JPH04322657A - 生体細胞の成長並びに機能分化の促進・制御方法 - Google Patents
生体細胞の成長並びに機能分化の促進・制御方法Info
- Publication number
- JPH04322657A JPH04322657A JP3042272A JP4227291A JPH04322657A JP H04322657 A JPH04322657 A JP H04322657A JP 3042272 A JP3042272 A JP 3042272A JP 4227291 A JP4227291 A JP 4227291A JP H04322657 A JPH04322657 A JP H04322657A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cells
- cell
- grooves
- artificial
- growth
- 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.)
- Granted
Links
- 230000012010 growth Effects 0.000 title claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 65
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 title claims description 10
- 230000011748 cell maturation Effects 0.000 title claims description 6
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 claims abstract description 94
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 15
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 claims abstract description 9
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 claims abstract description 9
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 claims abstract description 9
- 210000005229 liver cell Anatomy 0.000 claims abstract description 8
- 210000004927 skin cell Anatomy 0.000 claims abstract description 7
- 210000004116 schwann cell Anatomy 0.000 claims abstract description 6
- 102000016359 Fibronectins Human genes 0.000 claims abstract description 4
- 108010067306 Fibronectins Proteins 0.000 claims abstract description 4
- 108010085895 Laminin Proteins 0.000 claims abstract description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 4
- 108010055896 polyornithine Proteins 0.000 claims abstract description 4
- 230000000975 bioactive effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 claims abstract description 3
- 229920000729 poly(L-lysine) polymer Polymers 0.000 claims abstract 2
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 claims description 27
- 210000002569 neuron Anatomy 0.000 claims description 18
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 15
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 210000003292 kidney cell Anatomy 0.000 claims description 7
- 108010025020 Nerve Growth Factor Proteins 0.000 claims description 5
- 210000000663 muscle cell Anatomy 0.000 claims description 5
- 210000004498 neuroglial cell Anatomy 0.000 claims description 5
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 claims description 5
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 claims description 5
- 210000002808 connective tissue Anatomy 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 3
- 210000004379 membrane Anatomy 0.000 claims description 3
- 101000896215 Rattus norvegicus Aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator-like protein 1 Proteins 0.000 claims description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 2
- 102000007072 Nerve Growth Factors Human genes 0.000 claims 1
- 229940088623 biologically active substance Drugs 0.000 claims 1
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 claims 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 22
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000003102 growth factor Substances 0.000 abstract 1
- 230000003387 muscular Effects 0.000 abstract 1
- 230000007514 neuronal growth Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 21
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 13
- 230000006870 function Effects 0.000 description 13
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 10
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 10
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 10
- 230000010261 cell growth Effects 0.000 description 8
- 230000004663 cell proliferation Effects 0.000 description 8
- 230000032823 cell division Effects 0.000 description 7
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 6
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 6
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 description 6
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 6
- 210000005036 nerve Anatomy 0.000 description 6
- 210000002241 neurite Anatomy 0.000 description 6
- 210000003594 spinal ganglia Anatomy 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 5
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 5
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 5
- 102000015336 Nerve Growth Factor Human genes 0.000 description 4
- 210000001608 connective tissue cell Anatomy 0.000 description 4
- 229940053128 nerve growth factor Drugs 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 3
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 3
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 3
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 3
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 3
- 210000002161 motor neuron Anatomy 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 108091003079 Bovine Serum Albumin Proteins 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000287828 Gallus gallus Species 0.000 description 2
- RJKFOVLPORLFTN-LEKSSAKUSA-N Progesterone Chemical compound C1CC2=CC(=O)CC[C@]2(C)[C@@H]2[C@@H]1[C@@H]1CC[C@H](C(=O)C)[C@@]1(C)CC2 RJKFOVLPORLFTN-LEKSSAKUSA-N 0.000 description 2
- 229910052586 apatite Inorganic materials 0.000 description 2
- 210000003050 axon Anatomy 0.000 description 2
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 2
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000004665 defense response Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000004720 fertilization Effects 0.000 description 2
- 239000012091 fetal bovine serum Substances 0.000 description 2
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 2
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 2
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 2
- NOESYZHRGYRDHS-UHFFFAOYSA-N insulin Chemical compound N1C(=O)C(NC(=O)C(CCC(N)=O)NC(=O)C(CCC(O)=O)NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(NC(=O)CN)C(C)CC)CSSCC(C(NC(CO)C(=O)NC(CC(C)C)C(=O)NC(CC=2C=CC(O)=CC=2)C(=O)NC(CCC(N)=O)C(=O)NC(CC(C)C)C(=O)NC(CCC(O)=O)C(=O)NC(CC(N)=O)C(=O)NC(CC=2C=CC(O)=CC=2)C(=O)NC(CSSCC(NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(CC=2C=CC(O)=CC=2)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(C)NC(=O)C(CCC(O)=O)NC(=O)C(C(C)C)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(CC=2NC=NC=2)NC(=O)C(CO)NC(=O)CNC2=O)C(=O)NCC(=O)NC(CCC(O)=O)C(=O)NC(CCCNC(N)=N)C(=O)NCC(=O)NC(CC=3C=CC=CC=3)C(=O)NC(CC=3C=CC=CC=3)C(=O)NC(CC=3C=CC(O)=CC=3)C(=O)NC(C(C)O)C(=O)N3C(CCC3)C(=O)NC(CCCCN)C(=O)NC(C)C(O)=O)C(=O)NC(CC(N)=O)C(O)=O)=O)NC(=O)C(C(C)CC)NC(=O)C(CO)NC(=O)C(C(C)O)NC(=O)C1CSSCC2NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(NC(=O)C(CCC(N)=O)NC(=O)C(CC(N)=O)NC(=O)C(NC(=O)C(N)CC=1C=CC=CC=1)C(C)C)CC1=CN=CN1 NOESYZHRGYRDHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 210000004126 nerve fiber Anatomy 0.000 description 2
- 230000011164 ossification Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- VSIIXMUUUJUKCM-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;fluoride;triphosphate Chemical compound [F-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O VSIIXMUUUJUKCM-UHFFFAOYSA-D 0.000 description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 2
- 210000000278 spinal cord Anatomy 0.000 description 2
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 2
- 230000000946 synaptic effect Effects 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 229920001817 Agar Polymers 0.000 description 1
- 102100023460 Choline O-acetyltransferase Human genes 0.000 description 1
- 108010058699 Choline O-acetyltransferase Proteins 0.000 description 1
- 102000029816 Collagenase Human genes 0.000 description 1
- 108060005980 Collagenase Proteins 0.000 description 1
- 102000004420 Creatine Kinase Human genes 0.000 description 1
- 108010042126 Creatine kinase Proteins 0.000 description 1
- 238000000018 DNA microarray Methods 0.000 description 1
- 229910005543 GaSe Inorganic materials 0.000 description 1
- 102000053187 Glucuronidase Human genes 0.000 description 1
- 108010060309 Glucuronidase Proteins 0.000 description 1
- 244000126211 Hericium coralloides Species 0.000 description 1
- 102000004877 Insulin Human genes 0.000 description 1
- 108090001061 Insulin Proteins 0.000 description 1
- 102000011782 Keratins Human genes 0.000 description 1
- 108010076876 Keratins Proteins 0.000 description 1
- 102000007547 Laminin Human genes 0.000 description 1
- 241000699666 Mus <mouse, genus> Species 0.000 description 1
- 241000699670 Mus sp. Species 0.000 description 1
- 108091093105 Nuclear DNA Proteins 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- -1 SiN Chemical class 0.000 description 1
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 102000004338 Transferrin Human genes 0.000 description 1
- 108090000901 Transferrin Proteins 0.000 description 1
- 102000004142 Trypsin Human genes 0.000 description 1
- 108090000631 Trypsin Proteins 0.000 description 1
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 239000008272 agar Substances 0.000 description 1
- 230000002491 angiogenic effect Effects 0.000 description 1
- 210000004102 animal cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000002473 artificial blood Substances 0.000 description 1
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 210000002469 basement membrane Anatomy 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 1
- 230000008468 bone growth Effects 0.000 description 1
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 150000003943 catecholamines Chemical class 0.000 description 1
- 230000021164 cell adhesion Effects 0.000 description 1
- 238000010370 cell cloning Methods 0.000 description 1
- 230000024245 cell differentiation Effects 0.000 description 1
- 230000003915 cell function Effects 0.000 description 1
- 230000017455 cell-cell adhesion Effects 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000012993 chemical processing Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 229960002424 collagenase Drugs 0.000 description 1
- 230000008828 contractile function Effects 0.000 description 1
- 238000012136 culture method Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 238000001784 detoxification Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000029142 excretion Effects 0.000 description 1
- 210000003754 fetus Anatomy 0.000 description 1
- 210000002950 fibroblast Anatomy 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 description 1
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 229940125396 insulin Drugs 0.000 description 1
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 1
- 210000001087 myotubule Anatomy 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 229920002714 polyornithine Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 229960003387 progesterone Drugs 0.000 description 1
- 239000000186 progesterone Substances 0.000 description 1
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 1
- 238000001243 protein synthesis Methods 0.000 description 1
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000006748 scratching Methods 0.000 description 1
- 230000002393 scratching effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 210000002363 skeletal muscle cell Anatomy 0.000 description 1
- 210000003491 skin Anatomy 0.000 description 1
- WPLOVIFNBMNBPD-ATHMIXSHSA-N subtilin Chemical compound CC1SCC(NC2=O)C(=O)NC(CC(N)=O)C(=O)NC(C(=O)NC(CCCCN)C(=O)NC(C(C)CC)C(=O)NC(=C)C(=O)NC(CCCCN)C(O)=O)CSC(C)C2NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C1NC(=O)C(CCC(N)=O)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(NC(=O)C1NC(=O)C(=C/C)/NC(=O)C(CCC(N)=O)NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(C)NC(=O)CNC(=O)C(NC(=O)C(NC(=O)C2NC(=O)CNC(=O)C3CCCN3C(=O)C(NC(=O)C3NC(=O)C(CC(C)C)NC(=O)C(=C)NC(=O)C(CCC(O)=O)NC(=O)C(NC(=O)C(CCCCN)NC(=O)C(N)CC=4C5=CC=CC=C5NC=4)CSC3)C(C)SC2)C(C)C)C(C)SC1)CC1=CC=CC=C1 WPLOVIFNBMNBPD-ATHMIXSHSA-N 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
- 210000000225 synapse Anatomy 0.000 description 1
- 239000012581 transferrin Substances 0.000 description 1
- 230000014616 translation Effects 0.000 description 1
- 239000012588 trypsin Substances 0.000 description 1
- 210000002700 urine Anatomy 0.000 description 1
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Prostheses (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、人工素子、例えば細胞
培養容器、人工臓器器材等の人工素子の特定構造を有す
る表面を生体細胞又は生体組織に接触させて、これらの
細胞や組織に増大した親和性と減少した防御反応とを発
現させると共に、成長並びに機能分化を促進・制御する
方法に関し、細胞工学、組織培養学、医学並びに人工臓
器学等に跨がる技術分野において利用されるものである
。
培養容器、人工臓器器材等の人工素子の特定構造を有す
る表面を生体細胞又は生体組織に接触させて、これらの
細胞や組織に増大した親和性と減少した防御反応とを発
現させると共に、成長並びに機能分化を促進・制御する
方法に関し、細胞工学、組織培養学、医学並びに人工臓
器学等に跨がる技術分野において利用されるものである
。
【0002】従来、動物細胞、植物細胞、細菌の細胞、
カビ細胞等、各種生体細胞の増殖・分化・発生等を人工
環境下でコントロールする細胞培養技術の進歩は、2種
類の異なった技術改良、即ち、細胞と直接接触する培養
用容器の改良と、細胞に栄養を供する培地の改良とに依
っている。これらの内、過去におけるアプローチの主流
は後者であった。
カビ細胞等、各種生体細胞の増殖・分化・発生等を人工
環境下でコントロールする細胞培養技術の進歩は、2種
類の異なった技術改良、即ち、細胞と直接接触する培養
用容器の改良と、細胞に栄養を供する培地の改良とに依
っている。これらの内、過去におけるアプローチの主流
は後者であった。
【0003】特開昭60−18174号公報には、セラ
ミック焼結体などの多孔質体を骨欠損部に補綴材として
充填し、コラーゲン繊維並びに骨破壊細胞に対する多孔
質体のバイオフィルターとしての作用を利用して新生骨
を誘起する方法が提案されている。しかしながら、この
方法は骨成育阻害物質の侵入を阻止することによる消極
的新生骨誘起方法であって、生体細胞または生体組織と
直接接触する物体の表面形状を改良することによって積
極的にその成長速度を増大あるいは抑止したり、成長の
方向を制御したりする効果を奏するものではない。
ミック焼結体などの多孔質体を骨欠損部に補綴材として
充填し、コラーゲン繊維並びに骨破壊細胞に対する多孔
質体のバイオフィルターとしての作用を利用して新生骨
を誘起する方法が提案されている。しかしながら、この
方法は骨成育阻害物質の侵入を阻止することによる消極
的新生骨誘起方法であって、生体細胞または生体組織と
直接接触する物体の表面形状を改良することによって積
極的にその成長速度を増大あるいは抑止したり、成長の
方向を制御したりする効果を奏するものではない。
【0004】一方、特開昭61−176339号公報に
は、骨内埋入部に多数の通孔で連通した段違い交叉構造
を形成したブレード型骨内インプラントが提案されてい
る。この提案はインプラントの脱落、ガタツキを防止す
るための機械的結合力の増大を目的としたもので、前記
同様に生体細胞や生体組織の成長速度の増大あるいは抑
止、成長方向の制御などの効果を発揮させることを意図
したものではない。
は、骨内埋入部に多数の通孔で連通した段違い交叉構造
を形成したブレード型骨内インプラントが提案されてい
る。この提案はインプラントの脱落、ガタツキを防止す
るための機械的結合力の増大を目的としたもので、前記
同様に生体細胞や生体組織の成長速度の増大あるいは抑
止、成長方向の制御などの効果を発揮させることを意図
したものではない。
【0005】また従来、生体中に長時間埋め込むことを
意図した人工臓器等の医療用器材は、結合組織細胞との
反応性や親和性を高め、いわゆる防御反応を下げること
を狙い、その材質や巨視的形状の改良に主力が注がれて
きた。
意図した人工臓器等の医療用器材は、結合組織細胞との
反応性や親和性を高め、いわゆる防御反応を下げること
を狙い、その材質や巨視的形状の改良に主力が注がれて
きた。
【0006】しかして現在使用されている前記培養容器
や人工臓器においては、その巨視的な形状(板状、皿状
、筒状、等)も、そしてその材質も極めて多岐に亘るが
、それら容器や器具の表面で、細胞に直接接触し、細胞
増殖等に直接関わる部分の形状は、さほど工夫が凝らさ
れぬまゝに放置され、殆どが平滑な表面加工を施してあ
るか、あるいは、材料本来の平坦な表面形状のまゝであ
り、表面の微細構造に着目した改良または研究は未だ提
案された例を見ない。
や人工臓器においては、その巨視的な形状(板状、皿状
、筒状、等)も、そしてその材質も極めて多岐に亘るが
、それら容器や器具の表面で、細胞に直接接触し、細胞
増殖等に直接関わる部分の形状は、さほど工夫が凝らさ
れぬまゝに放置され、殆どが平滑な表面加工を施してあ
るか、あるいは、材料本来の平坦な表面形状のまゝであ
り、表面の微細構造に着目した改良または研究は未だ提
案された例を見ない。
【0007】更に、生体細胞や組織の成長方向を制御す
る技術、例えば、神経突起の成長を方向付ける技術とし
て従来は、細胞をフィブロネクチン、ラミニン、コラー
ゲン、ポリオルニチン、 NGF (神経成長因子)等
の化学物質に沿って、あるいはそれらの存在部位に向か
って成長させることにより配向成長させるというものが
あった。この方法では、これらの化学物質を、個々の分
子に方向性を与えて配置させなければならず、従って、
極めて高度の技術を必要とするばかりか、これらの手法
は、化学物質の不活性化に伴い、特性が失われるという
安定性における難点があった。
る技術、例えば、神経突起の成長を方向付ける技術とし
て従来は、細胞をフィブロネクチン、ラミニン、コラー
ゲン、ポリオルニチン、 NGF (神経成長因子)等
の化学物質に沿って、あるいはそれらの存在部位に向か
って成長させることにより配向成長させるというものが
あった。この方法では、これらの化学物質を、個々の分
子に方向性を与えて配置させなければならず、従って、
極めて高度の技術を必要とするばかりか、これらの手法
は、化学物質の不活性化に伴い、特性が失われるという
安定性における難点があった。
【0008】また、従来の方法の一つとして、生体組織
および細胞での電場による電界方向への成長誘引も知ら
れているが、この方法では電場の生体組織に与える影響
が充分解明されていない等の問題があった。
および細胞での電場による電界方向への成長誘引も知ら
れているが、この方法では電場の生体組織に与える影響
が充分解明されていない等の問題があった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、従来等
閑視されていた、人工素子の表面における微細構造がそ
れと接触する生体組織や細胞に特異な性質並びに挙動を
与えることを解明し、上述の種々の問題点を解決するこ
とに成功し本発明を完成したものである。
閑視されていた、人工素子の表面における微細構造がそ
れと接触する生体組織や細胞に特異な性質並びに挙動を
与えることを解明し、上述の種々の問題点を解決するこ
とに成功し本発明を完成したものである。
【0010】本発明の第一の目的は、接触する生体細胞
ならびに組織が、増大した親和性と減少した生体防御反
応とを示す表面を具えた人工素子、例えば細胞・組織等
の培養容器、医療用器材等を提供するにある。
ならびに組織が、増大した親和性と減少した生体防御反
応とを示す表面を具えた人工素子、例えば細胞・組織等
の培養容器、医療用器材等を提供するにある。
【0011】本発明の別の目的は、特定構造の人工素子
を用いて、効果の持続性と安全性とを以って細胞増殖の
制御、細胞成長の制御、更には神経再生の制御を可能に
せんとするものである。
を用いて、効果の持続性と安全性とを以って細胞増殖の
制御、細胞成長の制御、更には神経再生の制御を可能に
せんとするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】上述の目的は、多数の微
細起伏を刻設した表面を具えてなる人工素子の上記表面
を、結合組織、神経細胞、グリア細胞、シュワン細胞、
皮膚細胞、筋肉細胞、腎臓細胞および肝臓細胞よりなる
群から選ばれる生体細胞または生体組織に接触せしめる
ことを特徴とする生体細胞の成長並びに機能分化の促進
・制御方法によって達成される。
細起伏を刻設した表面を具えてなる人工素子の上記表面
を、結合組織、神経細胞、グリア細胞、シュワン細胞、
皮膚細胞、筋肉細胞、腎臓細胞および肝臓細胞よりなる
群から選ばれる生体細胞または生体組織に接触せしめる
ことを特徴とする生体細胞の成長並びに機能分化の促進
・制御方法によって達成される。
【0013】すなわち、本発明によれば、細胞培養用容
器あるいは医療用器材などの人工素子において、結合組
織、神経細胞、グリア細胞、シュワン細胞、皮膚細胞、
筋肉細胞、腎臓細胞および肝臓細胞よりなる群から選ば
れる生体細胞または生体組織と接する表面に微細な起伏
を機械的または化学的手法によって刻設することによっ
て、細胞や組織に対する接着性や選択性を増し、細胞の
増殖を制御することが可能となるもので、更にこの起伏
を条溝となせば、かゝる条溝に沿って配向した細胞の成
長や細胞群の形成を行なわせることもできる。
器あるいは医療用器材などの人工素子において、結合組
織、神経細胞、グリア細胞、シュワン細胞、皮膚細胞、
筋肉細胞、腎臓細胞および肝臓細胞よりなる群から選ば
れる生体細胞または生体組織と接する表面に微細な起伏
を機械的または化学的手法によって刻設することによっ
て、細胞や組織に対する接着性や選択性を増し、細胞の
増殖を制御することが可能となるもので、更にこの起伏
を条溝となせば、かゝる条溝に沿って配向した細胞の成
長や細胞群の形成を行なわせることもできる。
【0014】
【作用】以下本発明の構成をその作用と共に詳述する。
本発明方法に適用する人工素子の生体細胞または組織と
接触する表面部分は、多数の微細起伏によって粗鬆面を
なすか、更に好ましくは多数の細条溝を有してなる。か
ゝる細条溝は、例えば幅、深さともに約0.1 μm
〜1000μm の範囲とすることがよく、必ずしも互
いに平行である必要もなく、又、幅深さも均一であった
り規則的形状を備えている必要もない。すなわち人工素
子の材質、形状に従って微細条溝の深さや幅は上記範囲
内で適宜に変化し得る。条溝断面形状も、V形、U形、
ばち形等任意に選定し得る。更に条溝は直線、曲線、波
状のいずれの平面形状でもよく、それらが相互に重なり
合って複雑な微細表面構造を作った場合においても上述
の特異的効果を奏する。
接触する表面部分は、多数の微細起伏によって粗鬆面を
なすか、更に好ましくは多数の細条溝を有してなる。か
ゝる細条溝は、例えば幅、深さともに約0.1 μm
〜1000μm の範囲とすることがよく、必ずしも互
いに平行である必要もなく、又、幅深さも均一であった
り規則的形状を備えている必要もない。すなわち人工素
子の材質、形状に従って微細条溝の深さや幅は上記範囲
内で適宜に変化し得る。条溝断面形状も、V形、U形、
ばち形等任意に選定し得る。更に条溝は直線、曲線、波
状のいずれの平面形状でもよく、それらが相互に重なり
合って複雑な微細表面構造を作った場合においても上述
の特異的効果を奏する。
【0015】しかしながら、上記細条溝の形状・配列は
、前記範囲内の幅および深さを具えた直線細条溝を互い
に平行に配置することが最も好ましく、かくすることに
よって細胞増殖の制御、細胞成長の制御、さらには神経
再生の制御を可能とするのみならず、生体組織や細胞を
容易且つ確実に、しかも適合性よく所望の方向に成長さ
せ得るという驚くべき作用が確認された。すなわち、結
合組織性細胞は溝の中に、反対に神経細胞等は畝の上に
成長する性質が顕著に現れ、条溝に沿った配向成長が達
成される。
、前記範囲内の幅および深さを具えた直線細条溝を互い
に平行に配置することが最も好ましく、かくすることに
よって細胞増殖の制御、細胞成長の制御、さらには神経
再生の制御を可能とするのみならず、生体組織や細胞を
容易且つ確実に、しかも適合性よく所望の方向に成長さ
せ得るという驚くべき作用が確認された。すなわち、結
合組織性細胞は溝の中に、反対に神経細胞等は畝の上に
成長する性質が顕著に現れ、条溝に沿った配向成長が達
成される。
【0016】さらに上記性質は人工素子の表面の起伏に
生理活性物質、好ましくは、例えばコラーゲン、ポリ−
L−リシン、ポリ−L−オルニチン、ラミニン、フィブ
ロネクチン、チックプラズマ、LB因子 (人工脂質膜
) および NGF (神経成長因子) よりなる群か
ら選ばれる物質を被着することによって更に増強するこ
とができる。
生理活性物質、好ましくは、例えばコラーゲン、ポリ−
L−リシン、ポリ−L−オルニチン、ラミニン、フィブ
ロネクチン、チックプラズマ、LB因子 (人工脂質膜
) および NGF (神経成長因子) よりなる群か
ら選ばれる物質を被着することによって更に増強するこ
とができる。
【0017】上述の微細起伏を刻設する人工素子の材質
は特に限定されないが、通常、石英ガラス;硬質ガラス
;軟質ガラス;有機高分子材料、例えばポリスチレン、
ポリ塩化ビニル等のプラスチック、コラーゲン、セルロ
ース、寒天、等;金属;セラミックス、例えば SiN
、BN、アパタイト等;シリコーンゴム;半導体、例え
ばSi、Ge、GeAs、InP 、GaSe、InS
e等;より選ばれる少なくとも一種であり、また生体高
分子、例えばコラーゲン板、プラズマクロットの表面等
も包含する。
は特に限定されないが、通常、石英ガラス;硬質ガラス
;軟質ガラス;有機高分子材料、例えばポリスチレン、
ポリ塩化ビニル等のプラスチック、コラーゲン、セルロ
ース、寒天、等;金属;セラミックス、例えば SiN
、BN、アパタイト等;シリコーンゴム;半導体、例え
ばSi、Ge、GeAs、InP 、GaSe、InS
e等;より選ばれる少なくとも一種であり、また生体高
分子、例えばコラーゲン板、プラズマクロットの表面等
も包含する。
【0017】本発明方法に適用する人工素子、例えば容
器、器材等の全体の巨視的形態は、特に規定しない。す
なわち、板状、皿状、球状、繊維状、筒状、粒子状等目
的、用途に応じて任意に形成し得るが、少なくとも生体
細胞または組織と接する部分の表面に上記微細起伏を具
えることが肝要である。一般に、細胞培養容器または人
工臓器等の医療器材に適合される人工素子は、平板、円
形の皿、太さ10μm 〜10cmの円柱状または繊維
状、直径 100μm 〜10cmの球、あるいは外径
10μm 〜10cmの中空円筒形状等である。
器、器材等の全体の巨視的形態は、特に規定しない。す
なわち、板状、皿状、球状、繊維状、筒状、粒子状等目
的、用途に応じて任意に形成し得るが、少なくとも生体
細胞または組織と接する部分の表面に上記微細起伏を具
えることが肝要である。一般に、細胞培養容器または人
工臓器等の医療器材に適合される人工素子は、平板、円
形の皿、太さ10μm 〜10cmの円柱状または繊維
状、直径 100μm 〜10cmの球、あるいは外径
10μm 〜10cmの中空円筒形状等である。
【0019】かような微細起伏を施した表面には、従来
の未加工の表面には見いだし得なかった細胞増殖性、細
胞接着性ならびに細胞配列制御性等が付加されるという
特異な作用を発揮する。これらの作用は素子の前記材質
の相異によって差があり、また素子の巨視的な形状によ
ってもその程度に変化が認められる。更に素子と相対す
る細胞や組織の種類、由来する動物の種類、性別、年齢
等によっても変化するものである。しかしながら、素子
の作用である表面の微細起伏構造に伴なって生ずる特異
な性質は、上記諸要因の影響を超えて普遍的且つ顕著で
あって、本発明の目的を充分に達成することができる。
の未加工の表面には見いだし得なかった細胞増殖性、細
胞接着性ならびに細胞配列制御性等が付加されるという
特異な作用を発揮する。これらの作用は素子の前記材質
の相異によって差があり、また素子の巨視的な形状によ
ってもその程度に変化が認められる。更に素子と相対す
る細胞や組織の種類、由来する動物の種類、性別、年齢
等によっても変化するものである。しかしながら、素子
の作用である表面の微細起伏構造に伴なって生ずる特異
な性質は、上記諸要因の影響を超えて普遍的且つ顕著で
あって、本発明の目的を充分に達成することができる。
【0020】図1は、微細条溝加工を施した石英ガラス
板上における細胞の成長を模式的に示した斜視拡大図で
ある。
板上における細胞の成長を模式的に示した斜視拡大図で
ある。
【0021】同図において、石英ガラス板1上に断面U
型の直線微細条溝2の複数本を互いに平行に刻設し、そ
の面に生体細胞を接触して培養すれば、神経細胞NCは
微細条溝間の畝3の表面部分に、畝に沿って神経突起A
Xを再生させるが、グリア細胞などの結合組織細胞GC
は条溝2の中に条溝に沿って突起を成長させる。
型の直線微細条溝2の複数本を互いに平行に刻設し、そ
の面に生体細胞を接触して培養すれば、神経細胞NCは
微細条溝間の畝3の表面部分に、畝に沿って神経突起A
Xを再生させるが、グリア細胞などの結合組織細胞GC
は条溝2の中に条溝に沿って突起を成長させる。
【0022】図2は同様にガラス平板1上に刻設した微
細条溝2に沿って細胞Cの成長する様子をイラストして
示したものである。更に図3には、プラスチック繊維1
′表面に繊維軸に平行に刻設した微細条溝2に沿って細
胞Cが成長する状態を示している。
細条溝2に沿って細胞Cの成長する様子をイラストして
示したものである。更に図3には、プラスチック繊維1
′表面に繊維軸に平行に刻設した微細条溝2に沿って細
胞Cが成長する状態を示している。
【0023】本発明方法に用いる人工素子に微細起伏を
刻設するには、フォトレジスト法、レプリカ法、スクラ
ッチ法、プレス法、エッチング法等を適宜に応用するこ
とができる。例えば、図2に示したようなガラス皿、ガ
ラス板等の表面の加工にはフォトレジストを用いたリソ
グラフィー技術を適用することがよく、また図3の繊維
表面あるいはガラス球表面並びにガラス管内部表面の微
細加工にも同様の方法を適用することができる。更に、
プラスチック皿、繊維等の加工には主として三つの方法
が用いられる。すなわち、 (1)上述のリソグラフィ
ー法、 (2)リソグラフィーで加工したガラス板のレ
プリカを取る方法、および (3)微小な粒子あるいは
繊維の切断面により表面にスクラッチ条溝を付ける方法
である。更にまた、シリコンゴム、プラスチックチュー
ブ等の表面あるいはコラーゲンを素材とする繊維、プレ
ート、チューブ等の表面の微細加工はガラスチューブの
レプリカをとる方法か、あるいはスクラッチ法によるこ
とがよい。
刻設するには、フォトレジスト法、レプリカ法、スクラ
ッチ法、プレス法、エッチング法等を適宜に応用するこ
とができる。例えば、図2に示したようなガラス皿、ガ
ラス板等の表面の加工にはフォトレジストを用いたリソ
グラフィー技術を適用することがよく、また図3の繊維
表面あるいはガラス球表面並びにガラス管内部表面の微
細加工にも同様の方法を適用することができる。更に、
プラスチック皿、繊維等の加工には主として三つの方法
が用いられる。すなわち、 (1)上述のリソグラフィ
ー法、 (2)リソグラフィーで加工したガラス板のレ
プリカを取る方法、および (3)微小な粒子あるいは
繊維の切断面により表面にスクラッチ条溝を付ける方法
である。更にまた、シリコンゴム、プラスチックチュー
ブ等の表面あるいはコラーゲンを素材とする繊維、プレ
ート、チューブ等の表面の微細加工はガラスチューブの
レプリカをとる方法か、あるいはスクラッチ法によるこ
とがよい。
【0024】図4はレプリカ法によりプラスチック、シ
リコンゴム等に微細構造を転写する方法の概要を説明す
るもので、微細条溝構造を刻設した金属ないしは石英ガ
ラス板等の素材による原型4をもって基材1に転写した
シリコンゴム等のレプリカ5を人工素子として実用に供
する。
リコンゴム等に微細構造を転写する方法の概要を説明す
るもので、微細条溝構造を刻設した金属ないしは石英ガ
ラス板等の素材による原型4をもって基材1に転写した
シリコンゴム等のレプリカ5を人工素子として実用に供
する。
【0025】図5は繊維状の材料の表面に微細条溝を刻
設する方法の一例を示すもので、内壁に軸方向の微細条
溝を刻設した金属またはガラス円筒を原型4′として、
内部に繊維を通過させ矢印方向に引抜くことにより表面
に微細条溝2を刻設した繊維1′よりなる人工素子が得
られる。
設する方法の一例を示すもので、内壁に軸方向の微細条
溝を刻設した金属またはガラス円筒を原型4′として、
内部に繊維を通過させ矢印方向に引抜くことにより表面
に微細条溝2を刻設した繊維1′よりなる人工素子が得
られる。
【0026】図6はスクラッチ法の典型的態様を示すも
ので、硬質材料よりなる櫛の歯状または鋸歯状の原型4
″を、それよりも硬度の小さいプラスチック、ゴム、そ
の他各種材質の板1の表面に圧接して、原型4″と板1
とを矢印方向に相対運動せしめ、板表面にスクラッチ性
の傷を付けることにより、微細条溝を刻設する。
ので、硬質材料よりなる櫛の歯状または鋸歯状の原型4
″を、それよりも硬度の小さいプラスチック、ゴム、そ
の他各種材質の板1の表面に圧接して、原型4″と板1
とを矢印方向に相対運動せしめ、板表面にスクラッチ性
の傷を付けることにより、微細条溝を刻設する。
【0027】
【実施例】次に本発明を更に実施例について説明する。
実施例1
成熟マウスの脊髄後根神経節細胞を採取し、細胞を単離
するためにトリプシン、コラゲナーゼ等の酵素で処理し
た後、幅 0.5μm 、深さ 0.2μm の微細条
溝を刻設した石英ガラス上および、微細条溝を有しない
平滑面の石英ガラス上でそれぞれ培養した。培養液は、
ハムス(Hams) F−12 培養液とダルベッコ(
Dulbecco)MEM 液との1:1混合液にプロ
ゲステロン、インシュリン、トランスフェリンを適宜添
加したものである。培養は、5%の二酸化炭素を含む空
気中37℃で無血清条件下に24〜48時間行なった。 培養の結果、神経突起がガラス板上で再生した状態を図
7および図8に示す。
するためにトリプシン、コラゲナーゼ等の酵素で処理し
た後、幅 0.5μm 、深さ 0.2μm の微細条
溝を刻設した石英ガラス上および、微細条溝を有しない
平滑面の石英ガラス上でそれぞれ培養した。培養液は、
ハムス(Hams) F−12 培養液とダルベッコ(
Dulbecco)MEM 液との1:1混合液にプロ
ゲステロン、インシュリン、トランスフェリンを適宜添
加したものである。培養は、5%の二酸化炭素を含む空
気中37℃で無血清条件下に24〜48時間行なった。 培養の結果、神経突起がガラス板上で再生した状態を図
7および図8に示す。
【0028】微細条溝を設けない石英ガラス上における
神経突起の再生は図8に示すように、軸索再生が起こる
が、その方向は一定しない。一方、微細条溝を刻設した
(微細条溝は可視光線の解像限界以下の深さ 0.2μ
m 、幅 0.5μm であるため観察されていない)
石英ガラス上では、図7に示す如く微細条溝の方向に沿
って配向した軸索再生が観察される。この場合、条溝か
ら外れて突起を伸ばすものも認められるが、その長さは
溝方向の突起の20%以下に留まる。
神経突起の再生は図8に示すように、軸索再生が起こる
が、その方向は一定しない。一方、微細条溝を刻設した
(微細条溝は可視光線の解像限界以下の深さ 0.2μ
m 、幅 0.5μm であるため観察されていない)
石英ガラス上では、図7に示す如く微細条溝の方向に沿
って配向した軸索再生が観察される。この場合、条溝か
ら外れて突起を伸ばすものも認められるが、その長さは
溝方向の突起の20%以下に留まる。
【0029】ソーダガラス、プラスチック、コラーゲン
、アパタイト等の材料にそれぞれ微細条溝加工を施した
素子を用い、神経細胞の種類、動物の種類、年齢並びに
神経周囲組織の種類を変えて、上記同様の方法で培養し
た結果、若干の差異は認められるものの上記同様の結果
が観察された。
、アパタイト等の材料にそれぞれ微細条溝加工を施した
素子を用い、神経細胞の種類、動物の種類、年齢並びに
神経周囲組織の種類を変えて、上記同様の方法で培養し
た結果、若干の差異は認められるものの上記同様の結果
が観察された。
【0030】実施例2
受精後15日目のニワトリ胎児の脊髄後根神経節細胞と
脊髄中の運動神経細胞を別々に取り出し、幅5μm 、
深さ2μm の条溝加工したプラスチック板の溝の両端
で同時に培養した。その結果、脊髄後根神経節細胞と運
動神経細胞は条溝に沿って成長し、それらの間で、高い
効率でシナプス結合を形成した。このとき、脊髄後根神
経節細胞に加えた電気刺激は運動神経細胞においても検
出され、シナプス結合に特有なしきい値特性が得られた
。 (神経繊維、細胞に対する再生促進性)
脊髄中の運動神経細胞を別々に取り出し、幅5μm 、
深さ2μm の条溝加工したプラスチック板の溝の両端
で同時に培養した。その結果、脊髄後根神経節細胞と運
動神経細胞は条溝に沿って成長し、それらの間で、高い
効率でシナプス結合を形成した。このとき、脊髄後根神
経節細胞に加えた電気刺激は運動神経細胞においても検
出され、シナプス結合に特有なしきい値特性が得られた
。 (神経繊維、細胞に対する再生促進性)
【0031】実
施例3 本発明方法に適用する素子のなかで、材質がガラスもし
くはプラスチックでその表面に幅2−10μm 、深さ
0.5 −1μm の溝を有するものの上で、成熟マウ
スの脊髄後根神経節細胞を、実施例1の方法で培養した
。但し、本例では、培地にFCS (牛胎児の血清)
を加え、84時間培養する。脊髄後根神経節には神経細
胞の他シュワン細胞やグリア細胞が含まれ、これらの細
胞は培養中に増殖する。本発明素子の上では神経細胞は
90%以上溝の上で生育し、逆に神経以外の細胞は90
%以上溝の下で増殖する。この性質の違いから神経細胞
と他の細胞をたやすく分離することができ、それぞれを
わけて収集することができる。(セルソーターの機能)
施例3 本発明方法に適用する素子のなかで、材質がガラスもし
くはプラスチックでその表面に幅2−10μm 、深さ
0.5 −1μm の溝を有するものの上で、成熟マウ
スの脊髄後根神経節細胞を、実施例1の方法で培養した
。但し、本例では、培地にFCS (牛胎児の血清)
を加え、84時間培養する。脊髄後根神経節には神経細
胞の他シュワン細胞やグリア細胞が含まれ、これらの細
胞は培養中に増殖する。本発明素子の上では神経細胞は
90%以上溝の上で生育し、逆に神経以外の細胞は90
%以上溝の下で増殖する。この性質の違いから神経細胞
と他の細胞をたやすく分離することができ、それぞれを
わけて収集することができる。(セルソーターの機能)
【0032】実施例4
受精後15日目のニワトリより入手した繊維芽細胞、シ
ュワン細胞、皮膚細胞、骨格筋肉細胞、腎臓細胞、肝臓
細胞、を本発明方法に適用すべく加工した素子上で培養
すると、特異な細胞増殖並びに細胞配置を示し、素子形
状と細胞選択性、細胞成長刺激性に固有の関係があるこ
とが判明した。とりわけ、細胞配置に特徴のある臓器由
来の細胞組織の培養に著明な効果が認められた。これら
の特徴は、また、細胞の由来する動物の種類、年齢、培
養方法によっても大きく左右された。それぞれの細胞に
最適の素子材質、溝形状、幅、深さなどがあたえられた
。 (異なる種類の細胞に対する選択性)
ュワン細胞、皮膚細胞、骨格筋肉細胞、腎臓細胞、肝臓
細胞、を本発明方法に適用すべく加工した素子上で培養
すると、特異な細胞増殖並びに細胞配置を示し、素子形
状と細胞選択性、細胞成長刺激性に固有の関係があるこ
とが判明した。とりわけ、細胞配置に特徴のある臓器由
来の細胞組織の培養に著明な効果が認められた。これら
の特徴は、また、細胞の由来する動物の種類、年齢、培
養方法によっても大きく左右された。それぞれの細胞に
最適の素子材質、溝形状、幅、深さなどがあたえられた
。 (異なる種類の細胞に対する選択性)
【0033】実施例5
石英ガラス板上に幅10μm 、深さ3μm の微細条
溝を所定範囲に刻設し、その範囲外は平滑表面のまゝに
残した。その上に前記実施例1と同様な方法で細胞培養
を行なったところ、図9に示す如く、条溝のある部分6
においては、神経細胞や結合組織の成長は条溝に沿って
起こるが、条溝加工の施されていない部分7においては
、その成長は一定していなかった。
溝を所定範囲に刻設し、その範囲外は平滑表面のまゝに
残した。その上に前記実施例1と同様な方法で細胞培養
を行なったところ、図9に示す如く、条溝のある部分6
においては、神経細胞や結合組織の成長は条溝に沿って
起こるが、条溝加工の施されていない部分7においては
、その成長は一定していなかった。
【0034】実施例6
前記実施例5で用いた石英ガラス板を用い、同実施例と
同様の方法で神経細胞を含まない単一種類の細胞(結合
組織細胞)の培養を行なった。図10に示すごとく、条
溝加工を施した部分6と、施さない部分7とでは、細胞
成長の配向性に顕著な差が生ずるとともに、細胞接着性
、細胞選択性等にも差が見られた。
同様の方法で神経細胞を含まない単一種類の細胞(結合
組織細胞)の培養を行なった。図10に示すごとく、条
溝加工を施した部分6と、施さない部分7とでは、細胞
成長の配向性に顕著な差が生ずるとともに、細胞接着性
、細胞選択性等にも差が見られた。
【0035】
【発明の効果】本発明は、細胞培養容器あるいは医療用
器材において、結合組織、神経細胞、グリア細胞、シュ
ワン細胞、皮膚細胞、筋肉細胞、腎臓細胞および肝臓細
胞よりなる群から選ばれる生体組織または生体細胞と接
する表面に微細な起伏構造を機械的または化学的に刻設
することによって、細胞や組織に対して接着性や選択性
を増し、細胞の増殖を制御し、更にこの起伏を細条溝、
特に互いに平行な多数の直線状細条溝とすれば、細胞や
組織を条溝に沿って配向成長させることができ、より性
質の優れた培養容器あるいは医療器材のための素子とな
すことができる。
器材において、結合組織、神経細胞、グリア細胞、シュ
ワン細胞、皮膚細胞、筋肉細胞、腎臓細胞および肝臓細
胞よりなる群から選ばれる生体組織または生体細胞と接
する表面に微細な起伏構造を機械的または化学的に刻設
することによって、細胞や組織に対して接着性や選択性
を増し、細胞の増殖を制御し、更にこの起伏を細条溝、
特に互いに平行な多数の直線状細条溝とすれば、細胞や
組織を条溝に沿って配向成長させることができ、より性
質の優れた培養容器あるいは医療器材のための素子とな
すことができる。
【0036】即ち、本発明方法の効果は次の通りに要約
される。 1.細胞の成長促進効果 A.細胞分裂を促進し細胞増殖を加速する効果。 本発明方法により細胞を培養すると、細胞分裂に要する
時間が短くなり、単位時間(例えば1日)内に増殖する
細胞数が少なくとも2倍以上に増加する。この際、細胞
分裂に伴う様々な現象、例えば細胞の核DNAや、蛋白
質の合成量の増加等が同時に観察される。このような効
果は細胞分裂能力の優れた細胞、即ち、肝臓細胞、腎臓
細胞、皮膚細胞、血管形成細胞に顕著である。
される。 1.細胞の成長促進効果 A.細胞分裂を促進し細胞増殖を加速する効果。 本発明方法により細胞を培養すると、細胞分裂に要する
時間が短くなり、単位時間(例えば1日)内に増殖する
細胞数が少なくとも2倍以上に増加する。この際、細胞
分裂に伴う様々な現象、例えば細胞の核DNAや、蛋白
質の合成量の増加等が同時に観察される。このような効
果は細胞分裂能力の優れた細胞、即ち、肝臓細胞、腎臓
細胞、皮膚細胞、血管形成細胞に顕著である。
【0037】B.細胞を成長させる効果。
細胞分裂能力の無い細胞や、分裂能力の少ない細胞につ
いては、細胞を大きくしたり、あるいは細胞が伸ばして
いる繊維を長くする効果が認められる。特に、神経細胞
についてはその繊維が2〜5倍の長さとなり、骨格筋肉
繊維については長さが2〜3倍となるとともに直径が2
〜4倍となる。
いては、細胞を大きくしたり、あるいは細胞が伸ばして
いる繊維を長くする効果が認められる。特に、神経細胞
についてはその繊維が2〜5倍の長さとなり、骨格筋肉
繊維については長さが2〜3倍となるとともに直径が2
〜4倍となる。
【0038】2.細胞機能の分化促進効果生体内では、
細胞は単独でその役割を果たすだけではなく、周囲の細
胞と協調し、機能を分担しつつ役割を果たしている。本
発明方法に用いる素子は、従来の素子には認められなか
ったこのような高度な機能を発現させ得ることが確認さ
れた。
細胞は単独でその役割を果たすだけではなく、周囲の細
胞と協調し、機能を分担しつつ役割を果たしている。本
発明方法に用いる素子は、従来の素子には認められなか
ったこのような高度な機能を発現させ得ることが確認さ
れた。
【0039】A.本発明方法により肝臓細胞や腎臓細胞
を培養すると、細胞数が増えるのみならず、細胞の高度
な機能の発現が促進される。
を培養すると、細胞数が増えるのみならず、細胞の高度
な機能の発現が促進される。
【0040】即ち、肝臓の細胞については、解毒に直接
かかわる酵素、例えばベータグルクロニダーゼの活性が
5倍以上に上昇する。このような特種酵素活性の上昇は
、従来の培養環境では実現されていなかったものである
。
かかわる酵素、例えばベータグルクロニダーゼの活性が
5倍以上に上昇する。このような特種酵素活性の上昇は
、従来の培養環境では実現されていなかったものである
。
【0041】また、腎臓の細胞については、細胞の尿生
成・排泄の機能と直接関わる複数の酵素の活性上昇が認
められる。
成・排泄の機能と直接関わる複数の酵素の活性上昇が認
められる。
【0042】更に、皮膚細胞については、多重の細胞が
配列することによると思われる角質蛋白の合成の増加や
、基底膜成分蛋白の合成促進等、より分化した皮膚構造
の形成を促していると考えられる様々な現象が観察され
る。
配列することによると思われる角質蛋白の合成の増加や
、基底膜成分蛋白の合成促進等、より分化した皮膚構造
の形成を促していると考えられる様々な現象が観察され
る。
【0043】B.細胞分裂を生ずることが少ない筋肉細
胞や神経細胞についても、機能の分化を促進して、高度
な機能を発現する。
胞や神経細胞についても、機能の分化を促進して、高度
な機能を発現する。
【0044】神経細胞については、既に述べたような神
経繊維の成長の方向付けをするだけでなく、神経の特殊
な機能、即ち神経回路網の形成に伴う機能が発現する。 即ち、神経細胞が化学伝達物質を合成するための酵素、
例えば、コリンアセチラーゼ、カテコラミン合成酵素の
活性が増加する。また、培養液中における化学伝達物質
の放出が数倍増加する。更に神経細胞内で神経機能が高
度化したことを示す各種酵素の増加が認められる。
経繊維の成長の方向付けをするだけでなく、神経の特殊
な機能、即ち神経回路網の形成に伴う機能が発現する。 即ち、神経細胞が化学伝達物質を合成するための酵素、
例えば、コリンアセチラーゼ、カテコラミン合成酵素の
活性が増加する。また、培養液中における化学伝達物質
の放出が数倍増加する。更に神経細胞内で神経機能が高
度化したことを示す各種酵素の増加が認められる。
【0045】筋肉細胞については、その長さや直径が増
加するだけでなく、筋肉の収縮機能増加を示すクレアチ
ンリン酸化酵素の活性が上昇する。
加するだけでなく、筋肉の収縮機能増加を示すクレアチ
ンリン酸化酵素の活性が上昇する。
【0046】以上要するに、 (1)従来のような細胞
培養法を用いた時には殆ど観察されない現象が、本発明
素子を用いると観察されること、 (2)かかる現象は
、細胞の機能が非常に分化したことを示すと共に、生体
内で働いている状態に近付いていることを示すものと考
えられる。
培養法を用いた時には殆ど観察されない現象が、本発明
素子を用いると観察されること、 (2)かかる現象は
、細胞の機能が非常に分化したことを示すと共に、生体
内で働いている状態に近付いていることを示すものと考
えられる。
【0047】本発明方法に用いる素子は、従来公知の手
法、すなわち単に培養容器、医療器材等の表面に成長誘
引性の化学物質を塗布したり、熱や放電によって加工す
るのではなく、素子表面に特殊な微細起伏、とりわけ条
溝構造の機械的または化学的加工を施すものであるから
、加工技術も比較的簡単容易であり、また大量生産も可
能であるのみならず、安定した作用、特性を長期間維持
することができる。
法、すなわち単に培養容器、医療器材等の表面に成長誘
引性の化学物質を塗布したり、熱や放電によって加工す
るのではなく、素子表面に特殊な微細起伏、とりわけ条
溝構造の機械的または化学的加工を施すものであるから
、加工技術も比較的簡単容易であり、また大量生産も可
能であるのみならず、安定した作用、特性を長期間維持
することができる。
【0048】また、従来の方法の一つとして、生体組織
及び細胞での電場による電界方向への成長誘引も知られ
ているが、この方法では電場の生体組織に与える影響が
十分解明されていない等の問題があった。本発明に適用
される素子は、これらの解明の一助をなす素子として利
用されるとともに、その特性をセルソーターとしても利
用出来る。
及び細胞での電場による電界方向への成長誘引も知られ
ているが、この方法では電場の生体組織に与える影響が
十分解明されていない等の問題があった。本発明に適用
される素子は、これらの解明の一助をなす素子として利
用されるとともに、その特性をセルソーターとしても利
用出来る。
【0049】とりわけ、この素子は、その細胞選択性並
びに細胞配列制御性に特に優れており、特異な細胞配列
の必要な臓器、器官に留置する医用器材の素子たりうる
。すなわち、従来、生体中に長時間埋めこむことを意図
した医療用器材は、生体の、いわゆる防御反応を下げる
事を狙い、材質や形状の改良に主力がそそがれてきてい
た。しかし本発明にかかる素子は、表面加工の方法によ
って、特異な細胞群に特異な調和性を持たせるとともに
、素子表面に細胞の配列を制御する特異な細胞選択性を
持っているため、その性質を利用して、各種の医療用機
材の表面被覆用の素子として利用出来る。とりわけ結合
組織細胞との反応性、親和性が高いので、素子の材質と
、溝加工の工夫により、生体防御反応の低い特性を持つ
医療用器材として応用できる。
びに細胞配列制御性に特に優れており、特異な細胞配列
の必要な臓器、器官に留置する医用器材の素子たりうる
。すなわち、従来、生体中に長時間埋めこむことを意図
した医療用器材は、生体の、いわゆる防御反応を下げる
事を狙い、材質や形状の改良に主力がそそがれてきてい
た。しかし本発明にかかる素子は、表面加工の方法によ
って、特異な細胞群に特異な調和性を持たせるとともに
、素子表面に細胞の配列を制御する特異な細胞選択性を
持っているため、その性質を利用して、各種の医療用機
材の表面被覆用の素子として利用出来る。とりわけ結合
組織細胞との反応性、親和性が高いので、素子の材質と
、溝加工の工夫により、生体防御反応の低い特性を持つ
医療用器材として応用できる。
【0050】以上説明したように、本発明は、化学物質
や電場を用いた場合に考えられる様な問題点がなく、簡
便にかつ確実に所望の方向に生体組織及び細胞を育成で
きるという利点がある。従って、本発明は特異的なシナ
プス形成等のバイオテクノロジーや損傷の治癒促進等の
医療、細胞からの物質を抽出する新しい方法を提供する
等、物質生産にも応用できるものである。
や電場を用いた場合に考えられる様な問題点がなく、簡
便にかつ確実に所望の方向に生体組織及び細胞を育成で
きるという利点がある。従って、本発明は特異的なシナ
プス形成等のバイオテクノロジーや損傷の治癒促進等の
医療、細胞からの物質を抽出する新しい方法を提供する
等、物質生産にも応用できるものである。
【0051】特に強調しておきたいのは、本発明が、培
養容器材質、大きさ、形状等に制限されず、従来進めら
れていた素材の材質、形状の改良を損なうことなく、巨
視的形状を変えることなく、むしろ、従来技術のうえに
、付け加わる技術として利用されるということである。 本発明による、微細な表面加工により、現有の培養容器
、医療用器材に、それまでになかった性質であるところ
の細胞選択性や、細胞増殖制御性がくわわり、一層性能
が高まると考えられる。さらに、本発明に適用する素子
は、その元の材質にあまり規定されず、一種類ないしは
多種類の材質よりなる容器、器材に適応が可能であり、
従来考えられなかった性質をもつ新たな容器、医療用器
材が生まれる可能性が高く、下記の用途において将来性
が期待される画期的発明といえる。
養容器材質、大きさ、形状等に制限されず、従来進めら
れていた素材の材質、形状の改良を損なうことなく、巨
視的形状を変えることなく、むしろ、従来技術のうえに
、付け加わる技術として利用されるということである。 本発明による、微細な表面加工により、現有の培養容器
、医療用器材に、それまでになかった性質であるところ
の細胞選択性や、細胞増殖制御性がくわわり、一層性能
が高まると考えられる。さらに、本発明に適用する素子
は、その元の材質にあまり規定されず、一種類ないしは
多種類の材質よりなる容器、器材に適応が可能であり、
従来考えられなかった性質をもつ新たな容器、医療用器
材が生まれる可能性が高く、下記の用途において将来性
が期待される画期的発明といえる。
【0052】1) 人工臓器、生体内に留置する医
用器材。とりわけ人工血管、人工心臓、ペースメーカー
の表面素子として。また、神経縫合、移植用の材料、素
子として。 2) バイオチップ、バイオコンピューター。 3) 細胞分離装置 (セルソーター)、細胞クローン
化装置 4) 臓器移植、脳、神経移植用器材
用器材。とりわけ人工血管、人工心臓、ペースメーカー
の表面素子として。また、神経縫合、移植用の材料、素
子として。 2) バイオチップ、バイオコンピューター。 3) 細胞分離装置 (セルソーター)、細胞クローン
化装置 4) 臓器移植、脳、神経移植用器材
【図1】図1は本発明方法により人工素子上に生体細胞
が成長する状態を説明する拡大斜視図である。
が成長する状態を説明する拡大斜視図である。
【図2】図2は本発明方法により人工素子上に生体細胞
が成長する状態を説明する平面図である。
が成長する状態を説明する平面図である。
【図3】図3は本発明方法により人工素子上に生体細胞
が成長する状態を説明する斜視図である。
が成長する状態を説明する斜視図である。
【図4】図4は本発明方法に適用する人工素子を製作す
る方法を説明するための概要側面図である。
る方法を説明するための概要側面図である。
【図5】図5は本発明方法に適用する人工素子の別の具
体例を製作する方法を説明するための斜視図である。
体例を製作する方法を説明するための斜視図である。
【図6】図6は本発明方法に適用する人工素子の更に別
の具体例を製作する方法を説明するための斜視図である
。
の具体例を製作する方法を説明するための斜視図である
。
【図7】図7は本発明方法に適用する人工素子上に神経
突起が再生する状態を示す顕微鏡写真より写生した図で
ある。
突起が再生する状態を示す顕微鏡写真より写生した図で
ある。
【図8】図8は従来公知の人工素子上に神経突起が再生
する状態を示す顕微鏡写真より写生した図である。
する状態を示す顕微鏡写真より写生した図である。
【図9】図9は本発明方法の効果を示すための顕微鏡写
真より写生した図である。
真より写生した図である。
【図10】図10は本発明方法の効果を示すための顕微
鏡写真より写生した図である。
鏡写真より写生した図である。
1 ガラス板
1′プラスチック繊維
2 微細条溝
3 畝
4 原型
4′原型
4″原型
5 レプリカ
Claims (7)
- 1. 多数の微細起伏を刻設した表面を具えてなる人
工素子の上記表面を、結合組織、神経細胞、グリア細胞
、シュワン細胞、皮膚細胞、筋肉細胞、腎臓細胞および
肝臓細胞よりなる群から選ばれる生体細胞または生体組
織に接触せしめることを特徴とする生体細胞の成長並び
に機能分化の促進・制御方法。 - 2. 微細起伏が細条溝である特許請求の範囲第1項
記載の方法。 - 3. 細条溝が幅約0.1 〜1000μm 、深さ
約0.1 〜1000μm の寸法を有する特許請求の
範囲第2項記載の方法。 - 4.細条溝が互いに平行である特許請求の範囲第3項記
載の方法。 - 5. 微細起伏表面に更に生物活性物質を被着した前
記特許請求の範囲各項のいずれかに記載の方法。 - 6. 生活活性物質がコラーゲン、ポリ−L−リシン
、ポリ−L−オルニチン、ラミニン、フィブロネクチン
、チックプラズマ、人工脂質膜(LB膜等)、神経成長
因子よりなる群から選ばれる特許請求の範囲第5項記載
の方法。 - 7. 前記人工素子が石英ガラス、硬質ガラス、軟質
ガラス、有機高分子材料、金属、セラミックス、シリコ
ーンゴム、半導体よりなる群から選ばれた少なくとも一
種の物質を含んでなる前記特許請求の範囲各項のいずれ
かに記載の方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3042272A JPH0669487B2 (ja) | 1991-02-15 | 1991-02-15 | 生体細胞の成長並びに機能分化の促進・制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3042272A JPH0669487B2 (ja) | 1991-02-15 | 1991-02-15 | 生体細胞の成長並びに機能分化の促進・制御方法 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61265564A Division JPS63119754A (ja) | 1986-11-10 | 1986-11-10 | 細胞成長特異性を有する人工素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04322657A true JPH04322657A (ja) | 1992-11-12 |
JPH0669487B2 JPH0669487B2 (ja) | 1994-09-07 |
Family
ID=12631405
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3042272A Expired - Lifetime JPH0669487B2 (ja) | 1991-02-15 | 1991-02-15 | 生体細胞の成長並びに機能分化の促進・制御方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0669487B2 (ja) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5602029A (en) * | 1994-06-27 | 1997-02-11 | Nec Corporation | Method for fabricating substrate for cell culture and method for cell arrangements |
WO1999012589A1 (fr) * | 1997-09-09 | 1999-03-18 | Foryou Corporation | Organe artificiel |
EP1013756A1 (en) * | 1998-12-21 | 2000-06-28 | Corning Incorporated | An apparatus used to hold and grow cells and allow their processes to grow and interconnect the individual cells and a method for making the apparatus |
WO2001011007A2 (en) * | 1999-08-10 | 2001-02-15 | Acorda Therapeutics, Inc. | Bioartificial device for propagation of tissue, preparation and uses thereof |
EP1201256A2 (de) * | 2000-10-28 | 2002-05-02 | DEUTSCHE INSTITUTE FÜR TEXTIL- UND FASERFORSCHUNG STUTTGART Stiftung des öffentlichen Rechts | Bioresorbierbare Nervenleitschiene |
JP2010099419A (ja) * | 2008-10-27 | 2010-05-06 | Nipro Corp | 神経再生基材及び神経再生基材用部品 |
WO2010057025A1 (en) * | 2008-11-14 | 2010-05-20 | Childrens Hospital Los Angeles | Synthetic poly d/l lysine for control of direction and rate of neurite growth and regeneration |
JP2010522583A (ja) * | 2007-02-27 | 2010-07-08 | トラスティーズ オブ タフツ カレッジ | 組織工学的に作製された絹製臓器 |
EP3627151A4 (en) * | 2017-05-16 | 2020-05-20 | Daicel Corporation | COLUMN TUBE FOR CHROMATOGRAPHY, AND COLUMN FOR CHROMATOGRAPHY USING THE SAME |
-
1991
- 1991-02-15 JP JP3042272A patent/JPH0669487B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5602029A (en) * | 1994-06-27 | 1997-02-11 | Nec Corporation | Method for fabricating substrate for cell culture and method for cell arrangements |
WO1999012589A1 (fr) * | 1997-09-09 | 1999-03-18 | Foryou Corporation | Organe artificiel |
EP1013756A1 (en) * | 1998-12-21 | 2000-06-28 | Corning Incorporated | An apparatus used to hold and grow cells and allow their processes to grow and interconnect the individual cells and a method for making the apparatus |
WO2001011007A2 (en) * | 1999-08-10 | 2001-02-15 | Acorda Therapeutics, Inc. | Bioartificial device for propagation of tissue, preparation and uses thereof |
WO2001011007A3 (en) * | 1999-08-10 | 2001-09-20 | Acorda Therapeutics Inc | Bioartificial device for propagation of tissue, preparation and uses thereof |
EP1201256A2 (de) * | 2000-10-28 | 2002-05-02 | DEUTSCHE INSTITUTE FÜR TEXTIL- UND FASERFORSCHUNG STUTTGART Stiftung des öffentlichen Rechts | Bioresorbierbare Nervenleitschiene |
EP1201256B1 (de) * | 2000-10-28 | 2006-09-27 | DEUTSCHE INSTITUTE FÜR TEXTIL- UND FASERFORSCHUNG STUTTGART Stiftung des öffentlichen Rechts | Bioresorbierbare Nervenleitschiene |
US7198799B2 (en) | 2000-10-28 | 2007-04-03 | Deutsche Institute für Textil-und Faserforschung Stuttgart Stiftung des Oeffentlichen Rechts | Bioresorbable nerve guide rail |
US9655993B2 (en) | 2007-02-27 | 2017-05-23 | Trustees Of Tufts College | Tissue-engineered silk organs |
JP2010522583A (ja) * | 2007-02-27 | 2010-07-08 | トラスティーズ オブ タフツ カレッジ | 組織工学的に作製された絹製臓器 |
US9102916B2 (en) | 2007-02-27 | 2015-08-11 | Trustees Of Tufts College | Tissue-engineered silk organs |
US10478524B2 (en) | 2007-02-27 | 2019-11-19 | Trustees Of Tufts College | Tissue-engineered silk organs |
JP2010099419A (ja) * | 2008-10-27 | 2010-05-06 | Nipro Corp | 神経再生基材及び神経再生基材用部品 |
WO2010057025A1 (en) * | 2008-11-14 | 2010-05-20 | Childrens Hospital Los Angeles | Synthetic poly d/l lysine for control of direction and rate of neurite growth and regeneration |
EP3627151A4 (en) * | 2017-05-16 | 2020-05-20 | Daicel Corporation | COLUMN TUBE FOR CHROMATOGRAPHY, AND COLUMN FOR CHROMATOGRAPHY USING THE SAME |
US11529569B2 (en) | 2017-05-16 | 2022-12-20 | Daicel Corporation | Column tube for chromatography, and column for chromatography employing same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0669487B2 (ja) | 1994-09-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4839280A (en) | Apparatus for applying stress to cell cultures | |
US4789601A (en) | Biocompatible polyorganosiloxane composition for cell culture apparatus | |
Ratner | New ideas in biomaterials science—a path to engineered biomaterials | |
DK1265986T3 (en) | METHOD FOR IN VITRO PRODUCTION OF dimensional, vital cartilage or bone | |
JP5013584B2 (ja) | 軟骨細胞の培養方法および軟骨細胞 | |
US4822741A (en) | Biocompatible polyorganosiloxane composition for cell culture apparatus | |
JPS6133593B2 (ja) | ||
EP0801676A2 (de) | Neue künstliche gewebe, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung | |
Wang et al. | Biomimetic topography: bioinspired cell culture substrates and scaffolds | |
DE3521684A1 (de) | Verfahren zur beschichtung von polymeren | |
WO2006093151A1 (ja) | 培養細胞シート、製造方法及びその利用方法 | |
WO2008140295A1 (en) | Cell culture substrate, culture flasks and methods for cell cultivation employing said substrate | |
US20150004692A1 (en) | Device for guiding cell migration and guiding method implementing such a device | |
JPH04322657A (ja) | 生体細胞の成長並びに機能分化の促進・制御方法 | |
WO2004070023A1 (ja) | 前眼部関連細胞シート、3次元構造体、及びそれらの製造法 | |
EP2202296B1 (en) | Process and support structure for the cultivation of living cells | |
JPH0560950B2 (ja) | ||
EP0907725B1 (en) | A process for encapsulating viable animal cells | |
JPS63196273A (ja) | 細胞培養用基材 | |
JPH0491780A (ja) | 神経線維の成長方向制御用基材およびその製法、神経線維の成長方向制御法ならびに神経線維の回路網 | |
Chelluri | Stem cells and extracellular matrices | |
RU2328527C1 (ru) | Микроноситель для культивирования субстратзависимых клеток животных in vitro | |
Hoffman | Applications of synthetic polymeric biomaterials in medicine and biotechnology | |
Han et al. | Enhanced neurite outgrowth of rat neural cortical cells on surface-modified films of poly (lactic-co-glycolic acid) | |
EP2665810B1 (de) | Verfahren zur immobilisierung und aufbereitung funktioneller multikomponentenstrukturen der extrazellulären matrix |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |