JP7350505B2 - Solidified bodies containing biological samples - Google Patents
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Description
本発明は、マトリクスおよび生体試料を含む固化体または固化体を製造する方法に関する。 The present invention relates to a solidified body or a method for producing a solidified body containing a matrix and a biological sample.
近年の再生医療研究の飛躍的な発展に伴い、ヒトにのみならず獣医分野においても細胞治療などの再生医療が積極的に行われている。生体から採取した骨髄由来間葉系幹細胞や脂肪由来間葉系幹細胞は、採取の後に大量に増やし、上記のような再生医療や再生医療研究に用いられる。この際、余剰に増やした細胞を凍結保存し、適宜使用することが一般的である。また、このような細胞の安定供給に対する需要も高まっている。 With the rapid development of regenerative medicine research in recent years, regenerative medicine such as cell therapy is being actively carried out not only for humans but also in the veterinary field. Bone marrow-derived mesenchymal stem cells and adipose-derived mesenchymal stem cells collected from living bodies are expanded in large quantities after collection and used for regenerative medicine and regenerative medicine research as described above. At this time, it is common to cryopreserve the extra cells and use them as appropriate. Additionally, demand for a stable supply of such cells is increasing.
細胞の凍結保存メカニズムにおいて、凍結および/または解凍の過程で細胞内に氷結晶が成長すると、細胞膜や細胞内構造が損傷を受けたり、細胞のタンパク質が変性したりして細胞が致命的なダメージを受けてしまうことが知られている。したがって、細胞を凍結保存する際には、細胞内凍結を防ぐことが重要であり、通常、細胞の凍結保存には、メチルスルホキシド(DMSO)、グリセリン、プロピレングリコールなどの低分子化合物が細胞内浸透型の凍結保護試薬として、培養培地などの緩衝液に加えることにより用いられている(特許文献1)。このうち、DMSOが最もよく用いられており、細胞や細胞小器官を保護する効果は良好である。しかしながら、細胞内浸透型の凍結保存液では、細胞内に凍結保護試薬である低分子化合物が浸透するため、凍結保護試薬の細胞への影響が懸念されている(非特許文献1)。 In the cell cryopreservation mechanism, when ice crystals grow inside cells during the freezing and/or thawing process, cell membranes and intracellular structures are damaged, cell proteins are denatured, and cells are fatally damaged. It is known that this can result in Therefore, when cryopreserving cells, it is important to prevent intracellular freezing. Normally, low-molecular-weight compounds such as methyl sulfoxide (DMSO), glycerin, and propylene glycol are used to permeate into the cells. It is used as a cryoprotective reagent by adding it to a buffer solution such as a culture medium (Patent Document 1). Among these, DMSO is most commonly used, and has a good effect of protecting cells and organelles. However, in intracellular-penetrating cryopreservation solutions, low-molecular-weight compounds that are cryoprotective reagents permeate into cells, so there are concerns about the effects of cryoprotective reagents on cells (Non-Patent Document 1).
そこで、化学物質の代わりに、凍結保護試薬として天然の凍結保護剤を利用する試みも行われている。例えば、二糖、オリゴ糖、または高分子多糖が非浸透型の凍結保護試薬として、培養培地などの緩衝液に加えることが知られている。 Therefore, attempts have been made to use natural cryoprotectants as cryoprotectants instead of chemicals. For example, it is known that disaccharides, oligosaccharides, or polymeric polysaccharides can be added to buffers such as culture media as non-permeating cryoprotective reagents.
また、ハイドロゲルを形成する架橋体内に生体成分を保持させる方法も検討されている。特許文献2には、重量平均分子量が5000~400万である原料のヒアルロン酸に、水酸基と反応して架橋構造を形成する置換基を有する側鎖が導入された修飾ヒアルロン酸を原料とした生体成分用保存剤が記載されている。修飾ヒアルロン酸は、ポリビニルアルコールなどの複数の水酸基を有する化合物の水酸基と反応して修飾ヒアルロン酸を架橋した架橋物となり、この寒天状のハイドロゲル中に生体成分が包埋されることにより保存剤として使用されている。特許文献2に記載のハイドロゲルの実際の保存剤としての分子量は数百万以上であると推測される。特許文献2においては、生体成分の保存は約4℃の冷蔵で実施されており保存期間は数日程度である。
Additionally, methods of retaining biological components within the crosslinked body that forms hydrogels are also being considered.
また、特許文献3では、ポリアミノ酸のアミノ基が、カルボン酸無水物でカルボキシル化(またはアセチル化)されることによりブロックされているカルボキシル化ポリアミノ酸と有機両性剤とを含む凍結保存組成物が記載されている。さらに、特許文献4では、フルクタンが細胞保存液の有効成分として開示されている。 Further, Patent Document 3 discloses a cryopreservation composition containing a carboxylated polyamino acid in which the amino groups of the polyamino acid are blocked by being carboxylated (or acetylated) with a carboxylic acid anhydride and an organic amphoteric agent. Are listed. Further, Patent Document 4 discloses fructan as an active ingredient of a cell preservation solution.
細胞内浸透型の凍結保護物質は、細胞の脱水を促進させることにより、細胞内に形成される氷晶の形成速度を遅らせ、氷晶形成を阻害する。特にDMSOは細胞内に浸透しやすく、したがって、哺乳動物細胞などの複雑な構造をもつ細胞の凍結保存に有効であるが、上述の非特許文献1にも記載されているように、DMSOのような化学物質は細胞毒性を有している。凍結保護物質の細胞内への浸透が進み細胞内濃度が上昇すると毒性の影響も高まると考えられる。 Intracellular cryoprotectants slow down the rate of ice crystal formation within cells and inhibit ice crystal formation by promoting cell dehydration. In particular, DMSO easily penetrates into cells and is therefore effective for cryopreservation of cells with complex structures such as mammalian cells. Chemical substances are cytotoxic. It is thought that as the cryoprotectant penetrates into cells and its intracellular concentration increases, the toxic effect also increases.
さらに、DMSOは、HL-60細胞やP19CL6細胞(マウス胎生期癌(embryonal carcinoma)細胞由来)などの分化を誘導すること(PNAS March 27, 2001 98 (7) 3826-3831.およびBiochem Biophys Res Commun. 2004 Sep 24;322(3):759-65.)、また、ES細胞の分化に影響を及ぼすことが報告されている(Cryobiology. 2006 Oct;53(2):194-205.)。したがって、凍結保護試薬としてのDMSOの使用は、幹細胞における未分化性や機能性の維持が必要である場合の細胞保存には適さないことが考えられる。また、DMSOを用いて試料を長期保存する場合、取扱い管理が必要となる液体窒素中または雰囲気下での試料の保存が必要不可欠であり、再生医療や再生医療研究の普及への課題となると考えられる。 Furthermore, DMSO induces differentiation of HL-60 cells and P19CL6 cells (derived from mouse embryonal carcinoma cells) (PNAS March 27, 2001 98 (7) 3826-3831. and Biochem Biophys Res Commun. 2004 Sep 24;322(3):759-65.), and has also been reported to affect the differentiation of ES cells (Cryobiology. 2006 Oct;53(2):194-205.). Therefore, it is considered that the use of DMSO as a cryoprotective reagent is not suitable for cell preservation when maintenance of undifferentiated state and functionality of stem cells is required. In addition, when storing samples for a long time using DMSO, it is essential to store the samples in liquid nitrogen or in an atmosphere that requires handling management, which is considered to be an issue for the dissemination of regenerative medicine and regenerative medicine research. It will be done.
一方、糖などの天然凍結保護物質は、細胞に親和的であるが、分子サイズが大きく、細胞内に取り込まれにくい。したがって、細胞外から添加するだけでは細胞内凍結を十分に抑制できないと考えられる。 On the other hand, natural cryoprotectants such as sugars have an affinity for cells, but their molecular size is large and it is difficult for them to be taken up into cells. Therefore, it is considered that intracellular freezing cannot be sufficiently suppressed just by adding from outside the cells.
特許文献2に記載の生体成分用保存剤では、前述のように、試験された保存期間は数日にすぎず、数か月単位の保存をするためにはより優れた凍結保存技術が必要であると考えられる。また、特許文献2に記載のハイドロゲルを製造するためにはヒアルロン酸への修飾基の導入が必要であり、さらに保存後の生体成分のハイドロゲルからの回収のためにゲルを溶解するための添加物の使用も必要となる。しかしながら、このような添加物を凍結保存方法に導入すると研究試験用としては使用できるものの、不純物の混入リスク等から、実際の医療用には使用しづらい。
As mentioned above, the preservative for biological components described in
特許文献3には、ポリアミノ酸のアミノ基がカルボン酸で修飾されたカルボキシル化ポリアミノ酸と有機両性剤と必要に応じて多糖を含む、凍結保存組成物が開示されているが、細胞を凍結保存させた場合の生存率は十分なものではなかった。 Patent Document 3 discloses a cryopreservation composition containing a carboxylated polyamino acid whose amino group is modified with a carboxylic acid, an organic amphoteric agent, and optionally a polysaccharide. The survival rate was not sufficient.
また、特許文献4に記載のフルクタンも破裂などによる細胞の死滅がみられ、細胞を十分に凍結保存できるものではなかった。 Furthermore, with the fructan described in Patent Document 4, cell death due to rupture or the like was observed, and cells could not be sufficiently frozen and preserved.
非浸透型の凍結保護試薬を使用する方法も知られているが、このような保存試薬のみでは、細胞への影響は低いものの、十分な保存効果を得ることができない。そこで、細胞内浸透型のDMSO、グリセリン、プロピレングリコールなどの細胞内浸透型の化合物と非浸透型の物質とを組み合わせて、化合物量の低減や置換が行われたものが市販されている。しかしながら、生体構成成分などの天然成分のみで良好な凍結保存効果を示し、かつ実用的であるような凍結保護物質は未だ報告されていない。 A method of using a non-permeating cryoprotectant reagent is also known, but such a preservation reagent alone does not have a sufficient preservation effect, although the effect on cells is low. Therefore, products are commercially available in which the amount of the compound is reduced or replaced by a combination of an intracellular-permeable compound such as DMSO, glycerin, or propylene glycol, and a non-permeable substance. However, a practical cryoprotectant that exhibits a good cryopreservation effect using only natural ingredients such as biological components has not yet been reported.
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたもので、生体試料がその性状を保持しつつ高い生存率で保存されている固化体を提供する。特には、固化体は、生体試料と共に水と水溶性高分子またはその塩とを含有するマトリクスを含み、これにより生体試料の凍結保存効果が向上されており、さらにジメチルスルホキシド(DMSO)、プロピレングリコール(PG)、エチレングリコール(EG)等の化学物質や、血清や血清由来タンパク質を含まないため、安全である。なお、細菌やウィルスに汚染されていないようなタンパク質を含むことは可能である。また、上記化学物質も細胞の機能を損なわない低濃度で添加することは可能である。本発明はまた、このような固化体を製造する方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a solidified body in which a biological sample is preserved at a high survival rate while retaining its properties. In particular, the solidified body contains a matrix containing water and a water-soluble polymer or a salt thereof together with the biological sample, which improves the cryopreservation effect of the biological sample, and furthermore, dimethyl sulfoxide (DMSO), propylene glycol, etc. It is safe because it does not contain chemicals such as (PG) and ethylene glycol (EG), nor does it contain serum or serum-derived proteins. Note that it is possible to include proteins that are not contaminated with bacteria or viruses. Furthermore, it is possible to add the above chemical substances at low concentrations that do not impair cell functions. The present invention also aims to provide a method for producing such a solidified body.
本発明は、水性溶媒と水溶性高分子またはその塩とを含有するマトリクスおよび生体試料を含む固化体であって、前記生体試料が、固化する前の培養液中(培地中)と比べて1より小さく1/3.5以上に縮小された正射影面積を有し、可視光を透過させた場合に光射出側から見て、前記生体試料が占める領域のマンセル表色系における明度および前記マトリクスが占める領域のマンセル表色系における明度の差が3以下であり、前記マトリクスの、示差走査熱量計(DSC)を用いた下記(1)~(2)の測定条件によって得られる昇温過程のDSC曲線において、吸熱ピークが確認されないか、または吸熱ピークが確認される温度が-1.4℃を超え、1.1℃以下であることを特徴とする固化体に関する。なお、ここで、DSCの走査は、(1)20℃で1分間保持後、5℃/minの降温速度で-80℃まで降温、(2)-80℃で1分間保持後、10℃/minの昇温速度で20℃まで昇温、の条件下で行われる。 The present invention provides a solidified body containing a matrix containing an aqueous solvent and a water-soluble polymer or a salt thereof, and a biological sample, wherein the biological sample is The brightness in the Munsell color system of the area occupied by the biological sample when viewed from the light exit side when visible light is transmitted and has an orthogonal projected area reduced to 1/3.5 or more, and the matrix The difference in brightness in the Munsell color system of the area occupied by The present invention relates to a solidified material characterized in that no endothermic peak is observed in the DSC curve, or the temperature at which an endothermic peak is observed is greater than -1.4°C and 1.1°C or less. Here, the DSC scanning was performed by (1) holding at 20°C for 1 minute, then lowering the temperature to -80°C at a cooling rate of 5°C/min, (2) holding at -80°C for 1 minute, then lowering the temperature to -80°C at 10°C/min. The temperature is raised to 20° C. at a heating rate of min.
なお、本明細書において「吸熱ピークが確認されない」というのは、吸熱ピークが-30℃~+5℃の範囲で確認されなければ、「吸熱ピークが確認されない」と考える。水溶性高分子を含む水が吸熱ピークを示すとすれば、概ねこの範囲だからである。また、生体試料の正射影面積や生体試料が占める領域およびマトリクス領域のマンセル表色系の明度は、凍結固化後は不変であるが、もし、生体試料の正射影面積や生体試料が占める領域およびマトリクス領域のマンセル表色系の明度に温度依存性がある場合には、-80℃にて正射影面積およびマンセル表色系の明度をそれぞれ測定する。 In this specification, "an endothermic peak is not observed" means that "an endothermic peak is not observed" unless an endothermic peak is observed in the range of -30°C to +5°C. If water containing a water-soluble polymer shows an endothermic peak, it is generally within this range. In addition, the orthogonal projected area of the biological sample, the area occupied by the biological sample, and the brightness in the Munsell color system of the matrix area remain unchanged after freezing and solidification. If the brightness of the Munsell color system in the matrix area has temperature dependence, the orthogonal projected area and the brightness of the Munsell color system are each measured at -80°C.
水溶性高分子の塩としては例えば、金属塩、ハロゲン塩もしくは硫酸塩が望ましい。金属塩としては、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の塩が望ましい。アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属としてはナトリウム、カリウム、カルシウムなどが選択される。ハロゲンとしては、塩素、臭素などを使用できる。 As the salt of the water-soluble polymer, for example, a metal salt, a halogen salt, or a sulfate is preferable. As the metal salt, an alkali metal or alkaline earth metal salt is preferable. Sodium, potassium, calcium, etc. are selected as the alkali metal or alkaline earth metal. As the halogen, chlorine, bromine, etc. can be used.
本発明の固化体は、生体試料に対する細胞内浸透型の凍結保護物質であるジメチルスルホキシドを含まないことが望ましい。また、本発明の固化体は、エチレングリコールなどの生体試料に対して細胞毒性のある凍結保護剤は含まない方が望ましい。これらは、解凍後の生体試料にとって有害だからである。 The solidified material of the present invention desirably does not contain dimethyl sulfoxide, which is an intracellular-penetrating cryoprotectant for biological samples. Further, it is preferable that the solidified material of the present invention does not contain a cryoprotectant such as ethylene glycol that is cytotoxic to biological samples. This is because these are harmful to the thawed biological sample.
本発明の固化体は、固化凍結物であることが好ましい。 The solidified product of the present invention is preferably a frozen solidified product.
固化体が、水溶性高分子またはその塩を0.1w/v%以上、20w/v%以下の含有量で含む固化体であることが好ましい。 It is preferable that the solidified body contains a water-soluble polymer or a salt thereof in a content of 0.1 w/v% or more and 20 w/v% or less.
本発明の固化体は、上記のDSCの(1)~(2)の測定条件によって得られる昇温過程のDSC曲線において、前記昇温過程における、吸熱ピークの吸熱量が、0J/g、または水からなる基準液の対応する吸熱量の65%以下であることが好ましい。 The solidified material of the present invention has an endothermic amount of 0 J/g or Preferably, the amount of heat absorbed is 65% or less of the corresponding endothermic amount of the reference solution consisting of water.
固化体に含まれる前記生体試料が、細胞であり、前記細胞が、哺乳動物細胞である固化体が好ましい。 Preferably, the biological sample contained in the solidified body is a cell, and the cells are mammalian cells.
固化体に含まれる前記生体試料が、細胞であり、前記細胞が、哺乳動物間葉系幹細胞、哺乳動物血球細胞、または哺乳動物内皮細胞である固化体が好ましい。 Preferably, the biological sample contained in the solidified body is a cell, and the cell is a mammalian mesenchymal stem cell, a mammalian blood cell, or a mammalian endothelial cell.
本発明の固化体は、好ましくは、融解されて生体試料投与用溶液として用いられ得る。本発明の固化体は、DMSOやエチレングリコールなどの細胞浸透性で毒性を有する化合物を含まず、また、血清や血清由来タンパク質も含まないため、融解後にそのまま生体試料投与溶液とすることができる。なお、細菌やウィルスに汚染されていないようなタンパク質を添加することは可能である。また、細胞の機能を損なわない低濃度で細胞浸透性で毒性を有する化合物を使用することは可能である。 The solidified material of the present invention can preferably be melted and used as a solution for administering a biological sample. The solidified product of the present invention does not contain cell-permeable and toxic compounds such as DMSO and ethylene glycol, and also does not contain serum or serum-derived proteins, so it can be used as a biological sample administration solution after thawing. Note that it is possible to add proteins that are not contaminated with bacteria or viruses. It is also possible to use cell-permeable and toxic compounds at low concentrations that do not impair cell function.
本発明の固化体が融解された生体試料投与用溶液中に含有される生体試料によるHGFの産生量が、前記水溶性高分子またはその塩の代わりにDMSOを含む固化体中の生体試料が融解後に産生するHGFの産生量と比較して抑制されていることが好ましい。 The amount of HGF produced by the biological sample contained in the solution for biological sample administration in which the solidified body of the present invention is melted is lower than that of the biological sample in the solidified body containing DMSO instead of the water-soluble polymer or its salt. It is preferable that the amount of HGF produced is suppressed compared to the amount of HGF produced later.
本発明の固化体が融解された生体試料投与用溶液中に含有される生体試料によるIL-10の産生量が、前記水溶性高分子またはその塩の代わりにDMSOを含む固化体中の生体試料が融解後に産生するIL-10の産生量と比較して増大されていることが好ましい。 The amount of IL-10 produced by the biological sample contained in the solution for biological sample administration in which the solidified body of the present invention is melted is determined by the biological sample in the solidified body containing DMSO instead of the water-soluble polymer or its salt. is preferably increased compared to the amount of IL-10 produced after thawing.
本発明は、また、生体試料を含んだ固化体を製造する方法であって、水溶性高分子またはその塩を水性溶媒中に溶解させて、-80℃に凍結させた際前記生体試料が、固化する前の培養液中(培地中)と比べて1より小さく1/3.5以上に縮小された正射影面積を有し、-80℃に凍結させた際可視光を透過させた場合に光射出側から見て、前記生体試料が占める領域のマンセル表色系における明度および前記生体試料が占める前記領域以外の領域のマンセル表色系における明度の差が3以下であり、示差走査熱量計(DSC)を用いた下記(1)~(2)の測定条件によって得られる昇温過程のDSC曲線において、吸熱ピークが確認されないか、または吸熱ピークが確認される温度が-1.4℃を超え、1.1℃以下となる性質をもつように調整された高分子水溶液を準備する工程と、前記高分子水溶液中に前記生体試料を含ませる工程と、前記生体試料を含む前記高分子水溶液を冷却および凍結する工程とを備えることを特徴とする固化体を製造する方法に関する。なお、ここで、DSCの走査は、(1)20℃で1分間保持後、5℃/minの降温速度で-80℃まで降温、(2)-80℃で1分間保持後、10℃/minの昇温速度で20℃まで昇温、の条件下で行われる。 The present invention also provides a method for producing a solidified body containing a biological sample, in which a water-soluble polymer or a salt thereof is dissolved in an aqueous solvent and frozen at -80°C. It has an orthogonal projected area that is smaller than 1 and has been reduced to 1/3.5 or more compared to the culture solution (medium) before solidification, and when visible light is transmitted when frozen at -80°C. When viewed from the light exit side, the difference between the brightness in the Munsell color system of the area occupied by the biological sample and the brightness in the Munsell color system of the area occupied by the biological sample other than the area occupied by the biological sample is 3 or less, and the differential scanning calorimeter is In the DSC curve of the heating process obtained under the following measurement conditions (1) and (2) using (DSC), no endothermic peak is observed, or the temperature at which the endothermic peak is observed is -1.4°C. a step of preparing an aqueous polymer solution adjusted to have a property that the temperature exceeds 1.1°C, a step of including the biological sample in the aqueous polymer solution, and the aqueous polymer solution containing the biological sample. A method for producing a solidified body, comprising the steps of cooling and freezing the solidified body. Here, the DSC scanning was performed by (1) holding at 20°C for 1 minute, then lowering the temperature to -80°C at a cooling rate of 5°C/min, (2) holding at -80°C for 1 minute, then lowering the temperature to -80°C at 10°C/min. The temperature is raised to 20° C. at a heating rate of min.
なお、本明細書において「吸熱ピークが確認されない」というのは、吸熱ピークが-30℃~+5℃の範囲で確認されなければ、「吸熱ピークが確認されない」と考える。水溶性高分子を含む水が吸熱ピークを示すとすれば、概ねこの範囲だからである。 In this specification, "an endothermic peak is not observed" means that "an endothermic peak is not observed" unless an endothermic peak is observed in the range of -30°C to +5°C. If water containing a water-soluble polymer shows an endothermic peak, it is generally within this range.
水溶性高分子の塩としては例えば、金属塩、ハロゲン塩もしくは硫酸塩が望ましい。金属塩としては、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の塩が望ましい。アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属としてはナトリウム、カリウム、カルシウムなどが選択される。ハロゲンとしては、塩素、臭素などを使用できる。 As the salt of the water-soluble polymer, for example, a metal salt, a halogen salt, or a sulfate is preferable. As the metal salt, an alkali metal or alkaline earth metal salt is preferable. Sodium, potassium, calcium, etc. are selected as the alkali metal or alkaline earth metal. As the halogen, chlorine, bromine, etc. can be used.
また、本発明の生体試料を含む固化体中にはジメチルスルホキシドやエチレングリコールなどの細胞浸透性で細胞毒性を有する化合物を含ませないことが望ましい。これらは解凍後に細胞に対して毒性を有しているからである。また、血清や血清由来タンパク質なども含ませないことが望ましい。なお、細菌やウィルスに汚染されていないようなタンパク質を添加することは可能である。また、細胞の機能を損なわない低濃度で細胞浸透性で毒性を有する化合物を使用することは可能である。 Further, it is desirable that the solidified material containing the biological sample of the present invention does not contain cell-permeable and cytotoxic compounds such as dimethyl sulfoxide and ethylene glycol. This is because these are toxic to cells after thawing. It is also desirable not to include serum or serum-derived proteins. Note that it is possible to add proteins that are not contaminated with bacteria or viruses. It is also possible to use cell-permeable and toxic compounds at low concentrations that do not impair cell function.
前記生体試料を含む前記高分子水溶液を冷却および凍結する工程が、冷却速度10℃/min以下の緩慢凍結法で-27℃以下の温度まで冷却および凍結することで行われる固化体を製造する方法が好ましい。 A method for producing a solidified material, wherein the step of cooling and freezing the aqueous polymer solution containing the biological sample is performed by cooling and freezing to a temperature of -27°C or less by a slow freezing method at a cooling rate of 10°C/min or less. is preferred.
本発明の生体試料を含んだ固化体を製造する方法において、生体試料を含む高分子水溶液を冷却および凍結する際の温度の範囲としては、-27℃以下であれば限定されるものではないが、上限として、望ましくは、-70℃以下、好ましくは-80℃以下である。また下限として、望ましくは、-196℃以上、好ましくは-150℃以上である。 In the method for producing a solidified material containing a biological sample according to the present invention, the temperature range for cooling and freezing the aqueous polymer solution containing a biological sample is not limited to -27°C or lower. The upper limit is desirably -70°C or lower, preferably -80°C or lower. The lower limit is desirably -196°C or higher, preferably -150°C or higher.
本発明の生体試料を含んだ固化体を製造する方法において、生体試料を含む高分子水溶液を冷却および凍結する際の冷却速度としては、10℃/min以下が好ましく、望ましくは、1℃/min以下であり、冷却および凍結する工程が緩慢凍結法で行われることが好ましい。 In the method for producing a solidified body containing a biological sample according to the present invention, the cooling rate when cooling and freezing the aqueous polymer solution containing a biological sample is preferably 10°C/min or less, preferably 1°C/min. It is preferable that the cooling and freezing steps are performed by a slow freezing method.
本発明の生体試料を含んだ固化体を製造する方法では、固化体に水溶性高分子またはその塩を0.1w/v%以上、20w/v%以下の含有量で含ませることが好ましい。 In the method for producing a solidified body containing a biological sample according to the present invention, it is preferable that the solidified body contains a water-soluble polymer or a salt thereof in a content of 0.1 w/v % or more and 20 w/v % or less.
本発明の生体試料を含んだ固化体を製造する方法では、水溶性高分子またはその塩の水溶液の、上記のDSCの(1)~(2)の測定条件によって得られる昇温過程のDSC曲線の昇温過程における吸熱ピークの吸熱量が、0J/g、または水からなる基準液の対応する吸熱量の65%以下であることが好ましい。 In the method of producing a solidified body containing a biological sample of the present invention, a DSC curve of a heating process of an aqueous solution of a water-soluble polymer or its salt obtained under the above-mentioned DSC measurement conditions (1) and (2) is used. It is preferable that the endothermic amount of the endothermic peak in the temperature raising process is 0 J/g or 65% or less of the corresponding endothermic amount of the reference liquid consisting of water.
本発明によれば、細胞内浸透型の凍結保護物質であるDMSOやエチレングリコールなどの細胞浸透性で毒性を有する化合物を用いずに、性状が適切に維持されている細胞等の生体試料を含む固化体を提供することができる。本発明において使用される水溶性高分子またはその塩は、細胞内非浸透型であるため、生体試料に対して低毒性であるにも関わらず、生体試料に対して高い凍結保護効果を示すため、固化体中の生体試料は高い生存率で保存される。 According to the present invention, biological samples such as cells whose properties are appropriately maintained without using cell-penetrating and toxic compounds such as intracellular-penetrating cryoprotectants such as DMSO and ethylene glycol can be used. A solidified body can be provided. The water-soluble polymer or its salt used in the present invention is non-intracellularly permeable and therefore has low toxicity to biological samples, yet exhibits a high cryoprotective effect on biological samples. , biological samples in solidified bodies are preserved with a high survival rate.
また、本発明の固化体は、固化体中の生体試料へのダメージを防ぐための血清や血清由来タンパク質を含まないため、細菌やウィルスに汚染されることもない。生体由来の未知成分や感染物質を含むおそれがないため、本発明の固化体は融解された後、そのまま生体試料投与用溶液として用いることができる。したがって、例えば再生医療用途の生体試料の保存に適切であると考えられる。なお、細菌やウィルスに汚染されていないようなタンパク質を使用することは可能である。また、細胞の機能を損なわない低濃度で細胞浸透性で毒性を有する化合物を使用することは可能である。 Furthermore, the solidified material of the present invention does not contain serum or serum-derived proteins to prevent damage to biological samples in the solidified material, and therefore is not contaminated with bacteria or viruses. Since there is no risk of containing unknown components or infectious substances derived from living organisms, the solidified product of the present invention can be used as it is as a solution for administering biological samples after being thawed. Therefore, it is considered suitable for storing biological samples for regenerative medicine applications, for example. Note that it is possible to use proteins that are not contaminated with bacteria or viruses. It is also possible to use cell-permeable and toxic compounds at low concentrations that do not impair cell function.
本発明の固化体のマトリクスを形成する水溶性高分子またはその塩は水性溶媒中に溶解されている。したがって、本発明の固化体のマトリクスには、水と水溶性高分子またはその塩とに加えて、水性溶媒由来の成分が含まれていてもよい。本発明において使用され得る水性溶媒としては、水、生理的溶液、または、体液や細胞液の浸透圧とほぼ同じになるようにナトリウムイオン、カリウムイオン、カルシウムイオン等によって塩濃度や糖濃度等を調整した等張水溶液が好ましい水性溶媒として挙げられる。具体的には、水性溶媒は、例えば、水、生理食塩水、緩衝効果のある生理食塩水であるリン酸緩衝生理食塩水(phosphate buffered saline;PBS)、ダルベッコリン酸緩衝生理食塩水、トリス緩衝生理食塩水(Tris Buffered Saline;TBS)、HEPES緩衝生理食塩水等、ハンクス平衡塩溶液などの平衡塩溶液、リンゲル液、乳酸リンゲル液、酢酸リンゲル液、重炭酸リンゲル液、または、D-MEM、E-MEM、αMEM、RPMI-1640培地、Ham’s F-12、Ham’s F-10、M-199などの動物細胞培養用基礎培地、各種の細胞または組織用の一般的な培養液、市販の培地などである。しかしながら、本発明の水性溶媒には、DMSOやエチレングリコール、血清や血清由来のタンパク質などは含まれないことが好ましい。なお、細菌やウィルスに汚染されていないようなタンパク質を添加することは可能である。また、細胞の機能を損なわない低濃度で細胞浸透性で毒性を有する化合物を使用することは可能である。 The water-soluble polymer or its salt forming the matrix of the solidified material of the present invention is dissolved in an aqueous solvent. Therefore, the matrix of the solidified material of the present invention may contain components derived from an aqueous solvent in addition to water and a water-soluble polymer or a salt thereof. Examples of aqueous solvents that can be used in the present invention include water, physiological solutions, and salt and sugar concentrations adjusted using sodium ions, potassium ions, calcium ions, etc. so that the osmotic pressure is approximately the same as the osmotic pressure of body fluids and cell fluids. Adjusted isotonic aqueous solutions are mentioned as preferred aqueous solvents. Specifically, the aqueous solvent includes, for example, water, physiological saline, phosphate buffered saline (PBS), which is a physiological saline with a buffering effect, Dulbecco's phosphate buffered saline, and Tris buffered saline. Physiological saline (Tris Buffered Saline; TBS), HEPES buffered saline, etc., balanced salt solutions such as Hank's balanced salt solution, Ringer's solution, lactated Ringer's solution, acetic Ringer's solution, bicarbonate Ringer's solution, or D-MEM, E-MEM, αMEM, RPMI-1640 medium, basal medium for animal cell culture such as Ham's F-12, Ham's F-10, M-199, general culture medium for various cells or tissues, commercially available medium, etc. It is. However, the aqueous solvent of the present invention preferably does not contain DMSO, ethylene glycol, serum, serum-derived proteins, or the like. Note that it is possible to add proteins that are not contaminated with bacteria or viruses. It is also possible to use cell-permeable and toxic compounds at low concentrations that do not impair cell function.
本発明の固化体によれば、細胞等の生体試料が、毒性の高いDMSOやエチレングリコールなどの凍結保護物質を使用せずに、生体試料の生存率およびその性状を維持したままで、水と水溶性高分子またはその塩とを含有するマトリクス中で凍結保存され得る。本発明の固化体において凍結保護剤として機能し得る、本発明で使用される水溶性高分子またはその塩は、凍結時に生体試料からの脱水を促進させることにより、良好なガラス化状態を生体試料の内外で実現することができる。本発明における水溶性高分子またはその塩は、細胞膜透過性でない。したがって、細胞等の生体試料のガラス化時に、生体試料中に浸透して生体組織を膨潤させることがなく、この結果、本発明の固化体に含まれる生体試料は、固化する前の培養液中(培地中)と比較して縮小した正射影面積を有する。本発明における水溶性高分子において、水溶性高分子の分子種および重合度(分子量)を調整することにより、および/または、水溶性高分子の水溶液に低分子量や単分子の化合物を添加することにより、昇温過程の融解の吸熱ピークの温度および熱量、ならびに、固化体の溶媒部分領域と生体試料内領域とにおける可視光の透過率の差が調整され得る。本発明において、高分子水溶液のDSCで吸熱ピークが観察されないか、または標準水(超純水)の吸熱ピーク付近に吸熱ピークが出現するように調整することにより、ならびに、固化体の溶媒部分領域と生体試料内領域とにおいて可視光を照射した際の明度の差を調整することにより、細胞等の生体組織の凍結保存効果が改善され得る。 According to the solidified material of the present invention, biological samples such as cells can be mixed with water while maintaining the viability and properties of the biological sample without using cryoprotectants such as highly toxic DMSO or ethylene glycol. It can be cryopreserved in a matrix containing a water-soluble polymer or a salt thereof. The water-soluble polymer or its salt used in the present invention, which can function as a cryoprotectant in the solidified material of the present invention, promotes dehydration from the biological sample during freezing, thereby maintaining a good vitrification state of the biological sample. It can be realized both inside and outside of. The water-soluble polymer or its salt in the present invention is not cell membrane permeable. Therefore, when vitrifying a biological sample such as cells, the biological sample does not penetrate into the biological sample and swell the biological tissue. It has a reduced orthographic area compared to (in medium). In the water-soluble polymer of the present invention, by adjusting the molecular species and degree of polymerization (molecular weight) of the water-soluble polymer, and/or adding a low molecular weight or monomolecular compound to the aqueous solution of the water-soluble polymer. Accordingly, the temperature and amount of heat at the endothermic peak of melting during the heating process, as well as the difference in visible light transmittance between the solvent partial region of the solidified body and the biological sample internal region can be adjusted. In the present invention, by adjusting the DSC of the polymer aqueous solution so that no endothermic peak is observed or an endothermic peak appears near the endothermic peak of standard water (ultrapure water), and by adjusting the solvent partial region of the solidified body. The cryopreservation effect of living tissues such as cells can be improved by adjusting the difference in brightness when visible light is irradiated between the visible light and the internal region of the biological sample.
本発明の固化体は、DMSOやエチレングリコールなどの細胞内浸透型の化学物質を含まない。このため、生体試料へのダメージや細胞毒性、また、DMSOに関して報告されているような細胞の性状への影響を低く抑えることができる。固化体が融解された後でも、生体試料の性状は適切に維持され得る。 The solidified material of the present invention does not contain intracellular penetrating chemicals such as DMSO and ethylene glycol. Therefore, damage to biological samples, cytotoxicity, and effects on cell properties such as those reported for DMSO can be suppressed. Even after the solidified body is melted, the properties of the biological sample can be maintained appropriately.
さらに、本発明の固化体では、血清および/または血清由来タンパク質を含ませることなく、生体試料の生存率および性状を維持することが可能となるため、生体試料が細菌やウィルスに汚染されることもない。 Furthermore, the solidified material of the present invention can maintain the viability and properties of biological samples without containing serum and/or serum-derived proteins, so that biological samples are not contaminated with bacteria or viruses. Nor.
また、本発明の固化体は、生体試料を含ませた高分子水溶液を、緩慢凍結させることによって簡便に製造され得る。また、得られた固化体は、DMSOやエチレングリコールなどの細胞毒性を有する化学物質や血清などのタンパク質が用いられていないにも関わらず、-27℃以下の温度で、すなわちディープフリーザー中などで長期間安定に保存することができる。なお、細菌やウィルスに汚染されていないようなタンパク質を添加することは可能である。また、細胞の機能を損なわない低濃度で細胞浸透性で毒性を有する化合物を使用することは可能である。 Furthermore, the solidified material of the present invention can be easily produced by slowly freezing an aqueous polymer solution containing a biological sample. In addition, the obtained solidified product can be stored at temperatures below -27°C, such as in a deep freezer, even though cytotoxic chemicals such as DMSO and ethylene glycol and proteins such as serum are not used. It can be stored stably for a long period of time. Note that it is possible to add proteins that are not contaminated with bacteria or viruses. It is also possible to use cell-permeable and toxic compounds at low concentrations that do not impair cell function.
凍結保存温度の範囲としては、-27℃以下であれば限定されるものではないが、上限として、望ましくは、-70℃以下、好ましくは-80℃以下である。また下限として、望ましくは、-196℃以上、好ましくは-150℃以上である。 The range of cryopreservation temperature is not limited as long as it is -27°C or lower, but the upper limit is desirably -70°C or lower, preferably -80°C or lower. The lower limit is desirably -196°C or higher, preferably -150°C or higher.
本発明の固化体は、水と水溶性高分子またはその塩とを含有するマトリクスおよび生体試料を含む固化体である。そして、本発明の固化体中において、生体試料は、固化される前と比較して1より小さく1/3.5以上に縮小された正射影面積を有している。 The solidified body of the present invention is a solidified body that includes a matrix containing water and a water-soluble polymer or a salt thereof, and a biological sample. In the solidified body of the present invention, the biological sample has an orthogonal projected area that is smaller than 1 and reduced to 1/3.5 or more compared to before solidification.
なお、本発明において、生体試料の「正射影面積」とは、顕微鏡用冷却ステージ上で生体試料を観察した場合の、冷却ステージの法線方向上方から画像を撮影し、画像中の生体試料の面積を画像解析ソフトImageJ(https://imagej.nih.gov/ij/)で算出した面積を意味している。 In the present invention, the "orthogonal projected area" of a biological sample refers to the area of the biological sample in the image taken from above in the normal direction of the cooling stage when the biological sample is observed on a cooling stage for a microscope. It means the area calculated using the image analysis software ImageJ (https://imagej.nih.gov/ij/).
本発明の固化体において、固化体中の生体試料は、凍結固化時に生体試料内からの水の排出が促進された結果、凍結前の生体試料と比較してその体積が収縮している。このように細胞内が良好に脱水されることにより、凍結時の細胞へのダメージは著しく低下され、細胞が保護され、そして固化体が融解された際、固化体に含まれていた細胞などの生体試料は高い生存率を示す。 In the solidified body of the present invention, the volume of the biological sample in the solidified body is reduced compared to that of the biological sample before freezing, as a result of accelerated discharge of water from within the biological sample during freezing and solidification. By effectively dehydrating the cells in this way, damage to the cells during freezing is significantly reduced, the cells are protected, and when the solidified material is thawed, the cells contained in the solidified material are removed. Biological samples show high viability.
本発明の固化体においては、生体試料内が脱水されることにより、生体試料内での氷晶の形成が抑制または防止され、水と水溶性高分子またはその塩とを含有するマトリクス部分と生体試料内とが良好なガラス化状態となっている。したがって、マトリクス部分にも生体試料内にも氷晶が形成されない。結晶粒が大きな氷晶が形成されると、固化体に可視光を透過させた場合にその可視光が遮断されて、氷晶部分の明度は低下する。本発明の固化体では、固化体のマトリクス部分も生体試料内も同じような凍結状態に形成されている、すなわち同じようにガラス化されているため、本発明の凍結状態にある固化体に可視光を透過させた場合には、光射出側から見て、固化体中の生体試料内部の明度と固化体中のマトリクス部分すなわち生体試料内部以外の領域の明度とは近くなっている。好ましくは、生体試料が占める領域のマンセル表色系における明度およびマトリクスが占める領域のマンセル表色系における明度の差は3以下である。そして、凍結固化されたマトリクス部分と生体試料内部とが、氷晶形成による暗転を起こしていないことが好ましい。 In the solidified material of the present invention, the formation of ice crystals in the biological sample is suppressed or prevented by dehydrating the biological sample, and the matrix portion containing water and a water-soluble polymer or a salt thereof is combined with the biological sample. The inside of the sample is in a good vitrified state. Therefore, no ice crystals are formed either in the matrix portion or in the biological sample. When ice crystals with large crystal grains are formed, when visible light is transmitted through the solidified body, the visible light is blocked, and the brightness of the ice crystal portion decreases. In the solidified body of the present invention, the matrix portion of the solidified body and the inside of the biological sample are formed in a similar frozen state, that is, they are vitrified in the same way, so that the solidified body in the frozen state of the present invention has no visible When light is transmitted, the brightness inside the biological sample in the solidified body is close to the brightness in the matrix portion of the solidified body, that is, the area other than the inside of the biological sample, when viewed from the light exit side. Preferably, the difference between the brightness of the area occupied by the biological sample in the Munsell color system and the brightness of the area occupied by the matrix in the Munsell color system is 3 or less. Preferably, the frozen solidified matrix portion and the inside of the biological sample do not darken due to ice crystal formation.
通常、ガラス化法と呼ばれる凍結方法は、溶液が凍結する際に溶質(凍害を防止するための凍結保護剤)が結晶から排除されることにより残存溶液中の塩濃度が上昇し、細胞内外で浸透圧差が生じることにより細胞内を脱水し細胞内部をガラス化するという方法であり、解凍後の生存率が特に低い細胞に適用される。このような方法では、水をよりガラス化しやすくするために、溶質(凍結保護剤)の濃度を高めることや、冷却速度を大きくすることが行われる。しかしながら、浸透圧差を大きくすると細胞へのダメージも大きくなってしまう問題や、溶解時に再結晶化が起こり細胞がダメージを受けてしまうという問題が知られてきた。また、手技的にも困難が伴う。 Normally, in a freezing method called vitrification, when a solution is frozen, solutes (cryoprotectants to prevent frost damage) are removed from the crystals, resulting in an increase in the salt concentration in the remaining solution, which increases the concentration of salt inside and outside cells. This method dehydrates the inside of the cell and vitrifies the inside of the cell by creating an osmotic pressure difference, and is applied to cells whose survival rate after thawing is particularly low. In such a method, in order to make water more easily vitrified, the concentration of a solute (cryoprotectant) is increased or the cooling rate is increased. However, it has been known that increasing the osmotic pressure difference causes greater damage to cells, and that recrystallization occurs during dissolution, resulting in cell damage. It is also technically difficult.
本発明においては、生体試料からの脱水およびその促進は、水溶性高分子またはその塩と水とを含有するマトリクスによって実現される。本発明のマトリクスは、冷却過程で高分子鎖により形成されるマトリクス内に水性溶媒分子を良好にトラップすることができる。これにより、冷却時に水性溶媒の水の分子運動を制限して、水を結晶化せずに、すなわち氷晶が形成されることなく、ガラス化状態で固化および/または凍結することができる。 In the present invention, dehydration from a biological sample and its promotion are realized by a matrix containing water and a water-soluble polymer or a salt thereof. The matrix of the present invention can effectively trap aqueous solvent molecules within the matrix formed by polymer chains during the cooling process. This restricts the molecular movement of the water in the aqueous solvent upon cooling, allowing the water to solidify and/or freeze in a vitrified state without crystallizing, ie without forming ice crystals.
固化凍結時に、本発明において使用される水溶性高分子は、その高分子鎖の作用により、非晶質であるガラス状態のマトリクスを形成する。本発明の固化体では、溶媒の水分子は高分子のネットワークマトリクス中に存在して、自由水または束縛水(水分子が高分子に絡め捕られた状態)の状態で存在していると考えられる。また、固化凍結時に細胞等内から浸透圧差で排除されてきた水分子は、細胞等の生体試料の周囲の高分子と置換されるものと考えられる。この置換により、生体試料内から外への水分子の移動はさらに促進され得る。この結果生体試料内での氷晶の形成が抑制および防止され、生体試料内がガラス化状態となる。 During solidification and freezing, the water-soluble polymer used in the present invention forms an amorphous glassy matrix due to the action of its polymer chains. In the solidified product of the present invention, the water molecules of the solvent are thought to exist in the network matrix of the polymer, and exist in the state of free water or bound water (a state in which water molecules are entangled and captured by the polymer). It will be done. Furthermore, it is thought that water molecules that have been removed from cells etc. due to the osmotic pressure difference during solidification and freezing are replaced with macromolecules surrounding the biological sample such as cells. This substitution may further facilitate the movement of water molecules from within the biological sample to the outside. As a result, the formation of ice crystals within the biological sample is suppressed and prevented, and the inside of the biological sample becomes vitrified.
すなわち、本発明の固化体では、水溶性高分子の高分子鎖の作用により、生体試料内外がともにガラス化されるので、従来のガラス化法での問題である凍結時の生体試料における浸透圧ショックを弱めることができる。したがって、細胞毒性を有するジメチルスルホキシド(DMSO)やエチレングリコールなどの化学物質を含有させる必要がなく、本発明の固化体は、DMSOおよび/またはエチレングリコールを含まない。 In other words, in the solidified material of the present invention, both the inside and outside of the biological sample are vitrified by the action of the polymer chains of the water-soluble polymer, so the osmotic pressure in the biological sample during freezing, which is a problem with conventional vitrification methods, is reduced. Shock can be weakened. Therefore, there is no need to contain cytotoxic chemical substances such as dimethyl sulfoxide (DMSO) and ethylene glycol, and the solidified material of the present invention does not contain DMSO and/or ethylene glycol.
本発明の固化体は、このような優れたガラス化能を有するマトリクスを含むものである。このような本発明のマトリクスにおいては、示差走査熱量計(DSC)を用いた以下の(1)~(2)の測定条件によって得られる昇温過程のDSC曲線において、DSCで測定した吸熱ピークが確認されないか、または吸熱ピークが確認される温度が-1.4℃を超え、1.1℃以下である。
DSCの測定条件:
(1)20℃で1分間保持後、5℃/minの降温速度で-80℃まで降温、および
(2)-80℃で1分間保持後、10℃/minの昇温速度で20℃まで昇温。
The solidified material of the present invention contains a matrix having such excellent vitrification ability. In such a matrix of the present invention, the endothermic peak measured by DSC in the DSC curve of the temperature rising process obtained under the following measurement conditions (1) and (2) using a differential scanning calorimeter (DSC) is Either no endothermic peak is observed, or the temperature at which an endothermic peak is observed is greater than -1.4°C and 1.1°C or less.
DSC measurement conditions:
(1) After holding at 20°C for 1 minute, lower the temperature to -80°C at a cooling rate of 5°C/min, and (2) After holding at -80°C for 1 minute, lower the temperature to 20°C at a heating rate of 10°C/min. Temperature rising.
すなわち、本発明のマトリクスにおいては、水の融解に起因すると推定される吸熱ピークは、マトリクスの昇温過程において、観察されないか、または、観察される場合、-1.4℃を超え、1.1℃以下の範囲、すなわち超純水において同条件下のDSC測定で吸熱ピークが観察される温度(0.7℃)付近に存在する。溶媒や細胞などの生体試料内のガラス化のためには、一般的に、より降下した溶融点(凝固点)を有する溶液などを用いることが望ましいように思われる。しかし、本発明者らは、凍結時の生体試料の良好なガラス化のためには、マトリクスがこの技術的常識の逆の特徴を有していることが望ましいことを見出した。通常、融解点(凝固点)が水のそれよりも下がるという現象は、水のマトリクス中に溶質が分散している状態で生じるものであるが、本発明における水溶性高分子を含むマトリクスでは、逆に、水溶性高分子で形成される水性溶媒中の高分子ネットワークマトリクス中に水分子が存在しており、水は高分子マトリクス中に氷結しない状態で、自由水として存在するか、あるいは水は氷結するとしても高分子に絡め捕られた状態(束縛水)で氷結する。このため、本発明の高分子水溶液では、昇温過程において水の融解の吸熱ピークは観察されないか、あるいは、純水の吸熱ピークが観察される温度と近い温度で観察されると推定される。 That is, in the matrix of the present invention, the endothermic peak estimated to be caused by the melting of water is not observed during the heating process of the matrix, or if it is observed, it exceeds -1.4°C, and 1. It exists in the range of 1° C. or lower, that is, near the temperature (0.7° C.) at which an endothermic peak is observed in ultrapure water under DSC measurement under the same conditions. In order to vitrify a solvent or a biological sample such as a cell, it generally seems desirable to use a solution having a lower melting point (freezing point). However, the present inventors have found that for good vitrification of biological samples upon freezing, it is desirable for the matrix to have characteristics opposite to this common knowledge. Normally, the phenomenon that the melting point (freezing point) is lower than that of water occurs when a solute is dispersed in a water matrix, but in the matrix containing water-soluble polymers in the present invention, the opposite phenomenon occurs. Water molecules exist in a polymer network matrix in an aqueous solvent formed of water-soluble polymers, and water exists as free water without freezing in the polymer matrix, or water Even if it freezes, it freezes when it is entangled in polymers (bound water). Therefore, in the aqueous polymer solution of the present invention, it is presumed that the endothermic peak of water melting is not observed during the temperature raising process, or that it is observed at a temperature close to the temperature at which the endothermic peak of pure water is observed.
このような本発明のマトリクスを形成し得る水溶性高分子としては、例えば、親水基を有するモノマーを繰り返し単位として含む重合体などを使用することができる。ここで、親水性基は、例えば、ヒドロキシル基ならびにカルボン酸基およびその塩である。また、水溶性高分子は、置換されていてもよいアミノ基または置換されていてもよいアミド基を有するような窒素含有モノマーを繰り返し単位として含んでいてもよい。特には、水溶性高分子の構造内にエクアトリアル位のヒドロキシル基を有していることが好ましい場合がある。これにより、溶媒の水を凍結時により良好に高分子鎖で形成されるマトリクス内にトラップすることができると考えられるからである。 As the water-soluble polymer that can form such a matrix of the present invention, for example, a polymer containing a monomer having a hydrophilic group as a repeating unit can be used. Here, the hydrophilic group is, for example, a hydroxyl group, a carboxylic acid group, and a salt thereof. Further, the water-soluble polymer may contain a nitrogen-containing monomer having an optionally substituted amino group or an optionally substituted amide group as a repeating unit. In particular, it may be preferable that the water-soluble polymer has a hydroxyl group at an equatorial position within its structure. This is because it is thought that this allows the solvent water to be better trapped within the matrix formed by the polymer chains during freezing.
親水基を有するモノマーは例えば、糖残基である。この場合、本発明において使用される高分子は、糖残基が繰り返し単位としてグリコシド結合により結合した重合体およびこれらの誘導体を含む水溶性高分子であり得る。糖残基としては、単糖、または、単糖のヒドロキシル基および/またはヒドロキシメチル基が置換された単糖、例えば、ヒドロキシル基および/またはヒドロキシメチル基が、カルボキシル基、アミノ基、N-アセチルアミノ基、スルホオキシ基、メトキシカルボニル基およびカルボキシメチル基からなる群より選ばれる少なくとも1種の置換基で置換された単糖などが例示されるがこれらに限定はされない。 A monomer having a hydrophilic group is, for example, a sugar residue. In this case, the polymer used in the present invention may be a water-soluble polymer containing polymers in which sugar residues are bonded as repeating units through glycosidic bonds and derivatives thereof. Examples of sugar residues include monosaccharides or monosaccharides in which the hydroxyl group and/or hydroxymethyl group of the monosaccharide is substituted, for example, the hydroxyl group and/or hydroxymethyl group may be substituted with a carboxyl group, an amino group, or an N-acetyl group. Examples include, but are not limited to, monosaccharides substituted with at least one substituent selected from the group consisting of an amino group, a sulfoxy group, a methoxycarbonyl group, and a carboxymethyl group.
単糖としては、トリオース、テトロース、ペントース、ヘキソースおよびヘプトース等が挙げられる。例えば、ペントースとしては、リボース、アラビノース、キシロース、リキソース、キシルロース、リブロース、デオキシリボースなどが挙げられる。ヘキソースとしては、グルコース、マンノース、ガラクトース、フルクトース、ソルボース、タガトース、フコース、フクロース、ラムノースなどが挙げられる。 Examples of monosaccharides include triose, tetrose, pentose, hexose, and heptose. For example, pentoses include ribose, arabinose, xylose, lyxose, xylulose, ribulose, deoxyribose, and the like. Examples of the hexose include glucose, mannose, galactose, fructose, sorbose, tagatose, fucose, fuucrose, rhamnose, and the like.
例えば、カルボキシル基で置換された単糖としては、ウロン酸などが挙げられる。ウロン酸としては、例えば、グルクロン酸、イズロン酸、マンヌロン酸およびガラクツロン酸などが挙げられる。アミノ基で置換された単糖としては、アミノ糖などが挙げられる。アミノ糖としては、例えば、グルコサミン、ガラクトサミン、マンノサミンおよびムラミン酸などが挙げられる。N-アセチルアミノ基で置換された単糖としては、例えば、N-アセチルグルコサミン、N-アセチルマンノサミン、N-アセチルガラクトサミンおよびN-アセチルムラミン酸などが挙げられる。スルホオキシ基で置換された単糖としては、ガラクトース-3-硫酸などが挙げられる。また複数の置換基をもつ単糖としては、例えば、N-アセチルグルコサミン-4-硫酸、イズロン酸-2-硫酸、グルクロン酸-2-硫酸、N-アセチルガラクトサミン-4-硫酸、ノイラミン酸およびN-アセチルノイラミン酸などが挙げられる。 For example, examples of the monosaccharide substituted with a carboxyl group include uronic acid. Examples of uronic acids include glucuronic acid, iduronic acid, mannuronic acid, and galacturonic acid. Examples of monosaccharides substituted with amino groups include amino sugars. Examples of amino sugars include glucosamine, galactosamine, mannosamine, and muramic acid. Examples of the monosaccharide substituted with an N-acetylamino group include N-acetylglucosamine, N-acetylmannosamine, N-acetylgalactosamine, and N-acetylmuramic acid. Examples of monosaccharides substituted with sulfoxy groups include galactose-3-sulfate. Examples of monosaccharides with multiple substituents include N-acetylglucosamine-4-sulfate, iduronic acid-2-sulfate, glucuronic acid-2-sulfate, N-acetylgalactosamine-4-sulfate, neuraminic acid, and N-acetylglucosamine-4-sulfate. - Examples include acetylneuraminic acid.
例えば、本発明において使用される水溶性高分子は、上述したような単糖類を繰り返し単位として含む高分子である。例えば、本発明における水溶性高分子は、置換されていてもよいペントース、ヘキソースもしくはウロン酸またはそれらの組み合せを繰り返し単位として含む高分子であり得る。例えば、本発明における水溶性高分子はその主鎖に六員環構造を含み得る。六員環構造を主鎖に持つ多糖類等は、水素結合を介して、細胞の周囲に高分子のネットワーク構造を形成し易い場合があるためである。また、本発明における水溶性高分子は、親水性基を有するモノマーと窒素含有モノマーとの交互共重合体であってもよい。窒素含有モノマーは例えばアミノ糖であってもよい。この場合、例えば、本発明における水溶性高分子は、グリコサミノグリカンであり得る。また、1つ以上のヒドロキシル基がスルホオキシ基で置換された、硫酸化多糖類であってもよい。これらに限定されるわけではないが、本発明における高分子としては、例えば、ヒアルロン酸、デキストラン、プルラン、またはコンドロイチン硫酸などが挙げられる。 For example, the water-soluble polymer used in the present invention is a polymer containing monosaccharides as described above as repeating units. For example, the water-soluble polymer in the present invention can be a polymer containing an optionally substituted pentose, hexose, or uronic acid, or a combination thereof as a repeating unit. For example, the water-soluble polymer in the present invention may include a six-membered ring structure in its main chain. This is because polysaccharides and the like having a six-membered ring structure in their main chain may easily form a polymer network structure around cells through hydrogen bonds. Moreover, the water-soluble polymer in the present invention may be an alternating copolymer of a monomer having a hydrophilic group and a nitrogen-containing monomer. The nitrogen-containing monomer may be, for example, an amino sugar. In this case, for example, the water-soluble polymer in the present invention may be a glycosaminoglycan. It may also be a sulfated polysaccharide in which one or more hydroxyl groups are substituted with a sulfoxy group. Examples of the polymer in the present invention include, but are not limited to, hyaluronic acid, dextran, pullulan, chondroitin sulfate, and the like.
本発明における水溶性高分子またはその塩は、天然由来のものであってもよく、また、化学的に合成したものを用いてもよい。市販の水溶性高分子またはその塩をそのまま使用してもよい。分子量がより大きな天然由来の高分子化合物や市販の高分子化合物を用いて、加水分解や酵素処理、亜臨界処理等の処理に付してその切断生成物を得、分子量の調整をして本発明における水溶性高分子としてもよい。また、各モノマーも、天然由来のものであってもよく、天然由来のモノマーを修飾・置換して用いてもよく、また、化学合成されたものでもよい。例えば、好ましくは、本発明における水溶性高分子に含まれるモノマーは生体構成成分である。水溶性高分子を含むマトリクスに生体試料が混合されたり、保存されたりした際の細胞毒性が低いと考えられる。また、固化体を解凍および/または融解した後に、生体試料から細胞保護成分を洗浄して除くような、従来の凍結保存液に必要なプロセスが不要または簡便化され得る。 The water-soluble polymer or its salt in the present invention may be of natural origin, or may be chemically synthesized. Commercially available water-soluble polymers or their salts may be used as they are. Using a naturally derived polymer compound or a commercially available polymer compound with a larger molecular weight, the cleavage product is obtained by subjecting it to treatments such as hydrolysis, enzyme treatment, and subcritical treatment, and the molecular weight is adjusted. It may also be used as a water-soluble polymer in the invention. Furthermore, each monomer may be naturally derived, a naturally derived monomer may be modified or substituted, or it may be chemically synthesized. For example, preferably, the monomer contained in the water-soluble polymer in the present invention is a biological component. It is thought that cytotoxicity is low when a biological sample is mixed or stored in a matrix containing a water-soluble polymer. In addition, a process required for conventional cryopreservation solutions, such as washing and removing cell protection components from a biological sample after thawing and/or thawing the solidified body, may be unnecessary or simplified.
冷却過程において、本発明における水溶性高分子の高分子鎖により形成されるマトリクス内に水分子が効率よくトラップされるために、本発明においては例えば、水溶性高分子またはその塩を水性溶媒に溶解した高分子水溶液の極限粘度は、0.20~0.95dL/g程度に調整され得る。高分子水溶液の極限粘度が小さ過ぎると、高分子が拡散してしまい、水溶性高分子のネットワークに水分子を絡め捕ることができない。一方、高分子水溶液の極限粘度が高すぎると、生体試料近傍での水分子との置換が進行しない。また、生体試料を凍結保存するために高分子溶液中に生体試料を含ませる際のハンドリング性が悪化するという問題が生じ得る。高分子水溶液の極限粘度を0.20dL/g以上、0.95dL/g以下程度の範囲とすることにより、高分子水溶液が冷却された場合、凍結状態での非晶質であるガラス状態が安定化され得る。このため、冷却および凍結によっても生体試料がダメージを受けにくく、生体試料が安定に高い生存性を維持したままで、効率よく固化体中に保存されると考えられる。氷晶の形成による生体試料の細胞の破壊も起こりにくい。したがって、本発明の固化体を融解した後の溶液中の生体試料における細胞の生存率が高い。 In order for water molecules to be efficiently trapped in the matrix formed by the polymer chains of the water-soluble polymer in the present invention during the cooling process, in the present invention, for example, the water-soluble polymer or its salt is added to the aqueous solvent. The intrinsic viscosity of the dissolved polymer aqueous solution can be adjusted to about 0.20 to 0.95 dL/g. If the intrinsic viscosity of the aqueous polymer solution is too small, the polymer will diffuse, making it impossible to entangle and capture water molecules in the water-soluble polymer network. On the other hand, if the intrinsic viscosity of the aqueous polymer solution is too high, replacement with water molecules near the biological sample will not proceed. Further, there may arise a problem that handling properties deteriorate when a biological sample is included in a polymer solution for cryopreservation. By setting the intrinsic viscosity of the polymer aqueous solution within the range of 0.20 dL/g or more and 0.95 dL/g or less, when the polymer aqueous solution is cooled, the amorphous glass state in the frozen state is stabilized. can be converted into Therefore, it is thought that the biological sample is not easily damaged by cooling and freezing, and the biological sample is efficiently stored in the solidified body while maintaining stable high viability. Destruction of cells in biological samples due to ice crystal formation is also less likely to occur. Therefore, the survival rate of cells in the biological sample in the solution after melting the solidified material of the present invention is high.
なお、本発明において使用される水溶性高分子またはその塩の水溶液の「極限粘度(η)」とは、以下のような方法と計算式とから算出される値を意味する。 Note that the "intrinsic viscosity (η)" of the aqueous solution of the water-soluble polymer or its salt used in the present invention means a value calculated from the following method and calculation formula.
極限粘度測定:
(1)所定量のNaClを30℃のイオン交換水に溶解させ、0.2MのNaCl溶液(標準液)を調製する。
(2)水溶性高分子またはその塩の試料を30℃の標準液に溶解させ、原液を調製する。水溶性高分子またはその塩の試料が溶液で入手される場合は、溶液から溶媒を除去した固形分を水溶性高分子またはその塩の試料とする。複数の水溶性高分子を含む混合試料の場合は、そのまま混合物の試料とする。水溶性高分子に不純物が混じった混合物であっても、そのまま試料とする。もっとも、後述する粘度平均分子量を測定する場合は、この限りではない。複数の水溶性高分子を含む混合試料の場合は、各水溶性高分子を分離、分画した後、各溶液から溶媒を除去したものを各水溶性高分子の試料とする。また、未知の水溶性高分子であれば、水溶性高分子についてHPLC、LC-MSやLC-IR等で物質を同定して、後述するように粘度平均分子量を計算する。また、未知の水溶性高分子を複数含む場合は、各成分を分離、分画し、それぞれの水溶性高分子についてHPLC、LC-MSやLC-IR等で物質を同定し、後述するように粘度平均分子量を計算する。なお、水溶性高分子に不純物が混じった混合物であっても、粘度に影響がなければ(例えば、金属塩のような不純物)、混合物を水溶性高分子の試料とする。また、粘度平均分子量の計算に影響がある不純物を含む場合は、不純物を除去するか、水溶性高分子を分画した後測定する。この際、標準液および原液それぞれの粘度を測定し、標準液に対する原液の相対粘度が2.0~2.4となるように調整する。
(3)30℃の原液を、30℃の標準液を用いて5/4、5/3、5/2倍となるようにそれぞれ希釈する。
(4)30℃の標準液、原液および希釈液の粘度をそれぞれ測定する。粘度測定には、E型粘度計を用いる。
(5)原液および希釈液それぞれの粘度を標準液の粘度で割ったものを相対粘度(ηr)とし、下式に基づき還元粘度を導出する。
ここで、ηsp:水溶性またはその塩の還元粘度[mL/g]、ηr:水溶性高分子またはその塩の相対粘度[-]、C:水溶性高分子またはその塩の濃度[g/mL]である。
(6)水溶性高分子またはその塩の濃度と、水溶性高分子またはその塩の還元粘度との関係をそれぞれプロットし、近似直線を引く。近似直線の切片(高分子または糖類濃度=0)の値を水溶性高分子またはその塩の水溶液の極限粘度とする。
Intrinsic viscosity measurement:
(1) A predetermined amount of NaCl is dissolved in ion-exchanged water at 30°C to prepare a 0.2M NaCl solution (standard solution).
(2) Dissolve a sample of a water-soluble polymer or its salt in a standard solution at 30°C to prepare a stock solution. When a sample of a water-soluble polymer or its salt is obtained in the form of a solution, the solid content obtained by removing the solvent from the solution is used as the sample of the water-soluble polymer or its salt. In the case of a mixed sample containing multiple water-soluble polymers, use the sample as is. Even if it is a mixture of water-soluble polymers mixed with impurities, it can be used as a sample. However, this is not the case when measuring the viscosity average molecular weight described below. In the case of a mixed sample containing a plurality of water-soluble polymers, each water-soluble polymer is separated and fractionated, and then the solvent is removed from each solution to obtain a sample of each water-soluble polymer. If the water-soluble polymer is unknown, the substance is identified by HPLC, LC-MS, LC-IR, etc., and the viscosity average molecular weight is calculated as described below. In addition, if multiple unknown water-soluble polymers are included, separate and fractionate each component, identify the substance of each water-soluble polymer by HPLC, LC-MS, LC-IR, etc., and proceed as described below. Calculate the viscosity average molecular weight. Note that even if the mixture contains impurities in the water-soluble polymer, if the viscosity is not affected (for example, impurities such as metal salts), the mixture is used as a sample of the water-soluble polymer. Furthermore, if the sample contains impurities that affect the calculation of the viscosity average molecular weight, the impurities are removed or the water-soluble polymer is fractionated before measurement. At this time, the viscosity of each of the standard solution and stock solution is measured, and the relative viscosity of the stock solution with respect to the standard solution is adjusted to be 2.0 to 2.4.
(3) Dilute the 30°C stock solution to 5/4, 5/3, and 5/2 times using the 30°C standard solution.
(4) Measure the viscosity of the standard solution, stock solution, and diluted solution at 30°C. An E-type viscometer is used for viscosity measurement.
(5) The relative viscosity (η r ) is obtained by dividing the viscosity of each of the stock solution and diluted solution by the viscosity of the standard solution, and the reduced viscosity is derived based on the following formula.
Here, η sp : Reduced viscosity of the water-soluble polymer or its salt [mL/g], η r : Relative viscosity of the water-soluble polymer or its salt [-], C: Concentration of the water-soluble polymer or its salt [g] /mL].
(6) Plot the relationship between the concentration of the water-soluble polymer or its salt and the reduced viscosity of the water-soluble polymer or its salt, and draw an approximate straight line. The value of the intercept of the approximate straight line (polymer or saccharide concentration = 0) is taken as the limiting viscosity of the aqueous solution of the water-soluble polymer or its salt.
高分子水溶液の極限粘度は、水溶性高分子の分子種と重合度(粘度平均分子量)を選択することで調整することができる。 The intrinsic viscosity of the aqueous polymer solution can be adjusted by selecting the molecular species and degree of polymerization (viscosity average molecular weight) of the water-soluble polymer.
例えば、本発明において使用される水溶性高分子またはその塩は、例えば、3000を超え、500000以下である粘度平均分子量を有する水溶性高分子またはその塩である。この程度の粘度平均分子量をもつ水溶性高分子またはその塩を使用することにより、水溶性高分子を含むマトリクスが冷却された場合に、凍結状態での非晶質であるガラス状態が安定化される。このため、冷却および凍結時にマトリクスにより細胞が保護され、その結果細胞がダメージを受けにくく、固化体内に細胞が安定に効率よく凍結保存され得る。したがって、凍結保存後の固化体を解凍した後の、生体試料における細胞の生存率が高い。水溶性高分子の粘度平均分子量が3000以下であると、ガラス化が良好に起こりにくい場合がある。また、水溶性高分子の粘度平均分子量が500000より大きいと、粘度が著しく上昇し、また、溶解度が低下したり、調製した溶液が泡立ってハンドリング性が悪化するという問題が生じ得る。粘度平均分子量は例えば、10000以上が好ましい。また、400000以下、さらには200000以下の粘度平均分子量である高分子が好ましく、150000以下が特に好ましい。水溶液として粘度を低く調整でき、また取扱いやすいからである。 For example, the water-soluble polymer or its salt used in the present invention is, for example, a water-soluble polymer or its salt having a viscosity average molecular weight of more than 3,000 and less than 500,000. By using a water-soluble polymer or its salt with a viscosity average molecular weight of this level, when a matrix containing a water-soluble polymer is cooled, the amorphous glass state in the frozen state is stabilized. Ru. Therefore, the cells are protected by the matrix during cooling and freezing, and as a result, the cells are less likely to be damaged, and the cells can be stably and efficiently cryopreserved in the solidified body. Therefore, the survival rate of cells in the biological sample after thawing the solidified material after cryopreservation is high. If the viscosity average molecular weight of the water-soluble polymer is 3000 or less, vitrification may be difficult to occur satisfactorily. Furthermore, if the viscosity average molecular weight of the water-soluble polymer is greater than 500,000, the viscosity will increase significantly, and the solubility may decrease, and the prepared solution may foam, resulting in poor handling properties. For example, the viscosity average molecular weight is preferably 10,000 or more. Further, a polymer having a viscosity average molecular weight of 400,000 or less, more preferably 200,000 or less is preferable, and 150,000 or less is particularly preferable. This is because the viscosity can be adjusted to be low as an aqueous solution and it is easy to handle.
なお、本発明において使用される水溶性高分子または塩の「粘度平均分子量」は、上記の方法と計算式から算出された極限粘度(η)を用いて、以下のような方法と計算式とによって求められる The "viscosity average molecular weight" of the water-soluble polymer or salt used in the present invention is determined by the following method and formula using the intrinsic viscosity (η) calculated from the above method and formula. required by
粘度平均分子量:
粘度平均分子量は、極限粘度から算出する。
上記のマークホーイング桜田の式に、測定で導出した極限粘度と、文献等で公開されているKとαの値から粘度平均分子量Mを求める。例えば、水溶性高分子がヒアルロン酸の場合、K=3.6×10-4およびα=0.78である。その他、プルランおよびゼラチンの場合、文献値よりK=9×10-4、α=0.5であり、デキストランでは、K=6.3×10-8、α=1.4、また、コンドロイチン硫酸では、K=5.8×10-4、α=0.74、フルクタンでは、K=1.6×10-3、α=0.45、カルボキシル化ポリリジンはK=2.78×10-5、α=0.87である。
Viscosity average molecular weight:
The viscosity average molecular weight is calculated from the intrinsic viscosity.
The viscosity average molecular weight M is determined using the Mark Hoing Sakurada equation described above, the intrinsic viscosity derived through measurement, and the values of K and α published in literature. For example, when the water-soluble polymer is hyaluronic acid, K=3.6×10 −4 and α=0.78. In addition, in the case of pullulan and gelatin, K = 9 × 10 -4 and α = 0.5 from literature values, and for dextran, K = 6.3 × 10 -8 , α = 1.4, and chondroitin sulfate. Then, K = 5.8 x 10 -4 , α = 0.74, for fructan, K = 1.6 x 10 -3 , α = 0.45, and for carboxylated polylysine, K = 2.78 x 10 -5 , α=0.87.
Kおよびαは高分子の種類によって変動する数値であり、例えば「高分子材料便覧」(社団法人高分子学会編)など多数の公開文献にKとαの値が開示されており、公表されている値を用いて、極限粘度(η)より粘度平均分子量を算出することができる。 K and α are numerical values that vary depending on the type of polymer. For example, the values of K and α are disclosed in many published documents such as "Polymer Materials Handbook" (edited by the Society of Polymer Science and Technology), and have not been published. The viscosity average molecular weight can be calculated from the intrinsic viscosity (η) using the value shown in FIG.
本発明では、この方法で算定された分子量を粘度平均分子量とする。なお、スクロースやグルクロン酸のような単糖や二糖、単分子と考えられる化合物の場合は、構造式から分子量が明確に特定されるため、構造式から特定される分子量を粘度平均分子量として擬制して扱う。 In the present invention, the molecular weight calculated by this method is defined as the viscosity average molecular weight. In addition, in the case of monosaccharides, disaccharides, and compounds considered to be single molecules, such as sucrose and glucuronic acid, the molecular weight can be clearly specified from the structural formula, so the molecular weight specified from the structural formula can be assumed to be the viscosity average molecular weight. Treat it as such.
本発明で使用される水溶性高分子またはその塩の親水性基は、修飾されていないか、修飾されていても親水性基の全数の50%以下、すなわち、高分子鎖に置換基が導入されていないか、導入されていても親水性基の全数の50%以下であることが望ましい。水溶性高分子の親水性基、特にOH基、NH2基、COOH基が生体試料の保護およびマトリクスのガラス化、生体試料周辺の水分子との置換に寄与していると推定されるため、これらの官能基が修飾されていない方が生体試料の生存率向上に有利だからである。さらに、水溶性高分子に官能基を導入しようとすると、高分子の親水性基を修飾する際に使用される試薬などにより、高分子の凍結保護効果に悪影響を与えたり、再生医療目的の生体試料の凍結保存のための凍結保存液として使用できなくなったりする恐れがある。 The hydrophilic groups of the water-soluble polymer or its salt used in the present invention are either unmodified or, even if modified, 50% or less of the total number of hydrophilic groups, that is, substituents are introduced into the polymer chain. It is desirable that the number of hydrophilic groups is not more than 50% of the total number of hydrophilic groups. It is assumed that the hydrophilic groups of water-soluble polymers, especially OH groups, NH 2 groups, and COOH groups, contribute to the protection of biological samples, vitrification of the matrix, and replacement with water molecules around biological samples. This is because it is advantageous to improve the survival rate of biological samples if these functional groups are not modified. Furthermore, when attempting to introduce functional groups into water-soluble polymers, the reagents used to modify the hydrophilic groups of the polymers may adversely affect the cryoprotective effect of the polymers or There is a risk that it may become unusable as a cryopreservation solution for cryopreservation of samples.
さらに、本発明者らは、本発明において、水と水溶性高分子またはその塩とを含有するマトリクスの吸熱ピークの調整は、水溶性高分子またはその塩を含む高分子水溶液に、水溶性高分子よりも低い分子量を有する糖類またはその塩を添加することにより行うことができることを見出した。したがって、本発明のマトリクスは、水溶性高分子に加え、低分子量の糖類またはその塩をさらに含んでいてもよい。 Furthermore, in the present invention, the present inventors have discovered that in order to adjust the endothermic peak of a matrix containing water and a water-soluble polymer or a salt thereof, a water-soluble polymer or a salt thereof is added to an aqueous polymer solution containing a water-soluble polymer or a salt thereof. It has been found that this can be achieved by adding a saccharide or a salt thereof having a lower molecular weight than the molecule. Therefore, the matrix of the present invention may further contain a low molecular weight saccharide or a salt thereof in addition to the water-soluble polymer.
低分子量の糖類またはその塩は、水溶性高分子中の親水性基によって、水素結合により高分子マトリクス内に保持される。この結果、高分子マトリクス中にトラップされる自由水や束縛水として存在する水の量やバランスが変化されると考えられる。さらに、低分子量の糖類またはその塩は、凍結過程における生体試料内の脱水をさらに促進させる作用もあると考えられる。すなわち、低分子量の糖類またはその塩を保持した高分子が細胞などの生体試料の周りに存在することで、細胞膜近傍の水分子は低分子量の糖類とも置換されると推定される。したがって、凍結中に細胞等の生体試料から浸透圧差で生体試料外へと排出された水は、細胞等の生体試料の周囲の高分子に加え、低分子量の糖類とも置換するものと考えられる。したがって、低分子量の糖類またはその塩の添加は、生体試料内からの水の排出を助け、そして、水分子との置換により、細胞膜付近の氷晶の形成および成長を抑制または防止すると考えられる。例えば高分子水溶液の極限粘度を0.20dL/g以上、0.95dL/g以下の範囲とすることで、水分子と低分子量の糖類との置換を促進することができる。その結果、凍結中の細胞膜障害が顕著に抑制され得る。換言すると、低分子量の糖類またはその塩は、高分子水溶液中、細胞保護のための成分として機能し得る。高分子水溶液の極限粘度が小さ過ぎると、高分子溶液中に低分子量の糖類が拡散してしまい、水溶性高分子のネットワークに水分子を効率よく絡め捕ることができないおそれがある。一方、高分子水溶液の極限粘度が高すぎると、低分子量の糖類と水分子との置換が効率よく進行しないと考えられる。 The low molecular weight saccharide or its salt is held within the polymer matrix by hydrogen bonding by hydrophilic groups in the water-soluble polymer. As a result, it is thought that the amount and balance of water that exists as free water and bound water trapped in the polymer matrix changes. Furthermore, low molecular weight saccharides or salts thereof are thought to have the effect of further promoting dehydration within the biological sample during the freezing process. That is, it is presumed that when a polymer holding a low molecular weight saccharide or a salt thereof is present around a biological sample such as a cell, water molecules near the cell membrane are also replaced with the low molecular weight saccharide. Therefore, it is thought that water discharged from a biological sample such as cells during freezing due to the osmotic pressure difference replaces not only the macromolecules surrounding the biological sample such as cells but also low molecular weight sugars. Therefore, the addition of low molecular weight sugars or their salts is believed to aid in the drainage of water from within the biological sample and, through replacement with water molecules, suppress or prevent the formation and growth of ice crystals near cell membranes. For example, by setting the intrinsic viscosity of the aqueous polymer solution to a range of 0.20 dL/g or more and 0.95 dL/g or less, replacement of water molecules and low molecular weight saccharides can be promoted. As a result, cell membrane damage during freezing can be significantly suppressed. In other words, a low molecular weight saccharide or a salt thereof can function as a component for cell protection in an aqueous polymer solution. If the intrinsic viscosity of the aqueous polymer solution is too small, low molecular weight saccharides will diffuse into the polymer solution, and water molecules may not be efficiently entangled and captured in the water-soluble polymer network. On the other hand, if the intrinsic viscosity of the aqueous polymer solution is too high, it is thought that the replacement of low molecular weight sugars with water molecules will not proceed efficiently.
低分子量の糖類またはその塩をそのマトリクス内に保持するためにも、本発明において使用される水溶性高分子またはその塩の親水性基は、修飾されていないか、修飾されていても親水性基の全数の50%以下、すなわち、高分子鎖に置換基が導入されていないか、導入されていても親水性基の全数の50%以下であることが望ましい。水溶性高分子の親水性基が修飾されていると、親水性基による低分子量の糖類またはその塩の保持効果が低下してしまい、低分子量の糖類が共存していても、生体試料の生存率向上に十分寄与させることができないことがある。したがって、例えば、水溶性高分子のOH基やNH2基をカルボン酸などで修飾することは好ましくない場合がある。 In order to retain low molecular weight saccharides or salts thereof within the matrix, the water-soluble polymers used in the present invention or the hydrophilic groups of their salts are either unmodified or hydrophilic even if modified. It is desirable that the number of substituents be 50% or less of the total number of groups, that is, that no substituents be introduced into the polymer chain, or even if substituents are introduced, it is 50% or less of the total number of hydrophilic groups. If the hydrophilic groups of water-soluble polymers are modified, the retention effect of low molecular weight sugars or their salts by the hydrophilic groups will be reduced, and even if low molecular weight sugars coexist, biological samples will not survive. In some cases, it may not be possible to make a sufficient contribution to improving the rate. Therefore, for example, it may not be preferable to modify the OH group or NH 2 group of a water-soluble polymer with a carboxylic acid or the like.
本発明において使用される低分子量の糖類またはその塩は、例えば3000以下の粘度平均分子量を有する糖類またはその塩である。好ましくは、粘度平均分子量が1000以下である、単糖類、二糖類、またはオリゴ糖などであり得る。 The low molecular weight saccharide or its salt used in the present invention is, for example, a saccharide or its salt having a viscosity average molecular weight of 3000 or less. Preferably, it may be a monosaccharide, a disaccharide, or an oligosaccharide having a viscosity average molecular weight of 1000 or less.
本発明における低分子量の糖類は、例えば、水溶性高分子を構成するモノマーとして上述された単糖類であってもよい。例えば、低分子量の糖類は、グルコース、フルクトース、ガラクトースまたはそれらのアルコール基が酸化したウロン酸もしくはアルコール基がアミノ基で置換されたアミノ糖、スクロース、トレハロース、または、それらの重合体または組み合わせである。また、低分子量の糖類は、例えば、高分子、例えばヒアルロン酸、デキストラン、プルラン、またはコンドロイチン硫酸などの断片であってもよい。本発明の効果を損なわない限り特に限定されないが、低分子量の糖類は、例えば、グリコサミノグリカンの切断生成物(断片)すなわちグリコサミノグリカンを構成している単糖、その二糖、またはそのオリゴ糖であり得る。ヒアルロン酸の場合は、粘度平均分子量が1000以下のものを用いることが望ましい。 The low molecular weight saccharide in the present invention may be, for example, the monosaccharide mentioned above as a monomer constituting a water-soluble polymer. For example, the low molecular weight saccharide is glucose, fructose, galactose, or an amino sugar in which the alcohol group is oxidized with uronic acid or the alcohol group is substituted with an amino group, sucrose, trehalose, or a polymer or combination thereof. . The low molecular weight saccharide may also be, for example, a fragment of a macromolecule such as hyaluronic acid, dextran, pullulan, or chondroitin sulfate. Although not particularly limited as long as it does not impair the effects of the present invention, low molecular weight saccharides include, for example, cleavage products (fragments) of glycosaminoglycans, that is, monosaccharides constituting glycosaminoglycans, disaccharides thereof, or It can be an oligosaccharide. In the case of hyaluronic acid, it is desirable to use one with a viscosity average molecular weight of 1000 or less.
好ましくは、低分子量の糖類は、ヒアルロン酸の切断生成物である。したがって、好ましくは、本発明において使用される低分子量の糖類またはその塩は、グルクロン酸もしくはN-アセチルグルコサミン、もしくは、それらからなる二糖もしくはオリゴ、または、それらの塩である。好ましくは、糖類は、グルクロン酸もしくはその修飾化合物、またはその二糖もしくはオリゴ糖、またはその塩であり得る。 Preferably, the low molecular weight saccharide is a cleavage product of hyaluronic acid. Therefore, preferably, the low molecular weight saccharide or salt thereof used in the present invention is glucuronic acid or N-acetylglucosamine, or a disaccharide or oligo consisting thereof, or a salt thereof. Preferably, the saccharide may be glucuronic acid or a modified compound thereof, or a disaccharide or oligosaccharide thereof, or a salt thereof.
本発明でいう「切断生成物」とは、高分子に対して加水分解や酵素処理、亜臨界処理等の処理を行った際に得られると考えられる、元の高分子より小さな分子量をもつ化合物を意味する。例えば、本発明における高分子は、上述のように、より大きな高分子化合物の処理により得られる、水溶性高分子であってもよく、そして、本発明における低分子量の糖類は、本発明における水溶性高分子の処理により得られる、低分子量の糖類であってもよい。本発明において、切断生成物は、元の高分子の構成成分であるモノマーおよび/またはモノマーの種々の重合度の重合体および/またはそれらの混合物であり得る。 In the present invention, the term "cleavage product" refers to a compound that is thought to be obtained when a polymer is subjected to treatments such as hydrolysis, enzymatic treatment, subcritical treatment, etc., and has a molecular weight smaller than that of the original polymer. means. For example, the polymer in the present invention may be a water-soluble polymer obtained by processing a larger polymer compound, as described above, and the low molecular weight saccharide in the present invention may be a water-soluble polymer in the present invention. It may also be a low molecular weight saccharide obtained by processing a polymer. In the present invention, the cleavage products can be monomers that are constituents of the original polymer and/or polymers of different degrees of polymerization of the monomers and/or mixtures thereof.
「亜臨界処理」とは、所定の温度および所定の圧力の条件下で亜臨界状態にした抽出溶媒としての亜臨界流体と、抽出対象の原料とを接触させることを意味する。例えば、水は、圧力22.12MPa以上および温度374.15℃以上まで上げると液体でも気体でもない状態を示す。この点を水の臨界点といい、臨界点より低い近傍の温度および圧力の熱水を亜臨界水という。この亜臨界水の加水分解作用を用いて、抽出対象の原料から所望の成分を得ることができる。本発明において、亜臨界処理する場合の条件としては、例えば、150℃以上、350℃以下の温度であり、亜臨界処理圧力は、各温度の飽和蒸気圧以上とすることができるが例えば、0.5MPa以上、25MPa以下とすることができる。亜臨界処理後、所定の分子量以下である成分が分離回収され、本発明の切断生成物として使用され得る。また、加水分解や酵素処理としても、特に限定されず、通常用いられるような試薬および処理方法が問題なく用いられ得る。 "Subcritical treatment" means bringing into contact a subcritical fluid as an extraction solvent brought into a subcritical state under conditions of a predetermined temperature and a predetermined pressure, and a raw material to be extracted. For example, when water is raised to a pressure of 22.12 MPa or higher and a temperature of 374.15° C. or higher, it becomes neither liquid nor gas. This point is called the critical point of water, and hot water with a temperature and pressure lower than the critical point is called subcritical water. By using the hydrolysis action of this subcritical water, desired components can be obtained from the raw material to be extracted. In the present invention, the conditions for subcritical treatment are, for example, a temperature of 150°C or higher and 350°C or lower, and the subcritical treatment pressure can be higher than or equal to the saturated vapor pressure at each temperature, but for example, 0. It can be set to .5 MPa or more and 25 MPa or less. After the subcritical treatment, components having a predetermined molecular weight or less can be separated and recovered and used as the cleavage product of the present invention. Furthermore, the hydrolysis and enzymatic treatments are not particularly limited, and commonly used reagents and treatment methods can be used without any problem.
本発明で使用される水溶性高分子および低分子量の糖類は、一度の亜臨界処理によって同時に得られるものであってもよい。すなわち、本発明における水溶性高分子および低分子量の糖類は、粘度平均分子量として3000より大きく、500000以下である分子量範囲に第1の分子量分布を有し、粘度平均分子量として3000以下の分子量の範囲に第2の分子量分布を有するような、高分子化合物の亜臨界処理物であってもよい。したがって、例えば、高分子水溶液の製造方法は、粘度平均分子量として500000を超える分子量を有する多糖類である高分子を水に溶解させた後、水の亜臨界条件下で抽出処理を行うことによって、本発明で使用される水溶性高分子および低分子量の糖類を得る工程を含んでいてもよい。しかしながら、もちろん、本発明で使用される水溶性高分子および低分子量の糖類は、別々の処理工程で処理および/または分子量に基づいて分離されたものを組み合わせて用いてもよい。 The water-soluble polymer and low molecular weight saccharide used in the present invention may be obtained simultaneously through a single subcritical treatment. That is, the water-soluble polymer and low molecular weight saccharide in the present invention have a first molecular weight distribution in a molecular weight range of more than 3000 and less than 500000 as a viscosity average molecular weight, and a molecular weight range of 3000 or less as a viscosity average molecular weight. It may also be a subcritically processed product of a polymer compound having a second molecular weight distribution. Therefore, for example, a method for producing an aqueous polymer solution involves dissolving a polymer, which is a polysaccharide having a viscosity average molecular weight of more than 500,000, in water, and then performing an extraction process under subcritical conditions of the water. The method may include a step of obtaining a water-soluble polymer and a low molecular weight saccharide used in the present invention. However, of course, the water-soluble polymers and low molecular weight saccharides used in the present invention may be treated and/or separated on the basis of molecular weight in separate processing steps and used in combination.
本発明における低分子量の糖類またはその塩の水溶液は、純水においてDSC測定で吸熱ピークが観察される温度(0.7℃)よりも低い温度でその吸熱ピークが観察される。例えば、粘度平均分子量が1000以下であるヒアルロン酸は、吸熱ピークの温度が、-8.1℃であり、純水の吸熱ピークの温度0.7℃よりも低下している。 In the aqueous solution of a low molecular weight saccharide or a salt thereof in the present invention, an endothermic peak is observed at a temperature lower than the temperature (0.7° C.) at which an endothermic peak is observed in DSC measurement in pure water. For example, hyaluronic acid with a viscosity average molecular weight of 1000 or less has an endothermic peak temperature of -8.1°C, which is lower than the endothermic peak temperature of pure water, 0.7°C.
一方、本発明で使用される水溶性高分子またはその塩は、例えば、粘度平均分子量15000のヒアルロン酸で、吸熱ピーク温度が-1.4℃であり、粘度平均分子量373000のプルランで、1.49℃である。本発明にしたがい、このような水溶性高分子またはその塩に、低分子量糖類またはその塩を組み合わせると、高分子水溶液の吸熱ピーク温度は純水の吸熱ピーク温度に近づけられるか、または、吸熱ピーク自体がDSCによる測定で観察されなくなる。例えば、粘度平均分子量が1000以下のヒアルロン酸を粘度平均分子量15000のヒアルロン酸に添加すると、吸熱ピーク温度は低下するのではなく、-0.4℃へと上昇する。一方、粘度平均分子量が1000以下のヒアルロン酸を粘度平均分子量373000のプルランに添加すると、吸熱ピーク温度は、0.83℃へと低下する。 On the other hand, the water-soluble polymer or its salt used in the present invention is, for example, hyaluronic acid with a viscosity average molecular weight of 15,000 and an endothermic peak temperature of -1.4°C, pullulan with a viscosity average molecular weight of 373,000, and 1. The temperature is 49°C. According to the present invention, when such a water-soluble polymer or its salt is combined with a low molecular weight saccharide or its salt, the endothermic peak temperature of the aqueous polymer solution is brought close to that of pure water, or the endothermic peak temperature is itself is no longer observed in DSC measurements. For example, when hyaluronic acid with a viscosity average molecular weight of 1,000 or less is added to hyaluronic acid with a viscosity average molecular weight of 15,000, the endothermic peak temperature does not decrease, but increases to -0.4°C. On the other hand, when hyaluronic acid with a viscosity average molecular weight of 1,000 or less is added to pullulan with a viscosity average molecular weight of 373,000, the endothermic peak temperature decreases to 0.83°C.
すなわち、粘度平均分子量が1000以下のヒアルロン酸を吸熱ピーク温度が純水の吸熱ピーク温度よりも低い水溶性高分子に混合すると、吸熱ピーク温度が上昇して純水の吸熱ピーク温度に近づけられるか、またはDSCにおいて吸熱ピークそれ自体が出現しないように調整できる。また、粘度平均分子量が1000以下のヒアルロン酸を吸熱ピーク温度が純水の吸熱ピーク温度よりも高い水溶性高分子に混合すると、吸熱ピーク温度が低下して、純水の吸熱ピーク温度に近づけられるか、またはDSCにおいて吸熱ピークそれ自体が出現しないように調整される。このように、例えば粘度平均分子量が1000以下のヒアルロン酸を用いることで、水溶性高分子の吸熱ピーク温度を純水の吸熱ピーク温度0.7℃付近となるよう調整できる。 In other words, if hyaluronic acid with a viscosity average molecular weight of 1000 or less is mixed with a water-soluble polymer whose endothermic peak temperature is lower than that of pure water, the endothermic peak temperature will rise and approach the endothermic peak temperature of pure water. , or can be adjusted so that the endothermic peak itself does not appear in DSC. In addition, when hyaluronic acid with a viscosity average molecular weight of 1000 or less is mixed with a water-soluble polymer whose endothermic peak temperature is higher than that of pure water, the endothermic peak temperature decreases and can approach the endothermic peak temperature of pure water. Or, it is adjusted so that the endothermic peak itself does not appear in DSC. In this way, for example, by using hyaluronic acid having a viscosity average molecular weight of 1000 or less, the endothermic peak temperature of the water-soluble polymer can be adjusted to be around 0.7° C., the endothermic peak temperature of pure water.
このような効果を奏する低分子量の糖類またはその塩としては、上述の粘度平均分子量が1000以下のヒアルロン酸に限定される訳ではない。粘度平均分子量が1000以下であれば、ヒアルロン酸でなくても、スクロース、トリハロースなどの他の糖類でも同じ効果がある。本発明のマトリクスの凍結固化過程において、低分子量の糖類は、水分子間に存在して水の氷晶化を阻害するか、または、水溶性高分子のネットワークと協働して水をネットワーク内にトラップ(束縛水か自由水かいずれかの状態で)して、そもそも水の氷晶化を阻害することにより、本発明の高分子水溶液が純水に近い挙動を実現し得るように作用しているのではないかと推測される。 The low molecular weight saccharides or salts thereof that exhibit such effects are not limited to the above-mentioned hyaluronic acid having a viscosity average molecular weight of 1000 or less. As long as the viscosity average molecular weight is 1000 or less, the same effect can be achieved not only with hyaluronic acid but also with other saccharides such as sucrose and trihalose. During the freezing and solidification process of the matrix of the present invention, low molecular weight sugars either exist between water molecules and inhibit the freezing of water, or work together with a network of water-soluble polymers to transport water within the network. By trapping (in either bound water or free water state) and inhibiting the ice crystallization of water in the first place, the aqueous polymer solution of the present invention acts to achieve behavior close to that of pure water. It is speculated that this may be the case.
したがって、本発明の固化体では、水溶性高分子に、低分子量の糖類などの化合物を添加することにより、吸熱ピークの出現温度を調整することができ、このことは、吸熱ピーク出現温度を純水の吸熱ピーク温度に近づける、または、吸熱ピークを出現しないようにすることにより、高分子ネットワーク内への水分子のトラップ状態を調整することができることを示している。したがって、本発明の固化体においては、固化体中に含まれる生体試料に対する保護効果が適切なものとなるように調整されている。 Therefore, in the solidified material of the present invention, the temperature at which an endothermic peak appears can be adjusted by adding a compound such as a low molecular weight saccharide to the water-soluble polymer. This shows that it is possible to adjust the trap state of water molecules within the polymer network by bringing the temperature close to the endothermic peak temperature of water or by preventing the endothermic peak from appearing. Therefore, in the solidified body of the present invention, the protective effect for the biological sample contained in the solidified body is adjusted to be appropriate.
さらに、本発明の固化体では、水溶性高分子に、低分子量の糖類などの化合物を添加することにより、固化体中で生体試料が占める領域のマンセル表色系における明度と固化体中でマトリクスが占める領域のマンセル表色系における明度との差を3以下に調整することができる。このことは、低分子量の糖類などの化合物の添加により生体試料内での氷晶形成の程度すなわちガラス化の程度を調整することができることを示している。したがって、本発明の固化体においては、固化体中の生体試料内と生体試料外(マトリクス領域)との両方がともに良好なガラス化状態となり得るように調整されている。 Furthermore, in the solidified material of the present invention, by adding compounds such as low molecular weight sugars to the water-soluble polymer, the brightness in the Munsell color system of the area occupied by the biological sample in the solidified material and the matrix in the solidified material can be adjusted. It is possible to adjust the difference between the brightness of the area occupied by the area and the brightness in the Munsell color system to 3 or less. This indicates that the degree of ice crystal formation, that is, the degree of vitrification, within a biological sample can be adjusted by adding compounds such as low molecular weight saccharides. Therefore, the solidified body of the present invention is adjusted so that both the inside of the biological sample and the outside of the biological sample (matrix region) in the solidified body can be in a good vitrification state.
この結果、本発明では、凍結後に得られる生体試料を含む固体凍結物中において、水が氷晶を形成することなく、したがって細胞等の生体試料が氷晶によって破壊されることなく、高い生存率で保存されている。 As a result, in the present invention, water does not form ice crystals in solid frozen materials containing biological samples obtained after freezing, and therefore biological samples such as cells are not destroyed by ice crystals, resulting in a high survival rate. It is stored in
本発明の固化体では、生体試料領域に氷晶が形成されないので、可視光が氷晶で遮断されることがない。上述のように、固化体中の溶媒部分と生体試料領域とでは、可視光の透過率がほぼ同じであり、顕微鏡下での観察でも、溶媒部分と生体試料領域との明度差はマンセル色表系で3以下である。このため、凍結した固化体に可視光を照射して顕微鏡観察するだけで、固化体中の生体試料が生存しているか否かの確認を簡単に行うことができる。 In the solidified material of the present invention, since no ice crystals are formed in the biological sample region, visible light is not blocked by ice crystals. As mentioned above, the visible light transmittance of the solvent part in the solidified body and the biological sample area is almost the same, and even when observed under a microscope, the difference in brightness between the solvent part and the biological sample area is according to the Munsell color chart. It is 3 or less in the system. Therefore, simply by irradiating the frozen solidified body with visible light and observing it under a microscope, it is possible to easily confirm whether or not the biological sample in the solidified body is alive.
本発明の固化体は、水溶性高分子またはその塩を0.1w/v%以上、20w/v%以下程度の濃度で含む。水溶性高分子の濃度が低すぎると、溶媒部分を良好にガラス化することができない場合がある。例えば、水溶性高分子またはその塩の濃度は、1w/v%以上が好ましく、5w/v%以上が特に好ましい。また、20w/v%より高い濃度では、粘度が高くなりすぎて、ハンドリング性が悪化するおそれがある。好ましくは、高分子またはその塩の濃度は、5w/v%以上、20w/v%以下である。 The solidified material of the present invention contains a water-soluble polymer or a salt thereof at a concentration of approximately 0.1 w/v% or more and 20 w/v% or less. If the concentration of the water-soluble polymer is too low, the solvent portion may not be vitrified satisfactorily. For example, the concentration of the water-soluble polymer or its salt is preferably 1 w/v% or more, particularly preferably 5 w/v% or more. Furthermore, if the concentration is higher than 20 w/v%, the viscosity may become too high and the handling properties may deteriorate. Preferably, the concentration of the polymer or its salt is 5 w/v% or more and 20 w/v% or less.
本発明で使用される水溶性高分子の塩としては、金属塩、ハロゲン塩または硫酸塩などが挙げられる。金属塩としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩が望ましい。アルカリ金属またはアルカリ土類金属としてはナトリウム、カリウム、カルシウムなどが選択される。ハロゲンとしては、塩素、臭素などを使用できる。 Examples of the water-soluble polymer salts used in the present invention include metal salts, halogen salts, and sulfates. The metal salt is preferably an alkali metal or alkaline earth metal salt. Sodium, potassium, calcium, etc. are selected as the alkali metal or alkaline earth metal. As the halogen, chlorine, bromine, etc. can be used.
また、本発明のマトリクスは、水溶性高分子に加えて、低分子量の糖類またはその塩を含んでいることが好ましい。低分子量の糖類またはその塩の添加量は、上述のように、固化体中で生体試料が占める領域の明度と固化体中でマトリクスが占める領域の明度との差が所望の価より小さくなること、および/または、吸熱ピーク出現の温度を所望の温度の近傍となることを達成するために、適宜調整され得るが、例えば、低分子量の糖類またはその塩の添加は、水溶性高分子と低分子量の糖類との高分子水溶液中での含有量の割合が約10:1程度となるように添加され得る。糖類またはその塩の濃度が低すぎると低分子量の糖類による細胞保護の効果が十分得られない場合がある。また、糖類を水溶性高分子の1/10倍以上の濃度で添加しても、細胞保護成分としてのさらなる効果は得られにくい。 Further, the matrix of the present invention preferably contains a low molecular weight saccharide or a salt thereof in addition to the water-soluble polymer. As mentioned above, the amount of low molecular weight saccharide or its salt added is such that the difference between the brightness of the area occupied by the biological sample in the solidified body and the brightness of the area occupied by the matrix in the solidified body is smaller than the desired value. and/or the temperature at which the endothermic peak appears may be adjusted as appropriate to bring it close to the desired temperature; however, for example, addition of low molecular weight sugars or salts thereof may The content ratio of the molecular weight saccharide to the aqueous polymer solution may be about 10:1. If the concentration of the saccharide or its salt is too low, the cell protection effect of the low molecular weight saccharide may not be sufficiently obtained. Further, even if saccharides are added at a concentration of 1/10 times or more that of the water-soluble polymer, it is difficult to obtain further effects as a cell-protecting component.
本発明において、水溶性高分子を溶解して固化体のマトリクスを形成するための水性溶媒としては、水、生理的溶液、または、体液や細胞液の浸透圧とほぼ同じになるようにナトリウムイオン、カリウムイオン、カルシウムイオン等によって塩濃度や糖濃度等を調整した等張水溶液が好ましい。具体的には、例えば、水、生理食塩水、緩衝効果のある生理食塩水であるリン酸緩衝生理食塩水(phosphate buffered saline;PBS)、ダルベッコリン酸緩衝生理食塩水、トリス緩衝生理食塩水(Tris Buffered Saline;TBS)、HEPES緩衝生理食塩水等、ハンクス平衡塩溶液などの平衡塩溶液、リンゲル液、乳酸リンゲル液、酢酸リンゲル液、重炭酸リンゲル液などが例示されるがこれらに限定される訳ではない。また、本発明の効果を損なわない限り溶媒は、例えば等張剤やキレート剤、溶解補助剤などの他の任意成分を含んでいてもよい。本明細書において、「任意成分」とは、含んでもよいし含まなくてもよい成分のことを意味している。例えば溶媒は、5%グルコース水溶液などであってもよい。また、本発明のマトリクスを形成するための水性溶媒として、細胞培養用の培地が用いられてもよい。培養培地としては特に限定される訳ではなく、例えば市販の培地やD-MEM、E-MEM、αMEM、RPMI-1640培地、Ham’s F-12、Ham’s F-10、M-199などの動物細胞培養用基礎培地、各種の細胞または組織用の一般的な培養液が例示され得る。したがって、本発明のマトリクスを用いて生体試料を凍結保存する場合、水溶性高分子の水溶液を準備して、この高分子水溶液に培養後の細胞などの生体試料が懸濁して凍結し、固化体を製造してもよいし、あるいは、水溶性高分子またはその塩を、培養後の細胞培養液または細胞懸濁液などの生体試料を含む培養液に所望の濃度で添加して、凍結させて固化体が製造されてもよい。 In the present invention, the aqueous solvent for dissolving the water-soluble polymer to form a solidified matrix may be water, a physiological solution, or a sodium ion solution so that the osmotic pressure is approximately the same as that of body fluids or cell fluids. An isotonic aqueous solution in which the salt concentration, sugar concentration, etc. are adjusted with , potassium ions, calcium ions, etc. is preferable. Specifically, for example, water, physiological saline, phosphate buffered saline (PBS), which is a physiological saline with a buffering effect, Dulbecco's phosphate buffered saline, Tris buffered saline ( Examples include, but are not limited to, Tris Buffered Saline (TBS), HEPES buffered saline, balanced salt solutions such as Hank's balanced salt solution, Ringer's solution, lactated Ringer's solution, acetic Ringer's solution, bicarbonate Ringer's solution, and the like. Further, the solvent may contain other optional components such as an isotonic agent, a chelating agent, and a solubilizing agent, as long as the effects of the present invention are not impaired. As used herein, "optional component" means a component that may or may not be included. For example, the solvent may be a 5% aqueous glucose solution. Furthermore, a cell culture medium may be used as the aqueous solvent for forming the matrix of the present invention. The culture medium is not particularly limited, and includes, for example, commercially available media, D-MEM, E-MEM, αMEM, RPMI-1640 medium, Ham's F-12, Ham's F-10, M-199, etc. Examples include basal media for animal cell culture, and general culture media for various cells or tissues. Therefore, when a biological sample is cryopreserved using the matrix of the present invention, an aqueous solution of a water-soluble polymer is prepared, and the biological sample such as cultured cells is suspended in this polymer aqueous solution and frozen, solidifying it. Alternatively, a water-soluble polymer or its salt may be added at a desired concentration to a culture solution containing a biological sample, such as a cell culture solution or cell suspension after culturing, and then frozen. A solidified body may be produced.
また、水溶性高分子を溶解した水溶液は、必要に応じて、pH調整され得る。例えば、親水性基を有するモノマーの親水性基がカルボン酸基などである場合、このようなモノマーが重合された水溶性高分子を含む水溶液は酸性を呈することがある。このような場合、pH調整を行うことによって水溶液を中性溶液とすることで、固化体中で凍結保存される細胞の生存により適したマトリクスとなり得、細胞の生存率が向上すると考えられる。pH調整のために用いられる塩としては限定されず、水溶液のpH調整に通常使用されるものを使用することができる。 Further, the pH of the aqueous solution in which the water-soluble polymer is dissolved may be adjusted as necessary. For example, when the hydrophilic group of a monomer having a hydrophilic group is a carboxylic acid group, an aqueous solution containing a water-soluble polymer obtained by polymerizing such a monomer may exhibit acidity. In such a case, by adjusting the pH to make the aqueous solution a neutral solution, a matrix more suitable for the survival of cells cryopreserved in the solidified body can be obtained, and it is thought that the survival rate of the cells will be improved. The salt used for pH adjustment is not limited, and salts commonly used for adjusting the pH of aqueous solutions can be used.
示差走査熱量分析(DSC)による本発明のマトリクスの熱分析の結果によれば、本発明のマトリクスにおいては、以下の(1)~(2)の測定条件によって得られる昇温過程のDSC曲線において、昇温過程における吸熱ピークの吸熱量が、0J/gであるか、または、水からなる基準液の対応する吸熱量の65%以下、望ましくは、水からなる基準液の対応する吸熱量の40%以下である。 According to the results of thermal analysis of the matrix of the present invention by differential scanning calorimetry (DSC), in the matrix of the present invention, in the DSC curve of the heating process obtained under the following measurement conditions (1) and (2), , the endothermic amount of the endothermic peak in the temperature raising process is 0 J/g or 65% or less of the corresponding endothermic amount of the reference solution consisting of water, preferably, the corresponding endothermic amount of the reference solution consisting of water. It is 40% or less.
DSC測定における昇温過程における吸熱ピークの吸熱量が、本発明のマトリクスにおいて、水からなる基準液の対応する吸熱量よりも小さい(100%未満である)ということは、凍結したマトリクスにおいて氷晶を形成しない束縛水や自由水が残存しているということを意味している。すなわち、本発明のマトリクスを形成する水溶性高分子の水溶液中では、水溶性高分子および/または低分子量の糖類と水との置換が進行し、水溶性高分子のマトリクス内に水分子がトラップされて、水分の分子運動を制限している。これにより、マトリクスに含まれる生体試料の細胞内からの水の脱水が促進されるとともに、水を結晶化せずにガラス状態で固化することができる。固化体におけるマトリクスおよび固化体に含まれる生体試料内部の良好なガラス化が達成される。したがって、本発明の固化体中では、氷晶の形成による細胞の破壊が抑制または防止され得る。また、本発明の固化体内では、冷却過程において氷晶形成が抑制または防止されるだけでなく、その後の昇温過程での、すなわち融解時の水の再結晶化も抑制することができる。すなわち、本発明の固化体では、固化体内に含まれる生体試料の凍結状態でのガラス状態が安定化されていると考えられる。このようにガラス状態がより安定化されるため、本発明の固化体中で保存される生体試料は、ヒト、ウシ由来の血清や血清由来成分(例えばアルブミンなど)のタンパク質成分の添加を必要とせずに、高い細胞保護効果を示す。したがって、融解後の生体試料は、感染症などの心配がなく、また、生物製剤によるロット間格差などの影響も受けないと考えられる。なお、細菌やウィルスに汚染されていないようなタンパク質を添加することは可能である。 The fact that the endothermic amount of the endothermic peak in the temperature raising process in the DSC measurement is smaller (less than 100%) than the corresponding endothermic amount of the reference solution consisting of water in the matrix of the present invention means that ice crystals in the frozen matrix This means that there remains bound water and free water that do not form. That is, in the aqueous solution of the water-soluble polymer forming the matrix of the present invention, the water-soluble polymer and/or low molecular weight saccharides are replaced with water, and water molecules are trapped within the matrix of the water-soluble polymer. This restricts the movement of water molecules. This promotes the dehydration of water from within the cells of the biological sample contained in the matrix, and also allows the water to be solidified in a glassy state without crystallizing. Good vitrification of the matrix in the solidified body and the inside of the biological sample contained in the solidified body is achieved. Therefore, in the solidified product of the present invention, destruction of cells due to the formation of ice crystals can be suppressed or prevented. Furthermore, in the solidified body of the present invention, not only the formation of ice crystals is suppressed or prevented during the cooling process, but also the recrystallization of water during the subsequent temperature raising process, that is, during melting. That is, in the solidified body of the present invention, it is considered that the glass state of the biological sample contained in the solidified body in the frozen state is stabilized. Since the glass state is further stabilized in this way, biological samples stored in the solidified body of the present invention do not require the addition of protein components such as human or bovine serum or serum-derived components (such as albumin). It shows a high cytoprotective effect without any damage. Therefore, the thawed biological sample is free from infectious diseases and is not affected by lot-to-lot differences due to biological preparations. Note that it is possible to add proteins that are not contaminated with bacteria or viruses.
本発明の固化体は、細胞に浸透型の化合物を含まないため、生体試料の凍結保存のために使用された場合の細胞毒性は低いと考えられる。さらに、水の分子運動を制限するために溶質の濃度を高める必要がないので、細胞へのダメージが低いと考えられる。加えて、添加される本発明で使用される低分子量の糖類またはその塩は、凍結時に細胞周辺で細胞内から排出される水を速やかに置換する細胞保護効果を有するので、凍結保存中に細胞の性状を変化させないと考えられる。したがって、本発明の固化体中では、細胞の特性を維持しつつ生体試料が凍結保存されていると考えられる。 Since the solidified material of the present invention does not contain a cell-permeable compound, it is considered to have low cytotoxicity when used for cryopreservation of biological samples. Furthermore, since there is no need to increase the concentration of solutes to limit the movement of water molecules, damage to cells is thought to be low. In addition, the added low molecular weight saccharide or its salt used in the present invention has a cytoprotective effect that rapidly replaces the water excreted from inside the cell around the cell during freezing, so it protects the cell during cryopreservation. It is thought that it does not change the properties of Therefore, it is considered that biological samples are cryopreserved in the solidified body of the present invention while maintaining cell characteristics.
また、本発明の固化体は、従来のガラス化法と異なり、製造時に浸透圧ショックを軽減するための大きな冷却速度も冷却時に必要としない。したがって、本発明の固化体によれば、生体試料を毒性が軽減された簡便な方法で効率よく凍結保存することができ、また、凍結保存後、固化体が融解された際には、解凍された生体試料は高い生存率を示す。 Furthermore, unlike conventional vitrification methods, the solidified product of the present invention does not require a large cooling rate during cooling to reduce osmotic shock during production. Therefore, according to the solidified material of the present invention, biological samples can be efficiently cryopreserved in a simple method with reduced toxicity, and when the solidified material is thawed after cryopreservation, The biospecimens show a high survival rate.
示差走査熱量分析(DSC)による水溶性高分子の水溶液の熱分析の結果によれば、水溶性高分子の水溶液は、-23℃±4℃近辺にガラス転移温度を有する。本発明の水溶性高分子のマトリクスでは、上述のように、凍結時に、水溶性高分子のネットワークに水分子を絡め捕ることによりガラス化を実現している。したがって、従来のガラス化法で必要とされるような冷却時における細胞保護のための大きな冷却速度を必要としない。このため、生体試料を高分子水溶液に含ませた後、高分子水溶液のガラス転移点温度である-27℃以下に冷却する、例えば生体試料を含む高分子水溶液を凍結処理容器等に入れて-80℃のディープフリーザー中に放置するだけで、保存に付される細胞や組織などを安定的に凍結、そして保存することができる。通常の細胞などの凍結保存時に必要とされる-150℃といった低温度は必ずしも必要でないため、液体窒素凍結保存のための特別な容器や液体窒素の準備などを不要とすることができる。このため、生体試料の凍結保存に関わる操作が顕著に簡便化され得る。また、本発明の固化体では、固化体融解時の水の再結晶化も抑制することができるので、本発明の固化体とすることにより、生体試料の凍結、保存、および解凍の一連の工程が、特別な手技を必要とすることなく、容易に効率よく行うことができる。勿論、水溶性高分子の水溶液を用い、液体窒素を用いて、液体窒素中または液体窒素蒸気中で生体試料を凍結保存することも可能である。 According to the results of thermal analysis of an aqueous solution of a water-soluble polymer by differential scanning calorimetry (DSC), the aqueous solution of a water-soluble polymer has a glass transition temperature around -23°C±4°C. As described above, in the water-soluble polymer matrix of the present invention, vitrification is achieved by trapping water molecules in the water-soluble polymer network during freezing. Therefore, high cooling rates are not required for cell protection during cooling as required by conventional vitrification methods. For this reason, after a biological sample is included in an aqueous polymer solution, the aqueous polymer solution containing the biological sample is cooled to below -27°C, which is the glass transition temperature of the aqueous polymer solution.For example, the aqueous polymer solution containing the biological sample is placed in a freezing treatment container, etc. Cells and tissues to be preserved can be stably frozen and preserved simply by leaving them in a deep freezer at 80°C. Since a low temperature of -150° C., which is required for normal cryopreservation of cells, is not necessarily required, it is not necessary to prepare a special container or liquid nitrogen for liquid nitrogen cryopreservation. Therefore, operations related to cryopreservation of biological samples can be significantly simplified. In addition, the solidified material of the present invention can also suppress recrystallization of water during thawing of the solidified material. However, it can be performed easily and efficiently without the need for special techniques. Of course, it is also possible to cryopreserve a biological sample in liquid nitrogen or liquid nitrogen vapor using an aqueous solution of a water-soluble polymer and using liquid nitrogen.
本発明で使用される高分子水溶液は、非浸透型の凍結保存液として機能するため、本発明の高分子水溶液を用いて固化体とされて凍結保存に付される生体試料としては特に限定されない。種々の種類の細胞の凍結保存に使用することができる。また、細胞の由来種も特に問わない。本発明の水溶性高分子を含むマトリクスは、凍結および融解時の氷晶形成および再結晶を効果的に抑制または防止することができるため、複雑な構造をもつ哺乳動物細胞等にも良好に使用され得る。したがって様々な種類の動物種、マウス、イヌ、ヒトなどの種の細胞の凍結保存に適用できる。さらに、本発明の水溶性高分子を含むマトリクスは、一般の培養用細胞と比較して凍結時の障害が大きいことが知られており、いわゆる従来の緩慢凍結法では生存率の顕著な低下が避けられないような幹細胞、初期胚や卵子、精子、受精卵等の生殖細胞の凍結保存に特に好適に使用できる。また、本発明の水溶性高分子を含むマトリクスは、分化因子として働き得るDMSOやエチレングリコールのような化学物質を含まないため、未分化維持が必要な細胞の保存に使用することができ、例えば、再生医療用途の幹細胞も、分化のリスクを伴うことなしに凍結保存できる。 Since the aqueous polymer solution used in the present invention functions as a non-permeable cryopreservation solution, there are no particular limitations on biological samples that are solidified using the aqueous polymer solution of the present invention and subjected to cryopreservation. . It can be used for cryopreservation of various types of cells. Furthermore, the species of origin of the cells is not particularly limited. The matrix containing the water-soluble polymer of the present invention can effectively suppress or prevent ice crystal formation and recrystallization during freezing and thawing, so it can be successfully used for mammalian cells with complex structures. can be done. Therefore, it can be applied to the cryopreservation of cells of various animal species, such as mice, dogs, and humans. Furthermore, it is known that the matrix containing the water-soluble polymer of the present invention is more susceptible to freezing problems than ordinary cultured cells, and the so-called conventional slow freezing method results in a significant decrease in survival rate. It can be particularly suitably used for cryopreservation of unavoidable stem cells, early embryos, eggs, sperm, fertilized eggs, and other reproductive cells. Furthermore, since the matrix containing the water-soluble polymer of the present invention does not contain chemicals such as DMSO and ethylene glycol that can act as differentiation factors, it can be used to preserve cells that need to be maintained undifferentiated. Stem cells for regenerative medicine applications can also be cryopreserved without the risk of differentiation.
また、本発明の固化体には血清や血清由来タンパク質が添加されないため、細菌やウィルスによる汚染もない。なお、細菌やウィルスに汚染されていないようなタンパク質を添加することは可能である。また、細胞の機能を損なわない低濃度で細胞浸透性で毒性を有する化合物を使用することは可能である。 Furthermore, since no serum or serum-derived proteins are added to the solidified material of the present invention, there is no contamination by bacteria or viruses. Note that it is possible to add proteins that are not contaminated with bacteria or viruses. It is also possible to use cell-permeable and toxic compounds at low concentrations that do not impair cell function.
また、本発明の水溶性高分子を含むマトリクスは、凍結状態でのガラス状態を安定化する効果に優れているため、保存が困難であることが知られている細胞のサイズが大きな卵子等の細胞や受精卵、および、組織化された細胞構造体、組織や組織様物、例えば再生医療で得られた組織などの凍結保存にも使用することができる。 In addition, the matrix containing the water-soluble polymer of the present invention has an excellent effect of stabilizing the glass state in the frozen state, so it is useful for storing large-sized eggs, etc., which are known to be difficult to preserve. It can also be used for cryopreservation of cells, fertilized eggs, organized cell structures, tissues, and tissue-like materials, such as tissues obtained through regenerative medicine.
すなわち、本発明の固化体に、細胞、組織、または、膜もしくは凝集体である組織様物などから選択される生体試料を含ませることで、生体試料の凍結保存における高い生存率を実現することができる。特には、本発明の水溶性高分子を含むマトリクスは、初代細胞あるいは樹立細胞に関係なく、間葉系幹細胞;造血系幹細胞;神経系幹細胞;骨髄幹細胞、生殖幹細胞等の体性幹細胞;血球細胞;内皮細胞;等の凍結保存、とりわけ、マウスよりも凍結耐性が低いとされている霊長類の幹細胞の凍結保存、移植用組織の凍結保存、および、生殖医療における生殖細胞の凍結保存において有利に使用され得る。 That is, by including a biological sample selected from cells, tissues, tissue-like substances such as membranes or aggregates in the solidified body of the present invention, a high survival rate can be achieved in cryopreservation of biological samples. I can do it. In particular, the matrix containing the water-soluble polymer of the present invention can be applied to mesenchymal stem cells, hematopoietic stem cells, neural stem cells, somatic stem cells such as bone marrow stem cells and germline stem cells, and blood cells, regardless of whether they are primary cells or established cells. Advantageous in the cryopreservation of endothelial cells, etc., especially the cryopreservation of primate stem cells, which are said to have lower freezing tolerance than mice, the cryopreservation of tissues for transplantation, and the cryopreservation of germ cells in reproductive medicine. can be used.
また、本発明における水溶性高分子として、例えば、生体構成成分である水溶性高分子を使用すれば、固化体を融解して、そのまま生体試料投与用溶液として用いることも可能である。さらに、組織または組織様物の場合には、組織化の段階で本発明のこのような水溶性高分子を含むマトリクスを添加しておき、そのまま凍結させて固化体とすることも可能である。これにより、移植後の問題が軽減すると考えられる。このような場合、本発明の水溶性高分子を含むマトリクスのための好ましい水溶性高分子は、ヒアルロン酸である。特には、粘度平均分子量が3000より大きく、より望ましくは5000より大きく、そして、60000以下、より望ましくは20000以下であるヒアルロン酸である。 Further, if a water-soluble polymer which is a biological component is used as the water-soluble polymer in the present invention, for example, it is possible to melt the solidified material and use it as it is as a solution for administering a biological sample. Furthermore, in the case of tissue or tissue-like material, it is also possible to add a matrix containing such a water-soluble polymer of the present invention at the stage of organization and freeze it as it is to form a solidified product. This is thought to reduce post-transplant problems. In such cases, the preferred water-soluble polymer for the water-soluble polymer-containing matrix of the present invention is hyaluronic acid. In particular, hyaluronic acid has a viscosity average molecular weight of greater than 3,000, more preferably greater than 5,000, and less than 60,000, more preferably less than 20,000.
本発明の生体試料を含んだ固化体を製造する方法は、水溶性高分子またはその塩を水性溶媒中に溶解させて、上述のような、すなわち、-80℃に凍結させた際生体試料が、固化する前の培養液中(培地中)と比べて1より小さく1/3.5以上に縮小された正射影面積を有し、-80℃に凍結させた際可視光を透過させた場合に光射出側から見て、生体試料が占める領域のマンセル表色系における明度および生体試料が占める領域以外の領域のマンセル表色系における明度の差が3以下であり、示差走査熱量計(DSC)を用いた下記(1)~(2)の測定条件によって得られる昇温過程のDSC曲線において、吸熱ピークが確認されないか、または吸熱ピークが確認される温度が-1.4℃を超え、1.1℃以下となる性質をもつように調整された高分子水溶液を準備する工程と、高分子水溶液中に、生体試料を含ませる工程と、生体試料を含む高分子水溶液を冷却および凍結する工程とを含んでいる。
ここで、DSCの測定条件:
(1)20℃で1分間保持後、5℃/minの降温速度で-80℃まで降温、および
(2)-80℃で1分間保持後、10℃/minの昇温速度で20℃まで昇温。
The method of producing a solidified body containing a biological sample according to the present invention involves dissolving a water-soluble polymer or its salt in an aqueous solvent, and performing the above-mentioned method, that is, when the biological sample is frozen at -80°C, the biological sample is frozen. , has an orthogonal projected area that is smaller than 1 and reduced to 1/3.5 or more compared to the culture solution (medium) before solidification, and when visible light is transmitted when frozen at -80°C When viewed from the light exit side, the difference between the brightness in the Munsell color system of the area occupied by the biological sample and the brightness in the Munsell color system of the area other than the area occupied by the biological sample is 3 or less, and the differential scanning calorimeter (DSC) ) In the DSC curve of the heating process obtained under the measurement conditions (1) and (2) below, no endothermic peak is observed, or the temperature at which the endothermic peak is observed exceeds -1.4°C, A step of preparing an aqueous polymer solution adjusted to have a temperature of 1.1°C or less, a step of including a biological sample in the aqueous polymer solution, and a step of cooling and freezing the aqueous polymer solution containing the biological sample. It includes the process.
Here, DSC measurement conditions:
(1) After holding at 20°C for 1 minute, lower the temperature to -80°C at a cooling rate of 5°C/min, and (2) After holding at -80°C for 1 minute, lower the temperature to 20°C at a heating rate of 10°C/min. Temperature rising.
本発明のマトリクスを形成する水溶性高分子の水溶液は、-23℃±4℃近辺にガラス転移温度を有しているため、また、マトリクスのガラス化は、凍結時に、水溶性高分子のネットワークに水分子が絡め捕られることにより実現されているため、本発明の固化体を製造するプロセスでは、大きな冷却速度は必要とされない。このため、生体試料を本発明で使用される高分子水溶液に含ませた後、高分子水溶液のガラス転移点温度である-27℃以下に冷却する、例えば生体試料を含む本発明の高分子水溶液を凍結処理容器等に入れて-80℃のディープフリーザー中に放置するだけで、保存に付される細胞や組織などを、生存率を維持したまま、安定的に固化体中に凍結、そして保存することができる。 Since the aqueous solution of the water-soluble polymer that forms the matrix of the present invention has a glass transition temperature around -23°C ± 4°C, the vitrification of the matrix is caused by the formation of a network of water-soluble polymers during freezing. This is achieved by entangling and trapping water molecules, so the process for producing the solidified material of the present invention does not require a large cooling rate. For this reason, for example, the aqueous polymer solution of the present invention containing a biological sample is cooled to −27° C. or lower, which is the glass transition point temperature of the aqueous polymer solution, after the biological sample is included in the aqueous polymer solution used in the present invention. Cells and tissues to be preserved can be stably frozen in a solidified form while maintaining their viability by simply placing them in a freezing treatment container and leaving them in a -80°C deep freezer. can do.
しかしながら、凍結保存温度の範囲としては、-27℃以下であれば限定されるものではない。例えば上限としては、望ましくは、-70℃以下、好ましくは-80℃以下である。また下限としては、望ましくは、-196℃以上、好ましくは-150℃以上である。 However, the cryopreservation temperature range is not limited as long as it is -27°C or lower. For example, the upper limit is desirably -70°C or lower, preferably -80°C or lower. The lower limit is desirably -196°C or higher, preferably -150°C or higher.
本発明の固化体を製造するプロセスにおける冷却および凍結は、緩慢凍結法で行われる。すなわち、本発明の固化体を製造するためには、冷却速度が10℃/min以下であることが好ましい。さらに好ましくは、冷却速度は、1℃/min以下程度である。この程度の冷却速度であれば、生体試料内が適度に脱水されていって生体試料内液のガラス化が良好に起こり、そして高い細胞凍結保護効果が得られると考えられる。 Cooling and freezing in the process of manufacturing the solidified product of the present invention is performed by a slow freezing method. That is, in order to produce the solidified product of the present invention, the cooling rate is preferably 10° C./min or less. More preferably, the cooling rate is about 1° C./min or less. It is considered that at this cooling rate, the inside of the biological sample is appropriately dehydrated, the liquid within the biological sample is vitrified well, and a high cell cryoprotection effect is obtained.
本発明の固化体では、ガラス化状態が安定化されており、生体試料に対する毒性も低いため、生体試料が長期間安定的に保存され得る。本明細書において、長期間安定的な保存とは、例えば、本発明の固化体を解凍した後の、生体試料例えば細胞の生存率が、保存直前の細胞の生存率を基準として、5か月後に、10%未満程度、好ましくは5%未満程度の低下、または、6か月後に、20%未満程度、好ましくは10%未満程度の低下、または、12か月後に、15%未満程度、好ましくは30%未満程度の低下しかみられないことを意味する。また、本明細書において、長期間安定的な保存とは、例えば、細胞を固化体中で-80℃で長期間保存した後、固化体を解凍し、続いて4℃でそのまま細胞を保存した場合に、解凍後の24時間後でも、解凍直後の細胞生存率を基準として5%未満の生存率の低下しかみられないことを意味する。本発明の固化体では、DMSO溶液を凍結保存液として用いる従来の凍結保存方法と比べ、細胞がストレスの少ない条件で凍結保存されていると考えられる。したがって、本発明の固化体として保存された生体試料では、10%のDMSO溶液などの従来の凍結保存液を用いた凍結保存方法と比較して、解凍後の非常に高い細胞生存率を得ることができる。さらに、固化体の解凍直後のみならず、解凍後に冷蔵保存された細胞も高い細胞生存率を示し得る。本発明の固化体では、細胞の性状を変化させることなしに、安定的に長期間、細胞が凍結保存され得る。したがって、例えば再生医療用途の生体試料の保存に適切である。本発明の固化体の製造および保存のために特別な手技や装置は必要でないため、生存率の高い生体試料を含む本発明の固化体は簡便に製造することができ、また、その運搬等も容易であり、生体試料の取扱いを容易にし得る。 In the solidified material of the present invention, the vitrification state is stabilized and the toxicity to biological samples is low, so that biological samples can be stably stored for a long period of time. In this specification, long-term stable storage means, for example, that after the solidified material of the present invention is thawed, the survival rate of a biological sample, such as cells, is 5 months based on the cell viability immediately before storage. After that, there is a decrease of less than 10%, preferably less than 5%, or after 6 months, there is a decrease of less than 20%, preferably less than 10%, or after 12 months, it is less than 15%, preferably means that a decrease of less than 30% is observed. Furthermore, in this specification, long-term stable storage means, for example, storing cells in a solidified body at -80°C for a long period of time, thawing the solidified body, and then storing the cells as they are at 4°C. In this case, even 24 hours after thawing, it means that the viability is reduced by less than 5% based on the cell viability immediately after thawing. In the solidified material of the present invention, cells are considered to be cryopreserved under conditions with less stress than in conventional cryopreservation methods that use a DMSO solution as a cryopreservation solution. Therefore, with the biological sample preserved as a solidified material of the present invention, a significantly higher cell survival rate after thawing can be obtained compared to a cryopreservation method using a conventional cryopreservation solution such as a 10% DMSO solution. Can be done. Furthermore, not only cells immediately after thawing the solidified material but also cells refrigerated after thawing can exhibit a high cell survival rate. In the solidified product of the present invention, cells can be stably cryopreserved for a long period of time without changing the properties of the cells. Therefore, it is suitable for storing biological samples for regenerative medicine applications, for example. Since no special techniques or equipment are required to manufacture and preserve the solidified material of the present invention, the solidified material of the present invention containing a biological sample with a high survival rate can be easily produced, and its transportation etc. It is easy and can facilitate the handling of biological samples.
本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。また、以下において、lifecore biomedical社製のヒアルロン酸は、ヒアルロン酸ナトリウムであるが、簡単化のため、「ヒアルロン酸」と記載している。 The present invention will be specifically explained based on Examples, but the present invention is not limited thereto. Further, in the following, hyaluronic acid manufactured by Lifecore Biomedical is sodium hyaluronate, but for the sake of simplicity, it is referred to as "hyaluronic acid".
マトリクスを形成する水溶性高分子
<試験用試料および試料溶液の調製>
・実施例1
容積2Lの耐圧容器に平均分子量100万である高分子ヒアルロン酸(Shanghai Easier Industrial Development社製)と水とを20:100で混合し、処理温度175℃、処理圧力0.89MPa、および処理時間3分で亜臨界処理を行った。その後、亜臨界処理物を凍結乾燥で乾燥した(なお、この乾燥はスプレードライ法でも可能であった)。これにより、粘度平均分子量が約1万の高分子ヒアルロン酸と粘度平均分子量1000のヒアルロン酸との混合物である水溶性高分子を得た。
Water-soluble polymer forming matrix <Preparation of test sample and sample solution>
・Example 1
Polymer hyaluronic acid with an average molecular weight of 1 million (manufactured by Shanghai Easier Industrial Development Co., Ltd.) and water were mixed at a ratio of 20:100 in a pressure-resistant container with a volume of 2 L, and the treatment temperature was 175°C, the treatment pressure was 0.89 MPa, and the treatment time was 3. Subcritical treatment was performed in minutes. Thereafter, the subcritically treated product was dried by freeze-drying (this drying could also be done by spray drying). As a result, a water-soluble polymer was obtained which was a mixture of high molecular weight hyaluronic acid having a viscosity average molecular weight of about 10,000 and hyaluronic acid having a viscosity average molecular weight of 1000.
この水溶性高分子をHPLCで確認したところ(図12)、実施例1の試験試料はヒアルロン酸の亜臨界処理による高分子量のヒアルロン酸分解物と低分子量のヒアルロン酸分解物の混合物であると考えられたため、エタノール中で高分子量ヒアルロン酸を沈殿させ、低分子量ヒアルロン酸を上澄み側に分画し、この分画した上澄みをHPLCで再分析した。後述する製造例1~3のヒアルロン酸のHPLCピーク(図11A~C)と概ね一致したため、本実施例1によって得られた低分子量ヒアルロン酸成分の粘度平均分子量は1000であると見積もられた。 When this water-soluble polymer was confirmed by HPLC (Figure 12), the test sample of Example 1 was a mixture of high molecular weight hyaluronic acid decomposition products and low molecular weight hyaluronic acid decomposition products obtained by subcritical treatment of hyaluronic acid. Therefore, high molecular weight hyaluronic acid was precipitated in ethanol, low molecular weight hyaluronic acid was fractionated into the supernatant, and this fractionated supernatant was reanalyzed by HPLC. The viscosity average molecular weight of the low molecular weight hyaluronic acid component obtained in Example 1 was estimated to be 1000 because it roughly matched the HPLC peaks of hyaluronic acid in Production Examples 1 to 3 (FIGS. 11A to 11C), which will be described later. .
高分子量ヒアルロン酸の極限粘度は、0.49dL/gであり、粘度平均分子量は10000であった。 The intrinsic viscosity of the high molecular weight hyaluronic acid was 0.49 dL/g, and the viscosity average molecular weight was 10,000.
実施例1の試験用試料1gを、溶媒として10mLのαMEM培地(Gibco製、品番C1257-1500BT、溶媒は水である)に溶解させることにより、実施例1の試験用試料溶液を得た(すなわち、試験用試料溶液中のヒアルロン酸試料の濃度が10w/v%)。なおこの実施例1を含めて、本発明の実施例、製造例および比較例では、αMEM培地を溶媒としているが、αMEM培地に代えて、超純水を溶媒として用いてもよい。また、後述するDSCの測定では、溶媒をαMEMに代えて超純水としている。なお、以下の例により得られる各試験用試料は、後述の各評価のための試験において、それぞれ適切な溶媒を用いて所定の濃度となるように調製されて使用された。 A test sample solution of Example 1 was obtained by dissolving 1 g of the test sample of Example 1 in 10 mL of αMEM medium (manufactured by Gibco, product number C1257-1500BT, the solvent is water) (i.e. , the concentration of the hyaluronic acid sample in the test sample solution was 10 w/v%). Note that in Examples, Production Examples, and Comparative Examples of the present invention, including this Example 1, αMEM medium is used as a solvent, but ultrapure water may be used as a solvent instead of αMEM medium. Furthermore, in the DSC measurement described below, ultrapure water was used instead of αMEM as a solvent. Note that each test sample obtained in the following examples was prepared and used at a predetermined concentration using an appropriate solvent in each evaluation test described below.
・製造例1
処理時間7分で亜臨界処理を行った以外は、実施例1と同様な操作を行い、粘度平均分子量が1000のヒアルロン酸断片である試験用試料を得た。極限粘度0.08dL/gであった。
・Manufacturing example 1
A test sample of hyaluronic acid fragments having a viscosity average molecular weight of 1000 was obtained by performing the same operation as in Example 1, except that the subcritical treatment was performed for a treatment time of 7 minutes. The intrinsic viscosity was 0.08 dL/g.
・製造例2
処理時間5分で亜臨界処理を行った以外は、実施例1と同様な操作を行い、粘度平均分子量が2000のヒアルロン酸断片である試験用試料を得た。極限粘度は、0.14dL/gであった。
・Manufacturing example 2
A test sample of hyaluronic acid fragments having a viscosity average molecular weight of 2000 was obtained by performing the same operation as in Example 1, except that the subcritical treatment was performed for a treatment time of 5 minutes. The intrinsic viscosity was 0.14 dL/g.
・製造例3
処理時間4分で亜臨界処理を行った以外は、実施例1と同様な操作を行い、粘度平均分子量が3000のヒアルロン酸断片である試験用試料を得た。極限粘度は、0.19dL/gであった。
・Manufacturing example 3
A test sample of hyaluronic acid fragments having a viscosity average molecular weight of 3000 was obtained by performing the same operation as in Example 1, except that the subcritical treatment was performed for a treatment time of 4 minutes. The intrinsic viscosity was 0.19 dL/g.
・比較例1
DMSO(ナカライテスク(株)製、細胞培養グレード)を試験用試料とした。この試験用試料1mLを溶媒であるαMEM培地(Gibco製、品番C1257-1500BT、溶媒は水である)10mLに溶解させることにより、比較例1の試験用試料溶液を得た(すなわち、試験用試料溶液中の試験用試料のDMSO濃度が10w/v%)。
・Comparative example 1
DMSO (manufactured by Nacalai Tesque Co., Ltd., cell culture grade) was used as a test sample. A test sample solution of Comparative Example 1 was obtained by dissolving 1 mL of this test sample in 10 mL of αMEM medium (manufactured by Gibco, product number C1257-1500BT, solvent is water) (i.e., test sample The DMSO concentration of the test sample in the solution was 10 w/v%).
・比較例2
溶媒として使用したαMEM培地(Gibco製、品番C1257-1500BT、溶媒は水である)を試験用試料とした。
・Comparative example 2
αMEM medium (manufactured by Gibco, product number C1257-1500BT, solvent is water) used as a solvent was used as a test sample.
・比較例3
ゼラチン(粘度平均分子量315000 新田ゼラチン(株)製)1gを溶媒としてのαMEM培地(Gibco製、品番C1257-1500BT、溶媒は水である)10mLに溶解させることにより、比較例3の試験用試料溶液を得た(すなわち、試験用高分子水溶液中の試験用試料のゼラチン濃度が10w/v%)。極限粘度は0.50dL/gであった。
・Comparative example 3
The test sample of Comparative Example 3 was prepared by dissolving 1 g of gelatin (viscosity average molecular weight 315,000, manufactured by Nitta Gelatin Co., Ltd.) in 10 mL of αMEM medium (manufactured by Gibco, product number C1257-1500BT, the solvent is water) as a solvent. A solution was obtained (that is, the gelatin concentration of the test sample in the test polymer aqueous solution was 10 w/v%). The intrinsic viscosity was 0.50 dL/g.
・比較例4
粘度平均分子量1000000である高分子量ヒアルロン酸(Shanghai Easier Industrial Development社製)1gを溶媒としてのαMEM培地(Gibco製、品番C1257-1500BT、溶媒は水である)100mLに溶解させることにより、比較例4の試験用試料溶液を得た(すなわち、試験用試料溶液中の試験用試料のヒアルロン酸濃度が1w/v%)。極限粘度は、17.2dL/gであった。
・Comparative example 4
Comparative Example 4 was obtained by dissolving 1 g of high molecular weight hyaluronic acid (manufactured by Shanghai Easier Industrial Development Co., Ltd.) with a viscosity average molecular weight of 1,000,000 in 100 mL of αMEM medium (manufactured by Gibco, product number C1257-1500BT, the solvent is water) as a solvent. A test sample solution was obtained (that is, the hyaluronic acid concentration of the test sample in the test sample solution was 1 w/v%). The intrinsic viscosity was 17.2 dL/g.
・比較例5
粘度平均分子量15000であるヒアルロン酸(lifecore biomedical社製;粉末)を試験用試料とした。この試験用試料1gを溶媒であるαMEM培地(Gibco製、品番C1257-1500BT、溶媒は水である)10mLに溶解させることにより、比較例5の試験用試料溶液を得た(すなわち、試験用試料溶液中の試験用試料のヒアルロン酸濃度が、10w/v%)。極限粘度は、0.65dL/gであった。
・Comparative example 5
Hyaluronic acid (manufactured by Lifecore Biomedical; powder) having a viscosity average molecular weight of 15,000 was used as a test sample. A test sample solution of Comparative Example 5 was obtained by dissolving 1 g of this test sample in 10 mL of αMEM medium (manufactured by Gibco, product number C1257-1500BT, solvent is water) (i.e., test sample The hyaluronic acid concentration of the test sample in the solution was 10 w/v%). The intrinsic viscosity was 0.65 dL/g.
・比較例6
粘度平均分子量23000であるコンドロイチン硫酸ナトリウム塩A(sigma社製)を試験用試料とした。この試験用試料1gを溶媒であるαMEM培地(Gibco製、品番C1257-1500BT、溶媒は水である)10mLに溶解させることにより、比較例6の試験用試料溶液を得た(すなわち、試験用試料溶液中の試験用試料のコンドロイチン硫酸濃度が10w/v%)。極限粘度は、0.97dL/gであった
・Comparative example 6
Chondroitin sulfate sodium salt A (manufactured by Sigma) having a viscosity average molecular weight of 23,000 was used as a test sample. A test sample solution of Comparative Example 6 was obtained by dissolving 1 g of this test sample in 10 mL of αMEM medium (manufactured by Gibco, product number C1257-1500BT, solvent is water) (i.e., test sample The chondroitin sulfate concentration of the test sample in the solution was 10 w/v%). The intrinsic viscosity was 0.97 dL/g
・比較例7
アミノ基が60%カルボキシル化されたカルボキシポリリジン(粘度平均分子量13400:(株)バイオベルデ製、CryoScarless DMSO free)に、製造例1の試験用試料(粘度平均分子量が1000のヒアルロン酸断片試料)を1w/v%の量で添加して比較例7の試験用試料溶液とした。極限粘度は、0.11dL/gであった。
・Comparative example 7
The test sample of Production Example 1 (hyaluronic acid fragment sample with a viscosity average molecular weight of 1000) was added to carboxypolylysine in which 60% of amino groups were carboxylated (viscosity average molecular weight 13400: manufactured by Bio Verde Co., Ltd., CryoScarless DMSO free). It was added in an amount of 1 w/v% to obtain a test sample solution of Comparative Example 7. The intrinsic viscosity was 0.11 dL/g.
・比較例8
試験用試料としてラッキョウ由来のフルクタンを用いた。なお、フルクタンは特開2012-235728号公報の例2にしたがい、以下の方法で抽出・精製することによって得た。
・Comparative example 8
Fructan derived from rakkyo was used as a test sample. Note that fructan was obtained by extraction and purification in the following manner according to Example 2 of JP-A No. 2012-235728.
原料としての乾燥ラッキョウ約1kgを、粉砕し、15gの水酸化カルシウムを懸濁させた抽出用の水に混合し、1時間、常温抽出を行った後、1時間、95℃で加熱抽出し、その後、一晩、60℃で加熱抽出した。抽出物に活性炭を添加して脱臭処理を行い、その後、珪藻土で濾過し、残渣と活性炭を除去した。得られた抽出液を、限外濾過膜に通液させて、フルクタンの精製を行った。 Approximately 1 kg of dried rakkyo as a raw material was crushed, mixed with extraction water in which 15 g of calcium hydroxide was suspended, extracted at room temperature for 1 hour, then heated at 95°C for 1 hour, Thereafter, the mixture was extracted by heating at 60° C. overnight. The extract was deodorized by adding activated carbon, and then filtered through diatomaceous earth to remove the residue and activated carbon. The obtained extract was passed through an ultrafiltration membrane to purify fructans.
得られた精製液は、一端加熱殺菌した後、活性炭を添加して再度脱色処理を行った。この精製液を、85℃で1時間加熱することにより殺菌し、凍結乾燥させて、粉末化を行うことにより、精製フルクタン粉末400gを得た。 The obtained purified liquid was once heated and sterilized, and then activated carbon was added to perform the decolorization treatment again. This purified liquid was sterilized by heating at 85° C. for 1 hour, freeze-dried, and powdered to obtain 400 g of purified fructan powder.
得られた精製フルクタン粉末について、粘度平均分子量を測定したところ、12000であった。 The viscosity average molecular weight of the purified fructan powder obtained was measured and found to be 12,000.
このフラクタン粉末1gを溶媒としてのαMEM培地10mLに溶解させることにより、比較例8の試験用試料溶液を得た(すなわち、試験用試料溶液中の試験用試料のフルクタン濃度が10w/v%)。極限粘度は、0.11dL/gであった A test sample solution of Comparative Example 8 was obtained by dissolving 1 g of this fructan powder in 10 mL of αMEM medium as a solvent (that is, the fructan concentration of the test sample in the test sample solution was 10 w/v%). The intrinsic viscosity was 0.11 dL/g
・比較例9
粘度平均分子量373000であるプルラン(東京化成工業(株)製)を試験用試料とした。この試験用試料1gを溶媒であるαMEM培地(Gibco製、品番C1257-1500BT、溶媒は水である)10mLに溶解させることにより比較例9の試験用試料溶液を得た(すなわち、試験用試料溶液中の試験用試料のヒアルロン酸濃度が10w/v%)。極限粘度は、0.55dL/gであった。
・Comparative example 9
Pullulan (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) having a viscosity average molecular weight of 373,000 was used as a test sample. A test sample solution of Comparative Example 9 was obtained by dissolving 1 g of this test sample in 10 mL of αMEM medium (manufactured by Gibco, product number C1257-1500BT, solvent is water) (i.e., test sample solution The hyaluronic acid concentration of the test sample inside is 10 w/v%). The intrinsic viscosity was 0.55 dL/g.
・比較例10
比較例5の試験用試料(粘度平均分子量15000のヒアルロン酸)1gを溶媒であるαMEM培地(Gibco製、品番C1257-1500BT、溶媒は水である)10mLに溶解させたヒアルロン酸濃度10w/v%の水溶液に、製造例2の試験用試料(粘度平均分子量が2000のヒアルロン酸断片試料)を終濃度1w/v%の量で添加して、比較例10の試験用試料溶液を得た。極限粘度は、0.47dL/gであった。
・Comparative example 10
Hyaluronic acid concentration 10 w/v% in which 1 g of the test sample of Comparative Example 5 (hyaluronic acid with a viscosity average molecular weight of 15000) was dissolved in 10 mL of αMEM medium (manufactured by Gibco, product number C1257-1500BT, solvent is water). A test sample solution of Comparative Example 10 was obtained by adding the test sample of Production Example 2 (a hyaluronic acid fragment sample with a viscosity average molecular weight of 2000) at a final concentration of 1 w/v% to the aqueous solution of Comparative Example 10. The intrinsic viscosity was 0.47 dL/g.
・実施例2
比較例5の試験用試料(粘度平均分子量15000のヒアルロン酸)1gを溶媒であるαMEM培地(Gibco製、品番C1257-1500BT、溶媒は水である)10mLに溶解させたヒアルロン酸濃度10w/v%の試験用試料溶液に、製造例1の試験用試料(粘度平均分子量が1000のヒアルロン酸断片試料)を終濃度1w/v%の量で添加した。得られた水溶液のpHを10mM Tris-HClを用いて中性に調整して、実施例2の試験用試料溶液とした。極限粘度は、0.65dL/gであった。
・Example 2
Hyaluronic acid concentration 10 w/v% in which 1 g of the test sample of Comparative Example 5 (hyaluronic acid with a viscosity average molecular weight of 15000) was dissolved in 10 mL of αMEM medium (manufactured by Gibco, product number C1257-1500BT, solvent is water). The test sample of Production Example 1 (hyaluronic acid fragment sample with a viscosity average molecular weight of 1000) was added to the test sample solution at a final concentration of 1 w/v%. The pH of the obtained aqueous solution was adjusted to neutral using 10mM Tris-HCl to obtain a test sample solution of Example 2. The intrinsic viscosity was 0.65 dL/g.
・実施例3
比較例9の試験用試料(粘度平均分子量373000のプルラン)1gを溶媒であるαMEM培地(Gibco製、品番C1257-1500BT、溶媒は水である)10mLに溶解させたプルラン濃度10w/v%の試験用試料溶液に、製造例1の試験用試料(粘度平均分子量が1000のヒアルロン酸断片試料)を終濃度1w/v%の量で添加して、実施例3の試験用試料溶液を得た。極限粘度は、0.55dL/gであった。
・Example 3
A test at a pullulan concentration of 10 w/v% in which 1 g of the test sample of Comparative Example 9 (pullulan with a viscosity average molecular weight of 373,000) was dissolved in 10 mL of αMEM medium (manufactured by Gibco, product number C1257-1500BT, the solvent is water). The test sample of Production Example 1 (hyaluronic acid fragment sample with a viscosity average molecular weight of 1000) was added to the test sample solution of Example 3 at a final concentration of 1 w/v%. The intrinsic viscosity was 0.55 dL/g.
・実施例4
比較例9の試験用試料(粘度平均分子量373000のプルラン)1gを溶媒であるαMEM培地(Gibco製、品番C1257-1500BT、溶媒は水である)10mLに溶解させたプルラン濃度10w/v%の試験用試料溶液に、製造例1の試験用試料(粘度平均分子量が1000のヒアルロン酸断片試料)を終濃度5w/v%の量で添加した。得られた水溶液のpHを10mM Tris-HClを用いて中性に調整して、実施例4の試験用試料溶液とした。極限粘度は、0.55dL/gであった。
・Example 4
A test at a pullulan concentration of 10 w/v% in which 1 g of the test sample of Comparative Example 9 (pullulan with a viscosity average molecular weight of 373,000) was dissolved in 10 mL of αMEM medium (manufactured by Gibco, product number C1257-1500BT, the solvent is water). The test sample of Production Example 1 (hyaluronic acid fragment sample with a viscosity average molecular weight of 1000) was added to the test sample solution at a final concentration of 5 w/v%. The pH of the obtained aqueous solution was adjusted to neutral using 10mM Tris-HCl to obtain a test sample solution of Example 4. The intrinsic viscosity was 0.55 dL/g.
・実施例5
容積2Lの耐圧容器に平均分子量100万である高分子ヒアルロン酸(Shanghai Easier Industrial Development社製)と水とを20:100で混合し、処理温度175℃、処理圧力0.89MPa、および処理時間3.5分で亜臨界処理を行った。その後、亜臨界処理物を凍結乾燥またはスプレードライ法で乾燥した。これにより、粘度平均分子量が約6000のヒアルロン酸試料を得た。
・Example 5
Polymer hyaluronic acid with an average molecular weight of 1 million (manufactured by Shanghai Easier Industrial Development Co., Ltd.) and water were mixed at a ratio of 20:100 in a pressure-resistant container with a volume of 2 L, and the treatment temperature was 175°C, the treatment pressure was 0.89 MPa, and the treatment time was 3. Subcritical treatment was performed in .5 minutes. Thereafter, the subcritically treated product was dried by freeze drying or spray drying. As a result, a hyaluronic acid sample having a viscosity average molecular weight of about 6,000 was obtained.
このヒアルロン酸1gを溶媒であるαMEM培地(Gibco製、品番C1257-1500BT、溶媒は水である)10mLに溶解させたヒアルロン酸濃度10w/v%の試験用試料溶液に、スクロース(ナカライテスク(株)製、分子量(粘度平均分子量と同値)は342)と、グルクロン酸(富士フイルム和光純薬(株)製、分子量(粘度平均分子量と擬制)194)をそれぞれ終濃度1w/v%の量で添加して実施例5の試験用凍結保存液を得た。極限粘度は、0.32dL/gであった。 Sucrose (Nacalai Tesque Co., Ltd.) is added to a test sample solution with a hyaluronic acid concentration of 10 w/v% in which 1 g of this hyaluronic acid is dissolved in 10 mL of αMEM medium (manufactured by Gibco, product number C1257-1500BT, the solvent is water). ), molecular weight (equivalent to viscosity average molecular weight) is 342) and glucuronic acid (manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd., molecular weight (viscosity average molecular weight and fictitious) 194) at a final concentration of 1 w/v%. The cryopreservation solution for the test of Example 5 was obtained by adding it. The intrinsic viscosity was 0.32 dL/g.
<試験例1:初代ヒト間葉系幹細胞の試験用試料溶液を用いた固化体中での凍結保存およびその保存効果の評価>
培養した初代ヒト間葉系幹細胞(Lonza PT2501)を、1×106個/mLの濃度で、実施例1および5ならびに比較例1、2、4、5、7および8の試験用試料溶液(血清非含有)に懸濁した。
<Test Example 1: Cryopreservation in a solidified body using a test sample solution of primary human mesenchymal stem cells and evaluation of its preservation effect>
Cultured primary human mesenchymal stem cells (Lonza PT2501) were added to the test sample solutions of Examples 1 and 5 and Comparative Examples 1, 2, 4, 5, 7, and 8 at a concentration of 1 × 10 6 cells/mL ( (serum-free).
その後、各試験用試料溶液を含む細胞懸濁液を、緩慢細胞凍結器(Nalgene(登録商標)ミスターフロスティー)中で、-80℃冷凍庫内で凍結して固化体を得た。7日間、固化体を-80℃で保存した後、37℃の温浴中で急速解凍した。解凍後の各試験用試料溶液を含む細胞懸濁液は、解凍直後に細胞生存率をトリパンブルー染色により評価した。結果を図1および表1に示す(実施例5の結果は表1のみ)。 Thereafter, the cell suspension containing each test sample solution was frozen in a -80°C freezer in a slow cell freezer (Nalgene® Mr. Frosty) to obtain a solidified body. After storing the solidified product at -80°C for 7 days, it was rapidly thawed in a 37°C bath. Immediately after thawing, the cell suspension containing each test sample solution was evaluated for cell viability by trypan blue staining. The results are shown in FIG. 1 and Table 1 (Table 1 only shows the results of Example 5).
図1は、凍結保存液未添加の培地、すなわち比較例2の試験用試料溶液を含む固化体中、または、実施例1ならびに比較例1、4、5、7および8の試験用試料溶液を含む固化体中で凍結保存した細胞の、解凍後の細胞生存率を示している。図1に示されるように、実施例1において、すなわち、ヒアルロン酸の亜臨界処理により得られた、粘度平均分子量が約1万であって、さらに、粘度平均分子量1000であるすなわち1万より小さな分子量を有するヒアルロン酸の切断生成物を含んでいるヒアルロン酸試料が水溶性高分子であって、その水溶液の極限粘度が0.49dL/gである実施例1の試験用試料溶液を含む固化体で、90%を超える顕著に高い保存効果が得られた。この保存効果は一般的によく用いられている凍結保存剤であるDMSOを凍結保存剤として含む比較例1よりも、さらに高い効果であった。本発明の固化体中での凍結が細胞毒性の低い優れた凍結保存であることがわかる。 Figure 1 shows a medium without cryopreservation solution, that is, a solidified body containing the test sample solution of Comparative Example 2, or a solidified body containing the test sample solution of Example 1 and Comparative Examples 1, 4, 5, 7, and 8. It shows the cell survival rate after thawing of cells cryopreserved in a solidified material containing the same. As shown in FIG. 1, in Example 1, that is, the hyaluronic acid obtained by subcritical treatment has a viscosity average molecular weight of about 10,000, and further has a viscosity average molecular weight of 1000, that is, smaller than 10,000. A solidified body containing the test sample solution of Example 1, wherein the hyaluronic acid sample containing a cleavage product of hyaluronic acid having a molecular weight is a water-soluble polymer, and the aqueous solution has an intrinsic viscosity of 0.49 dL/g. A significantly high preservation effect of over 90% was obtained. This preservation effect was even higher than that of Comparative Example 1, which contained DMSO, which is a commonly used cryopreservative, as a cryopreservative. It can be seen that freezing in the solidified material of the present invention is an excellent cryopreservation with low cytotoxicity.
実施例1の凍結固化体は、昇温過程のDSC測定における吸熱ピークが確認されず(下記の試験例2を参照)、水分子は氷晶を形成せず、自由水もしくはヒアルロン酸分子鎖に吸着もしくは絡め捕られて束縛水となっていると推定される。また、この凍結固化体の溶媒マトリクス領域と細胞領域の明度差が2と小さい(下記の試験例8を参照)ことから、溶媒マトリクス領域と細胞領域の水分子の存在状態が近似し、細胞内も氷晶が形成されていないと考えられる。さらに、試験用試料溶液を-80℃で固化した場合の細胞の面積が固化する前の培養液中(培地中)の細胞の面積の38%にまで収縮している(下記の試験例9を参照)ことから、ヒアルロン酸は細胞内に侵入しておらず、また、浸透圧差によって水分子が細胞外に移動していると考えられる。細胞外に移動した水分子は低分子量のヒアルロン酸もしくは高分子量のヒアルロン酸と置換すると考えられ、細胞周囲に残留して氷晶を形成することで、細胞組織を破壊するといった問題を引き起こすこともなく、また、ヒアルロン酸が細胞内に侵入して細胞を害することもない。このため、比較例1のDMSOとは異なり、細胞毒性が低く、細胞内および細胞周辺に氷晶が形成されることもないので、細胞の凍結保存効果においても優れているのである。 In the frozen solidified product of Example 1, no endothermic peak was observed in the DSC measurement during the heating process (see Test Example 2 below), water molecules did not form ice crystals, and free water or hyaluronic acid molecular chains did not form. It is estimated that the water is adsorbed or entangled and becomes bound water. In addition, since the difference in brightness between the solvent matrix region and the cell region of this freeze-solidified product is as small as 2 (see Test Example 8 below), the state of water molecules in the solvent matrix region and the cell region are similar, and the intracellular state of water molecules is similar. It is also thought that no ice crystals are formed. Furthermore, when the test sample solution was solidified at -80°C, the area of the cells shrank to 38% of the area of the cells in the culture solution (medium) before solidification (see Test Example 9 below). (see), it is thought that hyaluronic acid does not invade into cells, and that water molecules move out of cells due to osmotic pressure differences. Water molecules that move outside the cell are thought to be replaced with low-molecular-weight hyaluronic acid or high-molecular-weight hyaluronic acid, and may remain around cells and form ice crystals, causing problems such as destruction of cell tissue. Furthermore, hyaluronic acid does not enter cells and harm them. Therefore, unlike DMSO in Comparative Example 1, it has low cytotoxicity and does not form ice crystals in or around cells, so it is also excellent in cell cryopreservation effects.
分子量が1000000と大きい高分子量ヒアルロン酸を試験用試料として含む極限粘度が17.2dL/gと大きい比較例4の試験用試料溶液を含む固化体では、細胞保護効果はほとんど認められなかった。比較例4の凍結固化体は、昇温過程のDSC測定における吸熱ピークが確認されなかった(下記の試験例2を参照)のであるが、凍結固化した細胞に収縮が見られず、水分子が細胞内に残存し、また、凍結固化体の溶媒マトリクス領域と細胞領域の明度差が4と大きく(下記の試験例8を参照)、細胞領域が暗転しており、細胞内の水分子が氷晶を形成していると考えられる。このため、氷晶が細胞を破壊してしまい、細胞の保存効果が見られなかったものと推定している。 In the solidified body containing the test sample solution of Comparative Example 4, which contained high molecular weight hyaluronic acid with a high molecular weight of 1,000,000 and had a high intrinsic viscosity of 17.2 dL/g, almost no cell protection effect was observed. In the freeze-solidified product of Comparative Example 4, no endothermic peak was observed in the DSC measurement during the heating process (see Test Example 2 below), but no contraction was observed in the freeze-solidified cells, and water molecules In addition, the difference in brightness between the solvent matrix region and the cell region of the frozen solidified product is as large as 4 (see Test Example 8 below), and the cell region is darkened, indicating that the water molecules in the cell are frozen. It is thought that crystals are formed. For this reason, it is presumed that the ice crystals destroyed the cells and no effect on cell preservation was observed.
なお、凍結保存剤を含まない比較例2では、細胞生存率はほぼ0%であった。 Note that in Comparative Example 2, which did not contain a cryopreservative, the cell survival rate was approximately 0%.
また、カルボキシポリリジンを試験用試料として含む極限粘度が0.11dL/gと小さい比較例7では、実施例1やDMSOを凍結保護剤とする比較例1ほどの細胞保護効果は見られなかった。比較例7では、昇温過程のDSC測定における吸熱ピークの出現温度が-9.66℃と低く(下記の試験例2を参照)、水の凍結速度が遅く、氷晶が生成してしまうと考えられる。また、溶媒マトリクス領域と細胞領域の明度差が小さい(下記の試験例8を参照)ことから、溶媒マトリクス領域と細胞領域の氷晶形成状態が近似しており、細胞内にも氷晶が形成されていると推定され、また、細胞も培養液中(培地中)の面積よりも凍結後の面積の方が大きい(下記の試験例9を参照)ことから、細胞内にポリリジンが侵入しているか、氷晶によって細胞が膨張していると考えられる。このため、細胞が損傷してしまい、十分な保存効果が得られないのでないかと推定している。 Furthermore, in Comparative Example 7, which contained carboxypolylysine as a test sample and had a small intrinsic viscosity of 0.11 dL/g, no cell protection effect was observed as in Example 1 or Comparative Example 1 in which DMSO was used as a cryoprotectant. In Comparative Example 7, the temperature at which the endothermic peak appeared in the DSC measurement during the heating process was as low as -9.66°C (see Test Example 2 below), and the freezing rate of water was slow, causing ice crystals to form. Conceivable. In addition, since the difference in brightness between the solvent matrix region and the cell region is small (see Test Example 8 below), the ice crystal formation state in the solvent matrix region and the cell region are similar, and ice crystals are also formed within the cells. Furthermore, since the area of the cells after freezing is larger than the area in the culture solution (medium) (see Test Example 9 below), it is likely that polylysine has invaded the cells. It is thought that the cells are expanding due to ice crystals. It is speculated that this may damage the cells and prevent a sufficient preservation effect from being obtained.
比較例8のフルクタンについても、吸熱ピークの出現温度が-2℃と低く(下記の試験例2を参照)、水の凍結速度が遅く、氷晶が生成しやすいと考えられ、また、細胞が培養液中(培地中)の面積よりも大きくなっており、破裂も観察された(下記の試験例9を参照)ため、フルクタンの細胞への侵入が考えられる。また、凍結固化後の溶媒マトリクス領域と細胞領域の明度差が5と大きく、細胞領域が暗転していた(下記の試験例8を参照)ことから、細胞内に氷晶が形成されていると推定され、十分な保存効果が得られないと思われる。 Regarding the fructan of Comparative Example 8, the temperature at which the endothermic peak appears is as low as -2°C (see Test Example 2 below), and it is thought that the freezing rate of water is slow and that ice crystals are likely to form. The area was larger than the area in the culture solution (medium), and rupture was also observed (see Test Example 9 below), suggesting that fructans may have entered the cells. In addition, the difference in brightness between the solvent matrix area and the cell area after freezing and solidification was as large as 5, and the cell area had turned dark (see Test Example 8 below), indicating that ice crystals were formed within the cells. Therefore, it seems that sufficient preservation effect cannot be obtained.
このように、昇温過程のDSC測定における吸熱ピークが出現しないか、その出現温度を水の吸熱ピークである0.7℃近辺(-1.4℃~1.1℃)に出現するように調整することで、溶媒マトリクス中の氷晶の形成を抑制し、かつ溶媒マトリクス領域と細胞領域の明度差を小さくして両者の氷晶形成状態を近似させ、また、細胞を収縮させるように固化することで、細胞に対して水溶性高分子が侵入することを抑制しつつ、細胞内の水分子を減少させて、細胞内の氷晶の形成を防止することで、優れた細胞凍結保存効果を実現できると考えられる。 In this way, the endothermic peak in DSC measurement during the temperature rising process does not appear, or the temperature at which it appears is set to appear around 0.7°C (-1.4°C to 1.1°C), which is the endothermic peak of water. This adjustment suppresses the formation of ice crystals in the solvent matrix, reduces the difference in brightness between the solvent matrix region and the cell region, approximates the state of ice crystal formation in both regions, and solidifies the cells so as to shrink them. This suppresses the entry of water-soluble polymers into cells, reduces intracellular water molecules, and prevents the formation of intracellular ice crystals, resulting in excellent cell cryopreservation effects. It is believed that this can be achieved.
さらに、本発明の凍結固化体は、DSC測定、明度測定、細胞の正射影面積の測定により、細胞が良好に凍結保存されているか否か、解凍しなくても推認することができるという効果も有している。 Furthermore, the frozen solidified product of the present invention has the effect that it is possible to estimate whether or not the cells have been well cryopreserved by DSC measurement, brightness measurement, and measurement of the orthogonal projection area of the cells without thawing them. have.
なお、実施例5からは、グルクロン酸やスクロースにも、吸熱ピークを0.7℃付近に調整する機能があることが理解される(粘度平均分子量約6000のヒアルロン酸の吸熱ピークは-1.4℃である)。 It is understood from Example 5 that glucuronic acid and sucrose also have the function of adjusting the endothermic peak to around 0.7°C (the endothermic peak of hyaluronic acid with a viscosity average molecular weight of about 6000 is -1. 4°C).
また、本発明の固化体は、水溶性高分子を溶解する水性溶媒として水の代わりにαMEM培地などの培養液を使用して製造しても、高い細胞保存効果を示したことから、本発明の固化体は、高分子水溶液をそのまま細胞の培養液に加えて細胞を懸濁後、凍結させて製造することができ、そのまま保存することができる。保存する細胞を遠心分離する必要もなく、より高い細胞生存率および細胞の性状の維持が可能であると考えられる。 Furthermore, the solidified material of the present invention showed a high cell preservation effect even when produced using a culture medium such as αMEM medium instead of water as an aqueous solvent for dissolving the water-soluble polymer. The solidified product can be produced by adding the aqueous polymer solution as it is to the cell culture solution, suspending the cells, and then freezing the cells, and can be stored as is. It is considered that there is no need to centrifuge the cells to be stored, and it is possible to maintain higher cell survival rates and cell properties.
<試験例2:各試験用試料溶液の示差走査熱量計による分析>
実施例1~5、比較例1~10および製造例1~3の各試験用試料溶液の溶媒をαMEM培地から超純水に変えて、示差走査熱量分析用のサンプルとした。各サンプルを、次に示すように示差走査熱量分析装置(DSC)で走査した。
(1)20℃で1分間保持後、速度フリーで-80℃まで降温。
(2)-80℃で1分間保持後、10℃/minの昇温速度で20℃まで昇温。
<Test Example 2: Analysis of each test sample solution by differential scanning calorimeter>
The solvent of each test sample solution of Examples 1 to 5, Comparative Examples 1 to 10, and Production Examples 1 to 3 was changed from αMEM medium to ultrapure water to prepare samples for differential scanning calorimetry analysis. Each sample was scanned with a differential scanning calorimeter (DSC) as described below.
(1) After holding at 20℃ for 1 minute, lower the temperature to -80℃ without speed.
(2) After holding at -80°C for 1 minute, raise the temperature to 20°C at a temperature increase rate of 10°C/min.
実施例1、比較例5および超純水の場合(比較例2)の、上記DSCの測定条件によって得られる昇温過程のDSC曲線を図2Aに示す。図2Bは、ガラス転移温度付近における図2Aの拡大図である。また、実施例1、比較例1および超純水の場合(比較例2)それぞれのDSC曲線を図3A~Cに示す。 FIG. 2A shows DSC curves of the heating process obtained under the above DSC measurement conditions for Example 1, Comparative Example 5, and ultrapure water (Comparative Example 2). FIG. 2B is an enlarged view of FIG. 2A near the glass transition temperature. Further, the DSC curves of Example 1, Comparative Example 1, and ultrapure water (Comparative Example 2) are shown in FIGS. 3A to 3C.
また、各試験用試料溶液の昇温過程のDSC曲線において、水の融解に起因すると推定される吸熱ピークが観察される温度、および、昇温過程のDSC曲線において観察される吸熱ピークの吸熱量(昇温時の吸熱量)を分析した。結果を表1に示す。なお、表1において吸熱ピークの吸熱量は、超純水(比較例2;基準液とする)で測定された熱量112.4J/gを100とした場合の割合(%)によって示されている。 In addition, in the DSC curve of each test sample solution during the heating process, the temperature at which an endothermic peak estimated to be caused by the melting of water is observed, and the endothermic amount of the endothermic peak observed in the DSC curve during the heating process. (The amount of heat absorbed during temperature rise) was analyzed. The results are shown in Table 1. In addition, in Table 1, the endothermic amount of the endothermic peak is shown by the ratio (%) when the calorific value 112.4 J / g measured with ultrapure water (Comparative Example 2; used as the reference solution) is set as 100. .
図2Aおよび2Bに示されているように、試験用試料が超純水である比較例2(すなわち超純水であるサンプル)では、自由水の氷晶融解ピークのみが観察された(図2A)。試験用試料が粘度平均分子量15000のヒアルロン酸である比較例5では、比較例2と比較して氷晶融解ピークのシフトおよび凝固点降下が見られ(図2A)、また、-20℃付近にガラス転移が確認された(図2B)。一方、粘度平均分子量が約1万のヒアルロン酸に加えてヒアルロン酸の切断生成物(粘度平均分子量1000である低分子ヒアルロン酸)を含む実施例1の試験用試料では、氷晶融解のピークは極めて小さく、ほぼ認められず(図2A)、そして-23℃±4℃付近にガラス転移のみが確認された(図2B)。この結果は、実施例1の固化体においては、水はマトリクス中に氷結しない状態(自由水)で、または高分子に絡め捕られた状態(束縛水)として存在していること、および、融解時の水の再結晶化が抑制されているという、本発明の固化体の顕著に有利な効果を示している。 As shown in Figures 2A and 2B, in Comparative Example 2 where the test sample was ultrapure water (i.e., the sample was ultrapure water), only the ice crystal melting peak of free water was observed (Figure 2A ). In Comparative Example 5, in which the test sample was hyaluronic acid with a viscosity average molecular weight of 15,000, a shift in the ice crystal melting peak and a drop in the freezing point were observed compared to Comparative Example 2 (Figure 2A), and the temperature of the glass at around -20°C was observed. Metastasis was confirmed (Fig. 2B). On the other hand, in the test sample of Example 1 containing hyaluronic acid with a viscosity average molecular weight of about 10,000 and a cleavage product of hyaluronic acid (low molecular weight hyaluronic acid with a viscosity average molecular weight of 1000), the peak of ice crystal melting was It was extremely small, almost not observed (FIG. 2A), and only a glass transition was observed around -23°C±4°C (FIG. 2B). This result shows that in the solidified material of Example 1, water exists in the matrix in a state that does not freeze (free water) or in a state that is entangled with polymers and is trapped (bound water), and that This shows the significantly advantageous effect of the solidified product of the present invention in that the recrystallization of water is suppressed.
さらに、図3Aに示されるように、試験用試料が超純水である比較例2では、降温過程において、氷晶形成に伴う非常に大きな発熱ピークが見られた。また、昇温過程においても、氷晶融解に伴う大きな融解熱量が観察された。試験用試料がDMSOである比較例1では、図3Bに示されるように、小さな氷晶形成に伴うピークしか見られず、氷晶融解に伴うピークはほとんど見られなかった。これは、比較例1の試験用試料(DMSO)を含む凍結保存液は凍結状態においてガラス化状態に近いことを示している。実施例1の試験用試料(ヒアルロン酸の切断生成物を含む粘度平均分子量10000のヒアルロン酸)の高分子水溶液では、図3Cに示されるように、融解ピークはほとんど見られず、また、氷晶形成に伴うピークも比較例1で観察されたピークよりもはるかに小さいものであった。したがって、実施例1の試験用試料を含む固化体中では、氷晶はほぼ形成されず、極めて良好なガラス化状態にあると考えられる。 Furthermore, as shown in FIG. 3A, in Comparative Example 2 in which the test sample was ultrapure water, a very large exothermic peak accompanying the formation of ice crystals was observed during the temperature cooling process. Also, during the temperature increase process, a large amount of heat of fusion was observed due to the melting of ice crystals. In Comparative Example 1 in which the test sample was DMSO, as shown in FIG. 3B, only a peak associated with the formation of small ice crystals was observed, and almost no peak associated with ice crystal melting was observed. This indicates that the cryopreservation solution containing the test sample (DMSO) of Comparative Example 1 is close to a vitrified state in a frozen state. In the polymer aqueous solution of the test sample of Example 1 (hyaluronic acid with a viscosity average molecular weight of 10,000 containing a cleavage product of hyaluronic acid), as shown in FIG. 3C, almost no melting peak was observed, and no ice crystals were observed. The peak associated with the formation was also much smaller than the peak observed in Comparative Example 1. Therefore, in the solidified body containing the test sample of Example 1, almost no ice crystals were formed, and it is considered that the solidified body was in an extremely good vitrified state.
また、吸熱ピークが観察される温度(吸熱ピーク温度)は、比較例5(試験用試料は粘度平均分子量15000のヒアルロン酸)で-1.4℃であったが、比較例5に製造例1の、粘度平均分子量が1000以下のヒアルロン酸断片を混合した実施例2で-0.4℃であり、純水の吸熱ピーク出現温度0.7℃に近づいた。製造例1の吸熱ピーク温度は、-8.1℃であり、吸熱ピーク出現温度が純水よりも低い水溶性高分子に添加すれば、吸熱ピーク出現温度はさらに低下すると予想されるが、逆に、吸熱ピーク出現温度は上昇して、純水の吸熱ピーク出現温度に近づけられるかまたは吸熱ピークや発熱ピーク自体が出現しないように調整され得る。 In addition, the temperature at which an endothermic peak was observed (endothermic peak temperature) was -1.4°C in Comparative Example 5 (the test sample was hyaluronic acid with a viscosity average molecular weight of 15,000); In Example 2, in which hyaluronic acid fragments with a viscosity average molecular weight of 1000 or less were mixed, the temperature was -0.4°C, which was close to the endothermic peak appearance temperature of pure water, 0.7°C. The endothermic peak temperature of Production Example 1 is -8.1°C, and if it is added to a water-soluble polymer whose endothermic peak appearance temperature is lower than pure water, it is expected that the endothermic peak appearance temperature will further decrease. In addition, the endothermic peak appearance temperature can be increased to approach the endothermic peak appearance temperature of pure water, or it can be adjusted so that the endothermic peak or exothermic peak itself does not appear.
一方、比較例9(試験用試料は粘度平均分子量373000のプルラン)の吸熱ピーク出現温度は1.49℃であり、純水の吸熱ピーク出現温度0.7℃より高かった。この比較例9に製造例1(吸熱ピーク出現温度が-8.1℃)を混合すると(実施例3および4)、吸熱ピーク出現温度は、上昇されるのではなく低下されて、純水の吸熱ピーク出現温度0.7℃と近い0.83℃となった。 On the other hand, the endothermic peak appearance temperature of Comparative Example 9 (the test sample was pullulan with a viscosity average molecular weight of 373,000) was 1.49°C, which was higher than the endothermic peak appearance temperature of pure water, which was 0.7°C. When this Comparative Example 9 is mixed with Production Example 1 (endothermic peak appearance temperature is -8.1°C) (Examples 3 and 4), the endothermic peak appearance temperature is lowered rather than increased, and the pure water The endothermic peak appearance temperature was 0.83°C, which is close to 0.7°C.
すなわち、分子量1000以下のヒアルロン酸と吸熱ピーク出現温度が純水よりも低い水溶性高分子を混合すると、高分子水溶液のピーク出現温度は上がって純水に近づけられ、分子量1000程度のヒアルロン酸と吸熱ピーク出現温度が純水よりも高い水溶性高分子を混合すると、高分子水溶液のピーク出現温度は下がって純水に近づけられることが明らかとなった。 In other words, when hyaluronic acid with a molecular weight of 1,000 or less is mixed with a water-soluble polymer whose endothermic peak appearance temperature is lower than that of pure water, the peak appearance temperature of the polymer aqueous solution increases and becomes closer to that of pure water, and the hyaluronic acid with a molecular weight of about 1,000 and It has become clear that when a water-soluble polymer whose endothermic peak appearance temperature is higher than that of pure water is mixed, the peak appearance temperature of the aqueous polymer solution is lowered and can be brought closer to that of pure water.
これに対し、製造例2の、粘度平均分子量が2000以下のヒアルロン酸断片の吸熱ピーク温度は、表1に示されているように-0.3℃であった。この製造例2の低分子量試料を比較例5(吸熱ピーク出現温度が-1.4℃)に混合した比較例10の吸熱ピーク出現温度は、低下されて-1.6℃であった。 On the other hand, the endothermic peak temperature of the hyaluronic acid fragment having a viscosity average molecular weight of 2000 or less in Production Example 2 was -0.3°C as shown in Table 1. The endothermic peak appearance temperature of Comparative Example 10, in which the low molecular weight sample of Production Example 2 was mixed with Comparative Example 5 (endothermic peak appearance temperature is -1.4°C), was lowered to -1.6°C.
この結果は、低分子の糖類またはその塩、特に好ましくは粘度平均分子量が1000以下である低分子量の糖類を用いることで、高分子水溶液の吸熱ピーク温度を調整して高分子水溶液の吸熱ピーク温度が純水の吸熱ピーク温度0.7℃付近となるようにできることを示している。粘度平均分子量が1000以下である低分子の糖類またはその塩として、スクロースやトレハロース、グルクロン酸を用いた場合も、吸熱ピーク温度に対して製造例1の試料と同様の効果が観察された。 This result shows that the endothermic peak temperature of the aqueous polymer solution can be adjusted by using a low molecular weight saccharide or a salt thereof, particularly preferably a low molecular weight saccharide with a viscosity average molecular weight of 1000 or less. This shows that it is possible to make the endothermic peak temperature of pure water around 0.7°C. When sucrose, trehalose, or glucuronic acid was used as a low-molecular sugar or its salt having a viscosity average molecular weight of 1000 or less, the same effect on the endothermic peak temperature as in the sample of Production Example 1 was observed.
また、実施例1~5の試験用試料溶液の昇温過程における吸熱ピークの吸熱量は、水からなる基準液(比較例2)の対応する吸熱量よりも小さく、65%以下であった。本発明の固化体では、水が結晶化されずにガラス状態で固化されていることがわかる。 Further, the endothermic amount of the endothermic peak during the temperature raising process of the test sample solutions of Examples 1 to 5 was smaller than the corresponding endothermic amount of the reference solution made of water (Comparative Example 2), and was 65% or less. It can be seen that in the solidified product of the present invention, water is not crystallized but solidified in a glass state.
実施例1~5の試験用試料溶液の吸熱ピーク温度が水の吸熱ピーク温度0.7℃付近にあること、すなわち純水に近い挙動を示していること、そして、吸熱ピークの吸熱量は水の昇温過程で観察される吸熱ピークの吸熱量より小さいことは、凍結固化した本発明の固化体中のマトリクスにおいては、氷晶を形成しない束縛水や自由水が残存しているということを示している。本発明で使用される水溶性高分子は、凍結時にそのマトリクス内に水分子をトラップしてガラス化を実現していると考えられる。 The endothermic peak temperatures of the test sample solutions of Examples 1 to 5 are around 0.7°C, the endothermic peak temperature of water, that is, they exhibit behavior similar to pure water, and the endothermic amount of the endothermic peak is similar to that of water. The fact that the endothermic peak observed during the temperature increase process is smaller than the endothermic amount indicates that bound water and free water that do not form ice crystals remain in the matrix in the frozen solidified material of the present invention. It shows. It is thought that the water-soluble polymer used in the present invention achieves vitrification by trapping water molecules within its matrix upon freezing.
<試験例3:初代ヒト間葉系幹細胞の試験用試料溶液を用いた固化体中での凍結保存における長期保存効果の評価>
培養した初代ヒト間葉系幹細胞(Lonza PT2501)を、1×106個/mLの濃度で、実施例1および比較例1の試験用試料溶液(血清非含有)に懸濁した。その後、各試験用試料溶液を含む細胞懸濁液を、緩慢細胞凍結器(Nalgene(登録商標)ミスターフロスティー)中で、-80℃冷凍庫内で凍結して固化体を得た。固化体を-80℃で最長12か月まで保存した後、所定の保管期間で、各固化体を取り出し、37℃の温浴中で急速解凍した。解凍後の各試験用試料溶液を含む細胞懸濁液の細胞生存率を解凍直後にトリパンブルー染色により評価した。結果を図4Aに示す。また、3か月間-80℃で凍結保存した固化体を解凍し、続いて4℃で、一日あるいは1週間保存した。4℃で保存後の細胞懸濁液の細胞生存率をトリパンブルー染色により評価した。なお、4℃での保存後の細胞生存率は、解凍直後(すなわち保存直前)の細胞生存率を100%として算出した。結果を図4Bに示す。
<Test Example 3: Evaluation of long-term preservation effect in cryopreservation in a solidified body using test sample solution of primary human mesenchymal stem cells>
Cultured primary human mesenchymal stem cells (Lonza PT2501) were suspended in the test sample solutions (serum-free) of Example 1 and Comparative Example 1 at a concentration of 1×10 6 cells/mL. Thereafter, the cell suspension containing each test sample solution was frozen in a -80°C freezer in a slow cell freezer (Nalgene® Mr. Frosty) to obtain a solidified body. After storing the solidified bodies at -80°C for up to 12 months, each solidified body was taken out at the predetermined storage period and rapidly thawed in a 37°C hot bath. Immediately after thawing, the cell viability of the cell suspension containing each test sample solution was evaluated by trypan blue staining. The results are shown in Figure 4A. Further, the solidified material that had been frozen and stored at -80°C for 3 months was thawed and then stored at 4°C for one day or one week. The cell viability of the cell suspension after storage at 4°C was evaluated by trypan blue staining. Note that the cell survival rate after storage at 4°C was calculated based on the cell survival rate immediately after thawing (that is, immediately before storage) as 100%. The results are shown in Figure 4B.
図4Aに示されている結果から、本発明の固化体中で凍結された細胞は、5か月の保存後でもほぼ変わらない、95%以上の高い細胞生存率を示していることがわかる。一方、比較例1の試験用試料(DMSO)を含む試料溶液を用いた凍結保存では、凍結保存2か月後に既に細胞生存率の低下が見られた。そして、3か月後には、比較例1の凍結保存における細胞生存率は50%をきっていることが分かる。この結果は、3か月後でも依然として高い細胞生存率が維持されている本発明の固化体とは対照的であった。凍結保存6か月後においては、本発明の固化体中での凍結保存では、10%未満の生存率の低下しかみられない一方、比較例1の試料溶液を用いた凍結保存では、細胞生存率は25%ほどに低下していた。さらに、本発明の固化体中での凍結保存では、凍結保存12か月後においても、依然として高い細胞生存率が維持されており、細胞生存率の低下は15%未満にすぎなかった。 The results shown in FIG. 4A show that the cells frozen in the solidified body of the present invention exhibit a high cell survival rate of 95% or more, which remains almost unchanged even after 5 months of storage. On the other hand, in the cryopreservation using the sample solution containing the test sample (DMSO) of Comparative Example 1, a decrease in cell viability was already observed after two months of cryopreservation. It can be seen that after 3 months, the cell survival rate in the cryopreservation of Comparative Example 1 was below 50%. This result was in contrast to the solidified material of the present invention, which still maintained a high cell survival rate even after 3 months. After 6 months of cryopreservation, cell viability decreased by less than 10% in cryopreservation in the solidified material of the present invention, while cell survival decreased in cryopreservation using the sample solution of Comparative Example 1. The rate had fallen to about 25%. Furthermore, in the cryopreservation in the solidified body of the present invention, a high cell viability was still maintained even after 12 months of cryopreservation, and the decrease in cell viability was only less than 15%.
したがって、本発明の固化体によれば、細胞を長期間安定に、高い細胞生存率で凍結保存することができることがわかる。 Therefore, it can be seen that according to the solidified product of the present invention, cells can be cryopreserved stably for a long period of time with a high cell survival rate.
また、-80℃で長期間保存した細胞を解凍後にそのまま4℃で保存した場合において、本発明の固化体を用いた場合では、4℃で1日保存した後の細胞生存率が保存直前の細胞生存率のほぼ100%に近かった一方、比較例1では60%程度に低下していた。本発明の固化体中で凍結保存された細胞では、一週間の4℃での保存後でさえも、未だ40%以上の細胞生存率が見られた。これは、本発明の固化体中での凍結保存において、解凍後に生存していた細胞が、実質正常に増殖に向かう細胞であったこと、および、保存中に本発明の固化体中のマトリクスが細胞にダメージを与えていないことを示しており、これにより、本発明の固化体中のマトリクスが非常に優れた細胞保存効果を有していることが確認された。 Furthermore, when cells stored for a long period of time at -80°C are thawed and then stored as is at 4°C, when the solidified material of the present invention is used, the cell survival rate after storing for one day at 4°C is lower than that immediately before storage. While the cell survival rate was close to 100%, in Comparative Example 1 it was reduced to about 60%. Cells cryopreserved in the solidified material of the present invention still had a cell survival rate of 40% or more even after storage at 4°C for one week. This is because, during cryopreservation in the solidified material of the present invention, the cells that survived after thawing were cells that proceeded to proliferate normally, and that the matrix in the solidified material of the present invention during storage was This indicates that no damage was caused to the cells, thereby confirming that the matrix in the solidified body of the present invention has an extremely excellent cell preservation effect.
<試験例4:初代ヒト間葉系幹細胞の試験用試料溶液を用いた固化体中での凍結保存後の細胞の性状の評価>
培養した初代ヒト間葉系幹細胞(Lonza PT2501)を、1×106個/mLの濃度で、実施例1および比較例1の試験用試料溶液(血清非含有)に懸濁した。その後、各試験用試料溶液を含む細胞懸濁液を、緩慢細胞凍結器(Nalgene(登録商標)ミスターフロスティー)中で、-80℃冷凍庫内で凍結して固化体を得た。固化体を-80℃で6か月間保存した。6か月後に、各固化体を37℃の温浴中で急速解凍し、αMEMで洗浄したのち、6ウェルプレートに2.5×104個ずつ播種し、4日後、培養培地中のHGFおよびIL-10濃度を定量した。HGFおよびIL-10の定量には、それぞれ、専用のキット(Quantikine(登録商標) ELISA Human HGF、カタログ番号DHG00、R&D社製)、Quantikine(登録商標) ELISA Human IL-10、カタログ番号D100B、R&D社製)を用い、キット添付の手順書の順序に準じて行った。結果を図5Aおよび5Bに示す。
<Test Example 4: Evaluation of cell properties after cryopreservation in a solidified body using a test sample solution of primary human mesenchymal stem cells>
Cultured primary human mesenchymal stem cells (Lonza PT2501) were suspended in the test sample solutions (serum-free) of Example 1 and Comparative Example 1 at a concentration of 1×10 6 cells/mL. Thereafter, the cell suspension containing each test sample solution was frozen in a -80°C freezer in a slow cell freezer (Nalgene® Mr. Frosty) to obtain a solidified body. The solidified material was stored at -80°C for 6 months. After 6 months, each solidified body was rapidly thawed in a 37°C hot bath, washed with αMEM, and then seeded at 2.5 × 10 4 cells in a 6-well plate. After 4 days, HGF and IL in the culture medium were inoculated. -10 concentration was determined. For the quantification of HGF and IL-10, dedicated kits (Quantikine (registered trademark) ELISA Human HGF, catalog number DHG00, manufactured by R&D) and Quantikine (registered trademark) ELISA Human IL-10, catalog number D100B, manufactured by R&D were used, respectively. (manufactured by S.A., Inc.) according to the order of the procedure manual attached to the kit. The results are shown in Figures 5A and 5B.
図5Aに示されるように、凍結保存剤としてのDMSOを含む比較例1の試料溶液の存在下の凍結保存では、解凍後の細胞におけるHGF産生が高かった。一方、ヒアルロン酸の切断生成物を含む粘度平均分子量10000のヒアルロン酸を含む本発明の実施例1の固化体では、解凍後の細胞におけるHGF産生量は低く、比較例1の1/3以下であった。DMSO存在下での結果は、DMSO存在下での保存では細胞がストレス状態にあったことを示している。本発明の固化体を用いた細胞保存ではこのような高いHGF産生は観察されないことから、本発明の固化体では細胞は安定に保護されていることがわかる。 As shown in FIG. 5A, when cryopreserved in the presence of the sample solution of Comparative Example 1 containing DMSO as a cryopreservative, HGF production in cells after thawing was high. On the other hand, in the solidified material of Example 1 of the present invention containing hyaluronic acid with a viscosity average molecular weight of 10,000 and including a cleavage product of hyaluronic acid, the amount of HGF produced in cells after thawing was low, and was less than 1/3 of that of Comparative Example 1. there were. The results in the presence of DMSO indicate that the cells were under stress upon storage in the presence of DMSO. Such high HGF production is not observed when cells are preserved using the solidified material of the present invention, which indicates that cells are stably protected in the solidified material of the present invention.
図5Bに示されるように、IL-10産生量は、実施例1の固化体中で凍結保存された細胞で高く、比較例1の試験用試料溶液を用いて凍結保存された細胞では非常に低かった。この結果から、本発明の固化体は、細胞の機能を維持しつつ良好に細胞を凍結保存できることがわかる。 As shown in FIG. 5B, the amount of IL-10 produced was high in cells cryopreserved in the solidified material of Example 1, and very low in cells cryopreserved using the test sample solution of Comparative Example 1. It was low. This result shows that the solidified material of the present invention can favorably freeze-preserve cells while maintaining cell functions.
本発明の固化体はDMSOやエチレングリコールなどの細胞毒性を有する化合物を含まないので、本発明の固化体中での凍結保存は、従来の凍結保存液とは異なり、生体試料をストレス状態にさらすことなく、その性状を維持したままで凍結保存することが可能であるという顕著な効果を有する。 Since the solidified material of the present invention does not contain cytotoxic compounds such as DMSO or ethylene glycol, cryopreservation in the solidified material of the present invention exposes biological samples to stress conditions, unlike conventional cryopreservation solutions. It has the remarkable effect of being able to be cryopreserved while maintaining its properties without causing any damage.
また、血清や血清由来タンパク質を添加しないため、細菌やウィルスによる汚染もない。なお、細菌やウィルスに汚染されていないようなタンパク質を添加することは可能である。また、細胞の機能を損なわない低濃度で細胞浸透性で毒性を有する化合物を使用することは可能である。 Furthermore, since no serum or serum-derived proteins are added, there is no contamination by bacteria or viruses. Note that it is possible to add proteins that are not contaminated with bacteria or viruses. It is also possible to use cell-permeable and toxic compounds at low concentrations that do not impair cell function.
<試験例5:初代ヒト間葉系幹細胞の試験用試料溶液を用いた固化体中での凍結保存後の細胞の性状(未分化性)の評価>
培養した初代ヒト間葉系幹細胞(Lonza PT2501)を、1×106個/mLの濃度で、実施例1および比較例1の試験用試料溶液(血清非含有)に懸濁した。その後、各試験用試料溶液を含む細胞懸濁液を、緩慢細胞凍結器(Nalgene(登録商標)ミスターフロスティー)中で、-80℃冷凍庫内で凍結して固化体を得た。固化体を-80℃で6か月間保存した。6か月後に、各固化体を取り出し、37℃の温浴中で急速解凍した。解凍後の各試験用試料溶液を含む細胞懸濁液において、CD90、CD44およびCD105の発現強度をフローサイトメトリーにより解析した。結果を図6に示す。
<Test Example 5: Evaluation of cell properties (undifferentiated) after cryopreservation in a solidified body using a test sample solution of primary human mesenchymal stem cells>
Cultured primary human mesenchymal stem cells (Lonza PT2501) were suspended in the test sample solutions (serum-free) of Example 1 and Comparative Example 1 at a concentration of 1×10 6 cells/mL. Thereafter, the cell suspension containing each test sample solution was frozen in a -80°C freezer in a slow cell freezer (Nalgene® Mr. Frosty) to obtain a solidified body. The solidified material was stored at -80°C for 6 months. After 6 months, each solidified product was taken out and rapidly thawed in a 37°C hot bath. In the cell suspension containing each test sample solution after thawing, the expression intensity of CD90, CD44, and CD105 was analyzed by flow cytometry. The results are shown in FIG.
CD90、CD44およびCD105は、未分化状態の間葉系幹細胞に発現する代表的な表面タンパク質であり、間葉系幹細胞の未分化性マーカーとして用いられるものである。図6に示されるように、CD90、CD44およびCD105の、全ての未分化性バイオマーカーの発現は、実施例1の固化体中で凍結保存した細胞において比較例1の試験用試料溶液で凍結保存した細胞よりも高かった。したがって、実施例1の固化体中で凍結保存した細胞が未分化マーカーの発現を維持していることがわかる。すなわち、実施例1の固化体中で細胞は未分化状態を保持することができる。本発明の固化体を用いた凍結保存によれば、比較例1の試験用水溶液で保存した場合に見られるような分化状態への影響を低減することができることがわかる。 CD90, CD44, and CD105 are typical surface proteins expressed on undifferentiated mesenchymal stem cells, and are used as undifferentiated markers of mesenchymal stem cells. As shown in FIG. 6, the expression of all undifferentiated biomarkers, CD90, CD44, and CD105, was significantly reduced in the cells cryopreserved in the solidified body of Example 1, which were cryopreserved with the test sample solution of Comparative Example 1. It was higher than that of the cells. Therefore, it can be seen that the cells cryopreserved in the solidified body of Example 1 maintain the expression of undifferentiated markers. That is, the cells in the solidified body of Example 1 can maintain an undifferentiated state. It can be seen that the cryopreservation using the solidified material of the present invention can reduce the influence on the differentiation state that is observed when the test aqueous solution of Comparative Example 1 is used.
この結果より、本発明の固化体中での凍結保存が、未分化状態で凍結保存することが重要である幹細胞の凍結保存にも好適に適用可能であることがわかる。 This result shows that the cryopreservation in the solidified body of the present invention is suitably applicable to the cryopreservation of stem cells, which is important to be cryopreserved in an undifferentiated state.
<試験例6:各種試料を含む固化体における細胞生存率の評価>
培養した初代イヌ間葉系幹細胞(cyagen C160)を、1×106個/mLの濃度で、実施例1~4および比較例3、6、9および10の試験用試料溶液(血清非含有)に懸濁した(ただし、実施例1の試験用試料溶液中のヒアルロン酸試料の濃度は20w/v%とした)。その後、各試験用試料溶液を含む細胞懸濁液を、緩慢細胞凍結器(Nalgene(登録商標)ミスターフロスティー)中で、-80℃冷凍庫内で凍結して固化体を得た。各固化体を1日間保存した後、各固化体を取り出し、37℃の温浴中で急速解凍した。解凍後の各試験用試料溶液を含む細胞懸濁液の細胞生存率をトリパンブルー染色により評価した。結果を表1に示す。
<Test Example 6: Evaluation of cell viability in solidified bodies containing various samples>
Cultured primary canine mesenchymal stem cells (cyagen C160) were added to the test sample solutions of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 3, 6, 9, and 10 (serum-free) at a concentration of 1×10 6 cells/mL. (However, the concentration of the hyaluronic acid sample in the test sample solution of Example 1 was 20 w/v%). Thereafter, the cell suspension containing each test sample solution was frozen in a -80°C freezer in a slow cell freezer (Nalgene® Mr. Frosty) to obtain a solidified body. After storing each solidified body for one day, each solidified body was taken out and rapidly thawed in a 37°C hot bath. The cell viability of the cell suspension containing each test sample solution after thawing was evaluated by trypan blue staining. The results are shown in Table 1.
試験例1の結果と併せて表1に示されている細胞生存率の結果から、本発明における水溶性高分子はヒアルロン酸に限定されず、他の水溶性高分子であっても、その高分子水溶液が所定の吸熱ピーク温度を有していれば高い細胞保護効果を示すことがわかる。また、比較例9と実施例3および4(比較例9に製造例1を添加したもの)との結果から、水溶性高分子に、より分子量の小さい糖類またはその塩を組み合わせて使用することにより、固化体のマトリクスが良好な細胞保護効果を示すようになることがわかった。これは、試験例2の結果にも示されているように、低分子の糖類またはその塩を高分子水溶液に添加することによって試料溶液の吸熱ピーク温度を純水の吸熱ピーク温度0.7℃付近となるよう調整できたことによるものと推定される。比較例10は、粘度平均分子量15000であるヒアルロン酸の高分子水溶液(比較例5)に、製造例2の低分子量の糖類(粘度平均分子量が2000のヒアルロン酸断片試料)を添加した試験用試料溶液であるが、試験例2の結果でも示されているように、DSC曲線の吸熱ピーク温度が-1.6℃と、比較例5の吸熱ピーク温度(-1.4℃)よりも低下してしまい、純水の吸熱ピーク出現温度0.7℃から遠ざかってしまった。この結果、また、実施例ほどの高い細胞生存率は得られなかった。この結果から、高分子水溶液に低分子量の糖類またはその塩を混合して、試験用試料溶液の吸熱ピーク温度を所望の範囲に調整することにより、より高い細胞生存率が得られ得ることがわかった。 From the cell viability results shown in Table 1 together with the results of Test Example 1, the water-soluble polymer in the present invention is not limited to hyaluronic acid, and even other water-soluble polymers can be used. It can be seen that if the molecular aqueous solution has a predetermined endothermic peak temperature, it exhibits a high cell protection effect. In addition, from the results of Comparative Example 9 and Examples 3 and 4 (Comparative Example 9 with Production Example 1 added), it was found that by using a water-soluble polymer in combination with a saccharide or its salt having a smaller molecular weight, It was found that the solidified matrix showed good cytoprotective effect. As shown in the results of Test Example 2, by adding a low-molecular sugar or its salt to an aqueous polymer solution, the endothermic peak temperature of the sample solution was reduced to 0.7°C, the endothermic peak temperature of pure water. It is presumed that this was due to the adjustment being made so that they were close to each other. Comparative Example 10 is a test sample in which the low molecular weight saccharide of Production Example 2 (hyaluronic acid fragment sample with a viscosity average molecular weight of 2000) was added to a polymer aqueous solution of hyaluronic acid with a viscosity average molecular weight of 15000 (Comparative Example 5). Although it is a solution, as shown in the results of Test Example 2, the endothermic peak temperature of the DSC curve is -1.6 °C, lower than the endothermic peak temperature of Comparative Example 5 (-1.4 °C). As a result, the endothermic peak appearance temperature of pure water has moved away from 0.7°C. As a result, a cell survival rate as high as in the example was not obtained. These results show that higher cell survival rates can be obtained by adjusting the endothermic peak temperature of the test sample solution to a desired range by mixing low molecular weight saccharides or their salts into the aqueous polymer solution. Ta.
また、糖類またはその塩を添加することによって、調製された試験用試料溶液が酸性を呈している場合には、pH調整により試験用試料溶液を中性にすることで、良好な細胞保護効果が得られた。pH調整により細胞の生存に、より適切な条件となったと考えられる。添加される低分子量の糖類またはその塩が細胞保護成分として作用して凍結保存後の細胞の細胞生存率がさらに向上されるためには、高分子水溶液中に低分子量の糖類またはその塩が、水溶性高分子に対して1~5w/v%の量で添加されていることが必要であった。一方、添加する低分子量の糖類またはその塩の量を水溶性高分子に対して10w/v%より多くしても、細胞生存率の向上効果にさらなる影響は見られなかった。 In addition, if the prepared test sample solution is acidic due to the addition of sugars or its salts, a good cell protection effect can be obtained by making the test sample solution neutral by adjusting the pH. Obtained. It is thought that pH adjustment resulted in more appropriate conditions for cell survival. In order for the added low molecular weight saccharide or its salt to act as a cell protection component and further improve the cell viability of cells after cryopreservation, the low molecular weight saccharide or its salt should be added to the polymer aqueous solution. It was necessary that it be added in an amount of 1 to 5 w/v% relative to the water-soluble polymer. On the other hand, even when the amount of low molecular weight saccharide or its salt added was greater than 10 w/v% relative to the water-soluble polymer, no further influence on the effect of improving cell survival rate was observed.
また、表1から、試験用試料溶液の極限粘度(η)が、0.20dL/g以上、0.95dL/g以下程度の範囲にあることが、細胞生存率を高めるためにより好ましいことがわかる。極限粘度(η)が上記の所定の範囲内にある場合、高分子溶液を含むマトリクスが、生体試料内からの水分子の排出を助け、そして排出されてきた水分子を効率よく生体試料の周囲の高分子および/または低分子の糖類と置換することができると考えられる。また、表1より、DSC曲線の吸熱ピーク温度が-1.4℃以下、1.1℃より大きい場合、凍結保存後の細胞生存率が低下することがわかる。すなわち、吸熱ピーク温度が-1.4℃を超え、1.1℃以下程度であることは、凍結時に高分子溶液が高分子マトリクス内に水分子を保持することができることを示していると考えられる。 Furthermore, from Table 1, it can be seen that it is more preferable for the intrinsic viscosity (η) of the test sample solution to be in the range of about 0.20 dL/g or more and 0.95 dL/g or less in order to increase the cell survival rate. . When the intrinsic viscosity (η) is within the above predetermined range, the matrix containing the polymer solution helps expel water molecules from within the biological sample, and efficiently transports the expelled water molecules around the biological sample. It is believed that the saccharide can be replaced with a high-molecular and/or low-molecular saccharide. Furthermore, Table 1 shows that when the endothermic peak temperature of the DSC curve is −1.4° C. or lower and higher than 1.1° C., the cell survival rate after cryopreservation decreases. In other words, the fact that the endothermic peak temperature exceeds -1.4°C and is approximately 1.1°C or less is considered to indicate that the polymer solution can retain water molecules within the polymer matrix during freezing. It will be done.
また、本試験例6の結果より、本発明の固化体が、ヒトだけでなく、イヌ間葉系幹細胞に対しても、良好な凍結保護効果を示すことがわかった。 Furthermore, the results of Test Example 6 revealed that the solidified material of the present invention exhibits a good cryoprotective effect not only on human mesenchymal stem cells but also on canine mesenchymal stem cells.
<試験例7:固化体中の細胞の評価(細胞内ガラス化状態の評価)>
培養した初代イヌ間葉系幹細胞(cyagen C160)を、1×106個/mLの濃度で、実施例1および比較例1の試験用試料溶液(血清非含有)に懸濁した。対照として、凍結保存剤を含まないαMEM培地からなる比較例2の試験用試料溶液に細胞を懸濁させた対照懸濁液を同様に調製した。その後、各試験用試料溶液を含む細胞懸濁液および対照懸濁液を、硬質硝子製試料置板(16φ×0.12mm)に5μL添加し、硬質硝子製カバーガラス(12φ×0.12mm)でカバーし、linKam社製顕微鏡用冷却ステージ(THMS600)で、5℃/minで-80℃まで降温し、透過光顕微鏡(Olympus BX53)で-80℃にて固化体の画像を撮影した。結果を図7A~Cに示す。
<Test Example 7: Evaluation of cells in solidified body (evaluation of intracellular vitrification state)>
Cultured primary canine mesenchymal stem cells (cyagen C160) were suspended in the test sample solutions (serum-free) of Example 1 and Comparative Example 1 at a concentration of 1×10 6 cells/mL. As a control, a control suspension in which cells were suspended in the test sample solution of Comparative Example 2 consisting of αMEM medium containing no cryopreservative was similarly prepared. Thereafter, 5 μL of the cell suspension containing each test sample solution and the control suspension were added to a hard glass sample plate (16φ x 0.12 mm), and a hard glass cover glass (12φ x 0.12 mm) was added. The temperature was lowered to −80° C. at a rate of 5° C./min using a cooling stage for microscopes manufactured by LinKam (THMS600), and an image of the solidified material was taken at −80° C. using a transmitted light microscope (Olympus BX53). The results are shown in Figures 7A-C.
図7Aは、対照懸濁液の結果を示しており、培地のみでは、固化体中での細胞内に氷晶が発生して光が乱反射するために細胞が暗転していることがわかる。図7Bは、DMSOが試験用試料である比較例1の結果を示している。図7Bにおいても、細胞は暗転しており、微小氷晶が形成されていることがわかる。図7Cは、実施例1の固化体の結果である。細胞が明転しており、固化体中での細胞内が非晶状態にガラス化していることがわかる。 FIG. 7A shows the results for the control suspension, and it can be seen that when using only the medium, the cells turned dark because ice crystals were generated inside the cells in the solidified body and light was diffusely reflected. FIG. 7B shows the results of Comparative Example 1 in which DMSO was the test sample. In FIG. 7B as well, the cells have turned dark and it can be seen that micro ice crystals have been formed. FIG. 7C shows the results of the solidified product of Example 1. It can be seen that the cells have turned bright, and the inside of the cells in the solidified body has been vitrified to an amorphous state.
この結果から、本発明の固化体が細胞内をガラス化状態にして凍結させていることがわかる。そして、ヒアルロン酸の切断生成物である糖類を含むことにより、ガラス状態がより安定的に形成されることがわかった。低分子量を有する糖類によって細胞周辺の氷晶形成が抑制されることにより、ガラス化が安定的に効率よく起こったと考えられる。 This result shows that the solidified material of the present invention freezes the inside of cells in a vitrified state. It was also found that by including sugars, which are cleavage products of hyaluronic acid, a glassy state can be formed more stably. It is thought that vitrification occurred stably and efficiently because the formation of ice crystals around the cells was suppressed by sugars having low molecular weights.
<試験例8:明度差を用いた細胞内ガラス化状態の評価>
培養した初代イヌ間葉系幹細胞(cyagen C160)を、1×106個/mLの濃度で、実施例1~5および比較例1~10の試験用試料溶液(血清非含有)に懸濁した。対照として、凍結保存剤を含まないαMEM培地からなる比較例2の試験用試料溶液に細胞を懸濁させた対照懸濁液を同様に調製した。その後、各試験用試料溶液を含む細胞懸濁液および対照懸濁液を、硬質硝子製試料置板(16φ×0.12mm)に5μL添加し、硬質硝子製カバーガラス(12φ×0.12mm)でカバーし、linKam社製顕微鏡用冷却ステージ(THMS600)で、5℃/minで-80℃まで降温し、透過光顕微鏡(Olympus BX53)で-80℃にて固化体の画像を撮影した。図8Aおよび8Bに実施例1ならびに比較例1および2の結果を示す。
<Test Example 8: Evaluation of intracellular vitrification state using brightness difference>
Cultured primary canine mesenchymal stem cells (cyagen C160) were suspended in the test sample solutions (serum-free) of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 10 at a concentration of 1 x 10 cells/mL. . As a control, a control suspension in which cells were suspended in the test sample solution of Comparative Example 2 consisting of αMEM medium containing no cryopreservative was similarly prepared. Thereafter, 5 μL of the cell suspension containing each test sample solution and the control suspension were added to a hard glass sample plate (16φ x 0.12 mm), and a hard glass cover glass (12φ x 0.12 mm) was added. The temperature was lowered to −80° C. at a rate of 5° C./min using a cooling stage for microscopes manufactured by LinKam (THMS600), and an image of the solidified material was taken at −80° C. using a transmitted light microscope (Olympus BX53). The results of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in FIGS. 8A and 8B.
図8Aに示されている観察像の細胞内と細胞外の明暗の差(絶対値)を画像解析ソフトImageJを用いて解析した。それぞれの画像において、溶媒領域の明度および細胞内部の明度と、マンセル明度とを同条件で読み込み、溶媒領域の明度および細胞内部の明度のそれぞれの読み込みデータと各マンセル明度の読み込みデータとを比較して、最も近い読み込みデータのマンセル明度を、溶媒領域の明度および細胞内部の明度として採用して、溶媒の明度および細胞内部の明度を数値化(マンセル値化)した。なお、画像解析ソフトで読み込んだ細胞内領域または溶媒領域の明度の読み込み値が、マンセル明度の最も暗い値0の読み込み値よりもさらに暗い値である場合は、便宜上細胞内領域または溶媒領域のマンセル値を0とし、画像解析ソフトで読み込んだ細胞内領域または溶媒領域の明度の読み込み値が、マンセル明度の最も明るい値10の読み込み値よりもさらに明るい値である場合は、便宜上細胞内領域または溶媒領域のマンセル明度の値を10とする。 The difference in brightness (absolute value) between the inside and outside of the cell in the observed image shown in FIG. 8A was analyzed using image analysis software ImageJ. In each image, read the brightness of the solvent region, the brightness inside the cell, and the Munsell brightness under the same conditions, and compare the read data of the brightness of the solvent region and the brightness inside the cell with the read data of each Munsell brightness. Then, the Munsell brightness of the closest reading data was adopted as the brightness of the solvent region and the brightness of the inside of the cell, and the brightness of the solvent and the brightness of the inside of the cell were quantified (Munsell value). If the read value of the brightness of the intracellular region or solvent region read by the image analysis software is a value darker than the read value of the darkest Munsell brightness value of 0, for convenience, the Munsell value of the intracellular region or solvent region If the value is set to 0, and the read value of the brightness of the intracellular region or solvent region read by the image analysis software is a value brighter than the read value of the brightest value of 10 of the Munsell brightness, for convenience, Let the Munsell lightness value of the region be 10.
測定の結果、対照懸濁液(比較例2)では、溶媒領域のマンセル明度は5、細胞内領域のマンセル明度は0であり、溶媒領域と細胞内部領域のマンセル明度の差は5であった。比較例1では溶媒領域の明度は4、細胞内領域のマンセル明度は0、マンセル明度差は4であった。これに対し、実施例1では、溶媒領域のマンセル明度が4、細胞内領域のマンセル明度が2で、マンセル明度差は2であった(図8B)。実施例2~4および比較例3~10についても、同様に、溶媒領域のマンセル明度、細胞内領域のマンセル明度を求め、明度差を算出した。結果を表1に示す。 As a result of the measurement, in the control suspension (Comparative Example 2), the Munsell brightness in the solvent region was 5, the Munsell brightness in the intracellular region was 0, and the difference in Munsell brightness between the solvent region and the intracellular region was 5. . In Comparative Example 1, the brightness of the solvent region was 4, the Munsell brightness of the intracellular region was 0, and the Munsell brightness difference was 4. In contrast, in Example 1, the Munsell brightness in the solvent region was 4, the Munsell brightness in the intracellular region was 2, and the Munsell brightness difference was 2 (FIG. 8B). For Examples 2 to 4 and Comparative Examples 3 to 10, the Munsell brightness of the solvent region and the Munsell brightness of the intracellular region were similarly determined, and the difference in brightness was calculated. The results are shown in Table 1.
凍結時に氷晶が形成されると可視光は遮断されて明度が低下する。したがって、溶媒マトリクス領域および生体試料内領域(細胞内領域)においてマンセル明度が2以上であることが好ましい。マンセル明度がこの程度の値であることは、溶媒マトリクス領域および生体試料内領域(細胞内領域)において氷晶が形成されていない、すなわち良好にガラス化されていることを示している。実施例1では、溶媒領域のマンセル明度が4であり、細胞内領域のマンセル値が2であったことから、どちらの領域においても、氷晶が形成されていないことがわかった。 When ice crystals form during freezing, visible light is blocked and brightness decreases. Therefore, it is preferable that the Munsell brightness is 2 or more in the solvent matrix region and the biological sample intracellular region (intracellular region). The fact that the Munsell lightness is at this level indicates that no ice crystals are formed in the solvent matrix region and the intracellular region (intracellular region), that is, the region is well vitrified. In Example 1, the Munsell brightness of the solvent region was 4, and the Munsell value of the intracellular region was 2, indicating that no ice crystals were formed in either region.
また、溶媒領域のマンセル明度と細胞内領域のマンセル値との明度差は、実施例2~5においても、実施例1と同様、2であった。本発明の固化体において、固化体中の溶媒領域は、上述のように水溶性高分子を調整して、氷晶ができない状態となっている。したがって、この溶媒マトリクス側の明度と生体試料内側の明度とに差がほぼ無いというこの結果は、マトリクス領域と細胞内領域とで凍結状態がほぼ同じであることを意味する。すなわち、本発明の固化体では生体試料内の領域にも氷晶が形成されていないことを示している。 Further, the difference in brightness between the Munsell value in the solvent region and the Munsell value in the intracellular region was 2 in Examples 2 to 5, as in Example 1. In the solidified product of the present invention, the solvent region in the solidified product is in a state where ice crystals are not formed by adjusting the water-soluble polymer as described above. Therefore, this result that there is almost no difference between the brightness on the solvent matrix side and the brightness inside the biological sample means that the frozen state is almost the same in the matrix region and the intracellular region. That is, it is shown that in the solidified body of the present invention, ice crystals are not formed even in the region within the biological sample.
さらに、実施例1および2と、粘度平均分子量が1000以下のヒアルロン酸が添加されていない比較例5および粘度平均分子量が2000以下のヒアルロン酸が添加されている10とを比較することにより、また、実施例3および4と、粘度平均分子量が1000以下のヒアルロン酸が添加されていない比較例9とを比較することにより、溶媒マトリクス領域の明度と生体試料内領域の明度との差の調整も、水溶性高分子またはその塩を含む高分子水溶液に、水溶性高分子よりも低い分子量を有する糖類またはその塩を添加することにより行うことができることが判明した。表1から、明度差と細胞生存率とは良好な相関関係を示していることがわかる。細胞内領域と溶媒領域との明度差は3以下であることが望ましい。また、細胞内領域の明度の値に比べて、溶媒領域の明度の値の方が大きいか同じであることが望ましい。したがって、本発明の固化体においては、低分子量の糖またはその塩を添加することなどにより、溶媒マトリクス領域の明度と生体試料内領域の明度との差が3以下に調整され、これにより、細胞内領域と溶媒領域との両方で良好なガラス化状態が実現されている。 Furthermore, by comparing Examples 1 and 2 with Comparative Example 5, in which no hyaluronic acid with a viscosity average molecular weight of 1000 or less was added, and Comparative Example 10, in which hyaluronic acid with a viscosity average molecular weight of 2000 or less was added, By comparing Examples 3 and 4 with Comparative Example 9 in which hyaluronic acid with a viscosity average molecular weight of 1000 or less was not added, it was possible to adjust the difference between the brightness of the solvent matrix region and the brightness of the biological sample region. It has been found that this can be achieved by adding a saccharide or a salt thereof having a lower molecular weight than the water-soluble polymer to an aqueous polymer solution containing the water-soluble polymer or its salt. Table 1 shows that there is a good correlation between the brightness difference and the cell survival rate. It is desirable that the difference in brightness between the intracellular region and the solvent region is 3 or less. Furthermore, it is desirable that the brightness value of the solvent region is greater than or equal to the brightness value of the intracellular region. Therefore, in the solidified product of the present invention, the difference between the brightness of the solvent matrix region and the brightness of the biological sample region is adjusted to 3 or less by adding low molecular weight sugar or its salt. A good vitrification state is achieved in both the inner region and the solvent region.
<試験例9:固化体中の細胞の評価>
培養した初代イヌ間葉系幹細胞(cyagen C160)を、1×106個/mLの濃度で、実施例1~5、比較例1~10および製造例1~3の試験用試料溶液(血清非含有)に懸濁した。その後、各試験用試料溶液を含む細胞懸濁液を、硬質硝子製試料置板(16φ×0.12mm)に5μL添加し、硬質硝子製カバーガラス(12φ×0.12mm)でカバーし、linKam社製顕微鏡用冷却ステージ(THMS600)で、5℃/minで-80℃まで降温して固化させ、透過光顕微鏡(Olympus BX53)で固化体を観察した。培養液中(培地中)すなわち固化前および-80℃への降温後(固化した状態)に冷却ステージの法線方向上方から固化体の画像を撮影した。撮影した降温前および降下後の画像において各細胞の細胞面積を画像解析ソフトImageJを用いて算出し(細胞の正射影面積)、固化に伴う細胞の正射影面積の変化を求めた。固化前の培養液中(培地中)の細胞の面積に対する固化後の細胞の面積の割合を算出し、細胞の収縮率(%)とした。結果を表1に示す。
<Test Example 9: Evaluation of cells in solidified body>
Cultured primary canine mesenchymal stem cells (cyagen C160) were added to the test sample solutions of Examples 1 to 5, Comparative Examples 1 to 10, and Production Examples 1 to 3 (serum-free) at a concentration of 1×10 6 cells/mL. (containing). Thereafter, 5 μL of the cell suspension containing each test sample solution was added to a hard glass sample plate (16φ x 0.12 mm), covered with a hard glass cover glass (12φ x 0.12 mm), and placed on a linKam plate. The temperature was lowered to −80° C. at a rate of 5° C./min to solidify using a cooling stage for a microscope (THMS600) manufactured by the company, and the solidified product was observed using a transmitted light microscope (Olympus BX53). Images of the solidified body were taken from above in the normal direction of the cooling stage in the culture solution (medium), that is, before solidification and after cooling to -80°C (solidified state). The cell area of each cell was calculated using image analysis software ImageJ in the images taken before and after the temperature was lowered (orthogonal projected area of the cell), and changes in the orthogonal projected area of the cell due to solidification were determined. The ratio of the area of the cells after solidification to the area of the cells in the culture solution (in the medium) before solidification was calculated and taken as the cell shrinkage rate (%). The results are shown in Table 1.
実施例1~5の固化体中で凍結された細胞は、それぞれ、38、33、33、33、および40%の細胞収縮率を示した。実施例1~5の固化体中での凍結保存では、凍結される細胞内からの水の排出が促進され、凍結時に細胞内が良好に脱水されている。実施例1~5の生体試料の凍結では、いずれの場合も水溶性高分子および/または低分子量の糖類が細胞の周囲に十分に近接して存在し、細胞内液と高分子溶液とのあいだに生じる浸透圧差により細胞内から細胞外へ移動した水分子を水溶性高分子のマトリクス中にトラップしてさらに細胞内からの水の排出を促進させ、そして、細胞内のタンパク質や糖類の高められた濃度によって細胞内の水を過冷却状態とし、さらに過冷却水とのあいだの蒸気圧差によって水分子の細胞膜を通過した細胞外への移動をさらに促進して、細胞内での氷結や氷晶の成長を防止または抑制している。また、細胞が収縮しているのであるから、水溶性高分子等は細胞に侵入していないことがわかる。 Cells frozen in the solidified bodies of Examples 1-5 exhibited cell shrinkage rates of 38, 33, 33, 33, and 40%, respectively. In the cryopreservation in the solidified bodies of Examples 1 to 5, the discharge of water from the frozen cells is promoted, and the cells are well dehydrated during freezing. In the freezing of biological samples in Examples 1 to 5, in each case, water-soluble polymers and/or low molecular weight saccharides were present sufficiently close to the periphery of the cells, and there was a gap between the intracellular fluid and the polymer solution. The water molecules that move from inside the cell to the outside of the cell due to the osmotic pressure difference generated in The concentration of water in the cell supercools the water inside the cell, and the vapor pressure difference between the water and the supercooled water further promotes the movement of water molecules to the outside of the cell through the cell membrane, causing freezing and ice crystals within the cell. Preventing or suppressing the growth of Furthermore, since the cells are shrinking, it can be seen that water-soluble polymers and the like have not invaded the cells.
これに対し、DMSOが試験用試料である比較例1および培地のみである比較例2では、凍結後に細胞の正射影面積が増大していた。また、極限粘度(η)が、0.20dL/g以上、0.95dL/g以下の範囲外にある比較例3、4および6の試験用試料溶液での凍結保存では、細胞は凍結前とほぼ同じ正射影面積を有していた。細胞内の脱水が十分に起こらなかったと考えられる。一方、DSC曲線の吸熱ピーク温度が水の吸熱ピーク温度0.7℃付近から外れ、-1.4℃以下、1.1℃より大きい試験用試料溶液(比較例5、9および10)においては、細胞の収縮は起こったものの十分ではなかった。細胞の脱水が十分に促進されなかったためであると考えられる。したがって、これら比較例の固化体中での凍結保存後の細胞の生存率は、細胞が良好に脱水している実施例1~5と比較して低かったと考えられる。比較例7および8では、細胞の正射影面積は凍結前より増大してした。比較例8では、凍結により細胞破裂も起こっていることが観察された。比較例7および8では、水溶性高分子が細胞内に浸透していると考えられる。また、比較例7および8における凍結保存後の細胞の細胞生存率も低かった。このような細胞浸透性の水溶性高分子は、凍結により細胞を膨張させ、細胞にダメージを与えるため、生体試料の凍結保存用に用いられる高分子水溶液のための水溶性高分子としては適していないと考えらえる。また、極限粘度(η)の小さい製造例1~3では、細胞の正射影面積に変化は見られず、細胞の脱水は起こっていないと推定された。 On the other hand, in Comparative Example 1 in which DMSO was the test sample and Comparative Example 2 in which only the medium was used, the orthogonal projected area of the cells increased after freezing. In addition, when cryopreserving the test sample solutions of Comparative Examples 3, 4, and 6 whose intrinsic viscosity (η) is outside the range of 0.20 dL/g or more and 0.95 dL/g or less, the cells remain as they were before freezing. They had almost the same orthographic area. It is thought that dehydration within the cells did not occur sufficiently. On the other hand, in the test sample solutions (Comparative Examples 5, 9 and 10) where the endothermic peak temperature of the DSC curve deviates from the endothermic peak temperature of water, which is around 0.7°C, and is below -1.4°C and higher than 1.1°C, Although cell contraction occurred, it was not sufficient. This is thought to be due to insufficient promotion of cell dehydration. Therefore, it is considered that the survival rate of the cells in these comparative examples after cryopreservation in the solidified material was lower than in Examples 1 to 5, in which the cells were well dehydrated. In Comparative Examples 7 and 8, the orthogonal projected area of the cells was larger than before freezing. In Comparative Example 8, it was observed that cell rupture also occurred due to freezing. In Comparative Examples 7 and 8, it is thought that the water-soluble polymer permeated into the cells. Furthermore, the cell viability of the cells after cryopreservation in Comparative Examples 7 and 8 was also low. Such cell-permeable water-soluble polymers expand and damage cells when frozen, so they are not suitable as water-soluble polymers for aqueous polymer solutions used for cryopreservation of biological samples. I can think of no. In addition, in Production Examples 1 to 3 where the intrinsic viscosity (η) was small, no change was observed in the orthogonal projected area of the cells, and it was presumed that no dehydration of the cells occurred.
本発明の固化体中での凍結保存では、凍結時に細胞内が良好に脱水されることにより、凍結時の細胞へのダメージは著しく低下され、これにより、解凍された細胞が高い生存率を示すと考えられる。 In cryopreservation in the solidified body of the present invention, damage to cells during freezing is significantly reduced due to good dehydration within cells during freezing, and as a result, thawed cells exhibit a high survival rate. it is conceivable that.
<試験例10:種々の細胞に対する凍結保護の評価>
培養したマウス由来マクロファージ様細胞株(RAW264)、ヒト結腸癌由来細胞(Caco-2)および初代ヒト肺微小血管内皮細胞(HMVEC)のそれぞれを、1×106個/mLの濃度で、実施例1および比較例1の試験用試料溶液(血清非含有)に懸濁した。その後、各試験用試料溶液を含む細胞懸濁液を、緩慢細胞凍結器(Nalgene(登録商標)ミスターフロスティー)中で、-80℃冷凍庫内で凍結して固化体を得た。固化体を7日間保存した後、各固化体を取り出し、37℃の温浴中で急速解凍した。解凍後の各試験用試料溶液を含む細胞懸濁液の細胞生存率をトリパンブルー染色により評価した。結果を図9に示す。
<Test Example 10: Evaluation of cryoprotection for various cells>
Cultured mouse-derived macrophage-like cell line (RAW264), human colon cancer-derived cells (Caco-2), and primary human lung microvascular endothelial cells (HMVEC) were each cultured at a concentration of 1×10 6 cells/mL in Example 1 and Comparative Example 1 (serum-free). Thereafter, the cell suspension containing each test sample solution was frozen in a -80°C freezer in a slow cell freezer (Nalgene® Mr. Frosty) to obtain a solidified body. After storing the solidified bodies for 7 days, each solidified body was taken out and rapidly thawed in a hot bath at 37°C. The cell viability of the cell suspension containing each test sample solution after thawing was evaluated by trypan blue staining. The results are shown in FIG.
図9に示されるように、本発明の固化体中で凍結保存した場合、全ての細胞において、DMSOが試験用試料である比較例1とほぼ同等、またはそれ以上の高い細胞生存率が得られた。この結果から、本発明の固化体では、初代細胞あるいは樹立細胞に関係なく、また、細胞の由来種も問わず、様々な種類の細胞が高い細胞生存率で凍結保存されていることが確認された。 As shown in FIG. 9, when cryopreserved in the solidified material of the present invention, a high cell survival rate almost equal to or higher than that of Comparative Example 1 in which DMSO was used as a test sample was obtained for all cells. Ta. From this result, it was confirmed that various types of cells can be cryopreserved with a high cell survival rate in the solidified material of the present invention, regardless of whether they are primary cells or established cells, or regardless of the cell origin. Ta.
<試験例11:低分子量の糖類の細胞生存率に及ぼす効果の評価>
培養した初代イヌ間葉系幹細胞(cyagen C160)を、1×106個/mLの濃度で、製造例1~3の各試験用試料溶液(血清非含有)に懸濁した。その後、各試験用試料溶液を含む細胞懸濁液を、緩慢細胞凍結器(Nalgene(登録商標)ミスターフロスティー)中で、-80℃冷凍庫内で凍結して固化体を得た。固化体を7日間保存した後、各固化体を取り出し、37℃の温浴中で急速解凍した。解凍後の各試験用試料溶液を含む細胞懸濁液の細胞生存率をトリパンブルー染色により評価した。結果を図10および表1に示す。
<Test Example 11: Evaluation of the effect of low molecular weight saccharides on cell viability>
Cultured primary canine mesenchymal stem cells (cyagen C160) were suspended in each test sample solution (serum-free) of Production Examples 1 to 3 at a concentration of 1×10 6 cells/mL. Thereafter, the cell suspension containing each test sample solution was frozen in a -80°C freezer in a slow cell freezer (Nalgene® Mr. Frosty) to obtain a solidified body. After storing the solidified bodies for 7 days, each solidified body was taken out and rapidly thawed in a hot bath at 37°C. The cell viability of the cell suspension containing each test sample solution after thawing was evaluated by trypan blue staining. The results are shown in FIG. 10 and Table 1.
表1に示されているように、水溶性高分子より分子量の小さい、低分子量の糖類またはその塩(粘度平均分子量がそれぞれ、1000、2000、3000)の極限粘度(η)はそれぞれ、0.08、0.14、0.19と、0.2dL/g以上、0.95dL/g以下という所望の範囲の範囲外にある。本試験例11により、このような低分子量の糖類またはその塩だけでは、細胞生存効果を得ることはできないことが判明した。製造例3では、約10%の細胞生存率が観察されたが、これは、製造例3の試験用試料中に含まれ得る3000より分子量の大きなヒアルロン酸によるものであると推測される。 As shown in Table 1, the intrinsic viscosity (η) of low molecular weight saccharides or their salts (viscosity average molecular weights of 1000, 2000, and 3000, respectively) that are smaller than water-soluble polymers is 0. 08, 0.14, and 0.19, which are outside the desired range of 0.2 dL/g or more and 0.95 dL/g or less. Test Example 11 revealed that such low molecular weight saccharides or their salts alone cannot provide cell survival effects. In Production Example 3, a cell survival rate of about 10% was observed, which is presumed to be due to hyaluronic acid having a molecular weight larger than 3000 that may be contained in the test sample of Production Example 3.
<試験例12:亜臨界処理ヒアルロン酸試料のHPLC分析>
製造例1~3の試験用試料の1wt%水溶液を作製し、0.45μmのメンブレンフィルター(ミリポア社製)でフィルターろ過した後、各試験用試料の成分をHPLCにより分析した。移動相として、A液:16mM NaH2PO4水溶液、B液:800mM NaH2PO4水溶液を用い、ZORBAX NH2(アジレント・テクノロジー(株)製、カラムサイズφ4.6×250mm、粒子径5μm)順相HPLCカラムを用いて、流速1.0mL/min、カラム温度40℃、検出波長210nmで、成分を分離した。グラジエント条件は、移動相B濃度0%(0分)→移動相B濃度100%(60分)とした。結果を図11A~Cに示す。また、標品として、0.2wt%の濃度で、二糖であるHA02、四糖であるHA04、六糖であるHA06、八糖であるHA08および十糖であるHA10(全てイズロン社製)のヒアルロン酸のオリゴ糖をそれぞれ含む水溶液を調製し同様にHPLC分析を行った。この結果が図11Dに示されている。
<Test Example 12: HPLC analysis of subcritically treated hyaluronic acid sample>
A 1 wt % aqueous solution of the test samples of Production Examples 1 to 3 was prepared, filtered through a 0.45 μm membrane filter (manufactured by Millipore), and the components of each test sample were analyzed by HPLC. As the mobile phase, A solution: 16mM NaH 2 PO 4 aqueous solution, B solution: 800mM NaH 2 PO 4 aqueous solution were used, and ZORBAX NH 2 (manufactured by Agilent Technologies, Co., Ltd., column size φ4.6 x 250 mm, particle size 5 μm) was used. The components were separated using a normal phase HPLC column at a flow rate of 1.0 mL/min, a column temperature of 40° C., and a detection wavelength of 210 nm. The gradient conditions were as follows: mobile phase B concentration: 0% (0 minutes) → mobile phase B concentration: 100% (60 minutes). The results are shown in Figures 11A-C. In addition, as standard samples, HA02, a disaccharide, HA04, a tetrasaccharide, HA06, a hexasaccharide, HA08, an octasaccharide, and HA10, a decasaccharide (all manufactured by Izuron) were prepared at a concentration of 0.2 wt%. Aqueous solutions containing each oligosaccharide of hyaluronic acid were prepared and subjected to HPLC analysis in the same manner. The results are shown in FIG. 11D.
本HPLC分析条件では、単糖は保持時間3.5分、また、図11Dに示されているように、二糖は保持時間9分付近に確認される。図11Aは、製造例1のヒアルロン酸の切断生成物を含む粘度平均分子量が1000である試験用試料の分析結果を示すものであるが、保持時間3.5分付近に単糖に対応するピーク、保持時間9分付近の二糖に対応するピークが観察される。すなわち、製造例1の試験用試料には、このような単糖や二糖の成分が含まれており、細胞生存率の向上効果に寄与していると考えられる。 Under the present HPLC analysis conditions, monosaccharides are confirmed at a retention time of 3.5 minutes, and disaccharides are confirmed at a retention time of around 9 minutes, as shown in FIG. 11D. FIG. 11A shows the analysis results of the test sample containing the cleavage product of hyaluronic acid of Production Example 1 and having a viscosity average molecular weight of 1000, and a peak corresponding to a monosaccharide was observed around the retention time of 3.5 minutes. , a peak corresponding to a disaccharide at a retention time of around 9 minutes is observed. That is, the test sample of Production Example 1 contains such monosaccharide and disaccharide components, which are thought to contribute to the effect of improving cell survival rate.
<試験例13:実施例1の試験用試料のHPLC分析>
実施例1の試験用試料(亜臨界処理により得られた粘度平均分子量が約1万のヒアルロン酸試料)について、上述の製造例1~3の試験用試料のHPLC分析と同じ条件を用いて、HPLC分析した。結果を図12に示す。
<Test Example 13: HPLC analysis of test sample of Example 1>
Regarding the test sample of Example 1 (hyaluronic acid sample with a viscosity average molecular weight of about 10,000 obtained by subcritical treatment), using the same conditions as the HPLC analysis of the test samples of Production Examples 1 to 3 above, HPLC analysis was performed. The results are shown in FIG.
同様に図11Dと比較すると、実施例1の試験用試料にも、保持時間3.5分付近および9分付近にそれぞれ単糖や二糖に対応するピークが観察されることがわかる。すなわち、実施例1の試験用試料にも、このような単糖や二糖の成分が含まれており、これにより、高い細胞生存率効果が得られていると考えられる。 Similarly, when compared with FIG. 11D, it can be seen that in the test sample of Example 1, peaks corresponding to monosaccharides and disaccharides are observed at retention times of around 3.5 minutes and around 9 minutes, respectively. That is, the test sample of Example 1 also contained such monosaccharide and disaccharide components, and it is thought that this resulted in a high cell survival rate effect.
上記の結果より、本発明の固化体内では、生体試料内はマトリクス部分と同様に安定にガラス化されており、これにより凍結時の生体試料内での氷晶の成長が防止または抑制されていることがわかる。本発明の固化体は、DMSOやエチレングリコールなどの細胞浸透性で細胞毒性のある化合物、および/または、血清や血清由来のタンパク質等の添加を基本的に必要とすることなく、高い細胞生存率で生体試料を凍結保存することができるという顕著な効果を有していることがわかる。本発明の固化体内では細胞は良好に保護され、その性状も維持される。 From the above results, in the solidified body of the present invention, the inside of the biological sample is stably vitrified in the same way as the matrix part, and this prevents or suppresses the growth of ice crystals within the biological sample during freezing. I understand that. The solidified material of the present invention basically does not require the addition of cell-permeable and cytotoxic compounds such as DMSO or ethylene glycol, and/or serum or serum-derived proteins, and has a high cell survival rate. It can be seen that this method has the remarkable effect of being able to freeze and preserve biological samples. In the solidified body of the present invention, cells are well protected and their properties are maintained.
なお、細菌やウィルスに汚染されていないようなタンパク質を添加することは可能である。また、細胞の機能を損なわない低濃度で細胞浸透性で毒性を有する化合物を使用することは可能である。 Note that it is possible to add proteins that are not contaminated with bacteria or viruses. It is also possible to use cell-permeable and toxic compounds at low concentrations that do not impair cell function.
Claims (13)
前記生体試料が、固化する前と比べて1より小さく1/3.5以上に縮小された正射影面積を有し、
可視光を透過させた場合に光射出側から見て、前記生体試料が占める領域のマンセル表色系における明度および前記マトリクスが占める領域のマンセル表色系における明度の差が2以下であり、
前記マトリクスの、示差走査熱量計(DSC)を用いた下記(1)~(2)の測定条件によって得られる昇温過程のDSC曲線において、吸熱ピークが確認されないか、または吸熱ピークが確認される温度が-1.4℃を超え、1.1℃以下であることを特徴とする固化体。
(DSC測定条件)
(1)20℃で1分間保持後、5℃/minの降温速度で-80℃まで降温。
(2)-80℃で1分間保持後、10℃/minの昇温速度で20℃まで昇温。 A solidified body comprising a matrix and a biological sample containing an aqueous solvent and a water-soluble polymer or a salt thereof having an intrinsic viscosity of 0.2 to 0.95 dL/g in the aqueous solvent ,
The biological sample has an orthogonal projected area that is smaller than 1 and reduced to 1/3.5 or more compared to before solidification,
When visible light is transmitted, the difference between the brightness in the Munsell color system of the area occupied by the biological sample and the brightness in the Munsell color system of the area occupied by the matrix is 2 or less, when viewed from the light exit side,
In the DSC curve of the heating process of the matrix obtained under the measurement conditions (1) to (2) below using a differential scanning calorimeter (DSC), no endothermic peak is confirmed, or an endothermic peak is confirmed. A solidified material having a temperature of more than -1.4°C and less than 1.1°C.
(DSC measurement conditions)
(1) After holding at 20°C for 1 minute, lower the temperature to -80°C at a cooling rate of 5°C/min.
(2) After holding at -80°C for 1 minute, raise the temperature to 20°C at a temperature increase rate of 10°C/min.
水性溶媒中での極限粘度が0.2~0.95dL/gである水溶性高分子またはその塩を前記水性溶媒中に溶解させて
-80℃に凍結させた際、前記生体試料が、固化する前と比べて1より小さく1/3.5以上に縮小された正射影面積を有し、
-80℃に凍結させた際、可視光を透過させた場合に光射出側から見て、前記生体試料が占める領域のマンセル表色系における明度および前記生体試料が占める前記領域以外の領域のマンセル表色系における明度の差が2以下であり、
示差走査熱量計(DSC)を用いた下記(1)~(2)の測定条件によって得られる昇温過程のDSC曲線において、吸熱ピークが確認されないか、または吸熱ピークが確認される温度が-1.4℃を超え、1.1℃以下となる性質をもつように調整された高分子水溶液を準備する工程と、
前記高分子水溶液中に前記生体試料を含ませる工程と、
前記生体試料を含む前記高分子水溶液を冷却および凍結する工程とを備えることを特徴とする固化体を製造する方法。
(DSC測定条件)
(1)20℃で1分間保持後、5℃/minの降温速度で-80℃まで降温。
(2)-80℃で1分間保持後、10℃/minの昇温速度で20℃まで昇温。 A method for producing a solidified body containing a biological sample, the method comprising:
When a water-soluble polymer or a salt thereof having an intrinsic viscosity of 0.2 to 0.95 dL/g in an aqueous solvent is dissolved in the aqueous solvent and frozen at -80°C, the biological sample solidifies. It has an orthogonal projected area that is smaller than 1 and reduced to 1/3.5 or more compared to before,
When frozen at -80°C, when visible light is transmitted, the brightness in the Munsell color system of the area occupied by the biological sample and the Munsell value of the area other than the area occupied by the biological sample, as seen from the light exit side. The difference in brightness in the color system is 2 or less,
In the DSC curve of the heating process obtained using a differential scanning calorimeter (DSC) under the measurement conditions (1) and (2) below, no endothermic peak is observed, or the temperature at which the endothermic peak is observed is -1. .Preparing an aqueous polymer solution adjusted to have a temperature exceeding 4°C and below 1.1°C;
a step of including the biological sample in the polymer aqueous solution;
A method for producing a solidified body, comprising the steps of cooling and freezing the aqueous polymer solution containing the biological sample.
(DSC measurement conditions)
(1) After holding at 20°C for 1 minute, lower the temperature to -80°C at a cooling rate of 5°C/min.
(2) After holding at -80°C for 1 minute, raise the temperature to 20°C at a temperature increase rate of 10°C/min.
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Patent Citations (3)
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JP2017131682A (en) | 2010-05-07 | 2017-08-03 | ユニバーシティー オブ ノース カロライナ アット チャペル ヒル | Method of engrafting cells from parenchymal tissues |
WO2017141991A1 (en) | 2016-02-17 | 2017-08-24 | 国立大学法人北陸先端科学技術大学院大学 | Vitrification stabilizer for animal cell cryopreservation fluid |
WO2018211454A2 (en) | 2017-05-17 | 2018-11-22 | Universidade Nova De Lisboa | Cryoprotectant and/or cryopreservant composition, methods and uses thereof |
Non-Patent Citations (1)
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凍結による生体組織レベルの細胞膜損傷の評価と保湿剤による損傷低減効果,科学研究費補助金研究成果報告書,検索日2023年1月24日,2010年,https://kaken.nii.ac.jp/ja/file/KAKENHI-PROJECT-20560197/20560197seika.pdf |
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