JP7430895B2 - Method for producing a hydrogel structure, and method for culturing and analyzing biological samples using the hydrogel structure - Google Patents

Method for producing a hydrogel structure, and method for culturing and analyzing biological samples using the hydrogel structure Download PDF

Info

Publication number
JP7430895B2
JP7430895B2 JP2019144190A JP2019144190A JP7430895B2 JP 7430895 B2 JP7430895 B2 JP 7430895B2 JP 2019144190 A JP2019144190 A JP 2019144190A JP 2019144190 A JP2019144190 A JP 2019144190A JP 7430895 B2 JP7430895 B2 JP 7430895B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hydrogel structure
cells
hydrogel
culture
collagen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019144190A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021023215A (en
Inventor
郁郎 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tohoku Institute of Technology
Original Assignee
Tohoku Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tohoku Institute of Technology filed Critical Tohoku Institute of Technology
Priority to JP2019144190A priority Critical patent/JP7430895B2/en
Publication of JP2021023215A publication Critical patent/JP2021023215A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7430895B2 publication Critical patent/JP7430895B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Description

本発明は、細胞の三次元培養の足場等として応用可能なハイドロゲル構造体に関し、そのハイドロゲル構造体を利用した生物試料の培養方法及び分析方法に関する。 The present invention relates to a hydrogel structure that can be applied as a scaffold for three-dimensional cell culture, and to a method for culturing and analyzing biological samples using the hydrogel structure.

近年、人工多能性幹細胞(iPS細胞)が樹立されて以来、各種幹細胞への分化技術の発展及び大量培養系の構築により、再生医療への応用が期待されている。特に、人工多能性幹細胞を用いた細胞移植への応用では、培養皿などの分散培養により培養された幹細胞及び分化誘導した細胞を用いて研究が進められている。しかしながら、これらの条件下の細胞は生体内の環境と異なるため、定量性に違いがあることや細胞移植の際の免疫拒絶反応による機能の低下が問題になっている。すなわち、ヒトなどの多細胞生物では、血液細胞や液性免疫細胞等を除いて生体を構成するほとんどの細胞は接着細胞であり、その接着細胞同士が接着したり、接着細胞が細胞外マトリックスを構成している分子に接着することで、三次元的に組織が形成されている。よって、再生医療への応用に向けても、生体組織環境により近い機能を発揮させるためには、細胞の三次元培養の技術が重要と考えられている。 In recent years, since induced pluripotent stem cells (iPS cells) have been established, their application to regenerative medicine is expected due to the development of differentiation techniques into various stem cells and the construction of mass culture systems. In particular, in the application of induced pluripotent stem cells to cell transplantation, research is progressing using stem cells cultured in dispersed culture such as culture dishes and cells that have been induced to differentiate. However, since cells under these conditions differ from the in-vivo environment, there are problems with differences in quantitative performance and decreased functionality due to immune rejection during cell transplantation. In other words, in multicellular organisms such as humans, most of the cells that make up the living body, excluding blood cells and humoral immune cells, are adherent cells, and these adherent cells adhere to each other or adhere to the extracellular matrix. A three-dimensional structure is formed by adhering to the constituent molecules. Therefore, for applications in regenerative medicine, three-dimensional cell culture technology is considered important in order to exhibit functions closer to those of living tissue environments.

一般に、細胞を三次元培養するには、所定の足場(scaffold:スキャフォールド)構造体に細胞を付着又は内包させつつ培養する手法が採用されている。足場構造体としては、種々の素材が検討されており、例えばコラーゲン(非特許文献1、2)、ヒアルロン酸(非特許文献3)、アルギン酸(非特許文献4)、キトサン(非特許文献5)、合成高分子であるポリエチレングリコール(PEG)(非特許文献6)などが知られている、このうちヒト細胞外マトリックスの主たる構成分子であるコラーゲンを利用する手法が、比較的古くから研究されており、近年でも汎用的手法となっている(例えば、培養皿に塗布する等によって、より安定な細胞培養を行えるようにした細胞外マトリックス製品としても応用されている。)(非特許文献7:製品情報ウェブサイト参照)。 Generally, in order to three-dimensionally culture cells, a method is adopted in which cells are cultured while attached to or encapsulated in a predetermined scaffold structure. Various materials have been studied as scaffold structures, such as collagen (Non-Patent Documents 1 and 2), hyaluronic acid (Non-Patent Document 3), alginic acid (Non-Patent Document 4), and chitosan (Non-Patent Document 5). , polyethylene glycol (PEG), a synthetic polymer (Non-Patent Document 6), etc. are known, among which methods that utilize collagen, which is the main constituent molecule of the human extracellular matrix, have been studied for a relatively long time. It has become a general-purpose method in recent years (for example, it is also applied as an extracellular matrix product that enables more stable cell culture by applying it to culture dishes, etc.) (Non-patent Document 7: (See product information website).

一方、細胞の特性を単一細胞レベルで高速に解析したり、特定の細胞集団の分離・回収を行ったりすることができるフローサイトメトリー技術が知られている。フローサイトメトリー技術は、生命科学分野における基礎研究、薬剤評価などの創薬分野、細胞移植などの再生医療の分野等で広く利用されている。しかしながら、フローサイトメトリー技術の対象となる細胞は、一般に酵素処理などにより単一細胞レベルにばらばらにされ、生体組織にある細胞状態とは異なっており、生体組織環境を模倣した細胞ネットワークの特性を解析するのには不向きであった。この点、細胞を三次元培養するのに好適で、なお且つ、種々の分析技術に適用可能な足場素材を開発できれば、より高次の細胞機能のハイスループット解析が可能となり、生命科学分野の研究が加速することが期待される。 On the other hand, flow cytometry technology is known, which enables high-speed analysis of cell characteristics at the single cell level and separation and collection of specific cell populations. Flow cytometry technology is widely used in basic research in the life science field, drug discovery fields such as drug evaluation, and regenerative medicine fields such as cell transplantation. However, cells that are the target of flow cytometry technology are generally disaggregated into single cell levels by enzyme treatment, etc., and their state differs from that found in living tissues. It was not suitable for analysis. In this regard, if we can develop a scaffold material that is suitable for three-dimensional culture of cells and can be applied to various analytical techniques, it will become possible to perform high-throughput analysis of higher-order cell functions, which will be useful for research in the life science field. is expected to accelerate.

他方、コラーゲンによる足場構造体に関しては、例えば、特許文献1には、培地成分を含むコラーゲン溶液に細胞を懸濁させ、上記細胞に対して毒性が無くかつ水と混和しない有機溶媒に、上記細胞懸濁液を分散させ、ゲル化することを特徴とする細胞包埋コラーゲンゲルビーズの製造方法の発明が開示されている。そして、当該コラーゲンゲルビーズに包埋したハムスター膵臓ランゲル氏島由来インスリン産生細胞株、ラット正常腎細胞株、スイス3T3細胞(線維芽様細胞)、ハムスター肺由来V79細胞等の各種の細胞を所定培地で培養可能であることが記載されている。 On the other hand, regarding scaffold structures using collagen, for example, Patent Document 1 discloses that cells are suspended in a collagen solution containing medium components, and then the cells are suspended in an organic solvent that is nontoxic to the cells and immiscible with water. Disclosed is an invention of a method for producing cell-embedded collagen gel beads, which is characterized by dispersing a suspension and gelling it. Then, various cells such as hamster pancreatic Langer's islet-derived insulin-producing cell line, rat normal kidney cell line, Swiss 3T3 cells (fibroblast-like cells), and hamster lung-derived V79 cells were embedded in the collagen gel beads in a specified medium. It is described that it can be cultured.

Ming-Thau Sheu et al.「Characterization of collagen gel solutions and collagen matrices for cell culture」Biomaterials, 2001 : 22(13) pp1713-1719.Ming-Thau Sheu et al. “Characterization of collagen gel solutions and collagen matrices for cell culture” Biomaterials, 2001 : 22(13) pp1713-1719. A. Matsuhashi et al.「Fabrication of fibrillized collagen microspheres with the microstructure resembling an extracellular matrix」Soft Matter, 2015 : vol.11, pp2844-2851.A. Matsuhashi et al. “Fabrication of fibrillized collagen microspheres with the microstructure reassembling an extracellular matrix” Soft Matter, 2015 : vol.11, pp2844-2851. Shaoquan Bian et al.「The self-crosslinking smart hyaluronic acid hydrogels as injectable three-dimensional scaffolds for cells culture, Colloids and Surfaces B」、Biointerfaces, 2016 : vol.140(1), pp 392-402.Shaoquan Bian et al. "The self-crosslinking smart hyaluronic acid hydrogels as injectable three-dimensional scaffolds for cell culture, Colloids and Surfaces B", Biointerfaces, 2016 : vol.140(1), pp 392-402. Li X et al.「Culture of neural stem cells in calcium alginate beads」、Biotechnol Prog., 2006 : 22(6), pp1683-9.Li X et al. “Culture of neural stem cells in calcium alginate beads”, Biotechnol Prog., 2006 : 22(6), pp1683-9. Zhewei Chen et al.「Phase-separated chitosan-fibrin microbeads for cell delivery」、J Microencapsul., 2011 : 28(5), pp344-352.Zhewei Chen et al. "Phase-separated chitosan-fibrin microbeads for cell delivery", J Microencapsul., 2011 : 28(5), pp344-352. Cer E et al.「Polyethylene glycol-based cationically charged hydrogel beads as a new microcarrier for cell culture」J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2007 : 80(2):406-14.Cer E et al. “Polyethylene glycol-based cationically hydrocharged gel beads as a new microcarrier for cell culture” J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2007 : 80(2):406-14. サーモフィッシャーサイエンティフィックライフサイエンステクノロジーズジャパン株式会社の製品情報ウェブサイト(「Gibco細胞外マトリックス製品」、https://www.thermofisher.com/content/dam/LifeTech/Documents/PDFs/jp/catalogs/dl-GIB049-B1511IH.pdf)Product information website of Thermo Fisher Scientific Life Science Technologies Japan Co., Ltd. (“Gibco Extracellular Matrix Products”, https://www.thermofisher.com/content/dam/LifeTech/Documents/PDFs/jp/catalogs/dl -GIB049-B1511IH.pdf)

特開昭64-71487号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 64-71487

しかしながら、特許文献1に記載のようにコラーゲン溶液を有機溶媒に分散させると、比較的堅固なゲルを調製し得られるものの、細胞を生存させるためにはエタノール等で洗う必要があり、その際に細胞にダメージを与えてしまうなどの問題があった。特に、神経系の細胞の場合にはダメージに弱く、ゲル形成後によく洗ってゲル表面に付着させて培養させることは可能であっても、ゲル形成時に細胞を内部に内包させて、その後培養することによって、神経ネットワーク様の構成をゲル内部に形成させるようにして培養することは困難であった。 However, when a collagen solution is dispersed in an organic solvent as described in Patent Document 1, a relatively firm gel can be prepared, but in order to keep the cells alive, it is necessary to wash them with ethanol etc. There were problems such as damage to cells. In particular, nervous system cells are susceptible to damage, and although it is possible to wash them thoroughly after gel formation and attach them to the gel surface and culture them, it is difficult to encapsulate the cells inside the gel during gel formation and then culture them. Therefore, it has been difficult to culture a neural network-like structure inside the gel.

したがって、本発明の目的は、コラーゲンを利用したハイドロゲル構造体であって、細胞の三次元培養のための足場構造体として生体適合な温和な条件下に調製することができて、種々の分析技術に適用可能な構造体が得られる、ハイドロゲル構造体の製造方法を提供することにある。また、そのハイドロゲル構造体を利用した生物試料の培養方法及び分析方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a hydrogel structure using collagen, which can be prepared under biocompatible and mild conditions as a scaffold structure for three-dimensional culture of cells, and which can be used for various analyses. It is an object of the present invention to provide a method for producing a hydrogel structure, which yields a structure applicable to various technologies. Another object of the present invention is to provide a method for culturing and analyzing a biological sample using the hydrogel structure.

上記目的を達成するため、本発明者らは鋭意研究した結果、細胞外マトリックスを構成するグリコサミノグリカン類であるヘパリンをコラーゲンに作用させると、上記の目的に適うハイドロゲル構造体を形成させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。 In order to achieve the above purpose, the present inventors conducted extensive research and found that when heparin, a glycosaminoglycan that constitutes the extracellular matrix, acts on collagen, a hydrogel structure that meets the above purpose is formed. The present inventors have discovered that it is possible to do this, and have completed the present invention.

すなわち、本発明は、その第1の観点では、コラーゲンを含有するハイドロゲル材料含有溶液を、グリコサミノグリカン類に属する糖鎖を含有する糖鎖含有溶液に添加して、前記糖鎖含有溶液からなる媒質との間に界面を有するハイドロゲル構造体を形成させることを特徴とするハイドロゲル構造体の製造方法を提供するものである。 That is, in a first aspect of the present invention, a hydrogel material-containing solution containing collagen is added to a sugar chain-containing solution containing sugar chains belonging to glycosaminoglycans. The present invention provides a method for producing a hydrogel structure, which is characterized by forming a hydrogel structure having an interface with a medium comprising:

上記ハイドロゲル構造体の製造方法においては、前記グリコサミノグリカン類に属する糖鎖はヘパリンであることが好ましい。 In the method for producing a hydrogel structure, the sugar chain belonging to the glycosaminoglycans is preferably heparin.

また、上記ハイドロゲル構造体の製造方法においては、前記コラーゲンは酸可溶性コラーゲン及び/又は酵素可溶化コラーゲンであることが好ましい。 Furthermore, in the method for producing a hydrogel structure, the collagen is preferably acid-soluble collagen and/or enzyme-solubilized collagen.

また、上記ハイドロゲル構造体の製造方法においては、前記ハイドロゲル材料含有溶液のpHがpH6以上に調製され、前記糖鎖含有溶液のpHがpH7以下に調製されることが好ましい。 Further, in the method for producing a hydrogel structure, it is preferable that the pH of the hydrogel material-containing solution is adjusted to pH 6 or higher, and the pH of the sugar chain-containing solution is adjusted to pH 7 or lower.

また、上記ハイドロゲル構造体の製造方法においては、前記ハイドロゲル構造体は、該構造体の形状が粒状であり、その長径が20μm以上であり、及び/又は真円度が50%以上であることが好ましい。 Further, in the method for producing a hydrogel structure, the hydrogel structure has a granular shape, a major axis of 20 μm or more, and/or a circularity of 50% or more. It is preferable.

また、上記ハイドロゲル構造体の製造方法においては、前記ハイドロゲル材料含有溶液が生きた生物試料含み、前記ハイドロゲル構造体として、前記生物試料を生きたまま含む該ハイドロゲル構造体を得ることが好ましい。 Further, in the method for producing a hydrogel structure, the hydrogel material-containing solution contains a living biological sample, and the hydrogel structure containing the living biological sample is obtained as the hydrogel structure. is preferred.

また、上記ハイドロゲル構造体の製造方法においては、前記生物試料は、単細胞生物及び多細胞生物からなる群から選ばれた1種又は2種以上に由来する細胞試料であることが好ましい。 Furthermore, in the above method for producing a hydrogel structure, the biological sample is preferably a cell sample derived from one or more types selected from the group consisting of unicellular organisms and multicellular organisms.

一方、本発明は、その第2の観点では、上記ハイドロゲル構造体の製造方法で得られた該ハイドロゲル構造体に、少なくとも生物試料を生きたまま付着又は内包させ、前記生物試料に応じた培地と共に培養することを特徴とする生物試料の培養方法を提供するものである。 On the other hand, in a second aspect of the present invention, at least a living biological sample is attached to or included in the hydrogel structure obtained by the method for producing a hydrogel structure, and The present invention provides a method for culturing a biological sample, which is characterized by culturing together with a medium.

また、本発明は、その第3の観点では、上記ハイドロゲル構造体の製造方法で得られた該ハイドロゲル構造体を、前記生物試料に応じた培地と共に培養することを特徴とする生物試料の培養方法を提供するものである。 In addition, in a third aspect of the present invention, the hydrogel structure obtained by the above-mentioned method for producing a hydrogel structure is cultured together with a medium suitable for the biological sample. A culture method is provided.

更に、本発明は、その第4の観点では、上記第2又は第3の観点による生物試料の培養方法で得られた前記ハイドロゲル構造体内で培養された生体試料を分析に供することを特徴とする生物試料の分析方法を提供するものである。 Furthermore, in a fourth aspect, the present invention is characterized in that a biological sample cultured within the hydrogel structure obtained by the method for culturing a biological sample according to the second or third aspect is subjected to analysis. The present invention provides a method for analyzing biological samples.

上記生物試料の分析方法においては、前記分析は、前記ハイドロゲル構造体ごと分析する手段によるものであることが好ましい。 In the biological sample analysis method described above, it is preferable that the analysis is performed by means of analyzing the entire hydrogel structure.

他方、本発明は、その第5の観点では、グリコサミノグリカン類に属する糖鎖の、ハイドロゲル構造体の調製のための使用を提供するものである。 On the other hand, in its fifth aspect, the present invention provides the use of sugar chains belonging to glycosaminoglycans for preparing a hydrogel structure.

上記使用においては、前記グリコサミノグリカン類に属する糖鎖はヘパリンであることが好ましい。 In the above use, the sugar chain belonging to the glycosaminoglycans is preferably heparin.

本発明によれば、コラーゲンを利用したハイドロゲル構造体であって、細胞の三次元培養のための足場構造体として、有機溶媒を用いずとも、生体適合な温和な条件下に調製することができて、種々の分析技術に適用可能な構造体が得られる、ハイドロゲル構造体の製造方法を提供することができる。また、そのハイドロゲル構造体を利用した生物試料の培養方法及び分析方法を提供することができる。 According to the present invention, a hydrogel structure using collagen can be prepared as a scaffold structure for three-dimensional culture of cells under mild biocompatible conditions without using an organic solvent. It is possible to provide a method for producing a hydrogel structure, which can yield a structure that can be applied to various analytical techniques. Furthermore, a method for culturing and analyzing a biological sample using the hydrogel structure can be provided.

本発明によるハイドロゲル構造体の製造方法の一実施形態を示す概略説明図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic explanatory diagram showing an embodiment of a method for manufacturing a hydrogel structure according to the present invention. 試験例1においてヘパリン含有溶液のpHの影響を調べた結果を示す画像及び図表であり、図2(a)は位相差顕微鏡画像の例であり、図2(b)はハイドロゲル構造体(ゲル粒子)の1粒子ごとの外周長さをヒストグラムにして示す図表である。2(a) is an example of a phase contrast microscope image, and FIG. 2(b) is an example of a hydrogel structure (gel 2 is a chart showing the outer circumferential length of each particle of particles (particles) in the form of a histogram. 試験例1においてヘパリン含有溶液のpHの影響を調べた結果を示す画像及び図表であり、図3(a)は共焦点顕微鏡画像の例であり、図3(b)はハイドロゲル構造体(ゲル粒子)の1粒子ごとの真円度をヒストグラムにして示す図表である。3(a) is an example of a confocal microscope image, and FIG. 3(b) is an example of a hydrogel structure (gel 2 is a chart showing the roundness of each particle of particles (particles) as a histogram. 試験例2においてヘパリン含有溶液のヘパリン濃度の影響を調べた結果を示す画像及び図表であり、図4(a)は位相差顕微鏡画像の例であり、図4(b)はハイドロゲル構造体(ゲル粒子)の1粒子ごとの真円度をヒストグラムにして示す図表である。4(a) is an example of a phase contrast microscope image, and FIG. 4(b) is an example of a hydrogel structure ( 2 is a chart showing the roundness of each particle of gel particles in the form of a histogram. 試験例3においてグルコース溶液、コラーゲン溶液、又はコラーゲンとグルコースの混合溶液についてCDスペクトル計測を行った結果を示す図表であり、図5(a)はpH3の条件で溶液を調製したときの結果であり、図5(b)はpH5の条件で溶液を調製したときの結果であり、図5(c)はpH7の条件で溶液を調製したときの結果である。5 is a chart showing the results of CD spectrum measurement of a glucose solution, a collagen solution, or a mixed solution of collagen and glucose in Test Example 3, and FIG. 5(a) shows the results when the solution was prepared under the condition of pH 3. , FIG. 5(b) shows the results when the solution was prepared under the condition of pH 5, and FIG. 5(c) shows the result when the solution was prepared under the condition of pH 7. 試験例3においてコラーゲン溶液、ヘパリン溶液、又はコラーゲンとヘパリンの混合溶液についてCDスペクトル計測を行った結果を示す図表であり、図6(a)はpH3の条件で溶液を調製したときの結果であり、図6(b)はpH5の条件で溶液を調製したときの結果であり、図6(c)はpH7の条件で溶液を調製したときの結果である。6(a) is a chart showing the results of CD spectrum measurement of a collagen solution, a heparin solution, or a mixed solution of collagen and heparin in Test Example 3, and FIG. 6(a) shows the results when the solution was prepared under the condition of pH 3. , FIG. 6(b) shows the results when the solution was prepared under the condition of pH 5, and FIG. 6(c) shows the result when the solution was prepared under the condition of pH 7. 試験例4においてラット大脳皮質初代培養細胞を用いて作製したNeuro ball(ニューロボール)を3D観察したときの画像の例であり、図7(a)は培養3日目のサンプルについての共焦点顕微鏡画像の例であり、図7(b)は培養10日目のサンプルについての共焦点顕微鏡画像の例である。This is an example of an image obtained by 3D observation of the Neuro ball prepared using primary cultured rat cerebral cortex cells in Test Example 4, and Fig. 7(a) is a confocal microscope image of the sample on the third day of culture. This is an example of an image, and FIG. 7(b) is an example of a confocal microscope image of a sample on the 10th day of culture. 試験例5においてヒトiPS細胞由来神経前駆細胞を用いて作製したNeuro ball(ニューロボール)を3D観察したときの共焦点顕微鏡画像の例であり、培養10日目のサンプルについての共焦点顕微鏡画像の例である。This is an example of a confocal microscope image when 3D observing the Neuro ball produced using human iPS cell-derived neural progenitor cells in Test Example 5, and the confocal microscope image of the sample on the 10th day of culture. This is an example. 試験例6においてラット大脳皮質初代培養細胞を用いて作製したNeuro ball(ニューロボール)の機能性を調べるため培養10日目のNeuro ball(ニューロボール)についてCa2+イメージング計測を行った結果を示す画像及び図表であり、図9(a)はCa2+イメージング計測を行った際に撮影した位相差 顕微鏡画像とそれと同視野における蛍光顕微鏡画像の例であり、図9(b)は任意に観察対象とした7ヵ所の蛍光強度の強い輝点について2分間にわたって観察したときの、開始から9.43秒、開始から19.47秒、及び開始から28.6秒における蛍光顕微鏡画像の例であり、図9(c)は上記輝点のそれぞれについて蛍光強度の経時変化を調べた結果を示す図表である。Image showing the results of Ca 2+ imaging measurement on the Neuro ball on the 10th day of culture in order to investigate the functionality of the Neuro ball produced using primary cultured rat cerebral cortex cells in Test Example 6. FIG. 9(a) is an example of a phase contrast microscope image taken when performing Ca 2+ imaging measurement and a fluorescence microscope image in the same field of view, and FIG. 9(b) is an example of a fluorescence microscope image taken when performing Ca 2+ imaging measurement. These are examples of fluorescence microscope images at 9.43 seconds from the start, 19.47 seconds from the start, and 28.6 seconds from the start when observing seven bright spots with strong fluorescence intensity for 2 minutes. 9(c) is a chart showing the results of examining changes in fluorescence intensity over time for each of the above-mentioned bright spots. 試験例6においてラット大脳皮質初代培養細胞を用いて作製したNeuro ball(ニューロボール)の機能性を調べるため培養10日目のNeuro ball(ニューロボール)にGABA受容体のアンタゴニストであるビククリン(Bicucullne)の10μM溶液を滴下してからCa2+イメージング計測を行った結果を示す画像及び図表であり、図10(a)はCa2+イメージング計測を行った際に撮影した位相差 顕微鏡画像とそれと同視野における蛍光顕微鏡画像の例であり、図10(b)は任意に観察対象とした7ヵ所の蛍光強度の強い輝点について2.5分間にわたって観察したときの、開始から48.4秒、開始から55.1秒、及び開始から61.8秒における蛍光顕微鏡画像の例であり、図10(c)は上記輝点のそれぞれについて蛍光強度の経時変化を調べた結果を示す図表である。In Test Example 6, in order to investigate the functionality of Neuro balls prepared using primary cultured rat cerebral cortex cells, the Neuro balls on the 10th day of culture were injected with bicuculline, an antagonist of GABA A receptors. ) are images and charts showing the results of Ca 2+ imaging measurement after dropping a 10 μM solution of 10 μM solution. Figure 10(a) is a phase contrast microscope image taken during Ca 2+ imaging measurement and the same field of view. Fig. 10(b) is an example of a fluorescence microscope image at 48.4 seconds from the start and 48.4 seconds from the start when seven bright spots with strong fluorescence intensity were arbitrarily observed for 2.5 minutes. This is an example of a fluorescence microscope image at 55.1 seconds and 61.8 seconds from the start, and FIG. 10(c) is a chart showing the results of examining changes in fluorescence intensity over time for each of the bright spots. 試験例6においてラット大脳皮質初代培養細胞を用いて作製したNeuro ball(ニューロボール)の機能性を調べるため培養23日目のNeuro ball(ニューロボール)について所定の薬剤を滴下して活動電位計測を行った結果を示す画像及び図表であり、図11(a)はNeuro ball(ニューロボール)を平面微小電極アレイ上にマウントした様子を示す画像であり、図11(b)は薬剤非投与の場合(図中では「before」)、GABA受容体のアンタゴニストであるビククリン(Bicucullne)を滴下した場合(図中では「Bicucullne 10μM」)、ビククリン(Bicucullne)とともにAMPA型受容体のアンタゴニストであるCNQXを滴下した場合(図中では「CNQX 30μM」)のそれぞれについて、30秒間にわたってCa2+オシレーションによる発火頻度を観察した結果を示す図表であり、図11(c)は得られた発火頻度の結果を薬剤非投与のときを100%としたときの相対値としてグラフ化して示す図表である。In Test Example 6, in order to investigate the functionality of the Neuro ball produced using primary cultured rat cerebral cortex cells, a prescribed drug was dropped onto the Neuro ball on the 23rd day of culture and action potential measurement was performed. 11(a) is an image showing the Neuro ball mounted on a planar microelectrode array, and FIG. 11(b) is an image showing the results when no drug was administered. ("before" in the figure), when bicuculline (Bicucullne), an antagonist of GABA A receptor, is instilled ("Bicucullne 10 μM" in the figure), CNQX, an antagonist of AMPA type receptors, is added together with bicuculline (Bicucullne). This is a chart showing the results of observing the firing frequency due to Ca 2+ oscillation for 30 seconds for each case of dripping (“CNQX 30 μM” in the figure), and FIG. 11(c) shows the results of the firing frequency obtained. It is a graph showing relative values when no drug is administered as 100%. 試験例7においてCell ball(セルボール)を利用した脳腫瘍モデルの作製した結果を示す画像であり、図12(a)は培養2日目、5日目、18日目、及び60日目のサンプルについての各Cell ball(セルボール)の位相差顕微鏡像の例であり、図12(b)は培養5日目のサンプルについてのCell ball(セルボール)共焦点顕微像の例である。These are images showing the results of creating a brain tumor model using Cell ball in Test Example 7, and FIG. 12(a) shows samples on the 2nd, 5th, 18th, and 60th days of culture. FIG. 12(b) is an example of a confocal microscopic image of a Cell ball for a sample on the fifth day of culture. 試験例8においてCell ball(セルボール)を利用した癌微小環境モデルを構築した結果を示す画像であり、ヒトグリオーマ細胞の単体培養、アストロサイトの単体培養、ヒトグリオーマ細胞とアストロサイトの共培養のそれぞれについて培養2日目、8日目、及び14日目のサンプルについての各Cell ball(セルボール)の位相差顕微鏡像の例である。This is an image showing the results of constructing a cancer microenvironment model using a Cell ball in Test Example 8, and shows the results of a single culture of human glioma cells, a single culture of astrocytes, and a co-culture of human glioma cells and astrocytes. These are examples of phase contrast microscopic images of each Cell ball for samples on the 2nd day, 8th day, and 14th day of culture, respectively. 試験例8においてCell ball(セルボール)を利用した癌微小環境モデルを構築した結果を示す画像であり、ヒトグリオーマ細胞の単体培養、アストロサイトの単体培養、ヒトグリオーマ細胞とアストロサイトの共培養のそれぞれについて培養16日目のサンプルについてのCell ball(セルボール)の切片をHE染色した際の画像の例である。This is an image showing the results of constructing a cancer microenvironment model using a Cell ball in Test Example 8, and shows the results of a single culture of human glioma cells, a single culture of astrocytes, and a co-culture of human glioma cells and astrocytes. This is an example of an image obtained by HE staining a section of a Cell ball for each sample on the 16th day of culture. 試験例8においてCell ball(セルボール)を利用した癌微小環境モデルを評価した結果を示す図表であり、図14(a)には培養日数ごとに各Cell ball(セルボール)の外周の長さを計測した結果を平均値と標準偏差で表わしたグラフを示し、図14(b)には培養日数ごとに各Cell ball(セルボール)の輝度測定を行った結果を平均値と標準偏差で表わしたグラフを示す。This is a chart showing the results of evaluating the cancer microenvironment model using Cell balls in Test Example 8, and FIG. Figure 14(b) shows the results of measuring the brightness of each cell ball for each number of days of culture, showing the average value and standard deviation. The following graph is shown below.

本発明に用いるコラーゲンとしては、その由来等に特に制限はなく、例えば、哺乳類、魚貝類等のコラーゲン含有組織(皮、骨等)から種々の抽出法を用いて抽出し、必要に応じて純度を高めるために塩析等の処理を施したもの等を用いることができる。その抽出方法により、例えば、希酸により抽出して得られる酸可溶性コラーゲン、酵素で可溶化処理する方法によって得られる酵素可溶化コラーゲン、アルカリで可溶化処理する方法によって得られるアルカリ可溶化コラーゲン等が挙げられる。これらのうち、水や水性緩衝液に対する溶解性の観点からは、酸可溶性コラーゲンや酵素可溶化コラーゲンを用いることが好ましい。ここで、コラーゲンには生体内での生理的機能に応じて種々のタイプがあるが、皮膚の弾力性や強度を生み出すI型コラーゲンは、従来、細胞培養の足場素材としての有用性が示されているコラーゲンであり、本発明においも好適に使用され得る。また、培養皿コート等の細胞培養用としても市販されている製品があるのでそのような市販品を用いてもよい。なお、抗原性を低減させる等の目的で、使用するコラーゲン分子の末端のテロペプチドは、酵素処理等により除去されていてもよい。すなわち、アテロ化されたコラーゲンでもよい。コラーゲンは、1種類を単体で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 There are no particular restrictions on the origin of the collagen used in the present invention. For example, the collagen used in the present invention is extracted from collagen-containing tissues (skin, bones, etc.) of mammals, fish and shellfish, etc. using various extraction methods, and the purity is determined as necessary. It is possible to use a material that has been subjected to a treatment such as salting out in order to increase the viscosity. Depending on the extraction method, for example, acid-soluble collagen obtained by extraction with dilute acid, enzyme-solubilized collagen obtained by solubilizing with enzyme, alkali-solubilized collagen obtained by solubilizing with alkali, etc. Can be mentioned. Among these, acid-soluble collagen and enzyme-solubilized collagen are preferably used from the viewpoint of solubility in water and aqueous buffer solutions. There are various types of collagen depending on their physiological functions in the body, but type I collagen, which produces the elasticity and strength of the skin, has previously been shown to be useful as a scaffold material for cell culture. It is a type of collagen that can be suitably used in the present invention. Furthermore, there are products that are commercially available for use in cell culture, such as culture plate coats, and such commercially available products may also be used. Note that, for the purpose of reducing antigenicity, etc., the terminal telopeptide of the collagen molecule used may be removed by enzymatic treatment or the like. That is, it may be atelolated collagen. One type of collagen may be used alone, or two or more types may be used in combination.

本発明に用いるグリコサミノグリカン類に属する糖鎖としては、特に限定されないが、例えば、ヘパリン、ヘパラン硫酸、コンドロイチン硫酸、デルマタン硫酸、ケラタン硫酸、ヒアルロン酸等が挙げられる。ここでグリコサミノグリカン類とは、反復する二糖単位のうちの1つが常にアミノ糖である非分枝のグリカン類である。より具体的には、二糖単位のうちの1つがガラクトサミン又はグルコサミンからなるアミノ糖であり、もう1つがグルクロン酸又はイズロン酸からなるウロン酸、又はガラクトースである。ウロン酸にカルボキシル基が存在し、糖のヒドロキシル基に硫酸基が、あるいはアミノ糖のアミノ基にはアセチル基が、それぞれ任意の割合で導入されていることから、一般に強く負に帯電している。生物組織においては、細胞表面や細胞外マトリックスに存在する糖鎖として知られ、ムコ多糖類とも呼ばれる。本発明においては、そのような生物組織由来のものを用いてもよく、その硫酸基やアセチル基、あるいはその他の官能基の導入量や割合を任意に修飾されたものを用いてもよい。グリコサミノグリカン類に属する糖鎖は、1種類を単体で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、特にはヘパリンを用いることが好ましい。 The sugar chains belonging to the glycosaminoglycans used in the present invention are not particularly limited, but include, for example, heparin, heparan sulfate, chondroitin sulfate, dermatan sulfate, keratan sulfate, hyaluronic acid, and the like. Glycosaminoglycans are unbranched glycans in which one of the repeating disaccharide units is always an amino sugar. More specifically, one of the disaccharide units is an amino sugar consisting of galactosamine or glucosamine, and the other is a uronic acid consisting of glucuronic acid or iduronic acid, or galactose. Because a carboxyl group exists in uronic acid, a sulfate group is introduced into the hydroxyl group of a sugar, or an acetyl group is introduced into the amino group of an amino sugar, they are generally strongly negatively charged. . In biological tissues, they are known as sugar chains that exist on cell surfaces and extracellular matrices, and are also called mucopolysaccharides. In the present invention, those derived from such biological tissue may be used, and those obtained by arbitrarily modifying the amount or ratio of introduced sulfate groups, acetyl groups, or other functional groups may be used. One type of sugar chain belonging to glycosaminoglycans may be used alone, or two or more types may be used in combination. Moreover, it is particularly preferable to use heparin.

本発明においては、上記したコラーゲンを含有するハイドロゲル材料含有溶液を、上記したグリコサミノグリカン類に属する糖鎖を含有する糖鎖含有溶液に添加して、糖鎖含有溶液からなる媒質との間に界面を有するハイドロゲル構造体を形成させる。 In the present invention, a hydrogel material-containing solution containing the above-mentioned collagen is added to a sugar chain-containing solution containing sugar chains belonging to the above-mentioned glycosaminoglycans, and the solution is mixed with a medium consisting of the sugar chain-containing solution. A hydrogel structure having an interface therebetween is formed.

ハイドロゲル材料含有溶液中のコラーゲンの濃度としては0.1~10mg/mLであることが好ましく、0.5~3mg/mLであることがより好ましい。また、ハイドロゲル材料含有溶液のpHとしてはpH6以上であることが好ましく、pH6~10であることがより好ましく、pH6.5~8であることが更により好ましい。また、糖鎖含有溶液中のグリコサミノグリカン類に属する糖鎖の濃度としては0.01~100mg/mLであることが好ましく、1~10mg/mLであることがより好ましい。また、糖鎖含有溶液のpHとしてはpH7以下であることが好ましく、pH3以上pH7以下であることがより好ましく、pH4以上pH6以下であることが更により好ましい。 The concentration of collagen in the hydrogel material-containing solution is preferably 0.1 to 10 mg/mL, more preferably 0.5 to 3 mg/mL. Further, the pH of the hydrogel material-containing solution is preferably pH 6 or higher, more preferably pH 6 to 10, and even more preferably pH 6.5 to 8. Furthermore, the concentration of sugar chains belonging to glycosaminoglycans in the sugar chain-containing solution is preferably 0.01 to 100 mg/mL, more preferably 1 to 10 mg/mL. Further, the pH of the sugar chain-containing solution is preferably pH 7 or less, more preferably pH 3 or more and pH 7 or less, and even more preferably pH 4 or more and pH 6 or less.

ここで図1を参照して、本発明を更に具体的に説明すると、図1に示す実施形態においては、容器1に糖鎖含有溶液2を入れ、一方でハイドロゲル材料含有溶液3をピペットに採取して、そのピペットの先を糖鎖含有溶液2中に没入させて、ピペットの通常の操作により、ゆっくりと放出させている。これにより、ハイドロゲル材料含有溶液3はヘパリン含有溶液2からなる媒質との間に界面を形成すると共に、おおよそその形状のままゲル化し、ハイドロゲル構造体4が得られる。ハイドロゲル構造体4を形成させた後には、糖鎖含有溶液2を媒質とした状態(図中、符号10で表わす状態)から、保管・保存等の目的で、適当な緩衝液や培地等からなる保存液5に媒質を置換してもよい(図中、符号20で表わす状態)。 Here, to explain the present invention more specifically with reference to FIG. 1, in the embodiment shown in FIG. After collecting the sample, the tip of the pipette is immersed in the sugar chain-containing solution 2, and it is slowly released by normal operation of the pipette. As a result, the hydrogel material-containing solution 3 forms an interface with the medium made of the heparin-containing solution 2, and gels approximately in its shape, yielding a hydrogel structure 4. After forming the hydrogel structure 4, from the state using the sugar chain-containing solution 2 as a medium (state indicated by reference numeral 10 in the figure), to the state using the sugar chain-containing solution 2 as a medium, and from the state using an appropriate buffer solution, medium, etc. for storage and preservation, etc. The medium may be replaced with a storage solution 5 (state indicated by reference numeral 20 in the figure).

なお、ハイドロゲル材料含有溶液を糖鎖含有溶液に添加する際の、その「添加」とは、図1に示す実施形態ように、溶液中への噴出でもよく、あるいは溶液外からの滴下であってもよく、溶液表面への重層であってもよく、溶液中への撹拌をともなう分散であってもよく、すなわち、添加したハイドロゲル材料含有溶液が糖鎖含有溶液からなる媒質との間に界面を形成するようにすればよく、その態様は問わない。ただし、ハイドロゲル構造体として、より真円度の高い球形のものを得るには、図1に示したように溶液中で噴出する態様であることが、より好ましい。 In addition, when adding the hydrogel material-containing solution to the sugar chain-containing solution, the "addition" may be spouting into the solution, as in the embodiment shown in FIG. 1, or dropping from outside the solution. It may be layered on the surface of the solution, or it may be dispersed into the solution with stirring. In other words, the added hydrogel material-containing solution may be separated from the medium consisting of the sugar chain-containing solution. It is sufficient to form an interface, and the mode is not limited. However, in order to obtain a spherical hydrogel structure with higher roundness, it is more preferable to use a mode in which the hydrogel structure is ejected into a solution as shown in FIG.

また、図1中では、通常のマイクロピペッター等のチップの先からハイドロゲル材料含有溶液3を噴出する形態を示したが、所定径・形状を有するノズル等の部具からハイドロゲル材料含有溶液3を噴出することにより、所望の大きさ・形状のハイドロゲル構造体をなすことができる。例えば、1cm径程度の大きさのものの、調製可能である。また、ハイドロゲル構造体4には、任意に、細胞等の生物試料(図中、符号6)を内包せしめてもよい。 In addition, although FIG. 1 shows a form in which the hydrogel material-containing solution 3 is ejected from the tip of a normal micropipettor, the hydrogel material-containing solution 3 is ejected from a device such as a nozzle having a predetermined diameter and shape. By spouting out, a hydrogel structure of a desired size and shape can be formed. For example, it is possible to prepare one having a diameter of about 1 cm. Further, the hydrogel structure 4 may optionally contain a biological sample (indicated by reference numeral 6 in the figure) such as cells.

温度条件としては、ハイドロゲル材料含有溶液としては、0℃~室温の範囲で行うことが好ましく、0~10℃の範囲で行うことがより好ましい。温度が高すぎると、コラーゲンを含有するハイドロゲル材料含有溶液のそれ自体でケル化を生じてしまうことがある。また、生きたままの生物試料を内包せしめる場合には、その試料の活性に悪い影響を与えるおそれがある。また、糖鎖含有溶液の温度は0~40℃の範囲で行えばよく、例えば、典型的に室温であれば、製造操作上より便宜である。 As for the temperature conditions, for the hydrogel material-containing solution, it is preferably carried out in the range of 0°C to room temperature, and more preferably in the range of 0 to 10°C. If the temperature is too high, the collagen-containing hydrogel material-containing solution itself may become kelized. Furthermore, when a living biological sample is included, the activity of the sample may be adversely affected. Further, the temperature of the sugar chain-containing solution may be in the range of 0 to 40°C, and for example, it is typically room temperature, which is more convenient for manufacturing operations.

本発明による得られるハイドロゲル構造体は、その形状が粒状であり、その長径が20μm以上であることが好ましい。小さすぎると、細胞等を内包せしめる場合、それを均一に分散させることが困難になる傾向がある。また、真円度が50%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましい。ハイドロゲル構造体の形状がこの範囲であれば、細胞を内包せしめて三次元培養する場合、より均一に細胞を生長させることができる。 The hydrogel structure obtained according to the present invention preferably has a granular shape and a major axis of 20 μm or more. If it is too small, it tends to be difficult to uniformly disperse cells and the like when they are encapsulated therein. Further, the circularity is preferably 50% or more, more preferably 80% or more. If the shape of the hydrogel structure is within this range, cells can be grown more uniformly when encapsulating cells and performing three-dimensional culture.

本発明により得られるハイドロゲル構造体は、生きた生物試料、特に細胞の三次元培養の足場素材として好適に用いられ得る。すなわち、細胞を生きたままハイドロゲル構造体に付着又は内包させたうえ、その細胞に応じた培地と共に培養することで、細胞がハイドロゲル構造体を足場にして三次元的に組織化されつつ生長し、生体組織環境を模倣した細胞ネットワークが形成される。そして、そのような細胞ネットワークをより生体組織環境に近い状態で解析し得るようになる。また、病態解明、創薬分野、再生医療への利用や、細胞ネットワークの基礎科学研究全般への応用も考えられる。この場合、細胞の種類に特に制限はなく、大腸菌、酵母、真菌類、珪藻類、鞭毛虫類等の単細胞生物に由来するものを使用してもよく、また、哺乳類等の高等動物細胞、野菜、果樹、樹木等の高等植物細胞等の多細胞生物に由来するものを使用してもよく、あるいは、異なる2種以上の細胞を使用してもよい。 The hydrogel structure obtained by the present invention can be suitably used as a scaffold material for three-dimensional culture of living biological samples, especially cells. In other words, by attaching living cells to or encapsulating them in a hydrogel structure and culturing them with a medium appropriate for the cells, the cells grow while being three-dimensionally organized using the hydrogel structure as a scaffold. As a result, a cell network is formed that mimics the biological tissue environment. This makes it possible to analyze such cell networks in conditions closer to the living tissue environment. It is also conceivable that it could be used in pathological elucidation, drug discovery, regenerative medicine, and general basic scientific research on cell networks. In this case, there are no particular restrictions on the type of cells, and cells derived from unicellular organisms such as Escherichia coli, yeast, fungi, diatoms, and flagellates may be used, as well as cells from higher animals such as mammals, and vegetables. Cells derived from multicellular organisms such as cells of higher plants such as , fruit trees and trees may be used, or two or more different types of cells may be used.

本発明により得られるハイドロゲル構造体に、少なくとも生物試料を生きたまま付着又は内包させるには、ハイドロゲル構造体を調製した後に、適当な培地等の溶液に所望する細胞を懸濁し、その細胞懸濁液にハイドロゲル構造体を浸したり、そのような細胞懸濁液をハイドロゲル構造体に添加したり、滴下したり、塗布したりする等により、成すこともできるが、本発明に係るハイドロゲル構造体は、有機溶媒や過激な温度条件等によらずに形成させることである。よって、例えば、上述したようにハイドロゲル構造体を製造する際に、そのハイドロゲル材料含有溶液中に細胞を生きたまま、必要に応じてそれに応じた培地とともに、内包せしめてもよい。この態様によれば、得られるハイドロゲル構造体の内部に細胞が生きたままの状態で内包されることとなる。これを、周知の培養装置等に移して、適当な培地とともに培養することで、簡便に細胞の三次元培養を行うことができる。 In order to attach or encapsulate at least a living biological sample in the hydrogel structure obtained by the present invention, after preparing the hydrogel structure, desired cells are suspended in a solution such as an appropriate medium, and the cells are Although it can also be achieved by immersing the hydrogel structure in a suspension, adding such a cell suspension to the hydrogel structure, dropping it, coating it, etc., the method according to the present invention The hydrogel structure is formed without using organic solvents or extreme temperature conditions. Therefore, for example, when producing a hydrogel structure as described above, living cells may be encapsulated in the hydrogel material-containing solution together with a suitable culture medium if necessary. According to this embodiment, cells are encapsulated in a living state inside the resulting hydrogel structure. By transferring this to a well-known culture device or the like and culturing it with an appropriate medium, three-dimensional cell culture can be easily performed.

本発明によれば、後述の実施例で示されるように、生体組織環境モデルとして従来は調製が難しかった神経ネットワーク様モデルを、非常に簡便な操作で得ることができる。また、癌細胞とその周辺細胞により構成される癌微小環境モデルなども非常に簡便な操作で得ることができる。更には、そのようなモデルを形成させた後のゲル粒子は、直接に免疫化学的測定や電気生理学的測定、あるいはフローサイトメトリー分析に供し得る試料であるので、その後の解析手法としても応報範囲が広く、生体組織ネットワークの形成過程を含め、解析することが容易となる。 According to the present invention, as shown in the Examples below, a neural network-like model, which has been difficult to prepare in the past as a biological tissue environment model, can be obtained with a very simple operation. Furthermore, a cancer microenvironment model composed of cancer cells and their surrounding cells can be obtained with very simple operations. Furthermore, since the gel particles after forming such a model are samples that can be directly subjected to immunochemical measurements, electrophysiological measurements, or flow cytometry analysis, there is a limited scope for subsequent analysis methods. This makes it easy to analyze the formation process of biological tissue networks.

一例としては、細胞ネットワークから放出される分泌物をハイドロゲル構造体内に残存させる技術への応用である。例えば、アミロイドβなどの物質は、通常の培養シャーレで培養した場合、培地交換によって洗い流されてしまい、生体で起こるアミロイドβの沈着を再現することができない。本発明により得られるハイドロゲル構造体は、アミロイドβなどの物質を残存させることが可能なため、より優れた病態モデルを作製できる。 One example is the application of this technology to techniques that allow secretions released from cell networks to remain within hydrogel structures. For example, when a substance such as amyloid β is cultured in a normal culture dish, it is washed away when the medium is replaced, making it impossible to reproduce the deposition of amyloid β that occurs in living organisms. Since the hydrogel structure obtained by the present invention allows substances such as amyloid β to remain, it is possible to create a better pathological model.

また、他の一例としては、細胞の数、種類、化合物を制御してハイドロゲル構造体内に内包させる技術への応用である。これにより、細胞のみで構成されたスフェロイドと異なり、細胞密度もコントロールできる。細胞のみで構成されたスフェロイドは光が内部まで届かないが、本発明により得られるハイドロゲル構造体を利用すれば、光が内部まで届くので、内部の細胞情報も検出可能となる。 Another example is application to a technology in which the number, type, and compound of cells are controlled and encapsulated within a hydrogel structure. This allows control of cell density, unlike spheroids, which are made up only of cells. Spheroids made up only of cells cannot allow light to reach inside, but if the hydrogel structure obtained by the present invention is used, light can reach inside, making it possible to detect internal cell information.

更に、別の一例としては、蛍光ビーズ等を内包すれば構造体をラベル化することができ、蛍光ビーズの種類を変えれば、複数種類の性質を一度に解析することができる。これにより、フローサイトメトリーやマルチウエルプレート上でハイスループットに解析することが可能となる。 Furthermore, as another example, the structure can be labeled by incorporating fluorescent beads or the like, and by changing the type of fluorescent beads, multiple types of properties can be analyzed at once. This enables high-throughput analysis using flow cytometry or multi-well plates.

また、上述したとおり、ハイドロゲル構造体内に内包する細胞種に制限はない。よって、iPS細胞や成体幹細胞等の医療処置用細胞を内包せしめて、所定条件の培養等によりハイドロゲル構造体に定着させた後に、そのようにして得られた細胞を、構造体ごと、もしくは更に分離して、体内に投与する等の再生医療技術への展開も可能である。 Furthermore, as described above, there is no restriction on the type of cells contained within the hydrogel structure. Therefore, after encapsulating cells for medical treatment such as iPS cells and adult stem cells and fixing them in a hydrogel structure by culturing under predetermined conditions, the cells obtained in this way can be used with the structure or further. It is also possible to develop it into regenerative medical technology, such as separating it and administering it into the body.

以下実施例を挙げて本発明について更に具体的に説明するが、これらの実施例は本発明の範囲を何ら限定するものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to Examples, but these Examples do not limit the scope of the present invention in any way.

<試験例1> (ヘパリン含有溶液のpHの影響)
図1に説明した態様により、ヘパリン含有溶液中でハイドロゲル材料含有溶液をマイクロピペットにより噴出することで、ハイドロゲル構造体を調製した。
<Test Example 1> (Effect of pH of heparin-containing solution)
A hydrogel structure was prepared by ejecting a solution containing a hydrogel material with a micropipette in a heparin-containing solution according to the embodiment illustrated in FIG.

具体的には、ヘパリンナトリウム(ブタ腸管由来、東京化成工業株式会社)を終濃度が1mg/mLとなるようPBSに溶解してヘパリン含有溶液を調製した。その際、1M HClでpHをpH3、pH5、又はpH7に調整した。一方、ハイドロゲル材料含有溶液としては、培養皿のコート用等の用途で市販されているコラーゲンゲル前駆溶液(製品名「Collagen I、Rat Tail」、ラット尾由来I型コラーゲン3mg/mL含有、サーモフィッシャーサイエンティフィックライフサイエンステクノロジーズジャパン株式会社)を使用し、これに10xPBS、1M NaOHを添加して、更にneuro basal medium培地で希釈して、コラーゲン濃度が15mg/mL、pH7.0となるように調製した。 Specifically, a heparin-containing solution was prepared by dissolving heparin sodium (derived from porcine intestinal tract, Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) to a final concentration of 1 mg/mL in PBS. At that time, the pH was adjusted to pH 3, pH 5, or pH 7 with 1M HCl. On the other hand, as a hydrogel material-containing solution, a collagen gel precursor solution (product name "Collagen I, Rat Tail", containing 3 mg/mL of type I collagen derived from rat tail, thermoplastic Fisher Scientific Life Science Technologies Japan Co., Ltd.) was used, 10x PBS and 1M NaOH were added to this, and the mixture was further diluted with neuro basal medium so that the collagen concentration was 15 mg/mL and the pH was 7.0. Prepared.

ハイドロゲル材料含有溶液のヘパリン含有溶液中での噴出は、ハイドロゲル材料含有溶液をマイクロピペット(エッペンドルフ社)の通常の操作により、ハイドロゲル材料含有溶液を10μL用チップに1μL採取して、そのチップの先を、24wellプレートにおよそ1mL入れたヘパリン含有溶液中に没入させて、同様にマイクロピペットの通常の操作により、ゆっくりと放出させることにより行った。これにより、ハイドロゲル材料含有溶液はヘパリン含有溶液からなる媒質との間に界面を形成すると共に、おおよそその形状のままゲル化し、ハイドロゲル構造体が得られた。なお、温度条件としては、コラーゲンを含有するハイドロゲル材料含有溶液はすべて氷上にて冷却しながら操作を行う一方、ヘパリン含有溶液は37℃に加温した。この条件では、噴出後、即座にゲル化、沈殿が確認された。その後、ヘパリン含有溶液をピペットで吸引除去することで取り除き、媒質をneuro basal medium培地に置換して、以下の顕微鏡観察に供した。 To squirt the hydrogel material-containing solution into the heparin-containing solution, collect 1 μL of the hydrogel material-containing solution into a 10 μL tip using a micropipette (Eppendorf), and then This was done by immersing the tip of the heparin-containing solution in approximately 1 mL of a 24-well plate and slowly releasing it using the same normal operation with a micropipette. As a result, the hydrogel material-containing solution formed an interface with the medium consisting of the heparin-containing solution, and gelled approximately in its shape, yielding a hydrogel structure. As for the temperature conditions, all the hydrogel material-containing solutions containing collagen were operated while being cooled on ice, while the heparin-containing solutions were heated to 37°C. Under these conditions, gelation and precipitation were observed immediately after ejection. Thereafter, the heparin-containing solution was removed by suctioning with a pipette, the medium was replaced with neuro basal medium, and the medium was subjected to the following microscopic observation.

(位相差顕微鏡による観察)
位相差顕微鏡(T-2000、ニコン株式会社)で画像を撮影し(対物倍率10倍)、その画像解析により、撮像されたハイドロゲル構造体の粒子の外周長さを計測し、また、下記式(1)による真円度を求めた。
(Observation using a phase contrast microscope)
An image was taken with a phase contrast microscope (T-2000, Nikon Corporation) (objective magnification 10x), and by image analysis, the outer circumference length of the particles of the imaged hydrogel structure was measured. The roundness was determined according to (1).

真円度=4×π×面積 ÷ (円周) …(1) Circularity = 4 x π x area ÷ (circumference) 2 ...(1)

(共焦点顕微鏡による観察)
常法に従い、コラーゲンtypeIの抗体C2456(Sigma-Aldrich 社)を使用してハイドロゲル構造体の粒子を蛍光染色し、共焦点顕微鏡(TCS SP8、ライカ)にてZ軸断面像を撮像した。
(Observation using a confocal microscope)
According to a conventional method, particles of the hydrogel structure were fluorescently stained using collagen type I antibody C2456 (Sigma-Aldrich), and Z-axis cross-sectional images were taken using a confocal microscope (TCS SP8, Leica).

図2Aには、得られたハイドロゲル構造体(ゲル粒子)について、位相差顕微鏡により撮像した画像の例を示す。また、図2Bには、得られたハイドロゲル構造体(ゲル粒子)について、1粒子ごとの外周長さをヒストグラムにして示す。また、図3Aには、得られたハイドロゲル構造体(ゲル粒子)について、共焦点顕微鏡画像の例を示す。また、図3Bには、得られたハイドロゲル構造体(ゲル粒子)について、1粒子ごとの真円度をヒストグラムにして示す。 FIG. 2A shows an example of an image taken using a phase contrast microscope about the obtained hydrogel structure (gel particles). Further, FIG. 2B shows a histogram of the outer circumferential length of each particle of the obtained hydrogel structure (gel particles). Moreover, FIG. 3A shows an example of a confocal microscope image of the obtained hydrogel structure (gel particles). Further, FIG. 3B shows a histogram of the circularity of each particle of the obtained hydrogel structure (gel particles).

その結果、特に、図2Aに示す位相差顕微鏡画像の結果にみられるように、ヘパリン含有溶液のpHをpH3又はpH5に調整した場合は、得られたハイドロゲル構造体(ゲル粒子)は、その平面投影形状がほぼ円形になったのに対し、ヘパリン含有溶液のpHをpH7に調整した場合は、得られたハイドロゲル構造体(ゲル粒子)は、その平面投影形状が楕円形もしくは円形にならずに崩れた形状となることが観察された。それにともない、1粒子ごとの円周を計測した結果についても、pH値の上昇にともなって円周も大きくなる傾向が確認できた(図2B)。図3Aには、ゲル粒子の構造を調べるために、共焦点顕微鏡を用いて取得した三次元蛍光画像の例を示す。Z軸断面像より、得られたハイドロゲル構造体(ゲル粒子)の1粒子ごとの真円度を測定した結果、pH値の低下にともなって真円度が高くなる傾向が確認できた(図3B)。 As a result, especially when the pH of the heparin-containing solution was adjusted to pH 3 or pH 5, as seen in the phase contrast microscopy image shown in Figure 2A, the obtained hydrogel structure (gel particles) While the planar projection shape was approximately circular, when the pH of the heparin-containing solution was adjusted to pH 7, the obtained hydrogel structure (gel particles) had an elliptical or circular planar projection shape. It was observed that the shape collapsed without any problems. Accordingly, the results of measuring the circumference of each particle also showed a tendency for the circumference to increase as the pH value increased (FIG. 2B). FIG. 3A shows an example of a three-dimensional fluorescence image obtained using a confocal microscope to investigate the structure of gel particles. As a result of measuring the circularity of each particle of the obtained hydrogel structure (gel particles) from the Z-axis cross-sectional image, it was confirmed that the circularity tended to increase as the pH value decreased (Fig. 3B).

以上のことから、ハイドロゲル構造体の形状として、より球形に近いものを得るためには、ヘパリン含有溶液のpH値が所定値以下、本試験例によると、例えば、少なくともpH7未満の値である必要があることが明らかとなった。 From the above, in order to obtain a hydrogel structure that is closer to a spherical shape, the pH value of the heparin-containing solution must be below a predetermined value, for example, at least a value less than 7 according to this test example. It became clear that there was a need.

<試験例2> (ヘパリン含有溶液のヘパリン濃度の影響)
試験例1に示したハイドロゲル構造体の調製において、ヘパリン含有溶液を調製する際のヘパリンナトリウムの終濃度を10mg/mL、1mg/mL、又は0.1mg/mLと変えた以外は、試験例1と同様にしてハイドロゲル構造体を調製した。なお、ハイドロゲル材料含有溶液のpHはpH3.5に調整した。得られたハイドロゲル構造体について、試験例1と同様にして、位相差顕微鏡観察を行い、真円度を求めた。
<Test Example 2> (Effect of heparin concentration in heparin-containing solution)
In the preparation of the hydrogel structure shown in Test Example 1, the final concentration of heparin sodium when preparing the heparin-containing solution was changed to 10 mg/mL, 1 mg/mL, or 0.1 mg/mL. A hydrogel structure was prepared in the same manner as in Example 1. Note that the pH of the hydrogel material-containing solution was adjusted to pH 3.5. The obtained hydrogel structure was observed with a phase contrast microscope in the same manner as in Test Example 1, and the roundness was determined.

図4Aには、その位相差顕微鏡画像の例を示す。また、図4Bには、得られたハイドロゲル構造体(ゲル粒子)について、1粒子ごとの真円度をヒストグラムにして示す。 FIG. 4A shows an example of the phase contrast microscope image. Further, FIG. 4B shows a histogram of the roundness of each particle of the obtained hydrogel structure (gel particles).

その結果、特に、図4Bに示す真円度計測の結果から、ヘパリン含有溶液を調製する際のヘパリンナトリウムの終濃度として10mg/mL又は1mg/mLの条件下で調製したハイドロゲル構造体は、90%以上が真円度の値が0.95以上であった対し、ヘパリン含有溶液を調製する際のヘパリンナトリウムの終濃度が0.1mg/mLであった場合には、真円度の値が0.95以上のハイドロゲル構造体の割合は16%であった。 As a result, in particular, from the roundness measurement results shown in FIG. 4B, the hydrogel structures prepared under the conditions of a final concentration of heparin sodium of 10 mg/mL or 1 mg/mL when preparing a heparin-containing solution, More than 90% had a roundness value of 0.95 or more, whereas when the final concentration of heparin sodium when preparing a heparin-containing solution was 0.1 mg/mL, the roundness value The proportion of hydrogel structures with 0.95 or more was 16%.

以上のことから、ハイドロゲル構造体の形状として、より球形に近いものを得るためには、ヘパリン含有溶液のヘパリン濃度が所定濃度以上、本試験例によると、例えば、少なくとも0.1mg/mLを超える濃度である必要があることが明らかとなった。 From the above, in order to obtain a more spherical shape of the hydrogel structure, the heparin concentration of the heparin-containing solution should be at least a predetermined concentration, for example, at least 0.1 mg/mL, according to this test example. It became clear that the concentration needed to exceed the

<試験例3> (CDスペクトル計測によるコラーゲンの構造解析)
試験例1,2において示されたようなハイドロゲル構造体が、ヘパリン含有溶液中で如何にして形成されるか、そのメカニズムを理解するため、CDスペクトル計測によるコラーゲンの構造解析を行った。ヘパリンは、β-D-グルクロン酸あるいはα-L-イズロン酸とD-グルコサミンが重合した高分子多糖であり、その基本構成としては水酸基が硫酸基等で修飾されたD-グルコースを含む構造であるということができる。そこで、本試験例では、ヘパリンとD-グルコースのそれぞれにコラーゲンを混合した溶液を調製して、CDスペクトル計測を行った。具体的には、以下のとおり試験試料を調製して、そのCDスペクトル計測を行い、結果を評価した。
<Test Example 3> (Structural analysis of collagen by CD spectrum measurement)
In order to understand the mechanism of how hydrogel structures such as those shown in Test Examples 1 and 2 are formed in a heparin-containing solution, structural analysis of collagen was performed using CD spectroscopy. Heparin is a polymeric polysaccharide made by polymerizing β-D-glucuronic acid or α-L-iduronic acid and D-glucosamine, and its basic composition is a structure containing D-glucose whose hydroxyl group is modified with a sulfate group, etc. It can be said that there is. Therefore, in this test example, a solution was prepared in which collagen was mixed with heparin and D-glucose, and CD spectra were measured. Specifically, a test sample was prepared as follows, its CD spectrum was measured, and the results were evaluated.

(試験試料の調製)
(1)グルコース溶液:D-グルコースを濃度0.20mg/mLとなるよう精製水に溶解し、その際、1M HClでpHをpH3、pH5、又はpH7に調製した。
(Preparation of test sample)
(1) Glucose solution: D-glucose was dissolved in purified water to a concentration of 0.20 mg/mL, and the pH was adjusted to pH 3, pH 5, or pH 7 with 1M HCl.

(2)コラーゲン溶液:試験例1,2において使用したコラーゲンゲル前駆溶液(製品名「Collagen I、Rat Tail」)をコラーゲン濃度が0.30mg/mLとなるよう精製水に溶解し、その際、1M HClでpHをpH3、pH5、又はpH7に調製した。 (2) Collagen solution: The collagen gel precursor solution (product name "Collagen I, Rat Tail") used in Test Examples 1 and 2 was dissolved in purified water so that the collagen concentration was 0.30 mg/mL, and at that time, The pH was adjusted to pH 3, pH 5, or pH 7 with 1M HCl.

(3)コラーゲンとグルコースの混合溶液:上記コラーゲン溶液とグルコース溶液と同じ濃度となるように、試験例1,2において使用したコラーゲンゲル前駆溶液(製品名「Collagen I、Rat Tail」)及びD-グルコースを精製水に溶解し、その際、1M HClでpHをpH3、pH5、又はpH7に調製した。 (3) Mixed solution of collagen and glucose: Collagen gel precursor solution (product name "Collagen I, Rat Tail") used in Test Examples 1 and 2 and D- Glucose was dissolved in purified water, and the pH was adjusted to pH 3, pH 5, or pH 7 with 1M HCl.

(4)ヘパリン溶液:試験例1,2において使用したヘパリンナトリウム(ブタ腸管由来、東京化成工業株式会社)を終濃度が0.20mg/mLとなるようPBSに溶解し、その際、1M HClでpHをpH3、pH5、又はpH7に調製した。 (4) Heparin solution: The heparin sodium used in Test Examples 1 and 2 (derived from pig intestine, Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) was dissolved in PBS to a final concentration of 0.20 mg/mL, and at that time, dissolved in 1M HCl. The pH was adjusted to pH 3, pH 5, or pH 7.

(5)コラーゲンとヘパリンの混合溶液:上記コラーゲン溶液とヘパリン溶液と同じ濃度となるように、試験例1,2において使用したコラーゲンゲル前駆溶液(製品名「Collagen I、Rat Tail」)及びヘパリンナトリウム(ブタ腸管由来、東京化成工業株式会社)をPBSに溶解し、その際、1M HClでpHをpH3、pH5、又はpH7に調製した。 (5) Collagen and heparin mixed solution: Collagen gel precursor solution (product name "Collagen I, Rat Tail") used in Test Examples 1 and 2 and heparin sodium so that the concentration is the same as the above collagen solution and heparin solution. (derived from pig intestinal tract, Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) was dissolved in PBS, and the pH was adjusted to pH 3, pH 5, or pH 7 with 1M HCl.

(CDスペクトル計測)
円二色分散計(J-720WI-L、日本分光株式会社)を使用し、光路長1mmの石英キュベットを用いて5℃の環境下で測定した。
(CD spectrum measurement)
Measurement was performed using a circular dichroism dispersion meter (J-720WI-L, JASCO Corporation) in a quartz cuvette with an optical path length of 1 mm at 5°C.

図5には、グルコース溶液とコラーゲン溶液とそれらの混合溶液のCDスペクトルの結果を、pH3、pH5、又はpH7の条件ごとに示す。 FIG. 5 shows the results of CD spectra of a glucose solution, a collagen solution, and a mixed solution thereof under each condition of pH 3, pH 5, or pH 7.

図5に示されるように、コラーゲン溶液においてみられるコラーゲン分子に特徴的に計測されるCDスペクトルのスペクトルデータは、D-グルコースと混ぜた場合でもほとんど変化しなかった。 As shown in FIG. 5, the spectral data of the CD spectrum characteristically measured for collagen molecules found in collagen solutions hardly changed even when mixed with D-glucose.

図6には、ヘパリン溶液とコラーゲン溶液とそれらの混合溶液のCDスペクトルの結果を、pH3、pH5、又はpH7の条件ごとに示す。 FIG. 6 shows the results of CD spectra of a heparin solution, a collagen solution, and a mixed solution thereof under each condition of pH 3, pH 5, or pH 7.

図6に示されるように、コラーゲン溶液においてみられるコラーゲン分子に特徴的に計測されるCDスペクトルのスペクトルデータは、ヘパリンと混ぜた場合に、大きく変化した。より具体的には、200nm~210nm付近では旋光性が図中でプラス側に移行した一方、210nm~240nm付近のピークが図中でマイナス側に下がる傾向がみられ、その変化の傾向はpH3、pH5、pH7の順に変化率が高かった。 As shown in FIG. 6, the spectral data of the CD spectrum characteristically measured for collagen molecules found in collagen solutions changed significantly when mixed with heparin. More specifically, in the vicinity of 200 nm to 210 nm, the optical rotation shifted to the positive side in the figure, while the peak in the vicinity of 210 nm to 240 nm tended to fall to the negative side in the figure, and the tendency of this change was observed at pH 3, The rate of change was highest in the order of pH 5 and pH 7.

以上のことから、ヘパリンがコラーゲンに何らかの相互作用を起こすことにより、ヘパリン特異的にコラーゲンのゲル化が促進されることが示唆された。また、その構造変化は酸性条件下でより起こりやすいことが明らかとなった。 From the above, it was suggested that collagen gelation is promoted in a heparin-specific manner by causing some kind of interaction between heparin and collagen. It was also revealed that structural changes occur more easily under acidic conditions.

<試験例4> (ラット大脳皮質初代培養細胞を用いたCell ball(セルボール):Neuro ball(ニューロボール)の作製)
試験例1,2において示されたようなハイドロゲル構造体が、細胞の三次元培養のための足場構造体として適するかどうかを調べるため、ラット胎児(E18)から採取したラット大脳皮質初代培養細胞を用いて、Cell ball(セルボール)の作製を試みた。ここで、Cell ball(セルボール)とは、任意に所望する細胞を生きたままハイドロゲル構造体に付着又は内包させ、その細胞に応じた培地とともに培養することにより得られる、当該細胞を内包するハイドロゲル構造体である。
<Test Example 4> (Preparation of Cell ball: Neuro ball using primary cultured rat cerebral cortex cells)
In order to investigate whether the hydrogel structure shown in Test Examples 1 and 2 is suitable as a scaffold structure for three-dimensional culture of cells, primary cultured rat cerebral cortex cells collected from a rat fetus (E18) were used. We attempted to create a Cell ball using this method. Here, a cell ball is a cell containing a desired cell, which is obtained by attaching or encapsulating a living cell to a hydrogel structure and culturing it with a medium appropriate for the cell. It is a hydrogel structure.

具体的には、ハイドロゲル構造体の調製は試験例1,2と同様にして行い、但し、へパリン含有溶液のヘパリンナトリウムの終濃度1.0mg/mL、pH3.5の条件で行った。また、コラーゲンを含有するハイドロゲル材料含有溶液には、neuro basal medium培地に懸濁させた状態の細胞懸濁液を、細胞濃度1.3×10cell/mLの濃度となるよう、添加し、懸濁させた(コラーゲン濃度が15mg/mL、pH7.0)。このハイドロゲル材料含有溶液を用いて、その他は試験例1,2と同様にして、ハイドロゲル構造体を調製した。 Specifically, the hydrogel structure was prepared in the same manner as Test Examples 1 and 2, except that the final concentration of heparin sodium in the heparin-containing solution was 1.0 mg/mL, and the pH was 3.5. In addition, a cell suspension suspended in neuro basal medium was added to the collagen-containing hydrogel material-containing solution to a cell concentration of 1.3 x 10 6 cells/mL. , suspended (collagen concentration 15 mg/mL, pH 7.0). Using this hydrogel material-containing solution, a hydrogel structure was prepared in the same manner as in Test Examples 1 and 2 except for the above.

以上のように調製した細胞を生きたまま包含させた状態のハイドロゲル構造体を、その媒質をヘパリン含有溶液からneuro basal medium培地に置換したうえ、常法の12wellプレート培養器に移して、これによる培養を5%CO、37℃の条件下に行い、培養3日目と10日目のサンプルについて、免疫化学染色を行った。具体的には、以下のとおり免疫化学染色を行った。 After replacing the medium of the hydrogel structure containing living cells prepared as described above from the heparin-containing solution with neuro basal medium, the structure was transferred to a conventional 12-well plate incubator. Culture was performed under conditions of 5% CO 2 and 37° C., and immunochemical staining was performed on samples on the 3rd and 10th days of culture. Specifically, immunochemical staining was performed as follows.

(免疫化学染色)
培養後、培地を4%パラホルムアルデヒド溶液に置換して、4℃で、10分間固定した。次いで、メタノール(-20℃)を用いて10分間固定し、更に0.2% Triton-X(PBSに溶解)を用いて5分間固定した。その後、非特異染色を低減するために、Preblock buffer(0.05% Triton-X, 5% fatal bovine serum in PBS)で10分間反応させ、特定の1次抗体を含むPreblock bufferに置換して染色した。1次抗体としては、それぞれニューロンのマーカーとして知られるMAP2ないしβ-Tubulin IIIに対する特異抗体として、mouse anti-MAP2(M4403 Sigma-Aldrich社) ないしmouse anti-β-tubulin III(T8578、Sigma-Aldrich社)を、プレシナプスのマーカーとして知られるSynaptophysinに対する特異抗体として、rabbit anti-synaptophysin(MAB329、MILLIPORE社)を、それぞれ使用した。これらニューロン及びプレシナプスを標識するための1次抗体試薬のそれぞれを1:1000の割合でPreblock bufferに添加し、1次抗体液として使用して、サンプルをその1次抗体液に浸して4℃で一晩インキュベートした。その後、室温でサンプルを5分間に2回、Preblock bufferで洗浄し、2次抗体としてAlexa Fluor 546(anti-rabbit IgG、Molecular Probes社)とAlexa Fluor 488(anti-mouse IgG、 Molecular Probes社)、また核を同定するためにHoechst 33258を、それぞれ1:1000の割合でPreblock bufferに添加し、サンプルをその2次抗体液に浸して1時間インキュベートした。その後、室温でサンプルを5分間に2回、Preblock bufferで洗浄し、更に、10分おきにPBSで2回洗浄した。このサンプルを、冷却CCDカメラ(Luca、Andor社)を備え付けた共焦点顕微鏡(TCS SP8、ライカ)を用いて蛍光観察した。
(immunochemical staining)
After culturing, the medium was replaced with a 4% paraformaldehyde solution and fixed at 4°C for 10 minutes. Next, it was fixed using methanol (-20°C) for 10 minutes, and further fixed using 0.2% Triton-X (dissolved in PBS) for 5 minutes. Thereafter, in order to reduce non-specific staining, the cells were reacted for 10 minutes with Preblock buffer (0.05% Triton-X, 5% fatal bovine serum in PBS), and stained with Preblock buffer containing a specific primary antibody. The primary antibodies used were mouse anti-MAP2 (M4403, Sigma-Aldrich) and mouse anti-β-tubulin III (T8578, Sigma-Aldrich) as specific antibodies for MAP2 and β-Tubulin III, which are known as neuronal markers, respectively. ), and rabbit anti-synaptophysin (MAB329, MILLIPORE) was used as a specific antibody against synaptophysin, which is known as a presynaptic marker. Each of these primary antibody reagents for labeling neurons and presynapses was added to Preblock buffer at a ratio of 1:1000 and used as the primary antibody solution, and the sample was immersed in the primary antibody solution at 4°C. and incubated overnight. After that, the sample was washed twice for 5 minutes at room temperature with Preblock buffer, and the secondary antibodies were Alexa Fluor 546 (anti-rabbit IgG, Molecular Probes) and Alexa Fluor 488 (anti-mouse IgG, Molecular Probes). In order to identify the nucleus, Hoechst 33258 was added to the Preblock buffer at a ratio of 1:1000, and the sample was immersed in the secondary antibody solution and incubated for 1 hour. Thereafter, the samples were washed with Preblock buffer twice for 5 minutes at room temperature, and then twice with PBS every 10 minutes. This sample was subjected to fluorescence observation using a confocal microscope (TCS SP8, Leica) equipped with a cooled CCD camera (Luca, Andor).

図7Aには、培養3日目のサンプルについて、共焦点顕微鏡により3D観察したときの画像の例を示す。また、図7Bには、培養10日目のサンプルについて、共焦点顕微鏡により3D観察したときの画像の例を示す。これらの図にも示されるとおり、神経細胞マーカーであるMAP2ないしβ-Tubulin IIIや、プレシナプスマーカーであるSynaptophysinに対する蛍光観察をともなう、共焦点顕微鏡による3D観察の結果から、培養3日目にはゲル粒子内に神経細胞の突起の伸長が確認され(図7A)、培養10日目にはゲル粒子内に伸展した神経突起上のシナプスの形成が確認された(図7B)。 FIG. 7A shows an example of an image obtained by 3D observation using a confocal microscope for a sample on the third day of culture. Further, FIG. 7B shows an example of an image obtained by 3D observation using a confocal microscope for a sample on the 10th day of culture. As shown in these figures, the results of 3D observation using a confocal microscope, which includes fluorescence observation of neuronal markers MAP2 or β-Tubulin III and presynaptic marker Synaptophysin, indicate that on the third day of culture, The extension of neuron processes within the gel particles was confirmed (FIG. 7A), and on the 10th day of culture, the formation of synapses on the neurites extended within the gel particles was confirmed (FIG. 7B).

以上のことから、本発明によるハイドロゲル構造体を用いることで、生体組織環境を模倣したCell ball(セルボール)、すなわち、ここでは三次元微小空間内に、神経細胞ネットワーク様構造が形成されたNeuro ball(ニューロボール)を構築できることが明らかとなった。なお、このNeuro ball(ニューロボール)は、更に、1ヶ月程度の長期培養することができた。 From the above, by using the hydrogel structure of the present invention, a cell ball that mimics the biological tissue environment, that is, a neuron network-like structure was formed in a three-dimensional microspace. It has become clear that it is possible to construct a neuro ball. Furthermore, this Neuro ball could be further cultured for a long period of about one month.

<試験例5> (ヒトiPS細胞由来神経前駆細胞を用いたCell ball(セルボール):Neuro ball(ニューロボール)の作製)
試験例1,2において示されたようなハイドロゲル構造体が、ヒト細胞に応用できるかどうかを調べるため、ヒトiPS細胞由来神経前駆細胞(XCell Science 社)を用いて、Cell ball(セルボール)の作製を試みた。細胞を生きたまま包含させた状態のハイドロゲル構造体の調製は、ハイドロゲル材料含有溶液にヒトiPS細胞由来神経前駆細胞を細胞濃度3.0×10cell/mLの濃度となるよう、添加し、懸濁させた以外は、試験例4と同様にして行った(コラーゲン濃度が15mg/mL、pH7.0)。また、培養培地、培養条件、培養後の免疫化学染色や顕微鏡観察等についても、試験例4と同様にして行った。
<Test Example 5> (Preparation of Cell ball: Neuro ball using human iPS cell-derived neural progenitor cells)
In order to investigate whether the hydrogel structures shown in Test Examples 1 and 2 can be applied to human cells, human iPS cell-derived neural progenitor cells (XCell Science) were used to form a Cell ball. I tried to make it. To prepare a hydrogel structure containing living cells, human iPS cell-derived neural progenitor cells are added to a solution containing the hydrogel material to a cell concentration of 3.0 x 10 5 cells/mL. The same procedure as in Test Example 4 was conducted except that the suspension was suspended (collagen concentration: 15 mg/mL, pH 7.0). In addition, the culture medium, culture conditions, immunochemical staining after culture, microscopic observation, etc. were conducted in the same manner as in Test Example 4.

図8には、培養10日目のサンプルについて、共焦点顕微鏡により3D観察したときの画像の例を示す。この図にも示されるとおり、神経細胞マーカーであるβ-Tubulin IIIに対する蛍光観察をともなう、共焦点顕微鏡による3D観察の結果から、培養10日目にはゲル粒子内でヒトiPS細胞由来神経前駆細胞が神経細胞に分化し、神経突起の伸長が確認された。 FIG. 8 shows an example of an image obtained when a sample on the 10th day of culture was observed in 3D using a confocal microscope. As shown in this figure, from the results of 3D observation using a confocal microscope accompanied by fluorescence observation for β-Tubulin III, a neuronal marker, human iPS cell-derived neural progenitor cells were found within gel particles on the 10th day of culture. differentiated into nerve cells, and neurite outgrowth was confirmed.

以上のことから、試験例4で示されたラット胎児由来細胞のみならず、ヒトiPS細胞由来細胞によっても、生体組織環境を模倣したCell ball(セルボール)、すなわち、ここでは三次元微小空間内に、神経細胞ネットワーク様構造が形成されたNeuro ball(ニューロボール)が構築できることが明らかとなった。なお、このNeuro ball(ニューロボール)は、更に、1ヶ月程度の長期培養することができた。 From the above, not only the rat fetus-derived cells shown in Test Example 4 but also the human iPS cell-derived cells can be used to create a cell ball that imitates the living tissue environment, that is, in a three-dimensional microspace. It has now become clear that it is possible to construct a Neuro ball with a neuron network-like structure. Furthermore, this Neuro ball could be further cultured for a long period of about one month.

<試験例6> (Neuro ball(ニューロボール)の機能性評価)
ラット大脳皮質初代培養細胞を用いて調製した、試験例4で得られたCell ball(セルボール):Neuro ball(ニューロボール)について、機能性評価を行った。すなわち、神経ネットワークに関する機能性を調べるために、培養10日目のサンプルについて、Ca2+イメージング計測を行った、また、培養23日目のサンプルについて、活動電位計測を行った。具体的には、以下のとおり計測を行い、その結果を評価した。
<Test Example 6> (Functional evaluation of Neuro ball)
Functional evaluation was performed on the Cell ball Neuro ball obtained in Test Example 4, which was prepared using primary cultured rat cerebral cortex cells. That is, in order to investigate the functionality related to the neural network, Ca 2+ imaging measurement was performed on the sample on the 10th day of culture, and action potential measurement was performed on the sample on the 23rd day of culture. Specifically, measurements were performed as follows and the results were evaluated.

(Ca2+イメージング計測)
カルシウム蛍光指示薬(Oregon GreenTM 488 BAPTA-1、Thermo Fisher Scientific Logo 社)を用いてNeuro ball(ニューロボール)のCa2+イメージング計測を行った。細胞内カルシウムの観察は、冷却CCDカメラを備えた倒立蛍光顕微鏡(BX50、オリンパス株式会社)で行った。人工脳脊髄液(aCSF:artificial cerebrospinal fluid)の組成はNaCl 127mM, NaHCO326mM, KCI 1.5mM, KH2PO4 1.24mM, MgSO4 1.4mM, CaCl2 2.4mM, Glucose 10mMとした。人工脳脊髄液にカルシウム指示薬を4μMの濃度で含有させた溶液にて、37℃、5%COインキュベータ内で60分間静置しロードした。その後、自然発火を増強させるために、MgSO4を含まずに、カルシウムイオン濃度をCaCl2 1.2mMに調整した溶液に置換した。倒立蛍光顕微鏡の試料載置台にセットしたNeuro ball(ニューロボール)を生体内と同じ37℃の環境下で蛍光画像を撮影し(30 frame/sec)、その画像解析を行った。
(Ca 2+ imaging measurement)
Ca 2+ imaging measurement of Neuro ball was performed using a calcium fluorescent indicator (Oregon Green TM 488 BAPTA-1, Thermo Fisher Scientific Logo). Observation of intracellular calcium was performed using an inverted fluorescence microscope (BX50, Olympus Corporation) equipped with a cooled CCD camera. The composition of artificial cerebrospinal fluid (aCSF) was NaCl 127mM, NaHCO 3 26mM, KCI 1.5mM, KH 2 PO 4 1.24mM, MgSO 4 1.4mM, CaCl 2 2.4mM, and Glucose 10mM. A solution containing a calcium indicator at a concentration of 4 μM in artificial cerebrospinal fluid was loaded by standing in a 5% CO 2 incubator at 37° C. for 60 minutes. Thereafter, in order to enhance spontaneous combustion, the solution was replaced with a solution that did not contain MgSO 4 and had a calcium ion concentration of 1.2 mM CaCl 2 . Fluorescence images were taken (30 frames/sec) of a Neuro ball set on the sample stage of an inverted fluorescence microscope under the same 37°C environment as in vivo, and the images were analyzed.

図9Aには、Ca2+イメージング計測を行った際に撮影した位相差 顕微鏡画像とそれと同視野における蛍光顕微鏡画像を示す。ここで、図9Aの蛍光顕微鏡画像中には、蛍光オシレーションの観察対象とした7ヵ所の蛍光強度の強い輝点を示す。また、図9Bには、上記輝点について2分間にわたって観察したときの、開始から9.43秒、開始から19.47秒、及び開始から28.6秒における蛍光顕微鏡画像を示す。また、図9Cには、上記輝点のそれぞれについて蛍光強度の経時変化を調べた結果を示す。 FIG. 9A shows a phase contrast microscope image taken when performing Ca 2+ imaging measurement and a fluorescence microscope image in the same field of view. Here, in the fluorescence microscope image of FIG. 9A, seven bright spots with high fluorescence intensity are shown as observation targets for fluorescence oscillation. Further, FIG. 9B shows fluorescence microscope images at 9.43 seconds from the start, 19.47 seconds from the start, and 28.6 seconds from the start when observing the bright spot for 2 minutes. Further, FIG. 9C shows the results of examining the change in fluorescence intensity over time for each of the above-mentioned bright spots.

その結果、図9に示されるように、顕微鏡下の視野中に任意に選択した7細胞のうちの1細胞からCa2+オシレーションが観察された。 As a result, as shown in FIG. 9, Ca 2+ oscillation was observed from one cell out of seven randomly selected cells in the field of view under the microscope.

一方、Neuro ball(ニューロボール)内の抑制性シナプスが機能しているかどうかを確認するため、GABA受容体のアンタゴニストであるビククリン(Bicucullne)の10μM溶液を、培養10日目のNeuro ball(ニューロボール)に滴下してから、上記と同様の観察を行ったところ、顕微鏡下の視野中に任意に選択した7細胞のうちのすべて7細胞からCa2+オシレーションが観察された(図10A~図10C:図10Bは2.5分間にわたって観察したときの、開始から48.4秒、開始から55.1秒、及び開始から61.8秒における蛍光顕微鏡画像)。 On the other hand, in order to confirm whether the inhibitory synapses within the Neuro ball are functioning, a 10 μM solution of bicuculline, a GABAA receptor antagonist, was added to the Neuro ball on the 10th day of culture. When we performed the same observation as above, we observed Ca 2+ oscillation from all 7 cells out of 7 randomly selected cells in the field of view under the microscope (Fig. 10A to Fig. 10A). 10C: Fluorescence microscopy images at 48.4 seconds from start, 55.1 seconds from start, and 61.8 seconds from start when observed over 2.5 minutes).

(活動電位計測)
図11Aに示すようにして、培養23日目のNeuro ball(ニューロボール)を平面微小電極アレイ上にマウントし、活動電位を計測した。そして、興奮性-抑制性シナプスが機能しているかどうかを調べるため、シナプス関連薬剤を用いた薬剤応答の検出を行った。具体的には、上記したGABA受容体のアンタゴニストであるビククリン(Bicucullne)を用いて、その10μM溶液を、培養23日目のNeuro ball(ニューロボール)に滴下してから活動電位を計測する試験群を設けた。また、そのビククリン(Bicucullne)の滴下の後に、更に、AMPA型受容体のアンタゴニストであるCNQX(6-Cyano-7-nitroquinoxaline-2,3-dione)を用いて、その30μM溶液を滴下してから活動0電位を計測する試験群を設けた。
(action potential measurement)
As shown in FIG. 11A, Neuro balls on the 23rd day of culture were mounted on a planar microelectrode array, and action potentials were measured. In order to investigate whether excitatory-inhibitory synapses are functioning, drug responses were detected using synapse-related drugs. Specifically, a 10 μM solution of Bicuculline, which is an antagonist of the GABA A receptor described above, was dropped into a Neuro ball on the 23rd day of culture, and then action potentials were measured. A group was established. Furthermore, after the addition of Bicuculline, a 30 μM solution of CNQX (6-Cyano-7-nitroquinoxaline-2,3-dione), which is an antagonist of AMPA type receptors, was added. A test group was established in which action 0 potential was measured.

図11Bには、薬剤非投与の場合(図中では「before」)、GABA受容体のアンタゴニストであるビククリン(Bicucullne)を滴下した場合(図中では「Bicucullne 10μM」)、ビククリン(Bicucullne)とともにAMPA型受容体のアンタゴニストであるCNQXを滴下した場合(図中では「CNQX 30μM」)のそれぞれについて、30秒間にわたってCa2+オシレーションによる発火頻度を観察した結果を示す。また、図11Cには、得られた発火頻度の結果を薬剤非投与のときを100%としたときの相対値としてグラフ化した図表を示す。 Figure 11B shows the cases in which no drug was administered (“before” in the figure), the case in which bicuculline (Bicucullne), a GABA A receptor antagonist, was instilled (“Bicucullne 10 μM” in the figure), and the cases in which bicuculline (Bicucullne) and The results are shown in which the firing frequency due to Ca 2+ oscillation was observed for 30 seconds when CNQX, an antagonist of AMPA type receptors, was dropped (“CNQX 30 μM” in the figure). Further, FIG. 11C shows a chart in which the obtained firing frequency results are graphed as relative values when the time of no drug administration is set as 100%.

その結果、図11B,Cに示されるように、ビククリン(Bicucullne)を投与すると、発火頻度は増加し、CNQX投与により、その発火頻度の上昇が抑えられた。よって、機能的な抑制性シナプスおよび興奮性シナプスが形成されているものと考えられた。 As a result, as shown in FIGS. 11B and 11C, administration of bicuculline increased the firing frequency, and administration of CNQX suppressed the increase in firing frequency. Therefore, it was considered that functional inhibitory synapses and excitatory synapses were formed.

以上のことから、本発明によるハイドロゲル構造体を用いて作製したNeuro ball(ニューロボール)は、抑制性シナプスや興奮性シナプスなどの機能を発現した神経ネットワークが構築できる手法であり、シナプスの機能変化を検出できるサンプル作製法であることが示された。 Based on the above, the Neuro ball produced using the hydrogel structure of the present invention is a method that can construct a neural network that expresses functions such as inhibitory synapses and excitatory synapses, It was shown that this is a sample preparation method that can detect changes.

<試験例7> (Cell ball(セルボール)を利用した脳腫瘍モデルの作製)
試験例1,2において示されたようなハイドロゲル構造体が、脳腫瘍モデルの作製のための足場構造体として適するかどうかを調べるため、神経膠細胞であるヒトグリオーマ細胞(理化学研究所 バイオリソースセンターから受領)を用いて、Cell ball(セルボール)の作製を試みた。細胞を生きたまま包含させた状態のハイドロゲル構造体の調製は、ハイドロゲル材料含有溶液にヒトグリオーマ細胞を細胞濃度3.0×10cell/mLの濃度となるよう、添加し、懸濁させた以外は、試験例4と同様にして行った(コラーゲン濃度が15mg/mL、pH7.0)。また、培養後の免疫化学染色や顕微鏡観察についても、試験例4と同様にして行った。但し、培養条件については、DMEM培地条件下にて行った。また、培養後の免疫化学染色ではβ-アクチンに対する特異抗体 ab8227(abcam社)を1:1000希釈で使用した。
<Test Example 7> (Preparation of brain tumor model using Cell ball)
In order to investigate whether the hydrogel structures shown in Test Examples 1 and 2 are suitable as scaffold structures for the production of brain tumor models, we used human glioma cells (from the RIKEN BioResource Center), which are neuroglial cells. An attempt was made to create a Cell ball using the following method. To prepare a hydrogel structure containing living cells, human glioma cells are added to a hydrogel material-containing solution to a cell concentration of 3.0 x 10 5 cells/mL, and suspended. The test was carried out in the same manner as in Test Example 4, except that (collagen concentration was 15 mg/mL, pH 7.0). In addition, immunochemical staining and microscopic observation after culturing were performed in the same manner as in Test Example 4. However, the culture conditions were DMEM medium conditions. In addition, for immunochemical staining after culturing, a specific antibody against β-actin, ab8227 (abcam), was used at a dilution of 1:1000.

図12Aには、培養2日目、5日目、18日目、及び60日目のサンプルについて、得られた各Cell ball(セルボール)の位相差顕微鏡により観察した際の画像の例を示す。また、図12Bには、培養5日目のサンプルについて、得られたCell ball(セルボール)の共焦点顕微鏡により3D観察した際の画像の例を示す。 FIG. 12A shows an example of an image obtained when each cell ball obtained was observed using a phase contrast microscope for samples on the 2nd, 5th, 18th, and 60th days of culture. . Moreover, FIG. 12B shows an example of an image obtained when the obtained Cell ball was observed in 3D using a confocal microscope for a sample on the 5th day of culture.

その結果、図12Aに示されるように、培養5日目では、ハイドロゲル構造体(ゲル粒子)内の細胞増殖によりゲル粒子の縮小化を確認した。培養18日目になると、ハイドロゲル構造体(ゲル粒子)から細胞が出てくる様子が頻繁に観察され、ゲル粒子の肥大化が確認された。培養60日目では、細胞がシャーレ上に広がり、増殖している様子が観察された。また、図12Bに示されるように、培養5日目のサンプルについて、得られた各Cell ball(セルボール)の共焦点顕微鏡による3D観察を行ったところ、矢印が示すように細胞核が局所的に増殖しており、脳腫瘍に特徴的な形態が確認された。 As a result, as shown in FIG. 12A, on the 5th day of culture, it was confirmed that the gel particles were reduced in size due to cell proliferation within the hydrogel structure (gel particles). On the 18th day of culture, cells were frequently observed coming out of the hydrogel structure (gel particles), and enlargement of the gel particles was confirmed. On the 60th day of culture, cells were observed to spread on the petri dish and proliferate. In addition, as shown in Figure 12B, when we performed 3D observation using a confocal microscope of each cell ball obtained for the sample on the 5th day of culture, we found that cell nuclei were locally observed as indicated by the arrows. It was confirmed that the tumor was growing and had a morphology characteristic of a brain tumor.

以上のことから、本発明によるハイドロゲル構造体を用いることで、生体組織環境を模倣したCell ball(セルボール)、すなわち、ここでは三次元微小空間内に、脳腫瘍モデルを構築できることが明らかとなった。 From the above, it is clear that by using the hydrogel structure of the present invention, it is possible to construct a brain tumor model in a cell ball that mimics the biological tissue environment, that is, in a three-dimensional microspace. Ta.

<試験例8> (Cell ball(セルボール)を利用した癌微小環境モデルの構築と構成細胞種による癌増殖能の評価)
近年の癌研究においては、癌細胞のそのものについての研究だけではなく、周辺細胞を含めた癌微小環境の研究が着目されている。生体外で周辺細胞を含めた癌微小環境を再現することができれば、例えば、癌微小環境形成メカニズムの理解や抗癌剤開発における評価への応用が期待される。そこで、本試験例では、神経膠細胞であるヒトグリオーマ細胞を対象とし、本発明によるヒドロゲル構造体にヒトグリオーマ細胞および脳の周辺細胞であるアストロサイトをそれぞれ単体で培養した揚合と、それらを共培養した場合でグリオーマ細胞の増殖能の評価を行った。
<Test Example 8> (Construction of cancer microenvironment model using Cell ball and evaluation of cancer growth ability by constituent cell types)
In recent years, cancer research has focused not only on research on cancer cells themselves, but also on research on the cancer microenvironment, including surrounding cells. If it is possible to reproduce the cancer microenvironment, including surrounding cells, in vitro, it is expected to be applied to, for example, understanding the mechanism of cancer microenvironment formation and evaluating the development of anticancer drugs. Therefore, in this test example, human glioma cells, which are neuroglial cells, were the target, and human glioma cells and astrocytes, which are peripheral cells of the brain, were cultured alone in the hydrogel structure of the present invention, and they were cultured. The proliferation ability of glioma cells was evaluated in the case of co-culture.

細胞を生きたまま包含させた状態のハイドロゲル構造体の調製は、試験例4と同様にして行った。但し、ハイドロゲル材料含有溶液(コラーゲン濃度が15mg/mL、pH7.0)には、(1)ヒトグリオーマ細胞の単体培養の場合には、細胞濃度3.0×10cell/mLの濃度となるよう、(2)アストロサイトの単体培養の場合には、細胞濃度3.0×10cell/mLの濃度となるよう、(3)ヒトグリオーマ細胞とアストロサイトの共培養の場合には、それぞれの細胞を上記と同じ細胞濃度になるよう、それぞれの細胞を添加し、懸濁させたうえ、使用した。 A hydrogel structure containing living cells was prepared in the same manner as in Test Example 4. However, in the hydrogel material-containing solution (collagen concentration: 15 mg/mL, pH 7.0), (1) in the case of single culture of human glioma cells, the cell concentration is 3.0 (2) In the case of monoculture of astrocytes, the cell concentration is 3.0 × 10 5 cells/mL; (3) In the case of co-culture of human glioma cells and astrocytes, Each cell was added and suspended to the same cell concentration as above, and then used.

以上のように調製した細胞を生きたまま包含させた状態のハイドロゲル構造体を、その媒質をヘパリン含有溶液からDMEM培地に置換したうえ、常法の12wellプレート培養器に移して、これによる培養を5%CO、37℃の条件下に行い、培養2日目、4日目、6日目、8日目、10日目、12日目、及び14日目のサンプルについて、得られた各Cell ball(セルボール)の切片を作製し、HE(Hematoxy-Eosin)染色を行った。また、試験例1,2と同様の、位相差顕微鏡観察により、得られた各Cell ball(セルボール)の外周の長さの測定を行った。 After replacing the medium of the hydrogel structure containing the living cells prepared above with a DMEM medium from the heparin-containing solution, the hydrogel structure was transferred to a conventional 12-well plate incubator and cultured in this manner. was carried out under the conditions of 5% CO 2 and 37°C, and the samples obtained on the 2nd, 4th, 6th, 8th, 10th, 12th, and 14th days of culture were A section of each cell ball was prepared and stained with HE (Hematoxy-Eosin). Furthermore, the length of the outer periphery of each of the obtained Cell balls was measured by observation using a phase contrast microscope as in Test Examples 1 and 2.

図13Aには、ヒトグリオーマ細胞の単体培養、アストロサイトの単体培養、ヒトグリオーマ細胞とアストロサイトの共培養のそれぞれについて、培養2日目、8日目、及び14日目のサンプルについて、各Cell ball(セルボール)を位相差顕微鏡により観察した際の画像の例を示す。また、図13Bには、ヒトグリオーマ細胞の単体培養、アストロサイトの単体培養、ヒトグリオーマ細胞とアストロサイトの共培養のそれぞれについて、培養16日目のサンプルについて、得られたCell ball(セルボール)の切片をHE染色した際の画像の例を示す。 Figure 13A shows samples taken on the 2nd, 8th, and 14th days of culture for single culture of human glioma cells, single culture of astrocytes, and co-culture of human glioma cells and astrocytes. An example of an image obtained when a ball is observed using a phase contrast microscope is shown. In addition, FIG. 13B shows the cell balls obtained for samples on the 16th day of culture for each of human glioma cell single culture, astrocyte single culture, and co-culture of human glioma cells and astrocytes. An example of an image obtained when a section was stained with HE is shown.

その結果、図13Aに示されるように、アストロサイトの単体培養では、腫瘍形成が見られなかったのに対し、ヒトグリオーマ細胞の単体培養と、ヒトグリオーマ細胞とアストロサイトの共培養では、培養日数に依存してハイドロゲル構造体(ゲル粒子)内での細胞増殖が観察され、脳腫瘍のような黒い細胞塊の形成が観察された。また、図13Bに示されるように、HE染色の結果から、アストロサイトの単体培養では、同様に腫瘍形成が認められなかったのに対し、ヒトグリオーマ細胞の単体培養では、特定の箇所に腫瘍形成の様子が確認された。また、ヒトグリオーマ細胞とアストロサイトの共培養では、腫瘍が拡大して、ハイドロゲル構造体(ゲル粒子)内に浸潤している様子が観察された。 As a result, as shown in Figure 13A, no tumor formation was observed in astrocytes alone culture, whereas in human glioma cells alone culture and co-culture of human glioma cells and astrocytes, the number of culture days Cell proliferation within the hydrogel structure (gel particles) was observed depending on the conditions, and the formation of black cell clusters resembling brain tumors was observed. Furthermore, as shown in Figure 13B, the results of HE staining showed that tumor formation was similarly not observed in astrocytes alone cultured, whereas tumor formation was observed in specific locations in human glioma cells alone cultured. The situation was confirmed. Furthermore, in co-culture of human glioma cells and astrocytes, the tumor was observed to expand and infiltrate into the hydrogel structure (gel particles).

一方、図14Aには、ヒトグリオーマ細胞の単体培養と、ヒトグリオーマ細胞とアストロサイトとの共培養での癌増殖能の違いを評価するために、培養日数ごとに各Cell ball(セルボール)の外周の長さを計測した結果を、平均値と標準偏差で表わしたグラフを示す。また、図14Bには、培養日数ごとに各Cell ball(セルボール)の輝度測定を行った結果を、平均値と標準偏差で表わしたグラフを示す。なお、図中に示す「**」は、T検定による統計的有意差が危険率1%未満であることを示す。 On the other hand, in Figure 14A, in order to evaluate the difference in cancer growth ability between single culture of human glioma cells and co-culture of human glioma cells and astrocytes, each cell ball was A graph showing the results of measuring the length of the outer circumference in terms of average value and standard deviation is shown. Further, FIG. 14B shows a graph showing the results of measuring the brightness of each Cell ball for each number of days of culture in terms of average values and standard deviations. Note that "**" shown in the figure indicates that the statistically significant difference determined by the T-test is less than 1% in risk.

図14Aに示されるように、各Cell ball(セルボール)の外周の長さは、ヒトグリオーマ細胞の単体培養と、ヒトグリオーマ細胞とアストロサイトとの共培養で、ともに培養日数に依存して顕著に減少し、共培養で最も滅少した。これは、ハイドロゲル構造体(ゲル粒子)内の細胞増殖によって、コラーゲン繊維が引っ張られ、粒子の円周が減少しているためであることが考えられた。また、図14Bに示されるように、培養日数ごとに各Cell ball(セルボール)の輝度の平均値を測定したところ、ヒトグリオーマ細胞とアストロサイトとの共培養で、最も減少した。この輝度の減少は、細胞増殖による脳腫瘍のような細胞塊の増大であることが考えられた。 As shown in Figure 14A, the length of the circumference of each cell ball is significant depending on the number of days of culture in both single culture of human glioma cells and co-culture of human glioma cells and astrocytes. and was the lowest in co-culture. This was thought to be because the collagen fibers were stretched due to cell proliferation within the hydrogel structure (gel particles), reducing the circumference of the particles. Furthermore, as shown in FIG. 14B, when the average value of the brightness of each cell ball was measured for each culture day, the brightness decreased the most in co-culture of human glioma cells and astrocytes. This decrease in brightness was thought to be due to an increase in cell clusters such as brain tumors due to cell proliferation.

以上のことから、本発明によるハイドロゲル構造体を用いることで、生体組織環境を模倣したCell ball(セルボール)、すなわち、ここでは三次元微小空間内に、癌細胞とともに周辺細胞を含めて構成される癌微小環境モデルを構築できることが明らかとなった。 Based on the above, by using the hydrogel structure according to the present invention, a cell ball that imitates the living tissue environment can be created, that is, a cell ball that includes cancer cells and surrounding cells in a three-dimensional microspace. It has become clear that it is possible to construct a cancer microenvironment model that

Claims (9)

コラーゲンを含有するハイドロゲル材料含有溶液を、グリコサミノグリカン類に属する糖鎖を含有する糖鎖含有溶液に添加して、前記糖鎖含有溶液からなる媒質との間に界面を有するハイドロゲル構造体を形成させることを特徴とするハイドロゲル構造体の製造方法であって、前記グリコサミノグリカン類に属する糖鎖はヘパリンであり、前記糖鎖含有溶液のpHがpH7以下に調製される、ハイドロゲル構造体の製造方法。 A hydrogel material-containing solution containing collagen is added to a sugar chain-containing solution containing sugar chains belonging to glycosaminoglycans to form a hydrogel structure having an interface between the solution and the medium made of the sugar chain-containing solution. A method for producing a hydrogel structure, characterized in that the sugar chain belonging to the glycosaminoglycans is heparin, and the pH of the sugar chain-containing solution is adjusted to pH 7 or less. A method for producing a hydrogel structure. 前記コラーゲンは酸可溶性コラーゲン及び/又は酵素可溶化コラーゲンである、請求項1記載のハイドロゲル構造体の製造方法。 The method for producing a hydrogel structure according to claim 1, wherein the collagen is acid-soluble collagen and/or enzyme-solubilized collagen. 前記ハイドロゲル材料含有溶液のpHがpH6以上に調製される、請求項1又は2に記載のハイドロゲル構造体の製造方法。 The method for producing a hydrogel structure according to claim 1 or 2, wherein the pH of the hydrogel material-containing solution is adjusted to pH 6 or higher. 前記ハイドロゲル構造体は、該構造体の形状が粒状であり、その長径が20μm以上であり、及び/又は真円度が50%以上である、請求項1~3のいずれか1項に記載のハイドロゲル構造体の製造方法。 The hydrogel structure has a granular shape, a major axis of 20 μm or more, and/or a circularity of 50% or more, according to any one of claims 1 to 3. A method for producing a hydrogel structure. 前記ハイドロゲル材料含有溶液が生きた生物試料含み、前記ハイドロゲル構造体として、前記生物試料を生きたまま含む該ハイドロゲル構造体を得る、請求項1~4のいずれか1項に記載のハイドロゲル構造体の製造方法。 The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the hydrogel material-containing solution contains a living biological sample, and the hydrogel structure is obtained as the hydrogel structure containing the living biological sample. A method for producing a hydrogel structure. 前記生物試料は、単細胞生物及び多細胞生物からなる群から選ばれた1種又は2種以上に由来する細胞試料である、請求項5記載のハイドロゲル構造体の製造方法。 6. The method for producing a hydrogel structure according to claim 5, wherein the biological sample is a cell sample derived from one or more types selected from the group consisting of unicellular organisms and multicellular organisms. 請求項1~4のいずれか1項に記載のハイドロゲル構造体の製造方法で得られた該ハイドロゲル構造体に、少なくとも生物試料を生きたまま付着又は内包させ、前記生物試料に応じた培地と共に培養することを特徴とする生物試料の培養方法。 At least a living biological sample is attached to or encapsulated in the hydrogel structure obtained by the method for producing a hydrogel structure according to any one of claims 1 to 4, and a culture medium corresponding to the biological sample is prepared. 1. A method for culturing a biological sample, comprising culturing together with a biological sample. 請求項5又は6に記載のハイドロゲル構造体の製造方法で得られた該ハイドロゲル構造体を、前記生物試料に応じた培地と共に培養することを特徴とする生物試料の培養方法。 A method for culturing a biological sample, comprising culturing the hydrogel structure obtained by the method for producing a hydrogel structure according to claim 5 or 6 together with a medium suitable for the biological sample. 請求項7又は8に記載の生物試料の培養方法で得られた前記ハイドロゲル構造体内で培養された生体試料を、前記ハイドロゲル構造体ごと分析に供することを特徴とする生物試料の分析方法。 A method for analyzing a biological sample , characterized in that the biological sample cultured in the hydrogel structure obtained by the method for culturing a biological sample according to claim 7 or 8 is subjected to analysis together with the hydrogel structure .
JP2019144190A 2019-08-06 2019-08-06 Method for producing a hydrogel structure, and method for culturing and analyzing biological samples using the hydrogel structure Active JP7430895B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019144190A JP7430895B2 (en) 2019-08-06 2019-08-06 Method for producing a hydrogel structure, and method for culturing and analyzing biological samples using the hydrogel structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019144190A JP7430895B2 (en) 2019-08-06 2019-08-06 Method for producing a hydrogel structure, and method for culturing and analyzing biological samples using the hydrogel structure

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021023215A JP2021023215A (en) 2021-02-22
JP7430895B2 true JP7430895B2 (en) 2024-02-14

Family

ID=74661874

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019144190A Active JP7430895B2 (en) 2019-08-06 2019-08-06 Method for producing a hydrogel structure, and method for culturing and analyzing biological samples using the hydrogel structure

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7430895B2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006122147A (en) 2004-10-26 2006-05-18 Hiroshima Univ Material for graft and method for culturing anaplastic mesenchymal stem cell
JP2015092852A (en) 2013-11-12 2015-05-18 倉敷紡績株式会社 Composition for biological tissue dispersion
WO2017205695A1 (en) 2016-05-26 2017-11-30 Tdbt Ip Inc. 3d printable bio gel and method of use

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006122147A (en) 2004-10-26 2006-05-18 Hiroshima Univ Material for graft and method for culturing anaplastic mesenchymal stem cell
JP2015092852A (en) 2013-11-12 2015-05-18 倉敷紡績株式会社 Composition for biological tissue dispersion
WO2017205695A1 (en) 2016-05-26 2017-11-30 Tdbt Ip Inc. 3d printable bio gel and method of use

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
The Journal of Cell Biology,1987年,Vol. 104,pp. 1097-1103
佐々木陽良ほか,生体3次元微小環境を模倣する細胞内包型Cell ball作製技術の開発,再生医療,2017年,Vol. 16, Suppl.,p. 437,演題番号:P-03-055

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021023215A (en) 2021-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Distler et al. 3D printed oxidized alginate-gelatin bioink provides guidance for C2C12 muscle precursor cell orientation and differentiation via shear stress during bioprinting
Cho et al. Bioinspired tuning of glycol chitosan for 3D cell culture
Möller et al. Preparation and evaluation of hydrogel-composites from methacrylated hyaluronic acid, alginate, and gelatin for tissue engineering
JP5357015B2 (en) Hydrogels of polysaccharide mixtures for tissue engineering and as active compound carriers
Bible et al. Attachment of stem cells to scaffold particles for intra-cerebral transplantation
JP2008515434A (en) Microencapsulation of cells in hydrogels using electrostatic potential
JP7217473B2 (en) Hydrogel particles and method for producing the same, cells or cell structures encapsulating hydrogel particles, method for evaluating cell activity using hydrogel particles, and use of hydrogel particles as sustained-release formulation
JP2023025120A (en) Cell systems using spheroids and methods of making and using same
CN112138172B (en) Preparation method of antagonist functionalized L-polylactic acid porous microspheres
KR20100044173A (en) Peptide linked cell matrix materials for stem cells and methods of using the same
Mazzitelli et al. Encapsulation of eukaryotic cells in alginate microparticles: cell signaling by TNF-alpha through capsular structure of cystic fibrosis cells
US20230166231A1 (en) Methods of fabricating hyper compliant polymer particles and methods of use and compositions
JP6792777B2 (en) Method for promoting spheroid formation
CN111902424A (en) Extracellular matrix-containing composition, method for producing same, three-dimensional tissue, and three-dimensional tissue-forming agent
Chen et al. A partition-type tubular scaffold loaded with PDGF-releasing microspheres for spinal cord repair facilitates the directional migration and growth of cells
Bouhlel et al. Encapsulation of cells in a collagen matrix surrounded by an alginate hydrogel shell for 3D cell culture
JP7430895B2 (en) Method for producing a hydrogel structure, and method for culturing and analyzing biological samples using the hydrogel structure
US20220145247A1 (en) Generation of human pluripotent stem cell derived artificial tissue structures without three dimensional matrices
EP4153713A1 (en) 3d tissue printing
Su et al. A novel shell-structure cell microcarrier (SSCM) for cell transplantation and bone regeneration medicine
JPWO2017110746A1 (en) Gelatin particle, method for producing gelatin particle, gelatin particle-encapsulating cell, and method for producing gelatin particle-encapsulating cell
US20210063374A1 (en) Abnormal cardiac rhythm myocardial model and method for producing same, agent for forming abnormal cardiac rhythm myocardial model, and method for evaluating drug efficacy of heart disease therapeutic
Dyondi et al. Development and characterization of dual growth factor loaded in situ gelling biopolymeric system for tissue engineering applications
US20220168232A1 (en) Capsule comprising insulin-secreting cells for treating diabetes
Goto et al. Fabrication of cell-laden microbeads and microcapsules composed of bacterial polyglucuronic acid

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220623

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230725

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230921

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20231107

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20231215

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240116

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240125

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7430895

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150