溶かしたゼラチン一次修飾体水溶液の濃度は0.1~40(w/v)%で、望ましい濃度は0.2~20(w/v)%である。この範囲であれば、流動性であるため均一な修飾反応に有利である。ゼラチン一次修飾体水溶液のpHを調製に用いる溶液は塩酸や硝酸、硫酸が挙げられるが、望ましいのは塩酸である。pH調製用の塩酸や硝酸、硫酸の濃度は0.1~5Mで、望ましいのは0.2~2Mである。水溶液のpHは、好ましくは1.0~10の範囲に調整される。この範囲であれば、後述するメタクリル酸グリシジルとの反応が生じる。なお望ましいpHは2~5の範囲または6.5~8の範囲である。 The process of synthesizing the secondary gelatin modified product will be described in detail. First, the primary gelatin modifier is dissolved in warm water to prepare an aqueous solution, and then the pH of the aqueous solution is adjusted. Ion-exchanged water, distilled water, or ultrapure water can be used as the warm water for dissolving the gelatin primary modifier. The water temperature is 25 ° C to 80 ° C, which is the temperature at which the gelatin primary modifier is melted, but the desirable temperature is 35 ° C to 55 ° C. The concentration of the gelatin primary modified aqueous solution obtained by dissolving the gelatin primary modified in warm water is 0.1 to 40 (w / v)%, and the desirable concentration is 0.2 to 20 (w / v)%. Within this range, the fluidity is advantageous for a uniform modification reaction. Hydrochloric acid, nitric acid, and sulfuric acid are examples of the solution used for adjusting the pH of the gelatin primary modified aqueous solution, but hydrochloric acid is preferable. The concentrations of hydrochloric acid, nitric acid and sulfuric acid for pH adjustment are 0.1 to 5 M, preferably 0.2 to 2 M. The pH of the aqueous solution is preferably adjusted to the range of 1.0-10. Within this range, a reaction with glycidyl methacrylate, which will be described later, occurs. The desirable pH is in the range of 2 to 5 or 6.5 to 8.
次に、メタクリル酸グリシジルを前記ゼラチン一次修飾体水溶液に添加し、反応物と生成物(ここではゼラチン二次修飾体である)とが溶解する温度を保って、暗所で数時間反応させる。前記のメタクリル酸グリシジルの添加速度は好ましくは0.01~20.0mL/minである。この範囲であれば、反応温度を一定に保つのに有利である。さらに望ましい添加速度は0.1~5.0mL/minである。ゼラチン一次修飾体水溶液に対して添加するメタクリル酸グリシジルの体積仕込み比は好ましくは10000:1~1:1である。この範囲であれば、ゼラチンのヒドロキシル基およびカルボキシル基の修飾を可能にする。さらに望ましい仕込み比は250:1~3:1である。反応温度は30℃~80℃であるが、望ましい温度は35℃~60℃である。反応時間は1時間~96時間であるが、望ましい反応時間は2時間~48時間である。 Next, glycidyl methacrylate is added to the aqueous solution of the primary modified gelatin, and the reaction is reacted in a dark place for several hours at a temperature at which the reaction product and the product (here, the secondary modified gelatin) are dissolved. The addition rate of the above-mentioned glycidyl methacrylate is preferably 0.01 to 20.0 mL / min. Within this range, it is advantageous to keep the reaction temperature constant. A more desirable addition rate is 0.1-5.0 mL / min. The volume charging ratio of glycidyl methacrylate to be added to the gelatin primary modified aqueous solution is preferably 10000: 1 to 1: 1. This range allows modification of the hydroxyl and carboxyl groups of gelatin. A more desirable charging ratio is 250: 1 to 3: 1. The reaction temperature is 30 ° C to 80 ° C, but the desired temperature is 35 ° C to 60 ° C. The reaction time is 1 hour to 96 hours, but the desired reaction time is 2 hours to 48 hours.
次いで、反応物と生成物とが溶解した状態の温度の水で反応液を希釈し、透析膜を用いて反応物と生成物とが溶解する温度を保って、純水中で透析する。これにより、塩類、未反応メタクリル酸グリシジル、未反応のゼラチン一次修飾体を除去し、合成したゼラチン二次修飾体が精製される。ここで、希釈用の水にはイオン交換水、蒸留水、超純水のいずれも用いることができる。希釈用の水の温度は、反応物と生成物とが溶液のままで維持できる温度に保持され、好ましくは30℃~80℃であるが、望ましい温度は35℃~60℃である。生成物の精製に用いられる透析膜の分画分子量は合成したゼラチン二次修飾体と、未反応のメタクリル酸グリシジル、未反応のゼラチン一次修飾体及び塩類の低分子を分離できる範囲でよい。 Then, the reaction solution is diluted with water at a temperature at which the reaction product and the product are dissolved, and dialyzed in pure water while maintaining the temperature at which the reaction product and the product are dissolved using a dialysis membrane. As a result, salts, unreacted glycidyl methacrylate, and unreacted gelatin primary modified product are removed, and the synthesized gelatin secondary modified product is purified. Here, any of ion-exchanged water, distilled water, and ultrapure water can be used as the water for dilution. The temperature of the water for dilution is maintained at a temperature at which the reaction product and the product can be maintained as a solution, preferably 30 ° C. to 80 ° C., but a desirable temperature is 35 ° C. to 60 ° C. The molecular weight cut-off of the dialysis membrane used for purifying the product may be within the range in which the synthesized gelatin secondary modified product can be separated from the unreacted glycidyl methacrylate, the unreacted gelatin primary modified product, and small molecules of salts.
次いで、精製したゼラチン二次修飾体の水溶液を凍結乾燥し、ゼラチン二次修飾体の固形物を得てもよい。凍結乾燥時間は凍結物から水分を除去できる時間であれば特に制限はないが、例示的には、1日~1か月である。望ましい凍結乾燥時間は2日~2週間である。このようにして、ゼラチン一次修飾体のヒドロキシ基とカルボキシル基とにメタクリロイル基及びメタクリロイルグリセリルエステル基が結合したゼラチン二次修飾体が得られる。 Then, the purified aqueous solution of the secondary gelatin modification may be freeze-dried to obtain a solid substance of the secondary gelatin modification. The freeze-drying time is not particularly limited as long as it can remove water from the frozen product, but is exemplifiedly 1 day to 1 month. The desired lyophilization time is 2 days to 2 weeks. In this way, a gelatin secondary modified product in which a methacryloyl group and a methacryloyl glyceryl ester group are bonded to the hydroxy group and the carboxyl group of the gelatin primary modified product can be obtained.
(実施の形態2)
実施の形態2では、ハイドロゲルに多孔質構造を形成させるために用いられる造孔剤の製造方法について説明する。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, a method for producing a pore-forming agent used for forming a porous structure in a hydrogel will be described.
(1)細胞を内包しないゲル粒子の製造方法
造孔剤として機能するゲル粒子の製造方法は、低温でゼラチンハイドロゲルを作製する工程、及び、得られたゼラチンハイドロゲルをゼラチンハイドロゲルの粒子(例えば、立方体粒子)に切断加工する工程を含むことを特徴としている。
(1) Method for producing gel particles that do not contain cells The method for producing gel particles that function as a pore-forming agent is a step of producing gelatin hydrogel at a low temperature, and the obtained gelatin hydrogel is used as gelatin hydrogel particles (1). For example, it is characterized by including a step of cutting into (cubic particles).
ゼラチンハイドロゲルを作製する工程を詳細に説明する。ゼラチンを、ゼラチンが溶ける温度の温水、リン酸緩衝食塩水、HEPES緩衝液、食塩水、細胞培養用の培地、或いはリン酸緩衝食塩水と培地との混合溶液に溶かし、ゼラチン水溶液を調製する。上記のゼラチン水溶液の温度は37℃~80℃で、望ましい温度は40℃~60℃である。ここでも、ゼラチンは、ブタやウシ、ヒツジ、ニワトリなどの動物の骨や皮膚などの組織、魚骨、魚皮、魚鱗の群から選択されるいずれか一の素材、或いは複数の素材に由来するゼラチンである。ゼラチン分子の分子量は、好ましくは、100ダルトン以上10,000,000ダルトン以下の範囲であり、この範囲であれば、水に溶解し、かつハイドロゲルを形成する。ゼラチン分子の分子量は、さらに望ましくは、500ダルトン以上1,000,000ダルトン以下の範囲である。これにより、安定した形状、栄養分や老廃物などの拡散性を備えたハイドロゲルの形成に特に有利である。 The process of producing the gelatin hydrogel will be described in detail. The gelatin is dissolved in warm water at a temperature at which the gelatin dissolves, phosphate buffered saline, HEPES buffer, saline, a medium for cell culture, or a mixed solution of phosphate buffered saline and the medium to prepare an aqueous gelatin solution. The temperature of the above gelatin aqueous solution is 37 ° C to 80 ° C, and the desirable temperature is 40 ° C to 60 ° C. Again, gelatin is derived from tissues such as bone and skin of animals such as pigs, cows, sheep and chickens, any one material selected from the group of fish bones, fish skins and fish scales, or multiple materials. It is gelatin. The molecular weight of the gelatin molecule is preferably in the range of 100 daltons or more and 10,000,000 daltons or less, and if it is in this range, it dissolves in water and forms a hydrogel. The molecular weight of the gelatin molecule is more preferably in the range of 500 daltons or more and 1,000,000 daltons or less. This is particularly advantageous for the formation of hydrogels having a stable shape and diffusivity of nutrients and waste products.
上記の培地は細胞培養に用いる培地で、ダルベッコ変法イーグル培地やイーグル最小必須培地など1種類或いは数種類の混合培地でも良い。培地に血清が含まれていても含まれていなくても良い。血清が含まれる場合、血清の濃度は0.1~50%で、望ましい濃度は0.5~20%である。上記のリン酸緩衝食塩水と培地との混合溶液の場合、体積混合比は50:1~1:50で、望ましい体積混合比は10:1~1:10である。上記のゼラチン水溶液の濃度は好ましくは0.1~50(w/v)%である。この範囲であればハイドロゲルの形成が可能である。さらに望ましい濃度は0.5~20(w/v)%である。 The above medium is a medium used for cell culture, and may be one or several mixed media such as Dulbecco's modified Eagle's medium and Eagle's minimum essential medium. The medium may or may not contain serum. When serum is included, the serum concentration is 0.1-50% and the desired concentration is 0.5-20%. In the case of the above-mentioned mixed solution of phosphate buffered saline and the medium, the volume mixing ratio is 50: 1 to 1:50, and the desired volume mixing ratio is 10: 1 to 1:10. The concentration of the above gelatin aqueous solution is preferably 0.1 to 50 (w / v)%. Within this range, hydrogels can be formed. A more desirable concentration is 0.5 to 20 (w / v)%.
次に、ゼラチン水溶液を濾過滅菌用のフィルターメンブレンで滅菌する。上記のゼラチン水溶液の濾過滅菌用のフィルターメンブレンの孔径は0.1~0.5μmで、望ましいフィルターメンブレンの孔径は0.1~0.3μmである。 Next, the gelatin aqueous solution is sterilized with a filter membrane for filtration sterilization. The pore size of the filter membrane for filtration sterilization of the above gelatin aqueous solution is 0.1 to 0.5 μm, and the pore size of the desired filter membrane is 0.1 to 0.3 μm.
濾過滅菌したゼラチン水溶液を低温でゲル化させ、ゼラチンハイドロゲルを形成させる。上記のゼラチン水溶液をゲル化させる温度はゼラチン水溶液をゲル化できる温度であれば特に制限はないが、好ましくは0.5℃~30℃の範囲の低温である。これによりハイドロゲルの形成が可能になる。なお望ましい温度は3℃~15℃である。このようにしてゼラチンハイドロゲルが作製される。本実施の形態において、低温とは上記範囲を意図している。 The filtered sterilized gelatin aqueous solution is gelled at a low temperature to form a gelatin hydrogel. The temperature at which the above-mentioned gelatin aqueous solution is gelled is not particularly limited as long as the gelatin aqueous solution can be gelled, but is preferably a low temperature in the range of 0.5 ° C. to 30 ° C. This allows the formation of hydrogels. The desirable temperature is 3 ° C to 15 ° C. In this way, gelatin hydrogel is produced. In the present embodiment, the low temperature is intended in the above range.
次にゼラチンハイドロゲルを切断加工する工程を詳細に説明する。形成したゼラチンハイドロゲルを薄く切断し、薄いゼラチンハイドロゲルのシートを得る。あるいは、ゼラチン水溶液を枠スペースの高さが低くて、枠スペースが広い枠の空間にピペットで注入し、低温でゲル化させ、枠スペースの高さと同じの薄いゼラチンハイドロゲルのシートを形成する。ここで、薄いゼラチンハイドロゲルのシートの厚みは20μm~2000μmで、望ましいのは50μm~1000μmである。ゼラチンハイドロゲルを薄く切断するには、カッターか糸を用いればよい。上記の枠スペースで薄いゼラチンハイドロゲルのシートを形成する場合の枠スペースはシリコーンゴム枠、ガラス枠、プラスチック枠などが利用できる。 Next, the process of cutting the gelatin hydrogel will be described in detail. The formed gelatin hydrogel is sliced thinly to obtain a thin gelatin hydrogel sheet. Alternatively, an aqueous gelatin solution is pipetted into a frame space with a low frame space and a large frame space and gelled at a low temperature to form a thin gelatin hydrogel sheet having the same height as the frame space. Here, the thickness of the thin gelatin hydrogel sheet is 20 μm to 2000 μm, preferably 50 μm to 1000 μm. A cutter or thread can be used to cut the gelatin hydrogel into thin slices. A silicone rubber frame, a glass frame, a plastic frame, or the like can be used as the frame space when forming a thin gelatin hydrogel sheet in the above frame space.
次いで、薄いゼラチンハイドロゲルのシートを細断し、ゼラチンハイドロゲルの立方体粒子を作製する。形成したゼラチンハイドロゲルシートを細断するには、カッターか糸かメッシュを用いればよい。メッシュとしてナイロンメッシュやステンレスメッシュなどが利用できる。メッシュの網目サイズは20μm×20μm~2000μm×2000μmで良いが、望ましい網目サイズは50μm×50μm~1000μm×1000μmである。上記のゼラチンハイドロゲルの立方体粒子の一辺の長さは20μm~2000μmで良いが、望ましい網目サイズは50μm~1000μmである。このようにして、ゼラチンハイドロゲルからなる立方体粒子が作製される。このように得られた立方体粒子は、原料に用いたゼラチンは意図的に修飾されておらず、未修飾ゼラチン(純ゼラチンともいう)からなる。 Next, a thin sheet of gelatin hydrogel is shredded to prepare cubic particles of gelatin hydrogel. To shred the formed gelatin hydrogel sheet, a cutter, thread or mesh may be used. Nylon mesh or stainless mesh can be used as the mesh. The mesh size of the mesh may be 20 μm × 20 μm to 2000 μm × 2000 μm, but the desirable mesh size is 50 μm × 50 μm to 1000 μm × 1000 μm. The length of one side of the cube particles of the above gelatin hydrogel may be 20 μm to 2000 μm, but the desirable mesh size is 50 μm to 1000 μm. In this way, cubic particles made of gelatin hydrogel are produced. The cube particles thus obtained are made of unmodified gelatin (also referred to as pure gelatin) in which the gelatin used as a raw material is not intentionally modified.
(2)細胞を内包するゲル粒子の製造方法
造孔剤として機能する細胞を内包したゲル粒子の製造方法は、低温で細胞を内包したゼラチンハイドロゲルを作製する工程、及び、得られた細胞を内包したゼラチンハイドロゲルを粒子(例えば立方体粒子)に切断加工する工程を含むことを特徴としている。細胞を内包したゼラチンハイドロゲルの立方体粒子を造孔剤として利用する場合、バルクのハイドロゲル内部に空孔を形成するとともに、形成した空孔内に細胞が残る。
(2) Method for producing gel particles containing cells The method for producing gel particles containing cells that function as a pore-forming agent is a step of producing a gelatin hydrogel containing cells at a low temperature, and the obtained cells. It is characterized by including a step of cutting the encapsulated gelatin hydrogel into particles (for example, cubic particles). When the cube particles of gelatin hydrogel containing cells are used as a pore-forming agent, pores are formed inside the bulk hydrogel and cells remain in the formed pores.
細胞を内包したゼラチンハイドロゲルを作製する工程を詳細に説明する。ゼラチン水溶液をフィルターメンブレンで滅菌するまでの工程は、上述の(1)のゼラチンハイドロゲルを作製する工程と同様であるため説明を省略する。濾過滅菌したゼラチン水溶液を、ゼラチン水溶液がゲル化しない温度でできるだけ低い温度に下げる。ここで、上記のゲル化しない温度でできるだけ低くする温度は37℃である。この温度であればゲル化を防げる。 The process of producing a gelatin hydrogel containing cells will be described in detail. Since the step of sterilizing the gelatin aqueous solution with the filter membrane is the same as the step of producing the gelatin hydrogel of (1) above, the description thereof will be omitted. The filtered sterilized gelatin aqueous solution is lowered to the lowest possible temperature at a temperature at which the gelatin aqueous solution does not gel. Here, the temperature as low as possible at the above-mentioned non-gelling temperature is 37 ° C. At this temperature, gelation can be prevented.
次いで、温度を下げたゼラチン水溶液に細胞を懸濁させる。細胞が懸濁したゼラチン水溶液を低温でゲル化させ、細胞を内包したゼラチンハイドロゲルを形成させる。上記のゼラチン水溶液の細胞懸濁液の細胞濃度は好ましくは103cells/mL~108cells/mLの範囲である。この範囲であれば、均一な細胞分布と効率のよい増殖とを可能にする。さらに望ましい濃度は104cells/mL~5×108cells/mLである。上記のゼラチン水溶液の細胞懸濁液をゲル化させる温度は、0.5℃~30℃であるが、望ましい温度は3℃~15℃である。このようにして、細胞を内包したゼラチンハイドロゲルが作製される。 The cells are then suspended in a cold gelatin solution. The gelatin aqueous solution in which the cells are suspended is gelled at a low temperature to form a gelatin hydrogel containing the cells. The cell concentration of the cell suspension of the above gelatin aqueous solution is preferably in the range of 10 3 cells / mL to 108 cells / mL. Within this range, uniform cell distribution and efficient growth are possible. More desirable concentrations are 10 4 cells / mL to 5 × 10 8 cells / mL. The temperature at which the cell suspension of the above gelatin aqueous solution is gelled is 0.5 ° C to 30 ° C, but the desirable temperature is 3 ° C to 15 ° C. In this way, a gelatin hydrogel containing cells is produced.
上記の細胞には、ヒトやその他動物由来の細胞を用いることができる。組織から採集した軟骨細胞や骨芽細胞、線維芽細胞、筋芽細胞、靭帯細胞、脂肪細胞、神経細胞、血管内皮細胞、平滑筋細胞、心筋細胞、上皮細胞、肝細胞、膵β細胞、腎臓細胞、骨髄由来間葉系幹細胞、脂肪由来間葉系幹細胞、神経幹細胞、胚性幹細胞、人工多能性幹細胞などの細胞をゼラチンハイドロゲルに内包できる。 As the above cells, cells derived from humans or other animals can be used. Chondrocytes, osteoblasts, fibroblasts, myoblasts, ligament cells, fat cells, nerve cells, vascular endothelial cells, smooth muscle cells, myocardial cells, epithelial cells, hepatocytes, pancreatic β cells, kidneys collected from tissues Cells such as cells, bone marrow-derived mesenchymal stem cells, adipose-derived mesenchymal stem cells, nerve stem cells, embryonic stem cells, and artificial pluripotent stem cells can be encapsulated in gelatin hydrogel.
次に細胞を内包したゼラチンハイドロゲルを切断加工する工程を行うが、上述の(1)のゼラチンハイドロゲルを切断する工程と同様であるため説明を省略する。このようにして、細胞を内包したゼラチンハイドロゲルからなる立方体粒子が作製される。 Next, a step of cutting the gelatin hydrogel containing cells is performed, but the description thereof will be omitted because it is the same as the step of cutting the gelatin hydrogel of (1) above. In this way, cubic particles made of gelatin hydrogel containing cells are produced.
このようにして得た、細胞を内包しない/内包するゼラチンハイドロゲルからなる立方体粒子は、造粒剤として機能するため、実施の形態1で説明した本発明のゼラチン誘導体とともに用いれば、細胞を内包しない/内包する架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体を提供できる。 The cube particles made of gelatin hydrogel that do not / contain cells thus obtained function as a granulator, and therefore, when used together with the gelatin derivative of the present invention described in the first embodiment, they contain cells. It is possible to provide a crosslinked gelatin hydrogel porous body which does not / contains.
なお、ここでは、細胞を内包しない/内包するゼラチンハイドロゲルを立方体粒子に切断するとして説明してきたが、切断後の形状は立方体に限定されない。例えば、直方体、円柱、球状など所望の多孔質構造に応じて粒子の形状は任意に設定される。この場合も、ゼラチンハイドロゲルは、粒子の長径が20μm~2000μmとなるように切断される。 Although it has been described here that the gelatin hydrogel that does not contain / contains cells is cut into cube particles, the shape after cutting is not limited to the cube. For example, the shape of the particles is arbitrarily set according to a desired porous structure such as a rectangular parallelepiped, a cylinder, or a sphere. In this case as well, the gelatin hydrogel is cut so that the major axis of the particles is 20 μm to 2000 μm.
(実施の形態3)
実施の形態3では、実施の形態1で説明したゼラチン誘導体(ゼラチン二次修飾体)、必要に応じて実施の形態2で説明したゲル粒子(細胞を内包する/内包しない)を用いて、架橋ゼラチンハイドロゲル及びその多孔体、ならびに、それらの製造方法について説明する。
(Embodiment 3)
In the third embodiment, the gelatin derivative (gelatin secondary modified product) described in the first embodiment and, if necessary, the gel particles (encapsulating / not encapsulating cells) described in the second embodiment are used for cross-linking. Gelatin hydrogel and its porous body, and a method for producing them will be described.
図3は、本発明のゼラチン誘導体を用いて得られる架橋ゼラチンハイドロゲル及びその多孔体のプロシージャを示すフローチャートである。 FIG. 3 is a flowchart showing a procedure of a crosslinked gelatin hydrogel obtained by using the gelatin derivative of the present invention and a porous body thereof.
本発明のゼラチン誘導体100(実施の形態1で説明したゼラチン誘導体100)を用いることによって、細胞を内包しない架橋ゼラチンハイドロゲル310、細胞を内包する架橋ゼラチンハイドロゲル320、細胞を内包しない架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体330、及び、細胞を内包する架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体340が得られる。
By using the
いずれの架橋ゼラチンハイドロゲル及びその多孔体310、320、330、340も、高い架橋密度を有し、高い力学強度を有するので、形状安定性に優れている。例示的には、架橋ゼラチンハイドロゲル及びその多孔体310、320、330、340の架橋密度は、0.02mol/m3以上10000mol/m3以下の範囲を有する。この範囲の架橋密度を有せば、形状安定性に優れる。より好ましくは、架橋密度は、0.1mol/m3以上4000mol/m3以下の範囲を有する。また、架橋ゼラチンハイドロゲル及びその多孔体310、320、330、340は、0.1kPa以上10kPa以下の範囲の貯蔵弾性率を有し、高い力学的強度を有する。なお、架橋密度nは、例えば、n=E’/4RT(ここで、E’は動的貯蔵弾性率、Rは気体定数、Tは温度である)に基づいて算出できる。
All of the crosslinked gelatin hydrogels and their
図3によれば、本発明のゼラチン誘導体100を用いれば、細胞を架橋ゼラチンハイドロゲルのバルクに、ハイドロゲルの空孔に、あるいは、その両方に播種できるので、より効率の高い組織再生を可能にする。細胞を内包する架橋ゼラチンハイドロゲル320やその多孔体340を、適当な大きさに切断し、移植体としてもよいし、培地で培養することによって、あるいは、動物に移植することによって組織を再生してもよい。
According to FIG. 3, by using the
次に、架橋ゼラチンハイドロゲル及びその多孔体310、320、330、340のそれぞれの製造方法について説明する。
(1)細胞を内包しない架橋ゼラチンハイドロゲル310の製造方法(図3のプロシージャA)
架橋ゼラチンハイドロゲル310の製造方法は、本発明のゼラチン二次修飾体(ゼラチン誘導体)100及び光重合開始剤を含有する水溶液を調製する工程、及び、この水溶液に紫外線を照射する工程を含むことを特徴としている。
Next, methods for producing the crosslinked gelatin hydrogel and its
(1) Method for producing
The method for producing the
ゼラチン二次修飾体及び光重合開始剤の水溶液を調製する工程を詳細に説明する。水溶液は、例えば、23℃以上37℃以下、好ましくは25℃以上30℃以下に保持する。溶媒は、純水、リン酸緩衝食塩水、HEPES緩衝液、食塩水、細胞培養用の培地、或いはリン酸緩衝食塩水と培地の混合溶液を用いることができる。上記の培地とは細胞培養に用いる培地で、ダルベッコ変法イーグル培地やイーグル最小必須培地など1種類或いは数種類の混合培地でも良い。培地に血清が含まれていても含まれていなくても良い。血清の濃度は0.1~50%で、望ましい濃度は0.5~20%である。上記のリン酸緩衝食塩水と培地の混合溶液の体積混合比は50:1~1:50で、望ましいのは10:1~1:10である。 The steps of preparing an aqueous solution of the gelatin secondary modifier and the photopolymerization initiator will be described in detail. The aqueous solution is kept at, for example, 23 ° C. or higher and 37 ° C. or lower, preferably 25 ° C. or higher and 30 ° C. or lower. As the solvent, pure water, phosphate buffered saline, HEPES buffer, saline, a medium for cell culture, or a mixed solution of phosphate buffered saline and a medium can be used. The above-mentioned medium is a medium used for cell culture, and may be one or several mixed media such as Dulbecco's modified Eagle's medium and Eagle's minimum essential medium. The medium may or may not contain serum. The serum concentration is 0.1-50% and the desired concentration is 0.5-20%. The volume mixing ratio of the above-mentioned mixed solution of phosphate buffered saline and the medium is 50: 1 to 1:50, preferably 10: 1 to 1:10.
上記のゼラチン二次修飾体の水溶液の濃度はゼラチン二次修飾体の重量対溶液の体積の濃度で0.1~50(w/v)%である。これにより、ゲル化が促進する。望ましい濃度は0.5~30(w/v)%である。 The concentration of the aqueous solution of the gelatin secondary modifier is 0.1 to 50 (w / v)% in terms of the concentration of the weight of the gelatin secondary modifier to the volume of the solution. This promotes gelation. The desired concentration is 0.5-30 (w / v)%.
上記の光重合開始剤は、例示的には、2-ヒドロキシ-1-(4-(ヒドロキシエトキシ)フェニル)-2-メチルl-1-プロパノン、過硫酸アンモニウムとN,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミンを含む混合液、または、過硫酸カリウムとN,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミンとを含む混合液であるが、望ましくは2-ヒドロキシ-1-(4-(ヒドロキシエトキシ)フェニル)-2-メチルl-1-プロパノンである。上記の光重合開始剤の濃度は光重合開始剤重量対溶液の体積の濃度で0.01~10(w/v)%で、望ましいのは0.05~2(w/v)%である。これにより、重合を促進させる。 Illustratively, the above photopolymerization initiators are 2-hydroxy-1- (4- (hydroxyethoxy) phenyl) -2-methyl l-1-propanol, ammonium persulfate and N, N, N', N'. -A mixed solution containing tetramethylethylenediamine or a mixed solution containing potassium persulfate and N, N, N', N'-tetramethylethylenediamine, but preferably 2-hydroxy-1- (4- (hydroxy). Ethoxy) phenyl) -2-methyl l-1-propanol. The concentration of the above-mentioned photopolymerization initiator is 0.01 to 10 (w / v)% in terms of the concentration of the photopolymerization initiator weight-to-solution volume, preferably 0.05 to 2 (w / v)%. .. This promotes polymerization.
次いで、ゼラチン二次修飾体及び光重合開始剤を含有する水溶液を濾過滅菌用のフィルターメンブレンで滅菌する。上記のゼラチン水溶液の濾過滅菌用のフィルターメンブレンの孔径は0.1~0.5μmで、望ましいフィルターメンブレンの孔径は0.1~0.3μmである。 Then, the aqueous solution containing the gelatin secondary modifier and the photopolymerization initiator is sterilized with a filter membrane for filtration sterilization. The pore size of the filter membrane for filtration sterilization of the above gelatin aqueous solution is 0.1 to 0.5 μm, and the pore size of the desired filter membrane is 0.1 to 0.3 μm.
次にこの水溶液に紫外線を照射する工程を詳細に説明する。調製した水溶液を、例えば、23℃以上37℃以下、好ましくは25℃以上30℃以下に保持し、紫外線を照射する。これにより、水溶液が露光され、架橋重合反応が開始し、ゲル化する。ここで、紫外線の照射条件は、好ましくは、10秒~30分間で、望ましいのは20秒~10分間である。一定の厚みの架橋ゼラチンハイドロゲル310を作製する場合では、一定の厚さのスペース枠で隔てた2枚の石英カバーガラスの間にできた空間に前記のゼラチン二次修飾体と光重合開始剤の水溶液を注入し、紫外線を照射すればよい。
Next, the step of irradiating this aqueous solution with ultraviolet rays will be described in detail. The prepared aqueous solution is kept at, for example, 23 ° C. or higher and 37 ° C. or lower, preferably 25 ° C. or higher and 30 ° C. or lower, and irradiated with ultraviolet rays. As a result, the aqueous solution is exposed, the cross-linking polymerization reaction is started, and gelation occurs. Here, the irradiation condition of ultraviolet rays is preferably 10 seconds to 30 minutes, and preferably 20 seconds to 10 minutes. In the case of producing a
このようにして、細胞を有しない架橋ゼラチンヒドロゲル310が得られる。また、架橋ゼラチンヒドロゲル310を必要な大きさに切断して、適宜細胞を藩種させてもよい。一定の大きさに切断するには、カッターか糸かメッシュを用いればよい。
In this way, a cell-free
(2)細胞を内包する架橋ゼラチンハイドロゲル320の製造方法(図3のプロシージャB)
架橋ゼラチンハイドロゲル320の製造方法は、本発明のゼラチン二次修飾体(ゼラチン誘導体)100及び光重合開始剤を含有する水溶液を調製する工程、これに細胞を懸濁させた細胞懸濁液を調製する工程、及び、この細胞懸濁液に紫外線を照射する工程を含むことを特徴としている。
(2) Method for producing
The method for producing the
ゼラチン二次修飾体及び光重合開始剤の水溶液を調製する工程は、上述の(1)の水溶液を調製する工程と同様であるため説明を省略する。得られた水溶液に細胞を懸濁させた細胞懸濁液を調製する工程では、ゼラチン二次修飾体と光重合開始剤との水溶液を濾過滅菌用のフィルターメンブレンで滅菌した後、水溶液の温度をできるだけ低く、例えば、23℃以上37℃以下、好ましくは25℃以上30℃以下に保持する。これにより水溶液のゲル化を防ぐ。温度を低くしたゼラチン二次修飾体と光重合開始剤との水溶液に細胞を添加し、細胞懸濁液を調製する。 Since the step of preparing the aqueous solution of the gelatin secondary modifier and the photopolymerization initiator is the same as the step of preparing the aqueous solution of (1) above, the description thereof will be omitted. In the step of preparing a cell suspension in which cells are suspended in the obtained aqueous solution, the aqueous solution of the gelatin secondary modifier and the photopolymerization initiator is sterilized with a filter membrane for filtration sterilization, and then the temperature of the aqueous solution is adjusted. Keep as low as possible, for example, 23 ° C. or higher and 37 ° C. or lower, preferably 25 ° C. or higher and 30 ° C. or lower. This prevents gelation of the aqueous solution. Cells are added to an aqueous solution of a low-temperature gelatin secondary modifier and a photopolymerization initiator to prepare a cell suspension.
上記の細胞懸濁液の細胞濃度は好ましくは103cells/mL~108cells/mLの範囲である。この範囲であれば、均一な細胞分布と効率のよい増殖とを可能にする。さらに望ましい濃度は104cells/mL~5×108cells/mLである。 The cell concentration of the above cell suspension is preferably in the range of 10 3 cells / mL to 108 cells / mL. Within this range, uniform cell distribution and efficient growth are possible. More desirable concentrations are 10 4 cells / mL to 5 × 10 8 cells / mL.
上記の細胞には、ヒトやその他動物由来の細胞を用いることができる。組織から採集した軟骨細胞や骨芽細胞、線維芽細胞、筋芽細胞、靭帯細胞、脂肪細胞、神経細胞、血管内皮細胞、平滑筋細胞、心筋細胞、上皮細胞、肝細胞、膵β細胞、腎臓細胞、骨髄由来間葉系幹細胞、脂肪由来間葉系幹細胞、神経幹細胞、胚性幹細胞、人工多能性幹細胞などの細胞をゼラチンハイドロゲルに内包できる。 As the above cells, cells derived from humans or other animals can be used. Chondrocytes, osteoblasts, fibroblasts, myoblasts, ligament cells, fat cells, nerve cells, vascular endothelial cells, smooth muscle cells, myocardial cells, epithelial cells, hepatocytes, pancreatic β cells, kidneys collected from tissues Cells such as cells, bone marrow-derived mesenchymal stem cells, adipose-derived mesenchymal stem cells, nerve stem cells, embryonic stem cells, and artificial pluripotent stem cells can be encapsulated in gelatin hydrogel.
次いで、この細胞懸濁液に紫外線を照射し、架橋重合を行う。なお、この細胞懸濁液に紫外線を照射する工程は、上述の(1)の水溶液に紫外線を照射する工程と同様であるため説明を省略する。このようにして、細胞を内包する架橋ゼラチンハイドロゲル320が得られる。ここでも、一定の厚みの架橋ゼラチンハイドロゲル320を作製する場合では、一定の厚さのスペース枠で隔てた2枚の石英カバーガラスの間にできた空間に前記の細胞懸濁液を注入し、紫外線を照射すればよい。
Next, the cell suspension is irradiated with ultraviolet rays to carry out cross-linking polymerization. Since the step of irradiating the cell suspension with ultraviolet rays is the same as the step of irradiating the aqueous solution of (1) above with ultraviolet rays, the description thereof will be omitted. In this way, a
(3)細胞を内包しない架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体330の製造方法(図3のプロシージャC)
架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体330の製造方法は、本発明のゼラチン二次修飾体(ゼラチン誘導体)100及び光重合開始剤を含有する水溶液を調製する工程、これにゲル粒子(実施の形態2で説明した細胞を内包しないゼラチンハイドロゲルからなる立方体粒子)を添加した混合物を調製する工程、及び、この混合物に紫外線を照射する工程を含むことを特徴としている。
(3) Method for Producing Crosslinked Gelatin Hydrogel Porous 330 that Does Not Enclose Cells (Procedure C in FIG. 3)
The method for producing the crosslinked gelatin hydrogel
ゼラチン二次修飾体及び光重合開始剤の水溶液を調製する工程は、上述の(1)の水溶液を調製する工程と同様であるため説明を省略する。得られた水溶液にゲル粒子を添加した混合物を調製する工程では、ゼラチン二次修飾体と光重合開始剤との水溶液を濾過滅菌用のフィルターメンブレンで滅菌した後、水溶液の温度をできるだけ低く、例えば、23℃以上37℃以下、好ましくは25℃以上30℃以下に保持する。これにより水溶液のゲル化を防ぐ。温度を低くしたゼラチン二次修飾体と光重合開始剤との水溶液にゲル粒子を添加し、混合物を調製する。上記のゼラチン二次修飾体と光重合開始剤の水溶液とゲル粒子との混合比率は、水溶液の体積とゲル粒子の分量との比率が1:5(v/w)~50:1(v/w)を満たすように混合される。これにより、所望の多孔質構造を有する架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体が得られる。混合比率は、望ましくは1:2(v/w)~5:1(v/w)である。 Since the step of preparing the aqueous solution of the gelatin secondary modifier and the photopolymerization initiator is the same as the step of preparing the aqueous solution of (1) above, the description thereof will be omitted. In the step of preparing a mixture in which gel particles are added to the obtained aqueous solution, the aqueous solution of the gelatin secondary modifier and the photopolymerization initiator is sterilized with a filter membrane for filtration sterilization, and then the temperature of the aqueous solution is lowered as much as possible, for example. , 23 ° C. or higher and 37 ° C. or lower, preferably 25 ° C. or higher and 30 ° C. or lower. This prevents gelation of the aqueous solution. Gel particles are added to an aqueous solution of a low-temperature gelatin secondary modifier and a photopolymerization initiator to prepare a mixture. The mixing ratio of the above-mentioned secondary gelatin modifier, the aqueous solution of the photopolymerization initiator and the gel particles is such that the ratio of the volume of the aqueous solution to the amount of the gel particles is 1: 5 (v / w) to 50: 1 (v /). It is mixed so as to satisfy w). As a result, a crosslinked gelatin hydrogel porous body having a desired porous structure can be obtained. The mixing ratio is preferably 1: 2 (v / w) to 5: 1 (v / w).
次いで、この混合物に紫外線を照射し、架橋重合を行う。なお、この混合物に紫外線を照射する工程は、上述の(1)の水溶液に紫外線を照射する工程と同様であるが、本発明のゼラチン誘導体のゲル化温度より高く、ゲル粒子(すなわち、純ゼラチン)のゲル化温度より低くなるように温度(実施例では25℃)を保持して本発明のゼラチン誘導体の架橋重合を行う。架橋重合後、生成物をゲル粒子(純ゼラチン)のゾル-ゲル転移点(37℃)以上にすると、純ゼラチン分子間の水素結合は切断され、ゲル粒子のみが溶解するので、多孔構造が形成される。このようにして、細胞を内包しない架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体330が得られる。ここでも、一定の厚みの架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体330を作製する場合では、一定の厚さのスペース枠で隔てた2枚の石英カバーガラスの間にできた空間に前記の混合物を注入し、紫外線に照射すればよい。
Next, the mixture is irradiated with ultraviolet rays to carry out cross-linking polymerization. The step of irradiating this mixture with ultraviolet rays is the same as the step of irradiating the aqueous solution of (1) above with ultraviolet rays, but the gel particles (that is, pure gelatin) are higher than the gelation temperature of the gelatin derivative of the present invention. ) Is kept at a temperature (25 ° C. in the example) so as to be lower than the gelation temperature, and the gelatin derivative of the present invention is crosslinked and polymerized. After cross-linking polymerization, when the product is above the sol-gel transition point (37 ° C) of the gel particles (pure gelatin), the hydrogen bonds between the pure gelatin molecules are broken and only the gel particles are dissolved, so that a porous structure is formed. Will be done. In this way, a crosslinked gelatin hydrogel
(4)細胞を内包する架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体340の製造方法
架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体340は、図3に示されるように、3つの異なるプロシージャD~Fによって製造される。
(4) Method for producing cross-linked gelatin hydrogel
(A)図3のプロシージャDの製造方法について説明する。
架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体340の製造方法は、本発明のゼラチン二次修飾体(ゼラチン誘導体)100及び光重合開始剤を含有する水溶液を調製する工程、これに細胞を懸濁させた細胞懸濁液を調製する工程、これにゲル粒子(実施の形態2で説明した細胞を内包しないゼラチンハイドロゲルからなる立方体粒子)を添加した混合物を調製する工程、及び、この混合物に紫外線を照射する工程を含むことを特徴としている。
(A) The manufacturing method of the procedure D of FIG. 3 will be described.
The method for producing the crosslinked gelatin hydrogel
ここで、ゼラチン二次修飾体及び光重合開始剤を含有する水溶液を調製する工程は、上述の(1)の水溶液を調製する工程と同様である。得られた水溶液に細胞を懸濁させた細胞懸濁液を調製する工程は、上述の(2)の細胞懸濁液を調製する工程と同様である。細胞懸濁液にゲル粒子を添加した混合物を調製する工程は、上述の(3)の混合物を調製する工程と同様である。得られた混合物に紫外線を照射する工程は、上述の(3)の混合物に紫外線を照射する工程と同様である。したがって、以上の工程の説明を省略する。 Here, the step of preparing the aqueous solution containing the gelatin secondary modifier and the photopolymerization initiator is the same as the step of preparing the aqueous solution of (1) above. The step of preparing the cell suspension in which the cells are suspended in the obtained aqueous solution is the same as the step of preparing the cell suspension of (2) above. The step of preparing the mixture in which the gel particles are added to the cell suspension is the same as the step of preparing the mixture of (3) above. The step of irradiating the obtained mixture with ultraviolet rays is the same as the step of irradiating the mixture of the above-mentioned (3) with ultraviolet rays. Therefore, the description of the above steps will be omitted.
このような工程の組み合わせによって、細胞を内包する架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体340が得られる。なお、ここでも、一定の厚みの架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体340を作製する場合では、一定の厚さのスペース枠で隔てた2枚の石英カバーガラスの間にできた空間に前記の混合物を注入し、紫外線を照射すればよい。
By combining such steps, a crosslinked gelatin hydrogel
(B)図3のプロシージャEの製造方法について説明する。
架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体340の製造方法は、本発明のゼラチン二次修飾体(ゼラチン誘導体)100及び光重合開始剤を含有する水溶液を調製する工程、これにゲル粒子(実施の形態2で説明した細胞を内包するゼラチンハイドロゲルからなる立方体粒子)を添加した混合物を調製する工程、及び、この混合物に紫外線を照射する工程を含むことを特徴としている。
(B) The manufacturing method of the procedure E of FIG. 3 will be described.
The method for producing the crosslinked gelatin hydrogel
ここで、ゼラチン二次修飾体及び光重合開始剤を含有する水溶液を調製する工程は、上述の(1)の水溶液を調製する工程と同様である。得られた水溶液にゲル粒子を添加した混合物を調製する工程は、上述の(3)の混合物を調製する工程と同様であるが、細胞を内包するゲル粒子中に内容される細胞濃度は、細胞濃度は好ましくは103cells/mL~108cells/mLの範囲である。さらに望ましい濃度は104cells/mL~5×108cells/mLである。得られた混合物に紫外線を照射する工程は、上述の(3)の混合物に紫外線を照射する工程と同様である。したがって、以上の工程の説明を省略する。 Here, the step of preparing the aqueous solution containing the gelatin secondary modifier and the photopolymerization initiator is the same as the step of preparing the aqueous solution of (1) above. The step of preparing a mixture in which gel particles are added to the obtained aqueous solution is the same as the step of preparing the mixture of (3) above, but the cell concentration contained in the gel particles containing cells is the cell concentration. The concentration is preferably in the range of 10 3 cells / mL to 10 8 cells / mL. More desirable concentrations are 10 4 cells / mL to 5 × 10 8 cells / mL. The step of irradiating the obtained mixture with ultraviolet rays is the same as the step of irradiating the mixture of the above-mentioned (3) with ultraviolet rays. Therefore, the description of the above steps will be omitted.
このような工程の組み合わせによって、細胞を内包する架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体340が得られる。なお、ここでも、一定の厚みの架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体340を作製する場合では、一定の厚さのスペース枠で隔てた2枚の石英カバーガラスの間にできた空間に前記の混合物を注入し、紫外線を照射すればよい。
By combining such steps, a crosslinked gelatin hydrogel
(C)図3のプロシージャFの製造方法について説明する。
架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体340の製造方法は、本発明のゼラチン二次修飾体(ゼラチン誘導体)100及び光重合開始剤を含有する水溶液を調製する工程、これに細胞を懸濁させた細胞懸濁液を調製する工程、これにゲル粒子(実施の形態2で説明した細胞を内包するゼラチンハイドロゲルからなる立方体粒子)を添加した混合物を調製する工程、及び、この混合物に紫外線を照射する工程を含むことを特徴としている。
(C) The manufacturing method of the procedure F of FIG. 3 will be described.
The method for producing the crosslinked gelatin hydrogel
ここで、ゼラチン二次修飾体及び光重合開始剤を含有する水溶液を調製する工程は、上述の(1)の水溶液を調製する工程と同様である。得られた水溶液に細胞を懸濁させた細胞懸濁液を調製する工程は、上述の(2)の細胞懸濁液を調製する工程と同様である。細胞懸濁液にゲル粒子を添加した混合物を調製する工程は、上述の(3)の混合物を調製する工程と同様である。得られた混合物に紫外線を照射する工程は、上述の(1)の水溶液に紫外線を照射する工程と同様である。したがって、以上の工程の説明を省略する。 Here, the step of preparing the aqueous solution containing the gelatin secondary modifier and the photopolymerization initiator is the same as the step of preparing the aqueous solution of (1) above. The step of preparing the cell suspension in which the cells are suspended in the obtained aqueous solution is the same as the step of preparing the cell suspension of (2) above. The step of preparing the mixture in which the gel particles are added to the cell suspension is the same as the step of preparing the mixture of (3) above. The step of irradiating the obtained mixture with ultraviolet rays is the same as the step of irradiating the aqueous solution of (1) above with ultraviolet rays. Therefore, the description of the above steps will be omitted.
このような工程の組み合わせによって、細胞を内包する架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体340が得られる。なお、ここでも、一定の厚みの架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体340を作製する場合では、一定の厚さのスペース枠で隔てた2枚の石英カバーガラスの間にできた空間に前記の混合物を注入し、紫外線を照射すればよい。
By combining such steps, a crosslinked gelatin hydrogel
以下、具体的な実施例を用いて本発明を詳述するが、本発明がこれら実施例に何ら限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to specific examples, but the present invention is not limited to these examples.
<実施例1>
実施例1では、ブタ皮膚由来ゼラチンを用いて、アミノ基がメタクリロイル基(図1の120)と結合し、ゼラチンが有するヒドロキシ基及びカルボキシル基がメタクリロイルグリセリルエステル基(図1の130)と結合した本発明のゼラチン誘導体(以降では単にゼラチン二次修飾体)を合成した。
<Example 1>
In Example 1, using porcine skin-derived gelatin, an amino group was bound to a methacryloyl group (120 in FIG. 1), and a hydroxy group and a carboxyl group of gelatin were bound to a methacryloyl glyceryl ester group (130 in FIG. 1). The gelatin derivative of the present invention (hereinafter, simply a secondary modified gelatin) was synthesized.
図4は、ゼラチン一次修飾体の合成工程(a)とゼラチン二次修飾体の合成工程(b)とを示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing a step of synthesizing a primary gelatin modifier (a) and a step of synthesizing a secondary gelatin modifier (b).
図2に示すステップS210にしたがって、図4(a)の合成プロシージャに基づいてゼラチン一次修飾体(図4(a)ではGelMAと表記)を合成した。詳細には、ブタ皮膚由来ゼラチン5g(分子量50,000~100,000ダルトン)を50℃で撹拌しながらPBSに溶かし、10(w/v)%のゼラチン溶液を得た。次に、メタクリル酸無水物5mLを50℃で撹拌しながら、0.5mL/minでゼラチン溶液に添加し、暗所で3時間反応させた。ここで、ゼラチン水溶液に対するメタクリル酸無水物の体積仕込み比は、10:1であった。反応生成物を50℃のPBSに5倍希釈し、透析膜(分画分子量12,000~14,000ダルトン)を用いて40℃の超純水中で7日間透析することによって、塩類や未反応メタクリル酸無水物を除去し、反応生成物を精製した。 According to step S210 shown in FIG. 2, a gelatin primary modifier (denoted as GelMA in FIG. 4 (a)) was synthesized based on the synthesis procedure of FIG. 4 (a). Specifically, 5 g of porcine skin-derived gelatin (molecular weight 50,000 to 100,000 daltons) was dissolved in PBS with stirring at 50 ° C. to obtain a 10 (w / v)% gelatin solution. Next, 5 mL of methacrylic anhydride was added to the gelatin solution at 0.5 mL / min with stirring at 50 ° C., and the mixture was reacted in the dark for 3 hours. Here, the volume-filling ratio of methacrylic anhydride to the aqueous gelatin solution was 10: 1. The reaction product was diluted 5-fold with PBS at 50 ° C. and dialyzed against ultrapure water at 40 ° C. using a dialysis membrane (fractional molecular weight of 12,000 to 14,000 daltons) for 7 days to obtain salts and non-salts. The reaction methacrylic anhydride was removed and the reaction product was purified.
反応生成物の分子構造を1H NMRで解析した。1H NMRスペクトルは、周波数300MHz、単一の軸勾配逆プローブを有するNMR分光計を用いて測定した。測定の前に、反応生成物を、内部標準物質0.05(w/v)%3-(トリメチルシリル)プロピオン酸-2,2,3,3-d4酸ナトリウム塩を含む重水1mLに40℃で溶かした。反応生成物の1H NMRスペクトルを図5に示す。 The molecular structure of the reaction product was analyzed by 1 H NMR. 1 1 H NMR spectra were measured using an NMR spectrometer with a frequency of 300 MHz and a single axial gradient reverse probe. Prior to measurement, the reaction product was placed in 1 mL of heavy water containing 0.05 (w / v)% 3- (trimethylsilyl) propionic acid-2,2,3,3- d sodium tetraate salt of the internal standard at 40 ° C. Melted with. The 1 H NMR spectrum of the reaction product is shown in FIG.
図5は、ゼラチン一次修飾体の1H NMRスペクトルを示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing a 1 H NMR spectrum of a gelatin primary modified product.
図5中の5.4ppmと5.7ppmのシグナルは、メタクリレート基のビニルプロトンに帰属された。5.4ppmと5.7ppmのシグナル強度の和0.92であった。このことから、得られた反応生成物は、アミノ基にメタクリロイル基が結合したゼラチン一次修飾体であることを確認した。 The 5.4 ppm and 5.7 ppm signals in FIG. 5 were assigned to the vinyl protons of the methacrylate group. The sum of the signal intensities of 5.4 ppm and 5.7 ppm was 0.92. From this, it was confirmed that the obtained reaction product was a gelatin primary modified product in which a methacryloyl group was bound to an amino group.
得られたゼラチン一次修飾体を7日間凍結乾燥し、固形物を得た。 The obtained primary gelatin modifier was freeze-dried for 7 days to obtain a solid product.
図2に示すステップS220にしたがって、図4(b)の合成プロシージャに基づいてゼラチン二次修飾体(図4(b)ではGelMAGMAと表記)を合成した。詳細には、先に得られたゼラチン一次修飾体とメタクリル酸グリシジルと反応させた。まず、ゼラチン一次修飾体2.5gを超純水に溶かして2(w/v)%の溶液を調製した後、1M HClでpHを3.5に調整した。次に、メタクリル酸グリシジル5mLを0.5mL/minで前記ゼラチン一次修飾体水溶液に添加し、50℃で24時間反応を行った。ここで、ゼラチン一次修飾体水溶液に対するメタクリル酸グリシジルの体積仕込み比は、25:1であった。 According to step S220 shown in FIG. 2, a gelatin secondary modifier (denoted as GelMAGMA in FIG. 4 (b)) was synthesized based on the synthesis procedure of FIG. 4 (b). Specifically, the previously obtained gelatin primary modifier was reacted with glycidyl methacrylate. First, 2.5 g of the primary gelatin modifier was dissolved in ultrapure water to prepare a 2 (w / v)% solution, and then the pH was adjusted to 3.5 with 1M HCl. Next, 5 mL of glycidyl methacrylate was added to the gelatin primary modified aqueous solution at 0.5 mL / min, and the reaction was carried out at 50 ° C. for 24 hours. Here, the volume-added ratio of glycidyl methacrylate to the aqueous solution of the primary modified gelatin was 25: 1.
得られた反応生成物を50℃のPBSに5倍希釈し、透析膜(分画分子量12,000~14,000ダルトン)を用いて40℃の超純水中で7日間透析し、塩類や未反応のメタクリル酸グリシジルを除去し、反応生成物を精製した。 The obtained reaction product was diluted 5-fold with PBS at 50 ° C. and dialyzed against ultrapure water at 40 ° C. using a dialysis membrane (molecular weight cut off of 12,000 to 14,000 daltons) for 7 days to obtain salts and the like. Unreacted glycidyl methacrylate was removed and the reaction product was purified.
反応生成物の分子構造を1H NMRで解析した。1H-NMRスペクトルは、周波数300 MHz、単一の軸勾配逆プローブを有するNMR分光計を用いて測定した。測定の前に、反応生成物を、内部標準物質0.05(w/v)%3-(トリメチルシリル)プロピオン酸-2,2,3,3-d4酸ナトリウム塩を含む重水1mLに40℃で溶かした。反応生成物の1H NMRスペクトルを図6に示す。 The molecular structure of the reaction product was analyzed by 1 H NMR. 1 The 1 H-NMR spectrum was measured using an NMR spectrometer having a frequency of 300 MHz and a single axial gradient reverse probe. Prior to measurement, the reaction product was placed in 1 mL of heavy water containing 0.05 (w / v)% 3- (trimethylsilyl) propionic acid-2,2,3,3- d sodium tetraate salt of the internal standard at 40 ° C. Melted with. The 1 H NMR spectrum of the reaction product is shown in FIG.
図6は、ゼラチン二次修飾体の1H NMRスペクトルを示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing a 1 H NMR spectrum of a secondary gelatin modified product.
図6中の5.4ppmと5.7ppmのシグナルは、無水メタクリル酸に由来するメタクリレート基のビニルプロトン、5.8ppmと6.2ppmのシグナルは、メタクリル酸グリシジルに由来するメタクリレート基のビニルプロトンに帰属された。このことから、得られた反応生成物は、アミノ基がメタクリロイル基と結合し、ゼラチンが有するヒドロキシ基及びカルボキシル基がメタクリロイルグリセリルエステル基と結合したゼラチン二次修飾体(本発明のゼラチン誘導体)であることを確認した。 The signals of 5.4 ppm and 5.7 ppm in FIG. 6 are the vinyl protons of the methacrylate group derived from methacrylic anhydride, and the signals of 5.8 ppm and 6.2 ppm are the vinyl protons of the methacrylate group derived from glycidyl methacrylate. Attributed. From this, the obtained reaction product is a gelatin secondary modified product (gelatin derivative of the present invention) in which an amino group is bonded to a methacryloyl group and a hydroxy group and a carboxyl group of gelatin are bonded to a methacryloyl glyceryl ester group. I confirmed that there was.
また、5.4ppm、5.7ppm、5.8ppmと6.2ppmのシグナル強度の和は1.76であった。ゼラチン二次修飾体のメタクリレート基にあるビニル基由来のプロトンのシグナル強度の和は実施例1のゼラチン一次修飾体のメタクリレート基にあるビニルプロトンの値の約2倍になり、より多くの光反応性のメタクリレート基が導入されたことが分かった。NMRスペクトルからメタクリレート基およびメタクリロイルグリセリルエステル基の含有率は、ゼラチン二次修飾体1gに換算して、それぞれ、0.35mmolおよび0.70mmolであった。 The sum of the signal intensities of 5.4 ppm, 5.7 ppm, 5.8 ppm and 6.2 ppm was 1.76. The sum of the signal intensities of the vinyl group-derived protons in the methacrylate group of the gelatin secondary modifier is about twice the value of the vinyl protons in the methacrylate group of the gelatin primary modifier of Example 1, and more photoreactions occur. It was found that a sex methacrylate group was introduced. From the NMR spectrum, the contents of the methacrylate group and the methacryloylglyceryl ester group were 0.35 mmol and 0.70 mmol, respectively, in terms of 1 g of the gelatin secondary modified product.
精製したゼラチン二次修飾体を7日間凍結乾燥し、固形物を得た。以降の実施例では得られた固形物を用いた。 The purified gelatin secondary modification was freeze-dried for 7 days to obtain a solid substance. In the following examples, the obtained solid matter was used.
次に、ゼラチン二次修飾体水溶液のレオロジー的性質をレオメーターで測定し、ゾル-ゲル転移温度を測定した。ゼラチン二次修飾体を50℃のPBSに溶解して10(w/v%)の水溶液を調製し、300μLを測定に用いた。直径50mmの平行プレート測定ジオメトリを利用し、一定振幅(γ=5%)と周波数(1Hz)で温度掃引(37℃~20℃、冷却速度は0.15℃/min)を行い、貯蔵弾性率(G’)と損失弾性率(G”)を測定した。ゼラチン二次修飾体水溶液の貯蔵弾性率(G’)と損失弾性率(G”)が温度依存性を図7に示す。 Next, the rheological properties of the gelatin secondary modified aqueous solution were measured with a rheometer, and the sol-gel transition temperature was measured. The secondary gelatin modification was dissolved in PBS at 50 ° C. to prepare a 10 (w / v%) aqueous solution, and 300 μL was used for the measurement. Using a parallel plate measurement geometry with a diameter of 50 mm, temperature sweep (37 ° C to 20 ° C, cooling rate 0.15 ° C / min) was performed with a constant amplitude (γ = 5%) and frequency (1 Hz), and the storage elastic modulus. (G') and the loss elastic modulus (G ″) were measured. The storage elastic modulus (G ′) and the loss elastic modulus (G ″) of the gelatin secondary modified aqueous solution show the temperature dependence in FIG. 7.
図7は、10(w/v%)のゼラチン二次修飾体水溶液の貯蔵弾性率(G’)と損失弾性率(G”)の温度との関係図である。 FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the temperature of the storage elastic modulus (G') and the loss elastic modulus (G ″) of a 10 (w / v%) aqueous solution of a secondary modified gelatin.
ゾルからゲルへの転移温度は、貯蔵弾性率(G’)と損失弾性率(G”)の交点から決定した。ゼラチン二次修飾体水溶液のゾルからゲルへの転移温度は22.7℃であった。ゼラチン二次修飾体水溶液のゾルからゲルへの転移温度は室温より低く、室温ではゼラチン二次修飾体水溶液はゲル化しなくなったため、取り扱いやすくなった。 The transition temperature from the sol to the gel was determined from the intersection of the storage elastic modulus (G') and the loss elastic modulus (G "). The transition temperature of the gelatin secondary modified aqueous solution from the sol to the gel was 22.7 ° C. The transition temperature of the sol-to-gel of the gelatin secondary modified aqueous solution was lower than room temperature, and the gelatin secondary modified aqueous solution did not gel at room temperature, so that it was easy to handle.
<実施例2>
実施例2では、実施例1で合成したゼラチン二次修飾体を用いて、図3のプロシージャAに基づいて架橋ゼラチンハイドロゲル(図3の310)を製造した。
<Example 2>
In Example 2, a crosslinked gelatin hydrogel (310 in FIG. 3) was produced based on the procedure A in FIG. 3 using the gelatin secondary modifier synthesized in Example 1.
詳細には、ゼラチン二次修飾体(10%、w/v)と光重合開始剤(2-ヒドロキシ-1-(4-(ヒドロキシエトキシ)フェニル)-2-メチルl-1-プロパノン)(0.5%、w/v)とを25℃でPBS溶液に溶かして水溶液を調製した。この水溶液を濾過滅菌用のフィルターメンブレン(孔径:0.22μm)で滅菌した。滅菌後、厚さ1.5mmのシリコーンゴム枠で隔てた2枚の石英カバーガラスのすき間にこれら前記の水溶液をピペットで注入し、25℃に保持し、紫外線を5分間照射することによって、架橋ゼラチンハイドロゲルを作製した。 Specifically, a secondary gelatin modifier (10%, w / v) and a photopolymerization initiator (2-hydroxy-1- (4- (hydroxyethoxy) phenyl) -2-methyl l-1-propanol) (0). An aqueous solution was prepared by dissolving 5.5%, w / v) in a PBS solution at 25 ° C. This aqueous solution was sterilized with a filter membrane for filtration sterilization (pore size: 0.22 μm). After sterilization, these aqueous solutions are pipetted into the gap between two quartz cover glasses separated by a 1.5 mm thick silicone rubber frame, kept at 25 ° C, and crosslinked by irradiating with ultraviolet rays for 5 minutes. A gelatin hydrogel was prepared.
得られた架橋ゼラチンハイドロゲルを直径10mmのディスク状に切断し、レオロジー試験に用いた。貯蔵弾性率は、10mmの平行プレートを備えたレオメーターで測定した。温度を37℃にセットし、試験開始前にサンプルを3分間平衡化した。貯蔵弾性率は、一定の周波数(1Hz)と一定の縦ひずみ(5%)の下で振動せん断変形を与えて測定した。3つのサンプルを試験して平均値と標準偏差を計算した。その結果、貯蔵弾性率は3295.6±276.8Paであり、高い力学的強度を有することが分かった。架橋密度を計算したところ、70mol/m3であった。 The obtained crosslinked gelatin hydrogel was cut into a disk having a diameter of 10 mm and used for a rheology test. The storage modulus was measured with a leometer equipped with a 10 mm parallel plate. The temperature was set to 37 ° C. and the samples were equilibrated for 3 minutes before the start of the test. The storage elastic modulus was measured by applying oscillating shear deformation under a constant frequency (1 Hz) and a constant longitudinal strain (5%). Three samples were tested and the mean and standard deviation were calculated. As a result, it was found that the storage elastic modulus was 3295.6 ± 276.8 Pa and had high mechanical strength. The crosslink density was calculated to be 70 mol / m 3 .
<実施例3>
実施例3では、実施例1で合成したゼラチン二次修飾体を用いて、図3のプロシージャBに基づいて、軟骨細胞を内包する架橋ゼラチンハイドロゲル(図3の320)を製造した。
<Example 3>
In Example 3, a crosslinked gelatin hydrogel (320 in FIG. 3) encapsulating chondrocytes was produced using the gelatin secondary modifier synthesized in Example 1 based on procedure B in FIG.
まず、仔牛のひざ関節軟骨から単離した初代軟骨細胞を37℃、5%CO2で培養した。培養には、10%ウシ胎児血清、4500mg/Lブドウ糖、4mMグルタミン、100U/mLペニシリン、100μg/mLストレプトマイシン、0.1mMの非必須アミノ酸、0.4mMのプロリン、1mMピルビン酸ナトリウム塩、50μg/mLアスコルビン酸を添加したダルベッコ変法イーグル培地(DMEM)、75cm2の組織培養フラスコを用いた。培地は、3日おきに交換した。継代培養を一回行った軟骨細胞をハイドロゲルに内包する実験に用いた。コンフルエンスに達した軟骨細胞をトリプシン/EDTA溶液で剥離し、細胞を遠心分離によって回収し、細胞数を血球計算器で計測した。 First, primary chondrocytes isolated from calf knee articular cartilage were cultured at 37 ° C. and 5% CO 2 . For culture, 10% fetal bovine serum, 4500 mg / L glucose, 4 mM glutamine, 100 U / mL penicillin, 100 μg / mL streptomycin, 0.1 mM non-essential amino acid, 0.4 mM proline, 1 mM sodium pyruvate, 50 μg / Dalvecco's modified Eagle's medium (DMEM) supplemented with mL ascorbic acid and a 75 cm 2 tissue culture flask were used. The medium was changed every 3 days. It was used in an experiment in which chondrocytes that had been subcultured once were encapsulated in hydrogel. Chondrocytes that reached confluence were exfoliated with a trypsin / EDTA solution, the cells were collected by centrifugation, and the number of cells was counted with a blood cell calculator.
次に、実施例2と同様の手順で、ゼラチン二次修飾体(10%、w/v)と光重合開始剤(0.5%、w/v)との水溶液を調製し、これに調製した軟骨細胞を懸濁させ、ゼラチン二次修飾体と光重合開始剤とを含有する軟骨細胞の細胞懸濁液を調製した。ここで、細胞懸濁液の細胞濃度は2×107cells/mLであった。細胞懸濁液は25℃に保持された。2枚の石英カバーガラスの間に厚さ1.5mmのシリコーンゴム枠を挟んでできた空間に前記の細胞懸濁液をピペットで注入した。次いで、細胞懸濁液を25℃に保持し、紫外線を5分間照射することにより、軟骨細胞を内包した架橋ゼラチンハイドロゲルを作製した。さらに、直径10mmのディスク状に切り抜き、T-フラスコ中で60rpmの速度で振とうしながら2週間培養を行った。培地は2日おきに交換した。 Next, an aqueous solution of the gelatin secondary modifier (10%, w / v) and the photopolymerization initiator (0.5%, w / v) was prepared and prepared in the same procedure as in Example 2. The chondrocytes were suspended to prepare a cell suspension of chondrocytes containing a gelatin secondary modifier and a photopolymerization initiator. Here, the cell concentration of the cell suspension was 2 × 107 cells / mL. The cell suspension was kept at 25 ° C. The cell suspension was pipetted into a space created by sandwiching a 1.5 mm thick silicone rubber frame between two quartz cover glasses. Next, the cell suspension was kept at 25 ° C. and irradiated with ultraviolet rays for 5 minutes to prepare a crosslinked gelatin hydrogel containing chondrocytes. Further, it was cut out into a disk shape having a diameter of 10 mm, and cultured in a T-flask for 2 weeks while shaking at a rate of 60 rpm. The medium was changed every 2 days.
架橋ゼラチンハイドロゲル中の生細胞をカルセイン-AM、死細胞をプロピジウムヨウ化物で染色し、軟骨細胞のバイアビリティーを評価した。架橋ゼラチンハイドロゲル作製直後及び2週間培養した後に、細胞を内包したディスク状の架橋ゼラチンハイドロゲルディスクをPBSで3回洗浄し、カルセイン-AM(2μM)とプロピジウムヨウ化物(4μM)とを含む無血清培地で37℃、15分間インキュベートした。染色した細胞を共焦点レーザー顕微鏡で観察した。結果を図8に示す。 Live cells in the cross-linked gelatin hydrogel were stained with calcein-AM, and dead cells were stained with propidium iodide to evaluate the viability of chondrocytes. Immediately after preparation of the cross-linked gelatin hydrogel and after culturing for 2 weeks, the disk-shaped cross-linked gelatin hydrogel disk containing cells was washed 3 times with PBS and contained no calcein-AM (2 μM) and propidium iodide (4 μM). Incubated in serum medium at 37 ° C. for 15 minutes. The stained cells were observed with a confocal laser scanning microscope. The results are shown in FIG.
図8は、実施例3による軟骨細胞を内包した架橋ゼラチンハイドロゲルにおける細胞の生死染色の蛍光顕微鏡像を示す図である。 FIG. 8 is a diagram showing a fluorescence microscope image of life-and-death staining of cells in a cross-linked gelatin hydrogel encapsulating chondrocytes according to Example 3.
図8(a)は培養直前、(b)は2週間培養後の細胞の生死染色の蛍光顕微鏡像を示す。図8はグレースケールで示されるが、明るく示される領域は生細胞を示し、死細胞を矢印で示す。 FIG. 8 (a) shows a fluorescence microscopic image of life-and-death staining of cells immediately before culturing and (b) after culturing for 2 weeks. FIG. 8 is shown in grayscale, where brightly shown areas indicate live cells and dead cells are indicated by arrows.
図8によれば、細胞を内包した直後、すなわち培養直前にはわずかな死細胞が検出されたが、2週間培養後には検出されなかった。一部の軟骨細胞は凝集して小さな凝集体を形成した。これらの結果から、細胞を内包した状態でゼラチン二次修飾体を架橋重合しても細胞のバイアビリティーに明らかな影響はなかった。得られた架橋ゼラチンハイドロゲルは高い細胞適合性をもつことから、本方法は軟骨細胞を内包した架橋ゼラチンハイドロゲルを作製するのに適していることが示された。 According to FIG. 8, a few dead cells were detected immediately after encapsulation of the cells, that is, immediately before culturing, but not after culturing for 2 weeks. Some chondrocytes aggregated to form small aggregates. From these results, there was no clear effect on the viability of the cells even if the gelatin secondary modifier was cross-linked and polymerized with the cells encapsulated. Since the obtained cross-linked gelatin hydrogel has high cell compatibility, it was shown that this method is suitable for producing a cross-linked gelatin hydrogel containing chondrocytes.
<実施例4>
実施例4では、実施例1で合成したゼラチン二次修飾体を用いて、図3のプロシージャDに基づいて、軟骨細胞を内包する架橋ゼラチンハイドロゲル(図3の340)を製造した。実施例4では、細胞を内包しない、純粋な未修飾ゼラチンからなるハイドロゲル直方体粒子を架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体の造孔剤として用いた。
<Example 4>
In Example 4, a crosslinked gelatin hydrogel (340 in FIG. 3) encapsulating chondrocytes was produced using the gelatin secondary modifier synthesized in Example 1 based on procedure D in FIG. In Example 4, hydrogel rectangular parallelepiped particles made of pure unmodified gelatin without encapsulating cells were used as a pore-forming agent for the crosslinked gelatin hydrogel porous body.
未修飾ゼラチン(純ゼラチン)は37℃でゲル-ゾル転移を起こす。未修飾ゼラチンからなるハイドロゲル直方体粒子は未修飾ゼラチンの水溶液から作製した。未修飾ゼラチンをPBSとDMEMの混合溶液(体積比1:1)に溶かし、5(w/v)%のゼラチン溶液を作製した。本ゼラチン溶液を孔径0.22μmのフィルターメンブレンで濾過滅菌した。ゼラチン溶液を枠スペースが100mm×20mm×300μmのシリコーンゴム枠の空間にピペットで注入し、4℃でゲル化させた。形成した未修飾ゼラチンハイドロゲルを網目サイズ250μm×250μmのナイロンメッシュに押し当てることによって、サイズが250×250×300μmの未修飾ゼラチンのハイドロゲル直方体粒子に切断加工した。切断後の様子を光学顕微鏡で観察した。観察結果を図9に示す。 Unmodified gelatin (pure gelatin) undergoes a gel-sol transition at 37 ° C. Hydrogel rectangular parallelepiped particles made of unmodified gelatin were prepared from an aqueous solution of unmodified gelatin. Unmodified gelatin was dissolved in a mixed solution of PBS and DMEM (volume ratio 1: 1) to prepare a 5 (w / v)% gelatin solution. This gelatin solution was sterilized by filtration through a filter membrane having a pore size of 0.22 μm. The gelatin solution was pipetted into the space of a silicone rubber frame having a frame space of 100 mm × 20 mm × 300 μm and gelled at 4 ° C. The formed unmodified gelatin hydrogel was pressed against a nylon mesh having a mesh size of 250 μm × 250 μm to cut into unmodified gelatin hydrogel rectangular parallelepiped particles having a size of 250 × 250 × 300 μm. The state after cutting was observed with an optical microscope. The observation results are shown in FIG.
図9は、ゼラチンハイドロゲルからなる直方体粒子の様子を示す光学顕微鏡写真である。 FIG. 9 is an optical micrograph showing the appearance of rectangular parallelepiped particles made of gelatin hydrogel.
図9によれば、直方体粒子は、250×250×300μmを有することが分かった。 According to FIG. 9, it was found that the rectangular parallelepiped particles had 250 × 250 × 300 μm.
次に、実施例3と同様の手順で、ゼラチン二次修飾体(10%、w/v)と光重合開始剤(0.5%、w/v)との水溶液を調製し、これに調製した軟骨細胞を懸濁させ、ゼラチン二次修飾体と光重合開始剤とを含有する軟骨細胞の細胞懸濁液を調製した。軟骨細胞の細胞懸濁液にゼラチンハイドロゲルからなる直方体粒子を添加した混合物を調製した。ここで、細胞懸濁液とハイドロゲル直方体粒子とが2:1(v/w)になるように混合し、混合物を25℃に保持した。 Next, an aqueous solution of the gelatin secondary modifier (10%, w / v) and the photopolymerization initiator (0.5%, w / v) was prepared and prepared in the same procedure as in Example 3. The chondrocytes were suspended to prepare a cell suspension of chondrocytes containing a gelatin secondary modifier and a photopolymerization initiator. A mixture was prepared by adding rectangular particles consisting of gelatin hydrogel to a cell suspension of chondrocytes. Here, the cell suspension and the hydrogel rectangular parallelepiped particles were mixed so as to be 2: 1 (v / w), and the mixture was kept at 25 ° C.
厚さ1.5mmのシリコーンゴム枠で隔てた2枚の石英カバーガラスの間に前記混合物をピペットで注入し、25℃に保持し、紫外線を5分間照射した。これによりゼラチンハイドロゲルは架橋重合した。次いで、生成物を37℃に保持し、ゲル粒子を溶解させた。架橋バルクハイドロゲルには細胞を含み、直方体粒子には細胞を含まない架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体を作製した。この架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体を直径6mmのディスク状に切断した。架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体の外観を観察した。観察結果を図10に示す。 The mixture was pipetted between two quartz cover glasses separated by a 1.5 mm thick silicone rubber frame, kept at 25 ° C. and irradiated with ultraviolet light for 5 minutes. As a result, the gelatin hydrogel was crosslinked and polymerized. The product was then held at 37 ° C. to dissolve the gel particles. A cross-linked gelatin hydrogel porous body containing cells in the cross-linked bulk hydrogel and no cells in the rectangular particles was prepared. This crosslinked gelatin hydrogel porous body was cut into a disk shape having a diameter of 6 mm. The appearance of the crosslinked gelatin hydrogel porous body was observed. The observation results are shown in FIG.
図10は、実施例4による架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体の外観を示す写真である。 FIG. 10 is a photograph showing the appearance of the crosslinked gelatin hydrogel porous body according to Example 4.
図10によれば、得られた架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体は、培養直前は、透明で均一であった。次いで、細胞培養T-フラスコ中で60rpmの速度で振とうしながら4週間培養を行った。培地は、2日おきに交換した。全ての工程は無菌状態で行われた。 According to FIG. 10, the obtained crosslinked gelatin hydrogel porous body was transparent and uniform immediately before culturing. Then, the cells were cultured in a T-flask for 4 weeks while shaking at a rate of 60 rpm. The medium was changed every 2 days. All steps were performed aseptically.
架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体中の軟骨細胞のバイアビリティーを実施例3と同様の手順で評価し、染色した細胞を共焦点レーザー顕微鏡で観察した。観察結果を図11に示す。 The viability of chondrocytes in the crosslinked gelatin hydrogel porous body was evaluated by the same procedure as in Example 3, and the stained cells were observed with a confocal laser scanning microscope. The observation results are shown in FIG.
図11は、実施例4による軟骨細胞を内包した架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体における細胞の生死染色の蛍光顕微鏡像を示す図である。 FIG. 11 is a diagram showing a fluorescence microscope image of life-and-death staining of cells in a crosslinked gelatin hydrogel porous body encapsulating chondrocytes according to Example 4.
図11(a)は培養直前、(b)は4週間培養後の細胞の生死染色の蛍光顕微鏡像を示す。図11によれば、細胞を内包した直後、すなわち培養直前にはわずかな死細胞(図中矢印で示す)が検出されたが、4週間培養後には死細胞は検出されなかった。特に、架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体作製直後には軟骨細胞はバルク部分にのみに観察されたが、4週間培養後には空孔にも観察された。また、図11(b)によれば、軟骨細胞は凝集していることが確認された。 FIG. 11 (a) shows a fluorescence microscopic image of life-and-death staining of cells immediately before culturing and (b) after culturing for 4 weeks. According to FIG. 11, a few dead cells (indicated by arrows in the figure) were detected immediately after encapsulation of cells, that is, immediately before culturing, but no dead cells were detected after culturing for 4 weeks. In particular, chondrocytes were observed only in the bulk portion immediately after preparation of the crosslinked gelatin hydrogel porous body, but were also observed in the pores after culturing for 4 weeks. Further, according to FIG. 11B, it was confirmed that the chondrocytes were aggregated.
さらに、実施例4の架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体をin vitroで1日間培養した後、ヌードマウスの背中皮下に4週間埋植し、軟骨組織の再生を行った。再生後の様子を図12に示す。 Further, after culturing the crosslinked gelatin hydrogel porous body of Example 4 in vitro for 1 day, it was implanted subcutaneously under the back of a nude mouse for 4 weeks to regenerate cartilage tissue. The state after reproduction is shown in FIG.
図12は、実施例4による架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体で再生した軟骨組織の外観を示す写真である。 FIG. 12 is a photograph showing the appearance of cartilage tissue regenerated with the crosslinked gelatin hydrogel porous body according to Example 4.
図10と図12との比較からわかるように、全体に光沢のある軟骨組織が再生された。 As can be seen from the comparison between FIGS. 10 and 12, a totally glossy cartilage tissue was regenerated.
<実施例5>
実施例5では、実施例1で合成したゼラチン二次修飾体を用いて、図3のプロシージャEに基づいて、軟骨細胞を内包する架橋ゼラチンハイドロゲル(図3の340)を製造した。実施例5では、細胞を内包する、純粋な未修飾ゼラチンからなるハイドロゲル直方体粒子を架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体の造孔剤として用いた。
<Example 5>
In Example 5, a crosslinked gelatin hydrogel (340 in FIG. 3) encapsulating chondrocytes was produced using the gelatin secondary modifier synthesized in Example 1 based on the procedure E in FIG. In Example 5, hydrogel rectangular parallelepiped particles made of pure unmodified gelatin containing cells were used as a pore-forming agent for a crosslinked gelatin hydrogel porous body.
実施例4と同様に、未修飾ゼラチンをPBSとDMEMが体積比1:1の割合での混合溶液に溶解し、5(w/v)%のゼラチン溶液を作製した。本ゼラチン溶液を孔径0.22μmのフィルターメンブレンで濾過滅菌した。このゼラチン溶液に軟骨細胞を懸濁し、細胞懸濁液を調製した。細胞懸濁液の細胞濃度は4×107cells/mLであった。ゼラチン溶液の細胞懸濁液を100mm×20mm×300μmのシリコーンゴム枠の空間にピペットで注入し、4℃でゲル化した。形成した、軟骨細胞を内包した未修飾ゼラチンのハイドロゲルを網目サイズ250μm×250μmのナイロンメッシュに押し当てることによって、サイズが250×250×300μmの軟骨細胞内包化未修飾ゼラチンのハイドロゲル直方体粒子に切断加工した。切断後の様子を光学顕微鏡で観察した。観察結果を図13に示す。 Similar to Example 4, unmodified gelatin was dissolved in a mixed solution of PBS and DMEM in a volume ratio of 1: 1 to prepare a 5 (w / v)% gelatin solution. This gelatin solution was sterilized by filtration through a filter membrane having a pore size of 0.22 μm. Chondrocytes were suspended in this gelatin solution to prepare a cell suspension. The cell concentration of the cell suspension was 4 × 107 cells / mL. A cell suspension of gelatin solution was pipetted into a space of a 100 mm × 20 mm × 300 μm silicone rubber frame and gelled at 4 ° C. By pressing the formed unmodified gelatin hydrogel containing chondrocytes against a nylon mesh having a mesh size of 250 μm × 250 μm, hydrogel square particles of chondrocyte-encapsulated unmodified gelatin having a size of 250 × 250 × 300 μm are obtained. It was cut. The state after cutting was observed with an optical microscope. The observation results are shown in FIG.
図13は、ゼラチンハイドロゲルからなる直方体粒子の様子を示す光学顕微鏡写真である。 FIG. 13 is an optical micrograph showing the appearance of rectangular parallelepiped particles made of gelatin hydrogel.
図13によれば、直方体粒子は、250×250×300μmを有することが分かった。 According to FIG. 13, it was found that the rectangular parallelepiped particles had 250 × 250 × 300 μm.
次に、実施例2と同様の手順で、ゼラチン二次修飾体と光重合開始剤とを含有する水溶液を調製し、これに実施例4と同様の手順で軟骨細胞内包ハイドロゲル直方体粒子を添加した混合物を調製し(混合割合は2:1(v/w)であった)、25℃に保持した。 Next, an aqueous solution containing a gelatin secondary modifier and a photopolymerization initiator was prepared by the same procedure as in Example 2, and chondrocyte-encapsulating hydrogel rectangular particles were added thereto by the same procedure as in Example 4. The mixture was prepared (mixing ratio was 2: 1 (v / w)) and kept at 25 ° C.
厚さ1.5mmのシリコーンゴム枠で隔てた2枚の石英カバーガラスの間に前記混合物をピペットで注入し、25℃に保持し、紫外線を5分間照射した。これによりゼラチンハイドロゲルは架橋重合した。次いで、生成物を37℃に保持し、ゲル粒子を溶解させた。このようにして、架橋バルクハイドロゲルには細胞を含まず、ハイドロゲル直方体粒子には細胞を含む架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体を作製した。このゼラチンハイドロゲルを直径6mmのディスク状に切断した。架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体の外観を観察した。観察結果を図14に示す。 The mixture was pipetted between two quartz cover glasses separated by a 1.5 mm thick silicone rubber frame, kept at 25 ° C. and irradiated with ultraviolet light for 5 minutes. As a result, the gelatin hydrogel was crosslinked and polymerized. The product was then held at 37 ° C. to dissolve the gel particles. In this way, a crosslinked gelatin hydrogel porous body was prepared in which the crosslinked bulk hydrogel did not contain cells and the hydrogel rectangular particles contained cells. This gelatin hydrogel was cut into a disk having a diameter of 6 mm. The appearance of the crosslinked gelatin hydrogel porous body was observed. The observation results are shown in FIG.
図14は、実施例5による架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体の外観を示す写真である。 FIG. 14 is a photograph showing the appearance of the crosslinked gelatin hydrogel porous body according to Example 5.
図14によれば、得られた架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体は、培養直前は、透明で均一であった。次いで、実施例4と同様の条件で細胞培養を行い、架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体中の軟骨細胞のバイアビリティーを実施例3と同様の手順で評価し、染色した細胞を共焦点レーザー顕微鏡で観察した。観察結果を図15に示す。 According to FIG. 14, the obtained crosslinked gelatin hydrogel porous body was transparent and uniform immediately before culturing. Next, cell culture was performed under the same conditions as in Example 4, the viability of chondrocytes in the crosslinked gelatin hydrogel porous body was evaluated by the same procedure as in Example 3, and the stained cells were observed with a confocal laser scanning microscope. bottom. The observation results are shown in FIG.
図15は、実施例5による軟骨細胞を内包した架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体における細胞の生死染色の蛍光顕微鏡像を示す図である。 FIG. 15 is a diagram showing a fluorescence microscope image of life-and-death staining of cells in a crosslinked gelatin hydrogel porous body encapsulating chondrocytes according to Example 5.
図15(a)は培養直前、(b)は4週間培養後の細胞の生死染色の蛍光顕微鏡像を示す。図15によれば、細胞を内包した直後、すなわち培養直前にはわずかな死細胞(図中矢印で示す)が検出されたが、4週間培養後には死細胞は検出されなかった。特に、架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体作製直後にも4週間培養した後でも、軟骨細胞は架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体の空孔のみで観察された。また、図15(b)によれば、軟骨細胞は凝集していることが確認された。 FIG. 15 (a) shows a fluorescence microscopic image of life-and-death staining of cells immediately before culturing and (b) after culturing for 4 weeks. According to FIG. 15, a few dead cells (indicated by arrows in the figure) were detected immediately after encapsulation of cells, that is, immediately before culturing, but no dead cells were detected after culturing for 4 weeks. In particular, chondrocytes were observed only in the pores of the crosslinked gelatin hydrogel porous body immediately after preparation of the crosslinked gelatin hydrogel porous body and after culturing for 4 weeks. Further, according to FIG. 15 (b), it was confirmed that the chondrocytes were aggregated.
さらに、実施例4と同様に、実施例5の架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体をin vitroで1日間培養した後、ヌードマウスの背中皮下に4週間埋植し、軟骨組織の再生を行った。再生後の様子を図16に示す。 Further, in the same manner as in Example 4, the crosslinked gelatin hydrogel porous body of Example 5 was cultured in vitro for 1 day and then implanted under the skin of the back of a nude mouse for 4 weeks to regenerate the cartilage tissue. The state after reproduction is shown in FIG.
図16は、実施例5による架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体で再生した軟骨組織の外観を示す写真である。 FIG. 16 is a photograph showing the appearance of cartilage tissue regenerated with the crosslinked gelatin hydrogel porous body according to Example 5.
図14と図16との比較からわかるように、全体に光沢のある軟骨組織が再生された。 As can be seen from the comparison between FIGS. 14 and 16, a glossy cartilage tissue was regenerated as a whole.
<実施例6>
実施例6では、実施例1で合成したゼラチン二次修飾体を用いて、図3のプロシージャFに基づいて、軟骨細胞を内包する架橋ゼラチンハイドロゲル(図3の340)を製造した。実施例6では、実施例5と同様に、細胞を内包する、純粋な未修飾ゼラチンからなるハイドロゲル直方体粒子を架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体の造孔剤として用いた。
<Example 6>
In Example 6, a crosslinked gelatin hydrogel (340 in FIG. 3) encapsulating chondrocytes was produced using the gelatin secondary modifier synthesized in Example 1 based on the procedure F in FIG. In Example 6, similarly to Example 5, hydrogel rectangular parallelepiped particles made of pure unmodified gelatin containing cells were used as a pore-forming agent for the crosslinked gelatin hydrogel porous body.
実施例3と同様の手順で、ゼラチン二次修飾体(10%、w/v)と光重合開始剤(0.5%、w/v)との水溶液を調製し、これに調製した軟骨細胞を懸濁させ、ゼラチン二次修飾体と光重合開始剤とを含有する軟骨細胞の細胞懸濁液を調製した。ここで、細胞懸濁液の細胞濃度は1.34×107cells/mLであった。次いで、実施例5と同様の手順で、軟骨細胞内包ハイドロゲル直方体粒子を添加した混合物を調製(混合割合は2:1(v/w)であった)し、25℃に保持した。ここで、直方体粒子を作製するための細胞懸濁液の細胞濃度は1.33×107cells/mLであった。 A chondrocyte prepared by preparing an aqueous solution of a gelatin secondary modifier (10%, w / v) and a photopolymerization initiator (0.5%, w / v) in the same procedure as in Example 3. Was suspended to prepare a cell suspension of chondrocytes containing a gelatin secondary modifier and a photopolymerization initiator. Here, the cell concentration of the cell suspension was 1.34 × 107 cells / mL. Then, in the same procedure as in Example 5, a mixture containing chondrocyte-encapsulating hydrogel rectangular parallelepiped particles was prepared (mixing ratio was 2: 1 (v / w)) and kept at 25 ° C. Here, the cell concentration of the cell suspension for producing rectangular parallelepiped particles was 1.33 × 107 cells / mL.
厚さ1.5mmのシリコーンゴム枠で隔てた2枚の石英カバーガラスの間に前記混合物をピペットで注入し、25℃に保持し、紫外線を5分間照射した。これによりゼラチンハイドロゲルは架橋重合した。次いで、生成物を37℃に保持し、ゲル粒子を溶解させた。このようにして、架橋バルクハイドロゲルにも、ハイドロゲル直方体粒子にも細胞を含む架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体を作製した。このゼラチンハイドロゲルを直径6mmのディスク状に切断した。架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体の外観を観察した。観察結果を図17に示す。 The mixture was pipetted between two quartz cover glasses separated by a 1.5 mm thick silicone rubber frame, kept at 25 ° C. and irradiated with ultraviolet light for 5 minutes. As a result, the gelatin hydrogel was crosslinked and polymerized. The product was then held at 37 ° C. to dissolve the gel particles. In this way, a crosslinked gelatin hydrogel porous body containing cells in both the crosslinked bulk hydrogel and the hydrogel rectangular particles was prepared. This gelatin hydrogel was cut into a disk having a diameter of 6 mm. The appearance of the crosslinked gelatin hydrogel porous body was observed. The observation results are shown in FIG.
図17は、実施例6による架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体の外観を示す写真である。 FIG. 17 is a photograph showing the appearance of the crosslinked gelatin hydrogel porous body according to Example 6.
図17によれば、得られた架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体は、培養直前は、透明で均一であった。次いで、実施例4と同様の条件で細胞培養を行い、架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体中の軟骨細胞のバイアビリティーを実施例3と同様の手順で評価し、染色した細胞を共焦点レーザー顕微鏡で観察した。観察結果を図18に示す。 According to FIG. 17, the obtained crosslinked gelatin hydrogel porous body was transparent and uniform immediately before culturing. Next, cell culture was performed under the same conditions as in Example 4, the viability of chondrocytes in the crosslinked gelatin hydrogel porous body was evaluated by the same procedure as in Example 3, and the stained cells were observed with a confocal laser scanning microscope. bottom. The observation results are shown in FIG.
図18は、実施例6による軟骨細胞を内包した架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体における細胞の生死染色の蛍光顕微鏡像を示す図である。 FIG. 18 is a diagram showing a fluorescence microscope image of life-and-death staining of cells in a crosslinked gelatin hydrogel porous body encapsulating chondrocytes according to Example 6.
図18(a)は培養直前、(b)は4週間培養後の細胞の生死染色の蛍光顕微鏡像を示す。図18によれば、細胞を内包した直後、すなわち培養直前にはわずかな死細胞(図中矢印で示す)が検出されたが、4週間培養後には死細胞は検出されなかった。特に、架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体作製直後には、軟骨細胞はハイドロゲル多孔体のバルク部位と空孔の両方で観察され、均一に分布していたが、4週間培養後、空孔内の軟骨細胞は凝集した。 FIG. 18 (a) shows a fluorescence microscopic image of life-and-death staining of cells immediately before culturing and (b) after culturing for 4 weeks. According to FIG. 18, a few dead cells (indicated by arrows in the figure) were detected immediately after encapsulation of cells, that is, immediately before culturing, but no dead cells were detected after culturing for 4 weeks. In particular, immediately after the cross-linked gelatin hydrogel porous body was prepared, chondrocytes were observed in both the bulk site and the pores of the hydrogel porous body and were uniformly distributed. The cells aggregated.
さらに、実施例4と同様に、実施例6の架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体をin vitroで1日間培養した後、ヌードマウスの背中皮下に4週間埋植し、軟骨組織の再生を行った。再生後の様子を図19に示す。 Further, in the same manner as in Example 4, the crosslinked gelatin hydrogel porous body of Example 6 was cultured in vitro for 1 day, and then implanted under the skin of the back of a nude mouse for 4 weeks to regenerate the cartilage tissue. The state after reproduction is shown in FIG.
図19は、実施例6による架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体で再生した軟骨組織の外観を示す写真である。 FIG. 19 is a photograph showing the appearance of cartilage tissue regenerated with the crosslinked gelatin hydrogel porous body according to Example 6.
図17と図19との比較からわかるように、全体に光沢のある軟骨組織が再生された。 As can be seen from the comparison between FIGS. 17 and 19, a glossy cartilage tissue was regenerated as a whole.
本発明のゼラチン誘導体(ゼラチン二次修飾体)は、アミノ基がメタクリロイル基と結合し、ゼラチンが有するヒドロキシ基及びカルボキシル基がメタクリロイルグリセリルエステル基と結合しており、紫外線照射により架橋重合できる反応性基が最大限に導入されている。本発明の架橋ゼラチンハイドロゲル及びその多孔体は、本発明のゼラチン誘導体を用いて製造されるので、力学強度が高く、形状安定性にすぐれている。これにより、荷重部位へのインジェクタブルゲルとしての用途に加え、生体組織工学的手法による組織再生にも用いることが可能である。しかも、ハイドロゲルのバルクにも空孔にも細胞を播種することができるため、より効率よい組織再生が可能となり、治癒期間の短縮が期待できる。よって、本発明の架橋ゼラチンハイドロゲル及びその多孔体は、組織欠損を治療するのに極めて有用である。 In the gelatin derivative (secondary modified gelatin) of the present invention, the amino group is bonded to the methacryloyl group, and the hydroxy group and the carboxyl group of the gelatin are bonded to the methacryloyl glyceryl ester group, and the reactivity can be crosslinked and polymerized by irradiation with ultraviolet rays. The group has been introduced to the maximum. Since the crosslinked gelatin hydrogel of the present invention and its porous body are produced by using the gelatin derivative of the present invention, they have high mechanical strength and excellent shape stability. As a result, in addition to being used as an injectable gel for a loaded site, it can also be used for tissue regeneration by a biotissue engineering method. Moreover, since cells can be seeded in both the bulk and the pores of the hydrogel, more efficient tissue regeneration is possible, and a shortening of the healing period can be expected. Therefore, the crosslinked gelatin hydrogel of the present invention and its porous body are extremely useful for treating tissue defects.
100 ゼラチン誘導体
110 ゼラチン
120 メタクリロイル基
130 メタクリロイルグリセリルエステル基
100
Claims (21)
前記ゼラチンが有するアミノ基がメタクリロイル基と結合しており、
前記ゼラチンが有するヒドロキシ基及びカルボキシル基がメタクリロイルグリセリルエステル基と結合している、ゼラチン誘導体。 A gelatin derivative in which a reactive group is introduced into gelatin.
The amino group of gelatin is bonded to the methacryloyl group,
A gelatin derivative in which the hydroxy group and the carboxyl group of the gelatin are bonded to the methacryloylglyceryl ester group.
前記メタクリロイルグリセリルエステル基の含有率は、前記ゼラチン誘導体1gに対して0.01mmol以上10mmol以下の範囲を満たす、請求項1に記載のゼラチン誘導体。 The content of the methacryloyl group satisfies the range of 0.01 mmol or more and 10 mmol or less with respect to 1 g of the gelatin derivative.
The gelatin derivative according to claim 1, wherein the content of the methacryloyl glyceryl ester group satisfies the range of 0.01 mmol or more and 10 mmol or less with respect to 1 g of the gelatin derivative.
前記メタクリロイルグリセリルエステル基の含有率は、前記ゼラチン誘導体1gに対して0.1mmol以上1mmol以下の範囲を満たす、請求項2に記載のゼラチン誘導体。 The content of the methacryloyl group satisfies the range of 0.1 mmol or more and 1 mmol or less with respect to 1 g of the gelatin derivative.
The gelatin derivative according to claim 2, wherein the content of the methacryloyl glyceryl ester group satisfies the range of 0.1 mmol or more and 1 mmol or less with respect to 1 g of the gelatin derivative.
ゼラチンをメタクリル酸無水物と反応させ、前記ゼラチンが有するアミノ基にメタクリロイル基を結合させたゼラチン一次修飾体を合成する工程と、
前記ゼラチン一次修飾体をメタクリル酸グリシジルと反応させ、前記ゼラチン一次修飾体が有するヒドロキシ基とカルボキシ基とにメタクリロイルグリセリルエステル基を結合させたゼラチン二次修飾体である前記ゼラチン誘導体を合成する工程と
を包含する、方法。 The method for producing a gelatin derivative according to any one of claims 1 to 4.
A step of reacting gelatin with a methacrylic anhydride to synthesize a primary modified gelatin in which a methacryloyl group is bonded to an amino group of the gelatin.
A step of reacting the gelatin primary modified product with glycidyl methacrylate to synthesize the gelatin derivative which is a gelatin secondary modified product in which a methacryloyl glyceryl ester group is bonded to a hydroxy group and a carboxy group of the gelatin primary modified product. Inclusive, method.
請求項1~4のいずれかに記載のゼラチン誘導体が架橋された架橋体を含有する、架橋ゼラチンハイドロゲル。 Cross-linked gelatin hydrogel,
A crosslinked gelatin hydrogel containing a crosslinked product in which the gelatin derivative according to any one of claims 1 to 4 is crosslinked.
請求項1~4のいずれかに記載のゼラチン誘導体を用い架橋する、方法。 A method for producing crosslinked gelatin hydrogels.
A method for crosslinking using the gelatin derivative according to any one of claims 1 to 4.
前記水溶液に紫外線を照射する工程と
を包含する、請求項10に記載の方法。 The step of preparing an aqueous solution containing the gelatin derivative and the photopolymerization initiator, and
The method according to claim 10, comprising the step of irradiating the aqueous solution with ultraviolet rays.
前記水溶液に紫外線を照射する工程は、前記細胞懸濁液に紫外線を照射する、請求項11に記載の方法。 Further including the step of preparing a cell suspension by suspending cells in the aqueous solution obtained by the step of preparing the aqueous solution.
The method according to claim 11 , wherein the step of irradiating the aqueous solution with ultraviolet rays is to irradiate the cell suspension with ultraviolet rays.
請求項1~4のいずれかに記載のゼラチン誘導体が架橋された架橋体を含有する、架橋ゼラチンハイドロゲル多孔体。 Cross-linked gelatin hydrogel porous body
A crosslinked gelatin hydrogel porous body containing a crosslinked body in which the gelatin derivative according to any one of claims 1 to 4 is crosslinked.
請求項1~4のいずれかに記載のゼラチン誘導体及びゲル粒子を用い架橋する、方法。 A method for producing a crosslinked gelatin hydrogel porous body.
A method for crosslinking using the gelatin derivative and gel particles according to any one of claims 1 to 4.
前記水溶液を調製する工程によって得られた前記水溶液にゼラチンハイドロゲルからなるゲル粒子を添加した混合物を調製する工程と、
前記混合物に紫外線を照射する工程と
を包含する、請求項17に記載の方法。 The step of preparing an aqueous solution containing the gelatin derivative and the photopolymerization initiator, and
A step of preparing a mixture obtained by adding gel particles made of gelatin hydrogel to the aqueous solution obtained by the step of preparing the aqueous solution, and a step of preparing the mixture.
17. The method of claim 17, comprising the step of irradiating the mixture with ultraviolet light.
The method of claim 19 or 20, wherein the cell is an animal cell of animal origin.
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