JP7304022B2 - 細胞シート製造装置、および細胞シート - Google Patents
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Description
本実施形態に係る細胞シート製造装置は、メッシュシートが培地中に設置され、当該メッシュシート上に播種された細胞を培地中で生育させることにより細胞シートを製造することを前提とした装置である。メッシュシートを培地(培養液)中に設置することにより、メッシュシートの形状に沿って細胞を増殖させることができる。
本実施形態に係る細胞シート製造装置の構成例1について、説明する。図1は、構成例1としての細胞シート製造装置100の構成の概略を示す図である。図1の1010は、細胞シート製造装置100に備えられた支持体ユニット10の構成を示す斜視図である。図1の1020~1023は、細胞シート製造装置100を用いた細胞シートの製造方法の手順を示す図である。図1の1030は、細胞シート製造装置100を用いて作製された細胞シートの構成を示す図である。また、図1の1040は、細胞シート製造装置100の具体的構成の一例を示す像である。
細胞シート製造装置100の変形例について、説明する。図3は、変形例1としての細胞シート製造装置100Aの構成、および当該細胞シート製造装置100Aを用いた細胞シートの製造方法を示す図である。図3の3010は、細胞シート製造装置100Aに備えられた土台3の構成例を示す斜視図である。また、図3の3020~3024は、細胞シート製造装置100Aを用いた細胞シートの製造方法を示す図である。図3の3030は、細胞シート製造装置100Aに備えられた蓋体9の構成を示す断面図である。細胞シート製造装置100Aは、大面積の細胞シートを製造することが可能である。
細胞シート製造装置100の他の変形例について、説明する。図4は、変形例2としての細胞シート製造装置100Bの構成、および当該細胞シート製造装置100Bを用いた細胞シートの製造方法を示す図である。図4の4010は、細胞シート製造装置100Bに備えられた支持体ユニット10Bの構成を示す分解斜視図である。図4の4020~4022は、細胞シート製造装置100Bを用いた細胞シートの製造方法を示す図である。
細胞シート製造装置の変形例について、説明する。図20および図21は、変形例3としての細胞シート製造装置の支持体ユニット60を示す図である。なお、図20および図21では、細胞シート製造装置を構成する容器については、記載を省略している。
本実施形態に係る細胞シート製造装置の構成例2について、説明する。図6は、構成例2の細胞シート製造装置に備えられた支持体ユニット30の構成の概略を示す図である。図6の6010~6013は、支持体ユニット30の組み立て手順を示す斜視図である。図6の6020は、支持体ユニット30の概略構成を示す断面図である。
本実施形態に係る細胞シート製造装置の構成例3について、説明する。図8は、構成例3の細胞シート製造装置100Dの構成を示す図である。図8の8010および8020は、細胞シート製造装置100Dに備えられた支持体ユニット40の構成を示す像である。また、図8の8030~8033は、細胞シート製造装置100Dを用いた細胞シートの製造方法を示す図である。
本実施形態に係る細胞シート製造装置の構成例4について、説明する。図9は、構成例3の細胞シート製造装置100Eの構成を示す図である。図9の9010は、細胞シート製造装置100Eに備えられた支持体ユニット50の構成を示す斜視図である。また、図9の9011は、細胞シート製造装置100Eの構成を示す像である。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る細胞シート製造装置は、細胞を培養するための培地を収容する容器と、前記細胞を付着させて培養する基材であるメッシュシートと、当該メッシュシートを前記容器の底面から浮くように保持する保持部材と、を有し、前記容器に離接可能に収容されている支持体ユニットと、を備え、前記支持体ユニットは、前記培地中で鉛直方向および水平方向の位置が一定となるように前記容器に収容されていることを特徴としている。
<支持体ユニット10の作製>
12穴プレートに収容される土台3の設計図を作成し、当該設計図を基に、3DプリンタAGILISTA-3200(キーエンス)を用いて土台3を作製した。ラボコータ PDS-2010(日本パリレン)を用いて、生体適合性に優れたパリレン(DPXC, CAS No.28804-46-8)(日本パリレン)で3Dプリント造形物(土台3)を被覆した。メッシュシート2は、ポリエステル製マイクロメッシュシート(AG00Z3N9)(天池合繊)を使用した。
ヒト肺由来正常線維芽細胞であるTig-1-20細胞(製品番号 JCRB0501)はJCRB細胞バンク(大阪)から入手した。10%牛胎児血清(FBS)(GIBCO)と100units/mLペニシリンと100μg/mLストレプトマイシン(GIBCO)とを含有したDMEM(ダルベッコ改変イーグル培地)(GIBCO)を用いて、Tig-1-20細胞を培養した。Tig-1-20細胞は、37℃、5%二酸化炭素(CO2)条件下のインキュベータ内で培養した。
支持体ユニット10のメッシュシート2(直径4mm円領域)上に、0.5×105個(1×106cells/mLを50μL)のTig-1-20細胞、HepG2細胞、または間葉系幹細胞を播種した。播種5時間後に、支持体ユニット10が入ったウェルへ培地3mLを加えた。培地は、3日に1度交換した(3mL/well)。デジタル顕微鏡もしくは倒立位相差顕微鏡を用いて、細胞の写真を撮った。
図10の1010は、細胞播種1日後の支持体ユニット10の顕微鏡画像である。50μLの細胞懸濁液はしっかりとメッシュシート2上に保持されていた(左図)。泡が隙間に生じるなどのトラブルが起きることなく、培地をウェルへ加えることができた(中央図)。さらに、支持体ユニット10を上下逆に裏返すこともできた(右図)。
<細胞培養条件>
細胞培養条件は実施例1と同じである。
支持体ユニット10(12穴ウェル用)のメッシュシート2をコラーゲンでコーティングした。その後、このメッシュシート2に対して、CellBrite Green Cytoplasmic Membrane-Labeling Kit(80倍希釈;Biotium,Inc.)で染色したTig-1-20細胞を4×105個(1x107cells/mLを40μL)播種した。5時間後、ウェルにFBS含有DMEM培地を3mL加えた。2日後、Tig-1-20細胞の上から、CellBrite Red Cytoplasmic Membrane-Labeling120倍希釈;Biotium,Inc.)Kitで染色した間葉系幹細胞(MSC)を4×105個(1.6×107cells/mLを25μL)播種した。そして、培地は、間葉系幹細胞用培地に置換した。翌日、支持体ユニット10を上下逆に裏返し(逆に設置し)、Tig-1-20細胞の上から0.025mg/mL DiI(1,1’-dioctadecyl-3,3,3’,3’-tetramethylindocarbocyanine perchlorate)で染色したHepG2細胞を4×105個(1.6×107cells/mLを25μL)播種した。翌日、PBS(-)で細胞を洗浄し、4%PFAに浸し室温で50分間静置した。PBS(-)で洗浄後、封入剤VECTASHIELD (VECTOR)と共に細胞シートをカバーガラスとスライドガラスの間に固定した。詳細には、カバーガラスにより細胞シートが潰れるのを防ぐために、約100ミクロンの厚さのカプトンテープを3枚重ねたものをカバーガラスとスライドガラスの間に置いた。固定した細胞シートを共焦点顕微鏡LSM 800(ZEISS)で解析した。
図12の1210~1212は、本実施例の結果を示す。図12の1210~1212に示されるように、Tig-1-20細胞シートの上に間葉系幹細胞シートを作製することができた。さらに、Tig-1-20細胞シートの下にHepG2細胞シートを作製することができた。全体的な細胞シートの厚さは、約140-150μmほどだった。この結果、(i)支持体ユニット10の上下の両側から細胞を播種できること、(ii)複数種類の細胞から成る細胞シートを作製できることが示された。
<支持体ユニット30の作製>
支持体ユニット30のメッシュシート2以外の各種部材は、3DプリンタAGILISTA-3200を用いて作製した。作製した上記各種部材は、パリレン(DPXC, CAS No. 28804-46-8)で被覆した。メッシュシート2は、ポリエステル製マイクロメッシュシート(AG00Z3N9)(天池合繊)を使用した。対照群として、Transwell(登録商標)に使用されていた多孔膜(トランズウェルポリカーボネートメンブレン、0.4μm pore size、コーニング社)をメッシュシート2の代わりに装着した支持体ユニット30も作製した。
正常ヒト成人皮膚線維芽細胞(Normal Human Dermal Fibroblasts:NHDF)は、Promo Cell社から購入し、線維芽細胞増殖培地2(Promo Cell社)を用いて培養した。正常ヒト成人皮膚線維芽細胞は、37℃、5%二酸化炭素(CO2)条件下のインキュベータ内で培養した。
NHDFを1.65×106個(3×106cells/mLを550μL/シート)で支持体ユニット30のメッシュシート2に播種した。約18時間後に培地を加えた。3日に1回培地交換を行い、14日間培養した(6mL/well)。細胞の倒立位相差顕微鏡画像(図11A)を撮った。また、HE染色切片を作製し(新組織科学)、細胞シートの断面図をBZ-X710 All-in-one(キーエンス)を用いて撮影した(図13の1311)。
結果を図13の1310および1311に示す。NHDFはメッシュシート2の目開きを埋める形で存在し、メッシュシート2のメッシュ糸を覆うように存在していた。メッシュシート2で作製した細胞シートと多孔膜で作製した細胞シートとの両方とも、細胞シート表面は均一で滑らかであった。メッシュシート2で作製した細胞シートは、多孔膜で作製した細胞シートと異なり細胞シートの下面は細胞が露出している。このため、栄養の供給や細胞観察に優れるとともに、移植医療の際の細胞シートの貼付にも優れていると考えられた。
<支持体ユニット30の作製>
本実施例の支持体ユニット30の作製方法は、実施例3と同じである。しかし、本実施例の支持体ユニット30は、保持部材34の構造のみが実施例3と一部異なる。本実施例では、保持部材34には、外側から内側へ培地を流れやすくするための空隙がない(図14の1410参照)。
CellBrite Green Cytoplasmic Membrane-Labeling Kit (100倍希釈; Biotium, Inc.)で染色した、あるいは染色していない4×106個(8×106cells/mLを500μL/mesh)のTig-1-20細胞を、<支持体ユニット30の作製>にて作製した支持体ユニット30のメッシュシート2上に播種した。そして、17時間後に6mLの培地をウェルに加えた。その3日後に1度培地交換を行った。培養開始6日目に、作製した細胞シートを洗浄し、4%パラホルムアルデヒド(PFA)で細胞を固定し、洗浄後にDAPI(4’,6-diamidino-2-phenylindole)を含む封入剤VECTA中に固定した。共焦点顕微鏡LSM 800(ZEISS)を用いて固定した細胞シートを解析した。一方で、4%PFAと1%ホルムアルデヒドとにより固定した蛍光染色していない細胞シートのHE染色切片を作製し(新組織科学)、断面図をBZ-X710 All-in-one (キーエンス)で撮影した。
上記の実験にて解析に用いなかったTig-1-20細胞シート(6日間培養)の上からヒトiPS細胞由来心筋細胞を追加で播種するために、ウェル内の培地を4mLのMiraCell CM Culture Mediumに置換した。0.025 mg/mL DiI(1,1’-dioctadecyl-3,3,3’,3’-tetramethylindocarbocyanine perchlorate)で染色した1.8×105個のヒトiPS細胞由来心筋細胞を播種した。約16時間後に2mLの培地を追加した。その後、Tig-1-20細胞と共に3日間培養し、上記と同様に細胞を固定し、共焦点顕微鏡で解析した。
結果を図14の1420~1423に示す。図14の1420に示すように、Tig-1-20細胞はマイクロメッシュシートの目開きの形に従って配向していた。すなわち長方形の目開きの長辺に対してほぼ平行に配向していた。マイクロメッシュシート平面以外の場所にある細胞、すわなち、マイクロメッシュシート平面の上もしくは下の平面にある細胞も、マイクロメッシュシート平面にある細胞と同じ方向に配向していた。細胞シートの厚さは50μmほどだった(図14の1421)。また、ヒトiPS細胞由来心筋細胞をTig-1-20細胞シートの上から追加で播種した結果、心筋細胞もTig-1-20細胞と同じ方向へ配向した。これらの結果から、マイクロメッシュシートを用いた細胞培養を行うことにより3次元細胞シートの配向性を制御できる場合があることが示された(図14の1422および1423)。
<方法>
<支持体ユニット10Bの作製および細胞培養条件>
環状部材1および土台3は、3DプリンタAGILISTA-3200を用いて作製した。そして、パリレン(DPXC, CAS No.28804-46-8 )により、作製した環状部材1および土台3を被覆した。メッシュシート2は、ポリエステル製マイクロメッシュシート(AG00Z3N9)(天池合繊)を使用した。メッシュシート2を環状部材1と土台3とにより挟み、PDMS溶液を用いて接着させた。完成した支持体ユニット10Bに対してエタノール処理およびUV処理を行った後、支持体ユニット10Bを10cmのディッシュ22に入れた。実験に使用した支持体ユニット10Bにおいて、1mmのPDMS板を用いてディッシュ22の底面からメッシュシート2までの距離を調節し、2.5mmになるようにした(図15の1510)。
最初に、3mLのTig-1-20細胞(6x105cells/mL)をメッシュシート2の上に乗せた。その後、上から蓋体9を乗せた。そして、蓋体9の注入口9iから5mLの細胞懸濁液を加え、蓋体9とメッシュシート2との間隙を細胞懸濁液で充填した。細胞播種の3日後、支持体ユニット10Bが入った10cmのディッシュ22に25mLの培地を加えた後で、蓋体9を除去した。3日に1度培地交換を行い(35mL培地/ディッシュ)、細胞播種から14日後に培養を終了した。
結果を、図15の1512、図16の1611および1612、並びに図17の1711および1712に示す。支持体ユニット10Bを用いてTig-1-20細胞を14日間培養した(図15の1512)。共焦点顕微鏡で細胞シートの断面を解析した結果、厚さはおよそ40-45μmであった(図16の1611および1612)。Tig-1-20細胞は、メッシュシート2の目開きの形に従って配向していた。すなわち、長方形の目開きの長辺に対してほぼ平行に配向していた。メッシュシート2の平面に無い細胞も、同じ方向に配向していた。
<方法>
<支持体ユニット50の作製>
支持体ユニット50のカラム本体51は、3DプリンタAGILISTA-3200を用いて作製した。そして、パリレン(DPXC, CAS No.28804-46-8)により、作製したカラム本体51を被覆した。メッシュシート2は、ポリエステル製マイクロメッシュシート(AG00Z3N9)(天池合繊)を使用した。PDMS溶液を用いてメッシュシート2をカラム本体51に接着させた。完成した支持体ユニット50をエタノール処理し風乾した後、ウェルプレート25(12穴プレート)のウェル25aへ入れてUV処理を行った。
HepG2細胞(製品番号RCB1886)は、理化学研究所バイオリソースセンター(RIKEN BRC)から入手した。10%牛胎児血清(FBS)(GIBCO)と100units/mLペニシリンと100μg/mLストレプトマイシン(GIBCO)とを含有したDMEM(ダルベッコ改変イーグル培地)(GIBCO)を用いて、HepG2細胞を培養した。細胞は37℃、5%二酸化炭素(CO2)条件下のインキュベータ内で培養した。
1×105個(2×x106cells/mL×50μL/mesh)のHepG2細胞を支持体ユニット50のメッシュシート2上(φ4mmの円)に播種した。細胞播種の6時間後に、ウェル25aに培地を2mL加えた。培地は2日に1度交換した(2mL/well)。コントロールとして、1×105個のHepG2細胞をウェルプレート25(12穴プレート)のウェル25aへ播種した。
培養開始から10日目にHepG2細胞からRNAを抽出した。RNAの抽出はTRIzol RNA Isolation Reagents(Thermo Fisher Scientific)を用いて行い、抽出したRNAとReverTra Ace qPCR RT Kit(東洋紡)を用いてcDNAを合成した。得られたcDNAサンプル、DNAプライマー、PowerUp SYBR Green Master Mix(APPLIED BIOSYSTEMS)、およびQuantStudio 5 Real-Time PCR System(APPLIED BIOSYSTEMS)を用いて遺伝子発現解析を行った。ヒト肝臓の成熟マーカーとして知られているアルブミンおよび薬物代謝酵素CYP1A2の遺伝子の発現レベルを解析した。各遺伝子の発現レベルは、ハウスキーピング遺伝子として知られている18SrRNAの発現レベルを用いて標準化した。値は平均±SE(N=3)。
図18の1810にHepG2細胞の顕微鏡画像を示す。HepG2細胞は6時間以内にメッシュシート2に接着した。図18の1811に遺伝子発現解析の結果を示す。HepG2細胞を通常のウェル(2D)上で培養した時と比較して、支持体ユニット50のメッシュシート2上(Mesh)で培養をした時の方がアルブミンおよびCYP1A2の遺伝子の発現量が高かった。
<方法>
<細胞培養条件>
ヒトiPS細胞由来心筋細胞(MiraCell Cardiomyocytes from ChiPSC12,タカラ)は、製品説明書に従ってMiraCell CM Culture Mediumを用いて37℃、5%CO2存在下で培養した。ヒトフィブロネクチンがコーティングされたディッシュの上で培養した。
細胞播種の前に、支持体ユニット50のメッシュシート2をヒトフィブロネクチンでコーティングした。PBS(+)で20倍希釈したフィブロネクチン溶液(最終濃度0.05mg/mL)を調整した。50μLの希釈済フィブロネクチン溶液をメッシュシート2の上に乗せて、37℃で1時間以上静置した。
結果を図19に示す。支持体ユニット50のメッシュシート2上に心筋細胞が接着し増殖することを確認した。心筋細胞は8日間培養しても拍動能を保持していた。
2 メッシュシート
3 土台(保持部材)
3b 筒状載置部
4、4a、4b 細胞
9 蓋体
9a 注入口
10、10A、10B、30、40、50、60 支持体ユニット
20、23 容器
21、24、25a ウェル(容器)
22 ディッシュ(容器)
25、26 ウェルプレート(容器)31、32 枠体
33 クリップ(挟持部材)
41、51 カラム本体(保持部材)65 押圧ピン
66 貫通孔
67 係止部
100、100A、100B、100C、100D、100E 細胞シート製造装置
200 細胞シート
Claims (8)
- (削除)
- (削除)
- 細胞を培養するための培地を収容する容器と、
前記細胞を付着させて培養する基材であるメッシュシートと、当該メッシュシートを前記容器の底面から浮くように保持する保持部材と、を有し、前記容器に離接可能に収容されている支持体ユニットと、を備え、
前記支持体ユニットは、前記培地中で鉛直方向および水平方向の位置が一定となるように前記容器に収容されており、
前記保持部材は、前記メッシュシートを取り外し可能に保持し、
前記保持部材には、前記メッシュシートを載置する筒状載置部が形成されており、
前記支持体ユニットは、前記筒状載置部の外周を取り囲む形状を有し、前記保持部材に対して取り外し可能に設けられた、環状部材を備え、
前記メッシュシートの周縁は、前記筒状載置部と前記環状部材とにより挟持されていることを特徴とする細胞シート製造装置。 - 前記保持部材および前記環状部材の少なくとも一方には、前記保持部材と前記環状部材とが分離しないように係止する係止部が形成されており、
前記保持部材および前記環状部材の何れか一方には、他方を押圧する押圧ピンを貫通させるための貫通孔が形成されており、
前記他方の押圧により前記係止が解除され、前記保持部材と前記環状部材とが離間することを特徴とする請求項3に記載の細胞シート製造装置。 - 細胞を培養するための培地を収容する容器と、
前記細胞を付着させて培養する基材であるメッシュシートと、当該メッシュシートを前記容器の底面から浮くように保持する保持部材と、を有し、前記容器に離接可能に収容されている支持体ユニットと、を備え、
前記支持体ユニットは、前記培地中で鉛直方向および水平方向の位置が一定となるように前記容器に収容されており、
前記保持部材は、前記メッシュシートを取り外し可能に保持し、
前記支持体ユニットは、
前記保持部材に対して取り外し可能に設けられ、前記メッシュシートの周縁を挟むように配された一対の枠体と、
前記一対の枠体を挟持することによって、前記メッシュシートと前記一対の枠体とを一体化させる挟持部材と、を備えたことを特徴とする細胞シート製造装置。 - 前記保持部材は、前記培地よりも比重が大きいことを特徴とする請求項3~5の何れか1項に記載の細胞シート製造装置。
- 前記支持体ユニットは、前記メッシュシートの一方の面を覆う蓋体であって、前記細胞を含む懸濁液を前記メッシュシートと前記蓋体との間に注入する注入口が設けられた蓋体を備え、
前記懸濁液が前記メッシュシートと前記蓋体との両方に接触しながら前記メッシュシートと前記蓋体との間に注入されるように、前記蓋体と前記メッシュシートとの間隔が設定されていることを特徴とする請求項3~6の何れか1項に記載の細胞シート製造装置。 - 前記メッシュシートの開口部は、一方向に伸長した形状であることを特徴とする請求項3~7の何れか1項に記載の細胞シート製造装置。
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