JP7382355B2 - Solidified materials containing aqueous polymer solutions and biological samples for cryopreservation - Google Patents
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Description
本発明は、生体試料の凍結保存用の高分子水溶液および生体試料を含む固化体に関する。 The present invention relates to an aqueous polymer solution for cryopreservation of biological samples and a solidified body containing the biological samples.
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、ジ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. Usually, low-molecular-weight compounds such as dimethyl sulfoxide (DMSO), glycerin, and propylene glycol are used to permeate into 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、生体試料を適切に保存するための凍結保存用の高分子水溶液を提供する。特には、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)等の化学物質を基本的に使用せず、また、血清や血清由来タンパク質を基本的に添加せずとも、生体試料を-27℃以下の温度で安定的に長期間保存可能とする凍結保存用の高分子水溶液、それを用いて生体試料における氷晶の成長を防止または抑制する方法、および生体試料を含む固化体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 an aqueous polymer solution for cryopreservation for appropriately preserving biological samples. In particular, biological samples can be prepared without using chemical substances such as dimethyl sulfoxide (DMSO), propylene glycol (PG), and ethylene glycol (EG), and without adding serum or serum-derived proteins. An aqueous polymer solution for cryopreservation that can be stably stored for a long period of time at a temperature below -27°C, a method for preventing or suppressing the growth of ice crystals in a biological sample using the same, and a solidified body containing a biological sample. The purpose is to provide
本発明は、水性溶媒中に水溶性高分子またはその塩を含み、生体試料の凍結保存用に用いられる高分子水溶液であって、前記高分子水溶液の極限粘度(η)が、0.20dL/g以上、0.95dL/g以下であり、前記高分子水溶液を-80℃で固化した状態における前記生体試料の正射影面積が、固化する前の培養液中(培地中)の前記生体試料の正射影面積に比べて8/10未満に縮小されており、前記高分子水溶液の、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降温過程のDSC曲線において、前記降温過程における、発熱ピークの発熱量が、0J/g、または水からなる基準液の対応する発熱量の65%以下であることを特徴とする高分子水溶液に関する。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 an aqueous polymer solution containing a water-soluble polymer or a salt thereof in an aqueous solvent and used for cryopreservation of biological samples, wherein the aqueous polymer solution has an intrinsic viscosity (η) of 0.20 dL/ g or more and 0.95 dL/g or less, and the orthogonal projected area of the biological sample in the state where the polymer aqueous solution is solidified at -80°C is the area of the biological sample in the culture solution (medium) before solidification. It is reduced to less than 8/10 compared to the orthogonal projected area, and is obtained by DSC of the temperature decreasing process of the polymer aqueous solution obtained under the following measurement conditions (1) and (2) using a differential scanning calorimeter (DSC). The present invention relates to an aqueous polymer solution characterized in that, in the curve, the calorific value of the exothermic peak in the temperature-lowering process is 0 J/g, or 65% or less of the corresponding calorific value of the reference solution made of water. 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.
本発明の高分子水溶液においては、示差走査熱量計(DSC)を用いた上記(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、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℃以下であることが望ましい。 In the polymer aqueous solution of the present invention, the endothermic peak measured by DSC is not confirmed in the DSC curve of the heating process obtained under the measurement conditions (1) and (2) above using a differential scanning calorimeter (DSC). Alternatively, it is desirable that the temperature at which an endothermic peak is observed is higher than -1.4°C and lower than 1.1°C.
また、前記高分子水溶液を-80℃で固化した状態における前記生体試料の正射影面積が、固化する前の培養液中(培地中)の前記生体試料の正射影面積に比べて1/3.5以上の大きさであることが望ましい。 Further, the orthogonal projected area of the biological sample in the state where the aqueous polymer solution is solidified at -80°C is 1/3 of the orthogonal projected area of the biological sample in the culture solution (medium) before solidification. It is desirable that the size is 5 or more.
また、前記高分子水溶液の極限粘度(η)が、0.32dL/g以上、0.65dL/g以下であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the limiting viscosity (η) of the polymer aqueous solution is 0.32 dL/g or more and 0.65 dL/g or less.
また、前記吸熱ピークが確認される温度が-1.3℃以上、0.83℃以下であることが好ましい。 Further, it is preferable that the temperature at which the endothermic peak is observed is -1.3°C or higher and 0.83°C or lower.
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、凍結固化後は温度に依存せず不変であるが、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 a biological sample and the brightness of the area occupied by the biological sample and the Munsell color system of the matrix area are independent of temperature and do not change after freezing and solidification. If the Munsell color system brightness of the area occupied by the sample and the matrix area has temperature dependence, the orthogonal projected area and the Munsell color system brightness 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.
本発明の生体試料の凍結保存用の高分子水溶液は、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、本発明の生体試料の凍結保存用の高分子水溶液は、エチレングリコールなどの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、解凍後の細胞にとって有害だからである。 The aqueous polymer solution for cryopreservation of biological samples of the present invention desirably does not contain dimethyl sulfoxide, which is an intracellular-penetrating cryoprotectant. Further, it is preferable that the aqueous polymer solution for cryopreservation of biological samples of the present invention does not contain a cytotoxic cryoprotectant such as ethylene glycol. This is because these are harmful to cells after thawing.
本発明の高分子水溶液は、上記のDSCの(1)~(2)の測定条件によって得られる降温過程のDSC曲線において、前記降温過程における、発熱ピークの発熱量が、0J/g、または水からなる基準液の対応する発熱量の40%以下であることが好ましい。 In the aqueous polymer solution of the present invention, in the DSC curve of the temperature decreasing process obtained by the above DSC measurement conditions (1) to (2), the calorific value of the exothermic peak in the temperature decreasing process is 0 J/g, or It is preferable that the calorific value is 40% or less of the corresponding calorific value of the reference solution consisting of.
高分子水溶液が、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生体試料の凍結保存用の高分子水溶液が好ましい。 Preferably, the aqueous polymer solution 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 for cryopreservation of biological samples.
水溶性高分子が、糖残基を含む水溶性高分子である生体試料の凍結保存用の高分子水溶液が好ましい。 Preferably, the water-soluble polymer is an aqueous polymer solution for cryopreservation of biological samples, which is a water-soluble polymer containing sugar residues.
前記生体試料が、細胞、組織、または、膜もしくは凝集体である組織様物である生体試料の凍結保存用の高分子水溶液が好ましい。 An aqueous polymer solution for cryopreservation of a biological sample in which the biological sample is a cell, a tissue, or a tissue-like substance such as a membrane or an aggregate is preferable.
前記生体試料が、間葉系幹細胞、血球細胞、内皮細胞、または移植用組織である生体試料の凍結保存用の高分子水溶液が好ましい。 An aqueous polymer solution for cryopreservation of a biological sample in which the biological sample is a mesenchymal stem cell, a blood cell, an endothelial cell, or a tissue for transplantation is preferable.
前記生体試料が、精子、卵子、または受精卵である生体試料の凍結保存用の高分子水溶液が好ましい。 Preferably, the biological sample is a polymer aqueous solution for cryopreservation of a biological sample such as a sperm, an egg, or a fertilized egg.
本発明の生体試料の凍結保存用の高分子水溶液が、生体試料のガラス化保存に用いられることが好ましい。 The aqueous polymer solution for cryopreservation of biological samples of the present invention is preferably used for vitrification preservation of biological samples.
本発明は、また、本発明の生体試料の凍結保存用の高分子水溶液に、生体試料を接触させることによって、生体試料を凍結保存するあいだに生体試料における氷晶の成長を防止または抑制する方法に関する。 The present invention also provides a method for preventing or suppressing the growth of ice crystals in a biological sample during cryopreservation by bringing the biological sample into contact with the aqueous polymer solution for cryopreservation of the biological sample of the present invention. Regarding.
本発明は、また、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8/10より小さく、望ましくは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、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 also provides a solidified body containing a matrix containing an aqueous solvent and a water-soluble polymer or a salt thereof, and a biological sample, in which the biological sample is compared to a culture solution (medium) before solidification. has an orthogonal projected area smaller than 8/10, preferably reduced to 1/3.5 or more, and has a Munsell surface of the area occupied by the biological sample when viewed from the light exit side when visible light is transmitted. The difference between the brightness in the color system and the brightness in the Munsell color system of the area occupied by the matrix is 3 or less, and the matrix is measured under the following conditions (1) to (2) using a differential scanning calorimeter (DSC). In the DSC curve of the temperature raising process obtained by, the endothermic amount of the endothermic peak in the temperature increasing process is 0 J/g or 65% or less of the corresponding endothermic amount of the reference solution consisting of water. Regarding solidified bodies. 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.
上記水性溶媒と水溶性高分子またはその塩とを含む凍結固化前の高分子水溶液の極限粘度(η)が、0.20dL/g以上、0.95dL/g以下であることが望ましい。 It is desirable that the intrinsic viscosity (η) of the polymer aqueous solution before freezing and solidification containing the aqueous solvent and the water-soluble polymer or its salt is 0.20 dL/g or more and 0.95 dL/g or less.
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、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℃以下である固化体が望ましい。 In the DSC curve of the heating process obtained under the above DSC measurement conditions (1) and (2), no endothermic peak is observed, or the temperature at which the endothermic peak is observed exceeds -1.4°C, and 1 A solidified material having a temperature of .1°C or less is desirable.
なお、ここで「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。 Note that "the endothermic peak is not confirmed" here means that "the endothermic peak is not confirmed" unless the endothermic peak is confirmed 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.
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(凍結固化体)であることが好ましい。 The solidified product of the present invention is preferably a frozen solidified product (frozen solidified product).
本発明の固化体が、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。 The solidified material of the present invention preferably 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40%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 40% 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.
また、本発明の生体試料の凍結保存用の高分子水溶液中および固化体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ない方が望ましい。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。 Further, it is preferable that the aqueous polymer solution and solidified material for cryopreservation of biological samples of the present invention do not contain cell-permeable and cytotoxic compounds such as dimethyl sulfoxide and ethylene glycol. This is because these are toxic to cells after thawing.
本発明の高分子水溶液を用いた生体試料の凍結保存方法においては、-27℃以下の温度に前記生体試料を含む前記高分子水溶液を保持することにより保存を行う工程を含む生体試料の凍結保存方法が好ましい。 The cryopreservation method of a biological sample using an aqueous polymer solution of the present invention includes a step of preserving the aqueous polymer solution containing the biological sample at a temperature of -27°C or lower. The method is preferred.
本発明の高分子水溶液を用いた生体試料の凍結保存方法における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 cryopreservation temperature range in the cryopreservation method for biological samples using the aqueous polymer solution of the present invention is not limited as long as it is -27°C or lower, but the upper limit is preferably -70°C or lower, Preferably it is -80°C or lower. The lower limit is desirably -196°C or higher, preferably -150°C or higher.
前記生体試料を含む前記高分子水溶液を冷却して固化する工程が、冷却速度10℃/以下の緩慢凍結法で行われる生体試料の凍結保存方法が好ましい。望ましくは、前記生体試料を含む前記高分子水溶液を冷却して固化する工程は、冷却速度1℃/min以下の緩慢凍結法で行われる。 A method for cryopreservation of a biological sample is preferable, in which the step of cooling and solidifying the aqueous polymer solution containing the biological sample is performed by a slow freezing method at a cooling rate of 10° C./or less. Desirably, the step of cooling and solidifying the aqueous polymer solution containing the biological sample is performed by a slow freezing method at a cooling rate of 1° C./min or less.
前記生体試料が、細胞、組織、または、膜もしくは凝集体である組織様物である生体試料の凍結保存方法が好ましい。 A method for cryopreservation of a biological sample is preferred, in which the biological sample is a cell, tissue, or tissue-like substance such as a membrane or an aggregate.
前記生体試料が、精子、卵子、または受精卵である生体試料の凍結保存方法が好ましい。 A method for cryopreservation of a biological sample in which the biological sample is a sperm, an egg, or a fertilized egg is preferable.
本発明の高分子水溶液および固化体によれば、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なくても、細胞や組織などの生体試料を適切に保存することができる。さらに、本発明における水溶性高分子を用いた凍結保存は細胞内非浸透型であるため、高い凍結保存効果を示すにも関わらず、細胞に対して低毒性である。 According to the aqueous polymer solution and solidified material of the present invention, biological samples such as cells and tissues can be prepared without using cell-permeable and toxic compounds such as intracellular-permeable cryoprotectants such as DMSO and ethylene glycol. can be properly stored. Furthermore, since cryopreservation using a water-soluble polymer in the present invention does not permeate into cells, it has low toxicity to cells despite showing a high cryopreservation effect.
また、血清、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。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 it does not contain serum or serum-derived proteins, it will not be contaminated 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.
なお、本発明において使用される水溶性高分子または塩を含む高分子水溶液の「極限粘度(η)」とは、以下のような方法と計算式とによって求められる。 The "intrinsic viscosity (η)" of the aqueous polymer solution containing the water-soluble polymer or salt used in the present invention is determined by the following method and calculation formula.
(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。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極限粘度とする。(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. 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 water-soluble polymer or its salt.
本発明における水溶性高分子またはその塩を溶解させるために使用され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。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、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、市販の培地などを挙げることができる。 The aqueous solvent used to dissolve the water-soluble polymer or its salt in the present invention may be water, physiological solution, or sodium ion, potassium ion, etc. so that the osmotic pressure is approximately the same as that of body fluid or cell fluid. An isotonic aqueous solution in which the salt concentration, sugar concentration, etc. are adjusted with 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 ( Tris Buffered Saline (TBS), HEPES buffered saline, etc., balanced salt solutions such as Hank's balanced salt solution, Ringer's solution, Ringer's lactate, Ringer's acetate, Ringer's bicarbonate, or D-MEM, E-MEM, αMEM, RPMI- Examples include basal media for animal cell culture such as 1640 medium, Ham's F-12, Ham's F-10, and M-199, general culture media for various cells or tissues, and commercially available media. can.
本発明の高分子水溶液および固化体(凍結固化体、以下固化体は「凍結固化体」として説明する。)によれば、細胞等の生体試料を、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凍結保存することができる。本発明の高分子水溶液の凍結保護剤であり、本発明の高分子水溶液に溶質として含まれる水溶性高分子またはその塩は、細胞膜透過性でないため、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なく、むしろ細胞からの除水を促進させる。本発明の高分子水溶液において、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、高分子水溶液の極限粘度(η)ならびに昇温過程の融解の吸熱ピークの温度および熱量が調整される。本発明において、高分子水溶液の極限粘度(η)を0.20dL/g以上、0.95dL/g以下の範囲とし、かつ、DSCで測定した発熱ピークの発熱量が0J/gもしくは標準水(超純水)の発熱量の65%以下に調整することにより、または、吸熱ピークの吸熱量が0J/gもしくは標準水(超純水)の吸熱量の65%以下に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る。 According to the aqueous polymer solution and solidified product (freeze-solidified product, hereinafter, the solidified product will be referred to as "freeze-solidified product") of the present invention, biological samples such as cells can be cryoprotected using highly toxic DMSO or ethylene glycol. A biological sample can be cryopreserved while maintaining its viability and properties without using any substances. The water-soluble polymer or its salt, which is a cryoprotectant for the aqueous polymer solution of the present invention and is contained as a solute in the aqueous polymer solution of the present invention, is not permeable to cell membranes, so it cannot be used when vitrifying biological samples such as cells. It does not penetrate into the sample and swell the living tissue, but rather promotes water removal from cells. In the aqueous polymer solution of the present invention, by adjusting the molecular species and degree of polymerization (molecular weight) of the polymer, and/or by adding a low molecular weight or monomolecular compound to the aqueous solution of the water-soluble polymer, The intrinsic viscosity (η) of the molecular aqueous solution and the temperature and heat amount of the endothermic peak of melting during the heating process are adjusted. In the present invention, the intrinsic viscosity (η) of the polymer aqueous solution is in the range of 0.20 dL/g or more and 0.95 dL/g or less, and the calorific value of the exothermic peak measured by DSC is 0 J/g or standard water ( By adjusting the calorific value of ultrapure water to 65% or less, or by adjusting the endothermic value of the endothermic peak to 0 J/g or 65% or less of the endothermic value of standard water (ultrapure water). The cryopreservation effect of living tissues such as these is improved.
本発明の生体試料の凍結保存用の高分子水溶液は、細胞内非浸透型の凍結保存液であり、かつ、高分子水溶液およびその凍結固化体は、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。すなわち、凍結保存中および凍結保存後の生体試料における生体試料の性状を維持することができる。 The aqueous polymer solution for cryopreservation of biological samples of the present invention is a cryopreservation solution that does not permeate into cells, and the aqueous polymer solution and its freeze-solidified product can be prepared using a cryopreservation solution that does not permeate into cells, such as DMSO or ethylene glycol. Contains no chemicals. Therefore, damage to biological samples, cytotoxicity, and effects on cell properties such as those reported for DMSO can be suppressed. That is, the properties of the biological sample can be maintained during and after cryopreservation.
さらに、本発明の生体試料の凍結保存用の高分子水溶液およびその凍結固化体は、血清および/または血清由来タンパク質を使用せずとも生体試料の生存率および性状を維持したまま生体試料を凍結保存することを可能とするため、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 aqueous polymer solution for cryopreservation of biological samples and its frozen solidified product of the present invention can be used to cryopreserve biological samples while maintaining their viability and properties without using serum and/or serum-derived proteins. Therefore, biological samples are not contaminated with bacteria or viruses.
また、本発明の高分子水溶液を用いた生体試料の凍結保存方法および凍結固化体によれば、凍結した生体試料を、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を用いることなしに、-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, according to the cryopreservation method and frozen solidified material of a biological sample using an aqueous polymer solution of the present invention, a frozen biological sample is treated with a cytotoxic chemical such as DMSO or ethylene glycol or a protein such as serum. It can be stored stably for a long period of time at a temperature of -27°C or lower, ie, in a deep freezer, etc., without any problems. 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.
本発明の生体試料の凍結保存用の高分子水溶液(以下、本発明の高分子水溶液ともいう)は、水溶性高分子またはその塩を含み、0.20dL/g以上、0.95dL/g以下の範囲の極限粘度(η)を有する。 The aqueous polymer solution for cryopreservation of biological samples of the present invention (hereinafter also referred to as the aqueous polymer solution of the present invention) contains a water-soluble polymer or a salt thereof, and is 0.20 dL/g or more and 0.95 dL/g or less. It has an intrinsic viscosity (η) in the range of .
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を含む水溶液の「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 containing 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。また、水溶性高分子が不純物を含んでい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。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. Furthermore, even if the water-soluble polymer contains impurities, it can be used as a sample as it is. 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. Measure the viscosity of each of the standard solution and stock solution, and adjust the relative viscosity of the stock solution to the standard solution 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 water-soluble polymer or its salt.
本発明の高分子水溶液は、生体試料が凍結保存される際に生体試料を適切に保存するための凍結保存液である。本発明の高分子水溶液の極限粘度(η)を、0.20dL/g以上、0.95dL/g以下の範囲とすることにより、本発明の高分子水溶液は、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。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。 The aqueous polymer solution of the present invention is a cryopreservation solution for appropriately preserving a biological sample when the biological sample is cryopreserved. By setting the intrinsic viscosity (η) of the aqueous polymer solution of the present invention in the range of 0.20 dL/g or more and 0.95 dL/g or less, the aqueous polymer solution of the present invention can be formed by polymer chains during the cooling process. The aqueous solvent molecules can be well trapped within the matrix. As a result, the molecular movement of water in the aqueous solvent is restricted during cooling, and the water can be solidified and/or frozen in a vitrified state without crystallizing. 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.
本発明の高分子水溶液によれば、細胞等の生体試料の凍結保存液として使用した場合、高分子水溶液中に溶解している水溶性高分子の高分子鎖の作用により、生体試料内が脱水されて生体試料内もガラス化されるので、生体試料内での氷晶の形成が抑制または防止され、さらに、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、本発明の高分子水溶液は、DMSOおよび/またはエチレングリコールを含まない。 According to the aqueous polymer solution of the present invention, when used as a cryopreservation solution for biological samples such as cells, the inside of the biological sample is dehydrated due to the action of the polymer chains of the water-soluble polymer dissolved in the aqueous polymer solution. This also vitrifies the biological sample, suppressing or preventing the formation of ice crystals within the biological sample, and further weakening the osmotic shock in the biological sample during freezing, which is a problem with conventional vitrification methods. be able to. Therefore, there is no need to contain cytotoxic chemicals such as dimethyl sulfoxide (DMSO) and ethylene glycol, and the aqueous polymer solution of the present invention does not contain DMSO and/or ethylene glycol.
本発明における水溶性高分子を含む高分子水溶液では、凍結時に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、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。この状態を実現するためには、高分子水溶液の極限粘度を0.20~0.95dL/gに調整する必要がある。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水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以下の範囲とすることにより、本発明の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る。このため、冷却および凍結によっても細胞がダメージを受けにくく、細胞が安定に効率よく凍結保存され得る。氷晶の形成による細胞の破壊も起こりにくい。したがって、本発明の凍結保存後の生体試料を解凍した後の、生体試料における細胞の生存率が高い。例えば、高分子水溶液の極限粘度(η)は、0.32dL/g以上、0.65dL/g以下程度とされることが好ましい場合がある。 In the aqueous polymer solution containing a water-soluble polymer according to the present invention, water molecules in the solvent exist in the network matrix of the polymer when frozen, resulting in free water or bound water (a state in which water molecules are entangled with the polymer and trapped). It is thought that it exists in the state of Furthermore, it is thought that water molecules that have been excluded from cells etc. due to the osmotic pressure difference are replaced with macromolecules surrounding the biological sample such as cells. In order to achieve this state, it is necessary to adjust the intrinsic viscosity of the aqueous polymer solution to 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. Furthermore, there may be a problem that handling properties deteriorate when a biological sample is included in an aqueous polymer solution for cryopreservation. By setting the intrinsic viscosity of the polymer aqueous solution in the range of 0.20 dL/g or more and 0.95 dL/g or less, when the polymer aqueous solution of the present invention is cooled, it is in an amorphous glass state in a frozen state. is stabilized. Therefore, cells are not easily damaged by cooling and freezing, and cells can be stably and efficiently cryopreserved. Cell destruction due to ice crystal formation is also less likely to occur. Therefore, the survival rate of cells in the biological sample after the cryopreserved biological sample of the present invention is thawed is high. For example, it may be preferable that the intrinsic viscosity (η) of the aqueous polymer solution is approximately 0.32 dL/g or more and 0.65 dL/g or less.
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、本発明における水溶性高分子としては、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。 For example, as the water-soluble polymer in the present invention, 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、本発明における高分子は、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 in the present invention may be a water-soluble polymer including a polymer 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、本発明における水溶性高分子は、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わ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、本発明で使用され得る高分子としては、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 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 may 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 polymers that can be used in the present invention include, but are not limited to, hyaluronic acid, dextran, pullulan, chondroitin sulfate, and the like.
本発明で使用され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高分子水溶液が生体試料の凍結保存液として使用された際の細胞毒性が低いと考えられる。また、解凍後の生体試料から凍結保存液に含まれる凍結保護剤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 used 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 an aqueous polymer solution containing a water-soluble polymer has low cytotoxicity when used as a cryopreservation solution for biological samples. In addition, processes required for conventional cryopreservation solutions, such as washing and removing the cryoprotectant contained in the cryopreservation solution from the thawed biological sample, may be unnecessary or simplified.
本発明におけ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。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、水溶液が冷却された場合に、溶媒の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、冷却および凍結によっても細胞がダメージを受けにくく、細胞が安定に効率よく凍結保存され得る。したがって、凍結保存後の生体試料を解凍した後の、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、ガラス化が良好にお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。 The water-soluble polymer or its salt in the present invention has, for example, a viscosity average molecular weight of more than 3,000 and less than 500,000. By using a water-soluble polymer or a salt thereof having a viscosity average molecular weight of this level, when the aqueous solution is cooled, the amorphous glass state of the solvent in the frozen state is stabilized. Therefore, cells are not easily damaged by cooling and freezing, and cells can be stably and efficiently cryopreserved. Therefore, the survival rate of cells in the biological sample is high after the biological sample is thawed after cryopreservation. When the viscosity average molecular weight of the water-soluble polymer is 3000 or less, vitrification may not occur well. 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. It is determined 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(レバン型)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 × 10 -4 , α = 0.74, for fructan (levan type), K = 1.6 × 10 -3 , α = 0.45, and for carboxylated polylysine, K = 2.78. ×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溶媒のガラス化、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, NH2 groups, and COOH groups, contribute to the protection of biological samples, vitrification of solvents, 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.
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.
本発明の高分子水溶液の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、本発明の高分子水溶液を調製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、本発明の高分子水溶液を用いて生体試料を凍結保存する場合、本発明の高分子水溶液に培養後の細胞などの生体試料が懸濁されて凍結保存されてもよいし、あるいは、本発明における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、凍結保存工程が行われてもよい。 The aqueous solvent for the aqueous polymer solution of the present invention may be water, physiological solution, or sodium ion, potassium ion, calcium ion, etc. to adjust the salt concentration and sugar content so that the osmotic pressure is almost the same as that of body fluids or cell fluids. An isotonic aqueous solution with adjusted concentration etc. is preferred. 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 preparing the aqueous polymer solution 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 aqueous polymer solution of the present invention, the biological sample such as cultured cells may be suspended in the aqueous polymer solution of the present invention and cryopreserved; The cryopreservation step may be performed by adding the water-soluble polymer or its salt in the invention at a desired concentration to a culture solution containing a biological sample, such as a cultured cell culture solution or a cell suspension.
また、本発明の高分子水溶液は、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高分子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高分子水溶液を中性溶液とすることで、凍結保存される細胞の生存により適した溶液となり得、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 polymer solution of the present invention 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 polymer 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 polymer solution a neutral solution, the solution can become more suitable for the survival of cells to be cryopreserved, and it is thought that the survival rate of the cells will improve. The salt used for pH adjustment is not limited, and salts commonly used for adjusting the pH of aqueous solutions can be used.
本発明の高分子水溶液においては、示差走査熱量分析(DSC)による本発明の高分子水溶液の熱分析の結果によれば、本発明の高分子水溶液は、以下の(1)~(2)の測
定条件によって得られる降温過程のDSC曲線において、降温過程における発熱ピークの発熱量が、0J/gであるか、または、水からなる基準液の対応する発熱量の65%以下、望ましくは、水からなる基準液の対応する発熱量の40%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。According to the results of thermal analysis of the polymer aqueous solution of the present invention by differential scanning calorimetry (DSC), the polymer aqueous solution of the present invention has the following (1) to (2). In the DSC curve of the temperature decreasing process obtained by the measurement conditions, the calorific value of the exothermic peak in the temperature decreasing process is 0 J/g or 65% or less of the corresponding calorific value of the reference solution consisting of water, preferably water. The calorific value is 40% or less of the corresponding calorific value of the reference solution consisting of.
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.
DSC測定における降温過程における発熱ピークの発熱量が、本発明の高分子水溶液において、水からなる基準液の対応する発熱量よりも小さい(100%未満である)ということは、凍結した高分子水溶液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、本発明の高分子水溶液では、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、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。高分子水溶液およびそれに含まれる生体試料内の良好なガラス化が達成される。したがって、本発明の高分子水溶液を用いた生体試料の凍結保存では、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、本発明の高分子水溶液では、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、本発明の高分子水溶液では、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、本発明の高分子水溶液は、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、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 calorific value of the exothermic peak during the temperature-lowering process in the DSC measurement is smaller (less than 100%) than the corresponding calorific value of the reference solution consisting of water in the polymer aqueous solution of the present invention means that the frozen polymer aqueous solution This means that there remains bound water and free water that do not form ice crystals. That is, in the aqueous polymer solution of the present invention, replacement of water-soluble polymers and/or low-molecular-weight saccharides with water progresses, and water molecules are trapped within the matrix of water-soluble polymers, thereby inhibiting the molecular movement of water. It is restricted. This promotes the dehydration of water from within the cells and allows the water to solidify in a glassy state without crystallizing. Good vitrification within the aqueous polymer solution and the biological sample contained therein is achieved. Therefore, in cryopreservation of biological samples using the aqueous polymer solution of the present invention, cell destruction due to the formation of ice crystals can be suppressed or prevented. Furthermore, in the aqueous polymer solution of the present invention, not only the formation of ice crystals is suppressed or prevented during the cooling process, but also recrystallization of water during the subsequent heating process, that is, during melting can be suppressed. That is, it is considered that the aqueous polymer solution of the present invention stabilizes the glass state of the biological sample in the frozen state. Since the glassy state is more stabilized in this way, the aqueous polymer solution of the present invention can provide high cell protection without the need for the addition of human or bovine serum or protein components such as serum-derived components (e.g. albumin). Show effectiveness. Therefore, there is no need to worry about infectious diseases, and it is thought that it will not be 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.
また、本発明の固化体(凍結固化体)においては、示差走査熱量分析(DSC)による本発明の凍結固化体のマトリクスの熱分析の結果によれば、本発明の凍結固化体に含まれる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。
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。In addition, in the solidified material (frozen solidified material) of the present invention, according to the results of thermal analysis of the matrix of the frozen solidified material of the present invention by differential scanning calorimetry (DSC), the matrix contained in the frozen solidified material of the present invention In the DSC curve of the heating process obtained under the measurement conditions (1) and (2) below, the endothermic amount of the endothermic peak in the heating process is 0 J/g, or the standard made of water is It is not more than 65% of the corresponding endothermic amount of the liquid, preferably not more than 40% of the corresponding endothermic amount of the reference liquid consisting of water.
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.
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。凍結固化体におけるマトリクスおよび凍結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、本発明の凍結固化体中では、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、本発明の凍結固化体内では、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、本発明の凍結固化体では、凍結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、本発明の凍結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 frozen solidified body and the inside of the biological sample contained in the frozen solidified body is achieved. Therefore, in the freeze-solidified product of the present invention, destruction of cells due to the formation of ice crystals can be suppressed or prevented. Furthermore, in the frozen solidified product 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 cryo-solidified product of the present invention, it is considered that the glass state of the biological sample contained in the cryo-solidified product in the frozen state is stabilized. Since the glass state is further stabilized in this way, biological samples stored in the cryosolidified material of the present invention 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 oxidation. 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.
発熱量および吸熱量の調整は、水溶性高分子の分子種の選択および/または添加量の調整により行う。例えば、ヒアルロン酸は、発熱量、吸熱量とも小さいが、プルランは発熱量、吸熱量とも大きい。また、水溶性高分子含有量を増やすと発熱量、吸熱量ともに低下する。 The calorific value and endothermic amount are adjusted by selecting the molecular species of the water-soluble polymer and/or adjusting the amount added. For example, hyaluronic acid has a small calorific value and a small endothermic amount, but pullulan has a large calorific value and a large endothermic amount. Moreover, when the water-soluble polymer content is increased, both the calorific value and the endothermic value decrease.
本発明の生体試料の凍結保存用の高分子水溶液は、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℃以下であることが望ましい。
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 aqueous polymer solution for cryopreservation of biological samples of the present invention has the following characteristics: It is desirable that the measured endothermic peak is not confirmed or the temperature at which the endothermic peak is confirmed is above -1.4°C and below 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, 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、本発明の高分子水溶液においては、水の融解に起因すると推定される吸熱ピークは、高分子水溶液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)を有する凍結保存液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、凍結保存液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、本発明の高分子水溶液では、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 polymer aqueous solution of the present invention, the endothermic peak estimated to be caused by the melting of water is not observed during the temperature raising process of the polymer aqueous solution, or if it is observed, the endothermic peak is estimated to be caused by the melting of water, or if it is observed, the endothermic peak is estimated to be caused by the melting of water. 1.1° 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. For vitrification within biological samples such as solvents and cells, it generally appears desirable to use a cryopreservation solution with a lower melting point (freezing point). However, the present inventors have found that in order to achieve good vitrification of biological samples during freezing, it is desirable for the cryopreservation solution 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 solutes are dispersed in the matrix of water, but in the aqueous polymer solution of the present invention, on the contrary, Water molecules exist in a polymer network matrix in an aqueous solvent formed of polymers, and either water exists as free water without freezing in the matrix, or even if water freezes, it is a polymer network matrix. Freezes when entangled in water (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.
さらに、本発明者らは、本発明において、吸熱ピークの調整は、本発明における水溶性高分子またはその塩を含む高分子水溶液および凍結固化体に、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。 Furthermore, in the present invention, the adjustment of the endothermic peak is achieved by adding sugars having a lower molecular weight than the water-soluble polymer to the aqueous polymer solution and freeze-solidified product containing the water-soluble polymer or its salt in the present invention. It has also been found that this can be achieved by adding a salt thereof.
低分子量の糖類またはその塩は、本発明における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。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置換されると考えられる。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。本発明の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、本発明の高分子水溶液および凍結固化体中、細胞保護のための成分として機能し得る。本発明の高分子水溶液の極限粘度が小さ過ぎると、高分子水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。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 the hydrophilic groups in the water-soluble polymer in the present invention. It is thought that when polymers holding low molecular weight sugars or their salts are present around biological samples such as cells, water molecules near the cell membrane are replaced with low molecular weight sugars. 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. By setting the intrinsic viscosity of the aqueous polymer solution of the present invention in the 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 the aqueous polymer solution and freeze-solidified product of the present invention. If the intrinsic viscosity of the aqueous polymer solution of the present invention is too small, low molecular weight saccharides will diffuse into the aqueous polymer solution, making it impossible to efficiently entangle and trap water molecules 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.
このように生体試料内からの水の排出が促進されて細胞が保護されることから、本発明の高分子水溶液中で凍結された(つまり、凍結固化体中で凍結された)細胞などの生体試料は、凍結前の生体試料と比較してその体積が収縮する。例えば、本発明の高分子水溶液中-80℃で固化した状態における生体試料の正射影面積は、降温前(凍結前)の培養液中(培地中)の生体試料の正射影面積と比較して、1/3.5以上、8/10未満程度に縮小している。本発明の高分子水溶液による生体試料の凍結では、凍結時に細胞内が良好に脱水されている。これにより、凍結時の細胞へのダメージは著しく低下され、解凍された細胞は高い生存率を示す。 In this way, the discharge of water from the biological sample is promoted and the cells are protected. The sample shrinks in volume compared to the biological sample before freezing. For example, the orthogonal projected area of a biological sample solidified at -80°C in the aqueous polymer solution of the present invention is compared to the orthogonal projected area of a biological sample in a culture solution (medium) before cooling (before freezing). , it has been reduced to about 1/3.5 or more and less than 8/10. When a biological sample is frozen using the aqueous polymer solution of the present invention, the inside of the cell is well dehydrated during freezing. As a result, damage to cells during freezing is significantly reduced, and thawed cells exhibit a high survival rate.
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/).
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 their salts within the matrix, the water-soluble polymers or hydrophilic groups of their salts used in the present invention 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.
本発明におけ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 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、本発明における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 the water-soluble polymer in the present invention. 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、本発明におけ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 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.
本発明における「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、本発明で使用される高分子は、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、本発明で用いられる低分子量の糖類は、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 with a molecular weight smaller than the original polymer, which is thought to be obtained when a polymer is subjected to treatments such as hydrolysis, enzyme treatment, or subcritical treatment. means. For example, the polymers used in the present invention may be water-soluble polymers obtained by processing larger polymeric compounds, as described above, and the low molecular weight saccharides used in the present invention are , low molecular weight saccharides obtained by processing water-soluble polymers. 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、本発明における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 in 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.
本発明におけ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、本発明で使用され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、本発明の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、本発明におけ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、本発明におけ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 in the present invention may be obtained simultaneously through a single subcritical treatment. That is, the water-soluble polymer and low molecular weight saccharide used in the present invention have a first molecular weight distribution in a molecular weight range of more than 3,000 and less than 500,000 as a viscosity average molecular weight, and a viscosity average molecular weight of less than 3,000. It may also be a subcritically processed product of a polymer compound having a second molecular weight distribution within the molecular weight range. Therefore, for example, in the method for producing an aqueous polymer solution of the present invention, a polymer which is a polysaccharide having a viscosity average molecular weight of more than 500,000 is dissolved in water, and then extracted under subcritical conditions of the water. The method may also include a step of obtaining the water-soluble polymer and low molecular weight saccharide of the present invention. However, of course, the water-soluble polymer and low molecular weight saccharide 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 low molecular weight saccharide or its salt 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、本発明におけ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。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 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, and pullulan with a viscosity average molecular weight of 373,000 at 1.49°C. be. 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 polymer aqueous solution approaches that of pure water, or the endothermic peak itself can be measured by DSC. will no longer be observed. 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、トレハロースなどの他の糖類でも同じ効果がある。本発明で使用される低分子量の糖類は、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かして、本発明の高分子水溶液および凍結固化体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 trehalose. The low molecular weight saccharides used in the present invention either exist between water molecules and inhibit the freezing of water, or work together with a network of water-soluble polymers to trap (bind) water within the network. (in either water or free water state) to inhibit the ice crystallization of water in the first place, thereby acting so that the aqueous polymer solution and frozen solidified material of the present invention can realize behavior close to that of pure water. It is presumed that they are doing so.
本発明の高分子水溶液および凍結固化体は、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生体試料と接触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、本発明の高分子水溶液および凍結固化体によれば、細胞の特性を維持しつつ生体試料を凍結保存できると考えられる。 Since the aqueous polymer solution and freeze-solidified product of the present invention do not contain compounds that permeate cells, they are considered to have low cytotoxicity when contacted with biological samples 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 sugars or their salts have a cytoprotective effect that rapidly replaces the water excreted from the cells around the cells during freezing, so they should not change the properties of the cells during cryopreservation. Conceivable. Therefore, according to the aqueous polymer solution and frozen solidified product of the present invention, it is considered that biological samples can be cryopreserved while maintaining cell characteristics.
また、本発明の高分子水溶液および凍結固化体は、従来のガラス化法と異なり、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、本発明の高分子水溶液および凍結固化体によれば、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、解凍された細胞は高い生存率を示す。 Furthermore, unlike conventional vitrification methods, the aqueous polymer solution and frozen solidified product of the present invention do not require a high cooling rate to reduce osmotic shock during cooling. Therefore, according to the aqueous polymer solution and frozen solidified product of the present invention, biological samples can be efficiently cryopreserved in a simple method with reduced toxicity, and thawed cells have high survival rate after cryopreservation. Show rate.
本発明の高分子水溶液および凍結固化体は、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 aqueous polymer solution and frozen solidified product of the present invention contain a water-soluble polymer or a salt thereof at a concentration of about 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.
本発明の高分子水溶液および凍結固化体は、低分子量の糖類またはその塩を、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程度となるように含んでいることが好ましい。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。 In the aqueous polymer solution and frozen solidified product of the present invention, the content ratio of the water-soluble polymer and the low molecular weight saccharide in the aqueous polymer solution is about 10:1, including the low molecular weight saccharide or its salt. It is preferable to include the following. 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.
示差走査熱量分析(DSC)による本発明の高分子水溶液および凍結固化体の熱分析の結果によれば、本発明の高分子水溶液および凍結固化体は、-23℃±4℃近辺にガラス転移温度を有することが望ましい。本発明の高分子水溶液および凍結固化体では、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、生体試料を本発明の高分子水溶液に含ませた後、本発明の高分子水溶液のガラス転移点温度である-27℃以下に冷却して凍結固化体とする。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、本発明の高分子水溶液および凍結固化体では、融解時の水の再結晶化も抑制することができるので、本発明の高分子水溶液を用いれば、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、本発明の高分子水溶液を用い、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 the aqueous polymer solution and frozen solidified product of the present invention by differential scanning calorimetry (DSC), the aqueous polymer solution and frozen solidified product of the present invention have a glass transition temperature around -23°C ± 4°C. It is desirable to have As described above, in the aqueous polymer solution and frozen solidified product of the present invention, vitrification is achieved by trapping water molecules in a network of water-soluble polymers 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 the aqueous polymer solution of the present invention, it is cooled to −27° C. or lower, which is the glass transition temperature of the aqueous polymer solution of the present invention, to form a frozen solidified product. For example, cells, tissues, etc. to be preserved can be stably frozen and preserved by simply placing the aqueous polymer solution of the present invention containing a biological sample in a freezing treatment container or the like and leaving it in a -80°C deep freezer. be able to. 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 aqueous polymer solution and frozen solidified product of the present invention can also suppress recrystallization of water during thawing, so the aqueous polymer solution of the present invention can be used to freeze, preserve, and thaw biological samples. A series of steps 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 the aqueous polymer solution of the present invention.
本発明の高分子水溶液および凍結固化体は、非浸透型の凍結保存液および当該凍結保存液を凍結させた凍結固化体として機能するため、本発明の高分子水溶液および凍結固化体を用いて凍結保存に付される生体試料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。本発明の高分子水溶液および凍結固化体は、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、本発明の高分子水溶液および凍結固化体は、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、本発明の高分子水溶液および凍結固化体は、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 and frozen solidified product of the present invention function as a non-permeable cryopreservation solution and a frozen solidified product obtained by freezing the cryopreservation solution, the aqueous polymer solution and frozen solidified product of the present invention can be frozen using the aqueous polymer solution and frozen solidified product of the present invention. The biological sample to be preserved is not particularly limited. It can be used for cryopreservation of various types of cells. Furthermore, the species of origin of the cells is not particularly limited. The aqueous polymer solution and freeze-solidified product of the present invention can effectively suppress or prevent ice crystal formation and recrystallization during freezing and thawing, and therefore 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 aqueous polymer solution and freeze-solidified product of the present invention are more susceptible to freezing problems than ordinary cultured cells, and the so-called conventional slow freezing method causes 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, the aqueous polymer solution and freeze-solidified product of the present invention do not contain chemical substances such as DMSO and ethylene glycol that can act as differentiation factors, so they can be used to preserve cells that need to be maintained undifferentiated, for example. Stem cells for regenerative medicine applications can also be cryopreserved without the risk of differentiation.
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.
また、本発明の高分子水溶液および凍結固化体は、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 aqueous polymer solution and frozen solidified product of the present invention have an excellent effect of stabilizing the glassy state in the frozen state, so they can be used to store eggs, etc., which have large cells that 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、本発明の高分子水溶液および凍結固化体は、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に使用されて、高い生存率を実現することができる。特には、本発明の高分子水溶液および凍結固化体は、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, the aqueous polymer solution and frozen solidified product of the present invention can be used for biological samples selected from cells, tissues, tissue-like materials such as membranes or aggregates, and can achieve a high survival rate. . In particular, the aqueous polymer solution and freeze-solidified product of the present invention can be applied to mesenchymal stem cells, hematopoietic stem cells, nervous system 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、本発明の高分子水溶液および凍結固化体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、凍結保存された生体試料を融解して、そのまま細胞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高分子水溶液を添加しておき、そのまま凍結保存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、本発明の高分子水溶液および凍結固化体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。 In addition, if a water-soluble polymer that is a biological component is used as the water-soluble polymer in the aqueous polymer solution and freeze-solidified product of the present invention, for example, a frozen biological sample can be thawed and used for cell administration as it is. It is also possible to use it as a solution. Furthermore, in the case of tissue or tissue-like material, it is also possible to add such an aqueous polymer solution of the present invention at the stage of organization and freeze-preserve it as it is. This is thought to reduce post-transplant problems. In such a case, the preferred water-soluble polymer for the aqueous polymer solution and freeze-solidified product 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.
本発明の高分子水溶液を用いた凍結保存方法は、本発明の生体試料の凍結保存用に用いられる高分子水溶液中に、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して固化する工程とを含んでいる。 The cryopreservation method using the aqueous polymer solution of the present invention includes the steps of including a biological sample in the aqueous polymer solution used for cryopreservation of the biological sample of the present invention, and cooling the aqueous polymer solution containing the biological sample. and a step of solidifying.
本発明の高分子水溶液を用いた凍結保存方法において使用される本発明の高分子水溶液は、水溶性高分子またはその塩を含み、0.20dL/g以上、0.95dL/g以下の範囲の極限粘度(η)を有し、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℃以下であることが望ましい。
(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。)である。そして、高分子水溶液中-80℃で固化した状態における生体試料の正射影面積は、降温前(凍結前)の培養液中(培地中)の生体試料の正射影面積と比較して、8/10未満、望ましくは1/3.5以上に縮小している。The aqueous polymer solution of the present invention used in the cryopreservation method using the aqueous polymer solution of the present invention contains a water-soluble polymer or a salt thereof, and has a concentration of 0.20 dL/g or more and 0.95 dL/g or less. It has an intrinsic viscosity (η), and an endothermic peak measured by DSC is confirmed in the DSC curve of the heating process obtained by the following measurement conditions (1) and (2) using a differential scanning calorimeter (DSC). It is desirable that the temperature at which no endothermic peak is observed or an endothermic peak is observed is above -1.4°C and below 1.1°C.
(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. ). The orthogonal projected area of a biological sample solidified at -80°C in an aqueous polymer solution is 8/8 compared with the orthogonal projected area of a biological sample in a culture solution (medium) before cooling (before freezing). The reduction is less than 10, preferably 1/3.5 or more.
本発明の高分子水溶液を用いた凍結保存方法において使用される本発明の高分子水溶液は、-23℃±4℃近辺にガラス転移温度を有しているため、また、そのガラス化は、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、本発明の高分子水溶液を用いた凍結保存方法では、大きな冷却速度を必要としない。このため、生体試料を本発明の高分子水溶液に含ませた後、本発明の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、安定的に凍結、そして凍結固化体として保存することができる。 The aqueous polymer solution of the present invention used in the cryopreservation method using the aqueous polymer solution of the present invention has a glass transition temperature around -23°C ± 4°C; The cryopreservation method using the aqueous polymer solution of the present invention does not require a large cooling rate, since this is sometimes achieved by entangling and trapping water molecules in a network of water-soluble polymers. 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 of the present invention, after the biological sample is included in the aqueous polymer solution of the present invention. Cells and tissues to be preserved can be stably frozen while maintaining their viability by simply placing them in a freezing container or the like and leaving them in a -80°C deep freezer, and then preserve them as frozen solids. 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.
本発明の高分子水溶液を用いた凍結保存方法は、緩慢凍結法である。すなわち、本発明の高分子水溶液を用いた凍結方法では、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、細胞内が適度に脱水されていって細胞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。 The cryopreservation method using the aqueous polymer solution of the present invention is a slow freezing method. That is, in the freezing method using the aqueous polymer solution 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 thought that at this cooling rate, the inside of the cell is appropriately dehydrated, the intracellular fluid is vitrified well, and a high cell cryoprotective effect is obtained.
また、本発明の高分子水溶液は、生体試料と接触させる前に必要に応じて、pH調整されてもよい。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高分子水溶液は酸性を呈することがある。また、糖類がカルボン酸基などを有している場合、このような糖類により高分子水溶液は酸性を呈し得る。このような場合、pH調整を行うことによって高分子水溶液を中性溶液とすることで、凍結保存される細胞の生存により適した溶液となり得、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。 Furthermore, the pH of the aqueous polymer solution of the present invention may be adjusted as necessary before it is brought into contact with a biological sample. For example, when the hydrophilic group of a monomer having a hydrophilic group is a carboxylic acid group, an aqueous polymer solution containing a water-soluble polymer obtained by polymerizing such a monomer may exhibit acidity. Further, when the saccharide has a carboxylic acid group or the like, the aqueous polymer solution can become acidic due to such saccharide. In such a case, by adjusting the pH to make the aqueous polymer solution a neutral solution, the solution can become more suitable for the survival of cells to be cryopreserved, and it is thought that the survival rate of the cells will improve. The salt used for pH adjustment is not limited, and salts commonly used for adjusting the pH of aqueous solutions can be used.
本発明の高分子水溶液を用いた生体試料の凍結保存方法では、ガラス化状態が安定化されており、毒性も低いため、生体試料を長期間安定的に保存することができる。本明細書において、長期間安定的な保存とは、例えば、本発明の高分子水溶液を用いた場合の解凍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、細胞を凍結して-80℃で長期間保存した後、解凍し、続いて4℃で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。本発明の高分子水溶液を用いた凍結保存方法では、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、細胞をストレスの少ない条件で凍結保存することができると考えられる。したがって、本発明の凍結保存方法では、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、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。本発明の高分子水溶液を用いた凍結保存方法によれば、細胞の性状を変化させることなしに、安定的に長期間、細胞を凍結保存できる。 In the cryopreservation method for biological samples using the aqueous polymer solution of the present invention, the vitrification state is stabilized and toxicity is low, so biological samples can be stored stably for a long period of time. In this specification, long-term stable storage means, for example, that when the aqueous polymer solution of the present invention is used, the survival rate of a biological sample, such as a cell, after thawing is based on the cell viability immediately before storage. A decrease of less than 10%, preferably less than 5% after 5 months, or a decrease of less than 20%, preferably less than 10% after 6 months, or less than 15% after 12 months. This means that there is only a decrease of about 30%, preferably less than 30%. In addition, in this specification, long-term stable storage means, for example, when cells are frozen, stored at -80°C for a long period of time, thawed, and then stored at 4°C, after thawing This means that even after 24 hours, there was a decrease in viability of less than 5% based on the cell viability immediately after thawing. It is believed that the cryopreservation method using the aqueous polymer solution of the present invention allows cells to be cryopreserved under less stressful conditions than the conventional cryopreservation method that uses a DMSO solution as a cryopreservation solution. Therefore, in the cryopreservation method 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. Furthermore, not only cells immediately after thawing, but also cells that are refrigerated after thawing can exhibit a high cell survival rate. According to the cryopreservation method using an aqueous polymer solution of the present invention, cells can be stably cryopreserved for a long period of time without changing the properties of the cells.
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".
凍結保存用の水溶性高分子および高分子水溶液
<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 polymers and aqueous polymer solutions for cryopreservation <Preparation of test samples and sample solutions>
・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、試験用試料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 (ie, the gelatin concentration of the test sample in the test sample 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.
・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。
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と擬制)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。・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.
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). ) and glucuronic acid (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., molecular weight (viscosity average molecular weight and fictitious) 194) respectively at a final concentration of 1 w/v %. The cryopreservation solution for the test of Example 5 was obtained by adding the following amount. The intrinsic viscosity was 0.32 dL/g.
・実施例6
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、実施例6の試験用試料溶液を得た。極限粘度は、0.47dL/gであった。・Example 6
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 2 (a hyaluronic acid fragment sample with a viscosity average molecular weight of 2000) was added to the aqueous solution at a final concentration of 1 w/v% to obtain the test sample solution of Example 6. The intrinsic viscosity was 0.47 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 using 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凍結固化体とした。7日間、凍結した各試験用試料を含む細胞懸濁液を-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 (registered trademark) Mr. Frosty) to form a frozen solid. Cell suspensions containing frozen test samples were stored at -80°C for 7 days and then quickly 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中、すなわち比較例2の試験用試料溶液中、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高分子水溶液中の水溶性高分子であって、極限粘度が0.49dL/gであり、降温過程でのDSC測定での発熱量が0J/gである(下記の試験例2を参照)実施例1の試験用試料溶液で、90%を超える顕著に高い保存効果が得られた。 Figure 1 shows cryopreservation in a medium to which no cryopreservation solution has been added, that is, in the test sample solution of Comparative Example 2, or in the test sample solutions of Example 1 and Comparative Examples 1, 4, 5, 7, and 8. The cell survival rate after thawing is shown. 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 hyaluronic acid sample containing a cleavage product of hyaluronic acid having a molecular weight is a water-soluble polymer in an aqueous polymer solution, has an intrinsic viscosity of 0.49 dL/g, and has no heat generation in DSC measurement during the temperature cooling process. A significantly higher preservation effect of over 90% was obtained with the test sample solution of Example 1 in which the amount was 0 J/g (see Test Example 2 below).
実施例1の試験試料を凍結させた凍結固化体は、また、昇温過程のDSC測定における吸熱ピークも確認されなかった(下記の試験例2を参照)ことから、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。 In the frozen solidified product obtained by freezing the test sample of Example 1, no endothermic peak was observed in the DSC measurement during the heating process (see Test Example 2 below), indicating that water molecules form ice crystals. Instead, it is presumed that free water or hyaluronic acid molecular chains become adsorbed or entangled and become trapped water.
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正射影面積が固化する前の培養液中(培地中)の細胞の正射影面積の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 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 is solidified at -80°C, the orthogonal projected area of the cells shrinks to 38% of the orthogonal projected area of the cells in the culture solution (medium) before solidification (see below). (See Test Example 9) Therefore, it is considered that hyaluronic acid did not invade into the cells, and that water molecules moved outside the cells due to the osmotic pressure difference. 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.
この試験用試料溶液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。本発明の高分子水溶液が細胞毒性の低い優れた凍結保存液であることがわかる。 The preservation effect of this test sample solution 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 the aqueous polymer solution of the present invention is an excellent cryopreservation solution with low cytotoxicity.
なお、表1から理解されるように、実施例3、4と比較例9との対比から、高分子水溶液の降温過程のDSC測定による発熱量が、標準水(超純水)のそれの65%を超える場合、また、凍結固化体の昇温過程のDSC測定による吸熱量が、標準水(超純水)のそれの65%を超える場合は、極限粘度や細胞の収縮率などの条件を満たしていても、細胞の生存率は低下してしまう。 As understood from Table 1, from the comparison between Examples 3 and 4 and Comparative Example 9, the calorific value measured by DSC during the cooling process of the polymer aqueous solution was 65% lower than that of standard water (ultrapure water). %, or if the amount of heat absorbed by DSC measurement during the temperature rising process of the frozen solidified material exceeds 65% of that of standard water (ultrapure water), conditions such as the intrinsic viscosity and the shrinkage rate of cells should be adjusted. Even if the conditions are satisfied, the cell survival rate will decrease.
比較例4の試験用試料溶液では、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が、極限粘度が17.2dL/gと大きく、吸熱ピークが確認されなかった(下記の試験例2を参照)にも関わらず、細胞保護効果はほとんど認められなかった。 The test sample solution of Comparative Example 4 contains high molecular weight hyaluronic acid with a large molecular weight of 1,000,000 as a test sample, but the intrinsic viscosity was as large as 17.2 dL/g, and no endothermic peak was observed (see the test example below). 2), almost no cytoprotective effect was observed.
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のであるが、凍結固化した細胞に収縮が見られず、したがって、水分子が細胞内に残存していると考えられる。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 freeze-solidified product of Comparative Example 4, no endothermic peak was observed in the DSC measurement during the heating process, but no contraction was observed in the freeze-solidified cells, which suggests that water molecules remain within the cells. it is conceivable that. 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 has turned dark, indicating that water molecules within the cells are forming ice crystals. it is conceivable that. 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の試験用試料溶液では、ポリリジンの極限粘度が低いため、細胞外へ移動した水分子と細胞周囲の高分子または低分子量の糖類等が拡散してしまい、水分子と高分子または低分子量の糖類等との置換が進まず、水分子が細胞周辺に残留して氷晶を形成すると推定される。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、または、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測している。 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 the test sample solution of Comparative Example 7, since the intrinsic viscosity of polylysine is low, the water molecules that have moved out of the cells and the polymers or low molecular weight sugars around the cells diffuse, and the water molecules and the polymers or low molecular weight sugars, etc. It is presumed that replacement with molecular weight sugars, etc. does not proceed, and water molecules remain around the cells and form ice crystals. In addition, the area of the cells after freezing is larger than the area in the culture solution (medium) (see Test Example 9 below), indicating that polylysine has invaded the cells or that ice crystals It is thought that the cells are expanding. It is speculated that this may damage the cells and prevent a sufficient preservation effect from being obtained.
さらに、フルクタンを用いた比較例8も同様に、極限粘度が0.11dL/gと小さく、細胞外に移動した水分子と細胞周囲の高分子または低分子量の糖類等との置換が進まず、氷晶形成により細胞の半分程度が破裂して死滅してしまうと考えられる。 Furthermore, Comparative Example 8 using fructan also had a small intrinsic viscosity of 0.11 dL/g, and the replacement of water molecules that moved outside the cells with macromolecules or low-molecular-weight sugars, etc. around the cells did not proceed. It is thought that about half of the cells burst and die due to ice crystal formation.
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、本発明の高分子水溶液は、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調製しても、高い細胞保存効果を示したことから、本発明の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。 In addition, the aqueous polymer solution of the present invention showed a high cell preservation effect even when prepared using a culture medium such as αMEM medium instead of water as a solvent. After suspending the cells in the culture medium, they can be frozen and stored. 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1~6、比較例1~9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 6, Comparative Examples 1 to 9, 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、本発明の高分子水溶液の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 of the aqueous polymer solution of the present invention. 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、吸熱ピークの吸熱量(昇温時の吸熱量)および、降温過程のDSC曲線において観察される発熱ピークの発熱量(降温時の発熱量)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。また、表1において発熱ピークの発熱量は、超純水(比較例2;基準液とする)で測定された熱量106J/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 the temperature rising process of each test sample solution, the temperature at which an endothermic peak estimated to be caused by the melting of water is observed, the endothermic amount of the endothermic peak (the endothermic amount during temperature rising), and the temperature decreasing process The calorific value of the exothermic peak observed in the DSC curve (calorific value when the temperature is lowered) 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. . Further, in Table 1, the calorific value of the exothermic peak is shown as a ratio (%) when the calorific value of 106 J/g measured with ultrapure water (Comparative Example 2; used as a reference liquid) is taken 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の高分子水溶液においては、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、本発明の高分子水溶液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 aqueous polymer solution of Example 1, water exists in the matrix in a non-frozen state (free water) or in a state entangled with the polymer and trapped (bound water), and This shows a significantly advantageous effect of the aqueous polymer solution of the present invention in that recrystallization of water upon melting 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高分子水溶液では、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 polymer aqueous solution containing the test sample of Example 1, almost no ice crystals were formed, and it is considered that it was in an extremely good vitrification 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℃)に混合した実施例6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 Example 6, in which the low molecular weight sample of Production Example 2 was mixed with Comparative Example 5 (endothermic peak appearance temperature -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3000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3000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 3000 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 with a viscosity average molecular weight of 3000 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1~6の試験用試料溶液の降温過程における発熱ピークの発熱量は、水からなる基準液(比較例2)の対応する発熱量よりも小さく、65%以下であった。また、実施例1~6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も、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。本発明の高分子水溶液では、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。 In addition, the calorific value of the exothermic peak during the cooling process of the test sample solutions of Examples 1 to 6 was smaller than the corresponding calorific value of the reference solution made of water (Comparative Example 2), and was 65% or less. In addition, the endothermic amount of the endothermic peak during the temperature raising process of the test sample solutions of Examples 1 to 6 was also smaller than the corresponding endothermic amount of the reference solution consisting of water (Comparative Example 2), which was 65% or less. It can be seen that in the aqueous polymer solution of the present invention, water is not crystallized but solidified in a glass state.
実施例1~6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、発熱ピークの発熱量は水の降温過程で観察される発熱ピークの発熱量より小さいことは、凍結した本発明の高分子水溶液においては、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。本発明における水溶性高分子は、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 6 are around 0.7°C, the endothermic peak temperature of water, that is, they exhibit behavior similar to pure water, and the calorific value of the exothermic peak is that of water. The fact that the calorific value of the exothermic peak observed during the temperature cooling process is smaller than that of the exothermic peak indicates that bound water and free water that do not form ice crystals remain in the frozen aqueous polymer solution of the present invention. It is believed that the water-soluble polymer 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凍結固化体とした。凍結した各試験用試料溶液を含む細胞懸濁液を-80℃で最長12か月まで保存した後、所定の保管期間で、各試験用試料溶液を含む細胞懸濁液を取り出し、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℃で凍結保存した細胞懸濁液を解凍し、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 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 (registered trademark) Mr. Frosty) to form a frozen solid. After storing the frozen cell suspension containing each test sample solution at -80°C for up to 12 months, take out the cell suspension containing each test sample solution at the specified storage period and store at 37°C. It was rapidly thawed in a 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. In addition, cell suspensions that had been frozen and stored at -80°C for 3 months were 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、本発明の高分子水溶液を用いた凍結保存では、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高分子水溶液とは対照的であった。凍結保存6か月後においては、本発明の高分子水溶液を用いた凍結保存では、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、本発明の高分子水溶液での凍結保存では、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。 From the results shown in Figure 4A, when cryopreserved using the aqueous polymer solution of the present invention, the frozen cells showed a high cell survival rate of over 95%, which remained almost unchanged even after 5 months of storage. You can see that 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 aqueous polymer solution of the present invention, which still maintained a high cell survival rate even after 3 months. After 6 months of cryopreservation, cryopreservation using the polymer aqueous solution of the present invention resulted in a decrease in survival rate of less than 10%, while cryopreservation using the sample solution of Comparative Example 1 showed that the cell survival rate decreased by less than 10%. The survival rate had dropped to about 25%. Furthermore, in cryopreservation using the aqueous polymer solution 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、本発明の高分子水溶液によれば、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 aqueous polymer solution 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、本発明の高分子水溶液を用いた場合では、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。本発明の高分子水溶液を用いて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、本発明の高分子水溶液を用いた凍結保存において、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、保存中に本発明の高分子水溶液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、本発明の高分子水溶液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 were thawed and then stored at 4°C, when the polymer aqueous solution of the present invention was used, the cell survival rate after one day of storage at 4°C was lower than that just before storage. While the cell survival rate was close to 100% in Comparative Example 1, it was reduced to about 60%. Cells cryopreserved using the aqueous polymer solution 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 due to the fact that during cryopreservation using the aqueous polymer solution of the present invention, the cells that survived after thawing were cells that proceeded to proliferate normally, and that the aqueous polymer solution of the present invention was used to preserve the cells during storage. This indicates that the aqueous polymer solution 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凍結保存後の性状の評価>
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凍結固化体とした。凍結した各試験用試料溶液を含む細胞懸濁液を-80℃で6か月間、凍結保存した。6か月後に、各試験用試料溶液を含む細胞懸濁液を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 properties after cryopreservation 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 (registered trademark) Mr. Frosty) to form a frozen solid. Cell suspensions containing each frozen test sample solution were stored frozen at -80°C for 6 months. After 6 months, the cell suspension containing each test sample solution was rapidly thawed in a 37°C hot bath, washed with αMEM, and then seeded at 2.5 x 10 cells into a 6-well plate, and 4 days later. , HGF and IL-10 concentrations in the culture medium were quantified. 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のヒアルロン酸である本発明の実施例1の試験用試料溶液を用いた凍結保存では、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。本発明の高分子水溶液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、本発明の高分子水溶液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, when cryopreserved using the test sample solution of Example 1 of the present invention, which is hyaluronic acid with a viscosity average molecular weight of 10,000 and contains a cleavage product of hyaluronic acid, the amount of HGF produced in cells after thawing was low; It was less than 1/3 of 1. 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 aqueous polymer solution of the present invention, which indicates that cells are stably protected in the aqueous polymer solution of the present invention.
図5Bに示されるように、IL-10産生量は、実施例1の試験用試料溶液を用いて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、本発明の高分子水溶液は、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 IL-10 production amount was high in the cells cryopreserved using the test sample solution of Example 1, and the IL-10 production amount was high in the cells cryopreserved using the test sample solution of Comparative Example 1. It was very low. This result shows that the aqueous polymer solution of the present invention can favorably freeze-preserve cells while maintaining cell functions.
本発明の高分子水溶液は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、本発明の高分子水溶液は、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 aqueous polymer solution of the present invention does not contain cytotoxic compounds such as DMSO or ethylene glycol, the aqueous polymer solution of the present invention does not expose biological samples to stress conditions, unlike conventional cryopreservation solutions. It has the remarkable effect of being able to be cryopreserved while maintaining its properties.
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凍結保存後の性状(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凍結固化体とした。凍結した各試験用試料溶液を含む細胞懸濁液を-80℃で6か月間、凍結保存した。6か月後に、各試験用試料溶液を含む細胞懸濁液を取り出し、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 properties (undifferentiated property) after cryopreservation 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 (registered trademark) Mr. Frosty) to form a frozen solid. Cell suspensions containing each frozen test sample solution were stored frozen at -80°C for 6 months. After 6 months, the cell suspension containing each test sample solution 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の高分子水溶液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の高分子水溶液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の高分子水溶液で凍結保存した細胞は未分化状態を保持することができる。本発明の高分子水溶液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 Figure 6, the expression of all undifferentiated biomarkers, CD90, CD44, and CD105, was significantly lower than that of cells cryopreserved with the test sample solution of Comparative Example 1 in cells cryopreserved with the aqueous polymer solution of Example 1. It was higher than that of the cells. Therefore, it can be seen that the cells cryopreserved with the aqueous polymer solution of Example 1 maintain the expression of undifferentiated markers. That is, cells cryopreserved with the aqueous polymer solution of Example 1 can maintain an undifferentiated state. It can be seen that the cryopreservation using the aqueous polymer solution of the present invention can reduce the influence on the differentiation state that occurs when the aqueous test solution of Comparative Example 1 is used.
この結果より、本発明の高分子水溶液を用いた凍結保存方法が、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。 These results show that the cryopreservation method using the aqueous polymer solution 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:各種試料を含む高分子水溶液の凍結保存液としての評価>
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6ならびに比較例3、6および9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凍結固化体とした。1日間の凍結保存後、各試験用試料溶液を含む細胞懸濁液を取り出し、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 a polymer aqueous solution containing various samples as a cryopreservation solution>
Cultured primary canine mesenchymal stem cells (cyagen C160) were added to the test sample solutions (serum-free) of Examples 1 to 4 and 6 and Comparative Examples 3, 6 and 9 at a concentration of 1 x 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 (registered trademark) Mr. Frosty) to form a frozen solid. After cryopreservation for one day, the cell suspension containing each test sample solution 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極限粘度および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、高分子水溶液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。実施例6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。また、本試験例6においても、実施例6では、他の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が重要であり、これに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 intrinsic viscosity and 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 polymer aqueous solution showed good cell protection 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. Example 6 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 2,000) is added to a polymer aqueous solution of hyaluronic acid with a viscosity average molecular weight of 15,000 (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. Further, in this Test Example 6, as well, in Example 6, a cell survival rate as high as that in the other Examples was not obtained. From this result, it is important to adjust the endothermic peak temperature of the test sample solution to the desired range by mixing low molecular weight saccharides or their salts with the aqueous polymer solution, which will result in a high cell survival rate. I found out that I can get it.
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.
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以下の範囲外にあるか、または、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。表1から明らかなように、極限粘度と吸熱ピーク温度のいずれか一方だけが、所定の範囲内にあっても、所望の効果(高い細胞生存率)は得られないことがわかる。極限粘度(η)が上記の所定の範囲内にあることにより、高分子水溶液は、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。さらに、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、凍結時に高分子水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。 From Table 1, the intrinsic viscosity (η) of the test sample solution is outside the range of 0.20 dL/g or more and 0.95 dL/g or less, or the endothermic peak temperature of the DSC curve is -1.4°C. Hereinafter, it can be seen that when the temperature is higher than 1.1°C, the cell survival rate after cryopreservation decreases. As is clear from Table 1, it can be seen that even if only one of the limiting viscosity and endothermic peak temperature is within a predetermined range, the desired effect (high cell survival rate) cannot be obtained. By having an intrinsic viscosity (η) within the predetermined range mentioned above, the polymer aqueous solution helps expel water molecules from within the biological sample, and efficiently transfers the expelled water molecules to the high concentration surrounding the biological sample. It is contemplated that molecules and/or small molecule sugars can be substituted. Furthermore, 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 aqueous 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、本発明の高分子水溶液が、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 aqueous polymer solution 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:凍結された試験用試料溶液中の細胞の評価(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℃にて画像を撮影した。結果を図7A~Cに示す。<Test Example 7: Evaluation of cells in frozen test sample solution (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 images were 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、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の試験用試料を含む高分子水溶液の結果である。細胞が明転しており、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 due to the formation of ice crystals within the cells and diffuse reflection of light. 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 polymer aqueous solution containing the test sample of Example 1. It can be seen that the cells have turned bright and the inside of the cells has become vitrified to an amorphous state.
この結果から、本発明の高分子水溶液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 aqueous polymer solution of the present invention freezes the inside of cells by vitrifying them. 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1~6および比較例1~9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 6 and Comparative Examples 1 to 9 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 images were 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値が2で、マンセル明度差は2であった(図8B)。実施例2~6および比較例3~9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 value in the intracellular region was 2, and the Munsell brightness difference was 2 (FIG. 8B). For Examples 2 to 6 and Comparative Examples 3 to 9, 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、溶媒領域および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、溶媒領域および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、凍結した細胞は明転しており、細胞内領域のマンセル値が2であった。したがって、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 lightness is 2 or more in the solvent region and the intracellular region. This level of Munsell brightness indicates that no ice crystals are formed in the solvent region and the intracellular region, that is, the region is well vitrified. In Example 1, the Munsell brightness of the solvent region was 4, the frozen cells had turned bright, and the Munsell value of the intracellular region was 2. Therefore, it was found 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2~6においても、実施例1と同様、2であった。すなわち、実施例では、細胞内領域の明度と溶媒領域の明度とが近い。この結果は、実施例の試験用試料を含む高分子水溶液を用いた凍結保存では、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、すなわち、生体試料内の領域に氷晶が形成されていないことを示している。細胞内領域と溶媒領域の明度差は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。 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 6, as in Example 1. That is, in the example, the brightness of the intracellular region and the brightness of the solvent region are close to each other. This result shows that in cryopreservation using the polymer aqueous solution containing the test sample of Example, the frozen state is almost the same in the matrix region and the intracellular region, that is, ice crystals are present in the region inside the biological sample. It shows that it is not formed. 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.
<試験例9:凍結された試料溶液中の細胞の評価>
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1~6、比較例1~9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)で観察した。降温前(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 frozen sample solution>
Cultured primary canine mesenchymal stem cells (cyagen C160) were added to the test sample solutions of Examples 1 to 6, Comparative Examples 1 to 9, 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 mixture was observed using a transmitted light microscope (Olympus BX53). Images were taken from above in the normal direction of the cooling stage before the temperature was lowered (before solidification) and after the temperature was lowered 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 before solidification was calculated and taken as the cell contraction rate (%). The results are shown in Table 1.
実施例1~6の試験用試料溶液で凍結された細胞は、それぞれ、38%、33%、67%、76%、40%および50%の細胞収縮率を示した。実施例1~6の試験用試料溶液を用いた凍結保存では、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1~6の高分子水溶液による生体試料の凍結では、いずれの場合も本発明における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、細胞内液と高分子水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 with the test sample solutions of Examples 1 to 6 showed cell shrinkage rates of 38%, 33%, 67%, 76%, 40% and 50%, respectively. In cryopreservation using the test sample solutions of Examples 1 to 6, drainage of water from the frozen cells is promoted, and the cells are well dehydrated during freezing. In the freezing of biological samples with the aqueous polymer solutions of Examples 1 to 6, the water-soluble polymer and/or low molecular weight saccharide of the present invention is present sufficiently close to the cells, and the intracellular fluid is The water molecules that move from the inside of the cell to the outside of the cell due to the osmotic pressure difference created between the cell and the aqueous polymer solution are trapped in the matrix of the water-soluble polymer, which further promotes the discharge of water from inside the cell. The increased concentration of proteins and sugars in the cell supercools the water inside the cell, and the vapor pressure difference between the supercooled water and the supercooled water further promotes the movement of water molecules out of the cell through the cell membrane. Prevents or suppresses freezing and the growth of ice crystals within. 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。さらに、極限粘度(η)が、0.20dL/g以上、0.95dL/g以下の範囲内にあっても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および9)においては、十分な細胞の収縮が見られなかった。これら比較例の試験用試料溶液での凍結保存では、細胞の脱水が起こっていないかまたは十分ではなく、したがって、凍結保存後の細胞の生存率も、細胞が良好に脱水している実施例1~6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いた。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. Furthermore, even if the intrinsic viscosity (η) is within the range of 0.20 dL/g or more and 0.95 dL/g or less, the endothermic peak temperature of the DSC curve deviates from the endothermic peak temperature of water, which is around 0.7°C, and - In the test sample solutions (Comparative Examples 5 and 9) at temperatures below 1.4°C and above 1.1°C, sufficient cell contraction was not observed. In the cryopreservation using the test sample solutions of these comparative examples, cell dehydration did not occur or was not sufficient, and therefore, the survival rate of cells after cryopreservation was also lower than that of Example 1 in which the cells were well dehydrated. It is thought that this was lower compared to ~6. 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.
本発明の高分子水溶液を用いた凍結保存では、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 using the aqueous polymer solution of the present invention, damage to cells during freezing is significantly reduced due to good dehydration of cells during freezing, and this allows thawed cells to have a high survival rate. It is considered to indicate.
<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凍結固化体とした。7日間の凍結保存後、各試験用試料溶液を含む細胞懸濁液を取り出し、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 (registered trademark) Mr. Frosty) to form a frozen solid. After 7 days of frozen storage, cell suspensions containing each test sample solution were 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 FIG.
図9に示されるように、本発明の高分子水溶液を用いて凍結保存した場合、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、本発明の高分子水溶液が、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、様々な種類の細胞を高い細胞生存率で凍結保存することができることが確認された。 As shown in FIG. 9, when the aqueous polymer solution of the present invention was used for cryopreservation, all cells had a high cell survival rate that was almost equal to or higher than that of Comparative Example 1 in which DMSO was used as the test sample. Obtained. These results confirm that the aqueous polymer solution of the present invention can cryopreserve various types of cells with a high cell survival rate, regardless of whether they are primary cells or established cells, or the species of origin of the cells. It was done.
<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凍結固化体とした。7日間の凍結保存後、各試験用試料溶液を含む細胞懸濁液を取り出し、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 (registered trademark) Mr. Frosty) to form a frozen solid. After 7 days of frozen storage, cell suspensions containing each test sample solution were 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 FIG. 10 and Table 1.
表1に示されているように、本発明における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、0.20dL/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 the water-soluble polymer in the present invention are , 0.08, 0.14, and 0.19, which are outside the desired range of 0.20 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2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2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、本発明の高分子水溶液および凍結固化体においては、生体試料内を安定にガラス化し、生体試料内での氷晶の成長を防止または抑制することにより、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は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。細胞は良好に保護され、その性状も維持される。 From the above results, the aqueous polymer solution and frozen solidified material of the present invention stably vitrify the inside of a biological sample and prevent or suppress the growth of ice crystals within the biological sample, thereby allowing the use of DMSO, ethylene glycol, etc. It is remarkable that biological samples can be cryopreserved with a high cell survival rate, basically without the need for the addition of cell-permeable and cytotoxic compounds and/or serum or serum-derived proteins. It can be seen that it has a significant effect. 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.
また、本発明の凍結固化体は、DSC測定、明度測定、および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 advantage that it is possible to estimate whether or not the cells are well cryopreserved without thawing by DSC measurement, brightness measurement, and measurement of the orthogonal projected area of the cells. It also has
Claims (16)
前記水溶性高分子は、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であり、
前記高分子水溶液の極限粘度(η)が、0.20dL/g以上、0.95dL/g以下であり、
前記高分子水溶液を-80℃で固化した状態における前記生体試料の正射影面積が、固化する前の前記生体試料の正射影面積に比べて8/10未満に減少しており、
前記高分子水溶液の、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降温過程のDSC曲線において、前記降温過程における、発熱ピークの発熱量が、0J/g、または水からなる基準液の対応する発熱量の65%以下であることを特徴とする高分子水溶液。
(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。 An aqueous polymer solution containing a water-soluble polymer or its salt in an aqueous solvent and used for cryopreservation of biological samples,
The water-soluble polymer is a polymer in which sugar residues are bonded as repeating units through glycosidic bonds,
The intrinsic viscosity (η) of the polymer aqueous solution is 0.20 dL/g or more and 0.95 dL/g or less,
The orthogonal projected area of the biological sample in a state where the aqueous polymer solution is solidified at −80° C. is reduced to less than 8/10 of the orthographic projected area of the biological sample before solidification,
In the DSC curve of the temperature-lowering process of the polymer aqueous solution obtained under the measurement conditions (1) and (2) below using a differential scanning calorimeter (DSC), the calorific value of the exothermic peak in the temperature-falling process is 0 J. /g, or 65% or less of the corresponding calorific value of a reference solution consisting of water.
(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.
前記水溶性高分子は、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であり、
前記生体試料が、固化する前と比べて8/10より小さく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(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 containing a matrix and a biological sample containing an aqueous solvent and a water-soluble polymer or a salt thereof,
The water-soluble polymer is a polymer in which sugar residues are bonded as repeating units through glycosidic bonds,
The biological sample has an orthogonal projected area that is reduced by less than 8/10 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 3 or less when viewed from the light exit side;
In the DSC curve of the temperature raising process obtained under the measurement conditions of (1) and (2) above, the endothermic amount of the endothermic peak in the temperature increasing process is 0 J/g, or the corresponding endothermic amount of the reference solution made of water. A solidified material characterized by having a content of 65% 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.
(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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