JPH07246211A - Hybrid type artificial pancreas - Google Patents
Hybrid type artificial pancreasInfo
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- JPH07246211A JPH07246211A JP6040188A JP4018894A JPH07246211A JP H07246211 A JPH07246211 A JP H07246211A JP 6040188 A JP6040188 A JP 6040188A JP 4018894 A JP4018894 A JP 4018894A JP H07246211 A JPH07246211 A JP H07246211A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、ハイブリッド型人工
膵臓に関するものである。さらに詳しくは、この発明
は、糖尿病の根治療法、あるいは膵癌や事故等により膵
臓を摘出した患者への代替え臓器として有用なハイブリ
ッド型(生体内植え込み型)の人工膵臓に関するもので
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hybrid artificial pancreas. More specifically, the present invention relates to a hybrid type (implantation type) artificial pancreas useful as a root treatment method for diabetes or as an alternative organ for a patient who has had a pancreas removed due to pancreatic cancer or an accident.
【0002】[0002]
【従来の技術とその課題】近年の遺伝子工学の目覚まし
い発展によって、多くの疾患の発症因子の解明や診断技
術は著しく進歩しつつあるが、これら診断技術等の進歩
に比べ、治療医学の現状はまだまだ不十分な点も多い。
たとえば、種々多様な病態を示す糖尿病についても、そ
の診断や発症因子の解明は遺伝子の解析によって少しず
つ明らかにされてきているが、しかし一方で、複雑かつ
多様な病態をもつ糖尿病の根治療法は、その病態の複雑
さゆえに極めて困難な状況にある。2. Description of the Related Art Due to the remarkable development of genetic engineering in recent years, the elucidation of the causative factors of many diseases and the diagnostic technology have been remarkably progressing. There are many points that are still insufficient.
For example, the diagnosis and elucidation of the onset factors have been gradually clarified even for diabetes mellitus showing various pathological conditions, but on the other hand, the root treatment method for diabetes having complicated and diverse pathological conditions is , It is in a very difficult situation due to the complexity of its pathology.
【0003】糖尿病の病因の一つは、膵臓からのインス
リン分泌障害(インスリン欠乏)であることが知られて
おり、最近では、病気の初期発生から少量のインスリン
を投与することによって、糖尿病の病期の進展が予防で
きるという可能性も示されている。しかしながら、イン
スリンはまた、肝臓での糖の新生や分解にも影響を及ぼ
すため、インスリンの過剰量の投与は低血糖を引き起こ
す原因ともなる。また、長期に渡って定期的にインスリ
ン注射を受けなければならないことは、患者にとっても
大きな負担となる。[0003] It is known that one of the etiological factors of diabetes is impaired insulin secretion from the pancreas (insulin deficiency), and recently, the administration of a small amount of insulin from the initial onset of the disease has led to the diabetic disease. It has also been shown that the progress of the period can be prevented. However, since insulin also affects gluconeogenesis and degradation in the liver, administration of an excessive amount of insulin also causes hypoglycemia. Also, having to regularly receive insulin injections over a long period of time puts a great burden on patients.
【0004】このような理由から、近年、組織培養した
異種生体の膵内分泌細胞をチャンバーやチューブ、膜等
に封入して人体に移植し、この細胞から長期間に渡って
必要量のインスリンを血中に供給するという治療法が検
討されている。これがハイブリッド型人工膵臓であり、
これまでもその実用化に向けて、例えば異種生体に由来
する膵細胞を人体の免疫系(免疫細胞や抗体等)から守
るための「免疫隔離手段」の確立、人体に適したインス
リンを効率よく産生する細胞の選択、移植細胞に長期間
その機能を発現させるための細胞形態とそのための培養
方法の工夫等について、様々な提案や改良が試みられて
いる。For these reasons, in recent years, tissue-cultured pancreatic endocrine cells of a different kind of living body are enclosed in a chamber, a tube, a membrane or the like and transplanted into a human body, and a necessary amount of insulin is blood-treated from these cells for a long period of time. The treatment method of supplying inside is being considered. This is a hybrid artificial pancreas,
Until now, toward the practical application, for example, the establishment of "immuno-isolation means" to protect pancreatic cells derived from different living organisms from the human body's immune system (immune cells, antibodies, etc.), and to efficiently produce insulin suitable for the human body Various proposals and improvements have been made on selection of cells to be produced, cell morphology for allowing transplanted cells to express their functions for a long period of time, and devising of culture method therefor.
【0005】この発明の発明者の一人も、上記の点を考
慮し、特に移植細胞に長期間その機能(インスリン分
泌)を維持させるためには細胞を3次元的に培養して凝
集塊とすることが必須であることを見出し、ブタの新生
児から単離した膵島細胞の3次元凝集塊を、高分子免疫
隔離膜を有するチャンバーに封入したハイブリッド型人
工膵臓を発明し、すでに特許出願している(特開平1−
247082号公報。以下、先願発明と記載することが
ある)。Considering the above points, one of the inventors of the present invention considers the above points, and in particular, in order to maintain the function (insulin secretion) of transplanted cells for a long period of time, the cells are three-dimensionally cultured to form aggregates. Has been found to be essential, and invented a hybrid artificial pancreas in which a three-dimensional aggregate of pancreatic islet cells isolated from a newborn pig was enclosed in a chamber having a polymeric immunoisolation membrane, and a patent has already been applied for. (JP-A-1-
247082 publication. Hereinafter, it may be described as a prior invention).
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】この発明の発明者等
は、上記の先願発明の後も、より実用的なハイブリッド
型人工膵臓の開発に向けて鋭意研究し、その結果、生体
の膵島細胞に近似した生理機能を有する移植細胞の選択
と、そのための培養方法について新しい重要な知見を得
た。DISCLOSURE OF THE INVENTION The inventors of the present invention have diligently studied toward the development of a more practical hybrid type artificial pancreas after the invention of the above-mentioned prior application, and as a result, the pancreatic islet cells of the living body are obtained. We obtained new important knowledge about the selection of transplanted cells with physiological function similar to that of and the culture method therefor.
【0007】この発明は、このような新たな知見に基づ
いてなされたものであり、先願発明をさらに発展・改良
し、生体に適した生理機能を有する移植細胞を、長期間
にわたって最適の細胞生物学的環境下に維持することの
できるハイブリッド型人工膵臓を提供することを目的と
している。The present invention has been made on the basis of such new knowledge, and further develops and improves the invention of the prior application to obtain transplanted cells having physiological functions suitable for living bodies, which are optimal cells for a long period of time. The purpose is to provide a hybrid artificial pancreas that can be maintained in a biological environment.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、高分子半透膜を有する拡散チャ
ンバーに、3次元培養した膵内分泌細胞を培養基質と共
に封入してなる人工膵臓であって、(1)膵内分泌細胞
が、世代の異なるブタの膵島細胞塊、外来性腫瘍遺伝子
を保有するトランスジェニック動物のインスリノーマに
由来する膵β細胞株、またはこれらの混合からなる細胞
塊であり、(2)培養基質が、少なくとも糖鎖含有メタ
クリル酸ポリマー,アガロース、コラーゲン・マトリッ
クスおよびニコチンアミドを含有する、ことを特徴とす
るハイブリッド型人工膵臓を提供する。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an artificial pancreas in which three-dimensionally cultured pancreatic endocrine cells are enclosed together with a culture substrate in a diffusion chamber having a polymer semipermeable membrane. (1) The pancreatic endocrine cell is a pancreatic islet cell mass of different generations, a pancreatic β cell line derived from an insulinoma of a transgenic animal carrying an exogenous oncogene, or a cell mass composed of a mixture thereof. And (2) a hybrid artificial pancreas characterized in that the culture substrate contains at least a sugar chain-containing methacrylic acid polymer, agarose, a collagen matrix and nicotinamide.
【0009】また、この発明のハイブリッド型人工膵臓
においては、ブタの膵島細胞塊が、ブタの胎児、新生児
および成熟のそれぞれの膵島細胞を混合してなる細胞塊
であること、膵β細胞株が、インスリンプロモーターに
SV40T抗原遺伝子を結合した融合遺伝子を保有するト
ランスジェニック・マウスのインスリノーマより株化し
た膵β細胞、またはこの株化細胞にヒト・インスリン遺
伝子を導入して株化した膵β細胞、あるいはヒト・イン
スリン遺伝子を保有するトランスジェニック・マウスと
上記トランスジェニック・マウスとを交配して得たマウ
スのインスリノーマより株化した膵β細胞であること、
拡散チャンバーがニコチンアミドを持続的に放出する高
分子を備えることを好ましい態様としてもいる。In the hybrid artificial pancreas of the present invention, the porcine islet cell mass is a cell mass formed by mixing porcine fetal, neonatal and adult pancreatic islet cells, and the pancreatic β cell line is A pancreatic β cell established from an insulinoma of a transgenic mouse having a fusion gene in which an SV40 T antigen gene is bound to an insulin promoter, or a pancreatic β cell established by introducing a human insulin gene into the established cell line, Alternatively, it is a pancreatic β cell established from an insulinoma of a mouse obtained by mating a transgenic mouse having a human insulin gene with the transgenic mouse,
It is also a preferred embodiment that the diffusion chamber comprises a polymer that releases nicotinamide in a sustained manner.
【0010】以下、この発明の構成について、さらに詳
しく説明する。すなわち、この発明のハイブリッド型人
工膵臓は、基本的構造は先願発明と同様であり、高分子
半透膜を有する拡散チャンバーに、3次元培養した膵内
分泌細胞を培養基質と共に封入したものであるが、それ
ぞれの構成要件について次のような特徴を有している。 (1)拡散チャンバー 拡散チャンバーは、上記先願発明と同様にシリコン・リ
ング等の上下両面を高分子半透膜で封止し、移植する細
胞や組織片を膜の間に封入する円盤タイプとすることが
でき、あるいは筒状、平板状または針状等の形状を有す
る高分子半透膜に移植細胞を封入するようにしてもよ
い。高分子半透膜は、たとえばポリエステル、ポリカー
ボンまたはシリコン等の多孔膜であり、チャンバー内に
封入した移植細胞の分泌産物(インスリン等)のみを通
過させ、生体の免疫担当細胞や抗体等がチャンバー内へ
進入するのを防止するための免疫隔離手段として使用す
る。このような選択的透過性に優れた高分子膜で包被す
ることによって、移植細胞に対する生体の免疫反応を抑
制し、免疫抑制剤等を使用せずとも人工膵臓の生体内移
植が可能となる。The structure of the present invention will be described in more detail below. That is, the hybrid-type artificial pancreas of the present invention has the same basic structure as the invention of the prior application, and three-dimensionally cultured pancreatic endocrine cells are enclosed together with a culture substrate in a diffusion chamber having a polymer semipermeable membrane. Has the following features for each constituent element. (1) Diffusion chamber The diffusion chamber is a disc type in which the upper and lower surfaces of a silicon ring or the like are sealed with a polymer semipermeable membrane and the cells and tissue pieces to be transplanted are enclosed between the membranes, as in the above-mentioned prior invention. Alternatively, the transplanted cells may be enclosed in a polymer semipermeable membrane having a tubular shape, a flat plate shape, a needle shape, or the like. The polymer semipermeable membrane is, for example, a porous membrane made of polyester, polycarbon, silicon or the like, and allows only the secretory product (insulin etc.) of the transplanted cells enclosed in the chamber to pass through, while immune cells in the living body and antibodies etc. It is used as an immunoisolation means to prevent invasion. By encapsulating with a polymer membrane having excellent selective permeability, it is possible to suppress the immune reaction of the living body to transplanted cells and to transplant an artificial pancreas in vivo without using an immunosuppressant or the like. .
【0011】また、シリコン・リングも、抗血栓剤であ
るポリウレタン尿素等でコーティングしておくとよい。
さらにこの発明の拡散チャンバーは、ニコチンアミドを
持続的に放出するポリマーを備えていることを好ましい
態様としてもいる。このニコチンアミドは、後述の通り
膵細胞の機能修復作用を有するため、移植後の細胞機能
を長期にわたって維持することが可能となる。 (2)膵内分泌細胞 上記チャンバーに封入する膵内分泌細胞は、例えば膵島
のインスリン分泌細胞および/またはグルカゴン分泌細
胞等であり、この発明では、世代の異なるブタの膵島細
胞塊、外来性腫瘍遺伝子を保有するトランスジェニック
動物のインスリノーマに由来する膵β細胞株、またはこ
れらの混合からなる細胞塊を使用し、後述の培養基質お
よび培養液を用いて3次元的に包埋培養してチャンバー
内に封入する。Also, the silicon ring may be coated with polyurethane urea which is an antithrombotic agent.
Furthermore, it is also preferable that the diffusion chamber of the present invention is provided with a polymer that continuously releases nicotinamide. Since this nicotinamide has a function of repairing the function of pancreatic cells as described below, it becomes possible to maintain the cell function after transplantation for a long period of time. (2) Pancreatic endocrine cells The pancreatic endocrine cells enclosed in the above-mentioned chamber are, for example, insulin-secreting cells and / or glucagon-secreting cells of pancreatic islets. Using a pancreatic β-cell line derived from an insulinoma of a transgenic animal possessed, or a cell mass composed of a mixture of these, three-dimensional embedding culture is performed using the culture substrate and culture medium described below, and enclosed in a chamber. To do.
【0012】このうち、ブタの膵島細胞塊は、従来の人
工膵臓がブタの新生児から単離した細胞のみを用いてい
たのに対し、この発明では異なる世代のブタ(例えば、
胎児、新生児および成熟)のそれぞれの膵臓から単離し
た細胞を混合して用いる。このような世代の異なる3種
類の細胞を混合することによって、相互作用による自己
レギュレーションを促し、本来の膵島細胞に近似した機
能の発現が可能となる。すなわち、この3世代混合細胞
は、インスリンだけではなく、糖の代謝に重要な役割を
果たすグルカゴンや、生体の恒常性維持に必要なソマト
スタチン等の膵島細胞から分泌されるホルモンを過不足
なく産生する。[0012] Among them, as for the porcine islet cell mass, the conventional artificial pancreas used only cells isolated from a neonatal pig, whereas in the present invention, pigs of different generations (for example,
Cells isolated from each pancreas (fetal, neonatal and mature) are used in admixture. By mixing three types of cells of different generations, self-regulation due to interaction is promoted, and a function similar to that of the original pancreatic islet cell can be expressed. That is, the third-generation mixed cells produce not only insulin but also hormones secreted from islet cells such as glucagon that plays an important role in sugar metabolism and somatostatin necessary for maintaining homeostasis in the living body without excess or deficiency. .
【0013】なお、これらの膵島細胞は、公知の手続き
によって単離し、培養液中に浮遊させて再凝集させるこ
とによって収集することができる。一方、インスリノー
マに由来する膵β細胞株としては、この発明の発明者の
一人が既に開発している膵β細胞株(MIN6,MIN
7:Endocrinology,vol127, p.126, 1990)を用いること
ができる。この細胞株は、ヒト・インスリン遺伝子のプ
ロモーターにSV40T抗原遺伝子を結合した融合遺伝子
を受精卵に導入して産出させたトランスジェニック・マ
ウスのインスリノーマより株化した膵β細胞であり、安
定したインスリン産生能を有するとともに、3次元培養
でも増殖能を示す。また、通常の株化膵β細胞は本来の
膵β細胞が有するグルコース感受性を喪失するが、これ
らの細胞株(特にMIN6)はグルコ─ス濃度に依存し
てインスリンを分泌し、生体内に移植した場合にも高血
糖時にのみ機能を発現するという優れた特徴を有してい
る。These pancreatic islet cells can be isolated by a known procedure, suspended in a culture medium and reaggregated to collect them. On the other hand, as a pancreatic β cell line derived from insulinoma, a pancreatic β cell line (MIN6, MIN) already developed by one of the inventors of the present invention.
7: Endocrinology, vol127, p.126, 1990) can be used. This cell line is a pancreatic β cell established from an insulinoma of a transgenic mouse produced by introducing a fusion gene in which the SV40 T antigen gene is linked to the promoter of human insulin gene into a fertilized egg, and stable insulin production. It has the ability to grow in three-dimensional culture. Moreover, the normal established pancreatic β-cells lose the glucose sensitivity of the original pancreatic β-cells, but these cell lines (especially MIN6) secrete insulin depending on glucose concentration and are transplanted in vivo. Even in such a case, it has an excellent feature that it exhibits a function only during hyperglycemia.
【0014】さらにこの発明においては、チャンバーに
封入する移植細胞として、上記細胞株(MIN6,MI
N7)にヒト・インスリン遺伝子を導入して株化した膵
β細胞、あるいはヒト・インスリン遺伝子を保有するト
ランスジェニック・マウスと上記の外来性腫瘍遺伝子を
保有するトランスジェニック・マウスとを交配して得た
マウスのインスリノーマから株化した膵β細胞を用いる
こともできる。これらの細胞株は、マウスのインスリン
に加えてヒト・インスリンをも安定的に発現する。Further, in the present invention, the above-mentioned cell line (MIN6, MI is used as the transplanted cells to be enclosed in the chamber.
N7) Pancreatic β cells established by introducing the human insulin gene into the cell line, or obtained by mating transgenic mice carrying the human insulin gene with transgenic mice carrying the above-mentioned foreign oncogene It is also possible to use pancreatic β cells established from mouse insulinoma. These cell lines stably express human insulin in addition to mouse insulin.
【0015】さらにまた、以上の膵内分泌細胞、すなわ
ちブタ膵臓由来の3世代混合細胞またはインスリノーマ
由来の膵β細胞株は、それぞれ単独で移植細胞として用
いることもできるが、より好ましくはそれらを任意の割
合で混合して用いる。こうすることによって、移植細胞
の生理的機能(インスリン,グルカゴン,ソマトスタチ
ン等の分泌)を本来の膵臓により近似させることができ
る。 (3)培養基質 この発明の人工膵臓においては、上記の膵内分泌細胞を
包埋培養し、3次元構造として拡散チャンバーに封入す
る。こうすることによって、培養細胞に本来の細胞生物
学的環境を付与することができ、その分化能および機能
発現能を生体内の膵島細胞に近似することができる。Furthermore, each of the above pancreatic endocrine cells, that is, the three-generation mixed cells derived from porcine pancreas or the pancreatic β cell line derived from insulinoma, can be used alone as a transplant cell, but more preferably, any of them can be used. Use by mixing at a ratio. By doing so, the physiological function of the transplanted cells (secretion of insulin, glucagon, somatostatin, etc.) can be approximated to the original pancreas. (3) Culture Substrate In the artificial pancreas of the present invention, the above pancreatic endocrine cells are embedded and cultured, and enclosed in a diffusion chamber as a three-dimensional structure. By doing so, the original cell biological environment can be imparted to the cultured cells, and their differentiation ability and function expressing ability can be approximated to those of pancreatic islet cells in vivo.
【0016】このような3次元培養は、固形または半流
動性の基質(例えば、コラーゲン・ゲル等)に細胞を埋
め込んで培養液中に浮遊または重層させる公知の方法に
よって行うことができるが、この発明では、培養基質と
して、少なくとも糖鎖含有メタクリル酸ポリマー、アガ
ロース、コラーゲン・マトリックスおよびニコチンアミ
ドを含有するものを使用する。糖鎖含有メタクリル酸ポ
リマーは、具体的には、細胞の認識や各種情報伝達のシ
グナルとしての機能を有する糖鎖を側鎖に有したポリス
チレン誘導体とヒドロキシエチルメタクリレートのラン
ダムポリマーであり、このようなポリマーは、例えばマ
ルトースを有したポリスチレン誘導体(例えば、ポリビ
ニルマルトアマイドガラクトン:PVMA)とポリヒド
ロキシエチルメタクリレート(PHEMA)に架橋剤を
添加してラジカル重合を行い、ゲル化させることによっ
て作成することができる。そして、このポリマーをアガ
ロース・ゲルおよびコラーゲン・マトリックスと混合し
てハイドロゲルとする。Such three-dimensional culture can be performed by a known method in which cells are embedded in a solid or semi-fluid substrate (eg, collagen gel) and suspended or layered in a culture solution. In the invention, a culture substrate containing at least a sugar chain-containing methacrylic acid polymer, agarose, a collagen matrix and nicotinamide is used. Specifically, the sugar chain-containing methacrylic acid polymer is a random polymer of a polystyrene derivative having a sugar chain in its side chain and hydroxyethyl methacrylate, which has a function as a signal for cell recognition and various information transmission. The polymer can be prepared, for example, by adding a cross-linking agent to a polystyrene derivative having maltose (for example, polyvinyl maltoamido galactone: PVMA) and polyhydroxyethyl methacrylate (PHEMA), and radically polymerizing the gel. it can. The polymer is then mixed with agarose gel and collagen matrix to form a hydrogel.
【0017】培養基質として、このような糖鎖含有メタ
クリル酸ポリマーとアガロース等からなるハイドロゲル
を使用した場合には、従来のコラーゲン・ゲル等を単独
で用いた方法に比べ、培養中の細胞の溶解や再収縮の程
度が少なく、形態的にも、また生理的機能の点からも本
来の膵島細胞に近似した細胞塊となる。一方、ニコチン
アミドは、化学的または物理的に損傷を受けた膵細胞
(β細胞)を機能的に修復することが知られている(Mo
lecular biology. Cambridge University Press: p.209
-231, 1990)。そこで、分離・収集の際の機械的操作に
よって損傷を受けた膵島細胞をこのニコチンアミドを含
有する培養基質中で培養することによって細胞の生理的
機能を修復することができ、さらにこの培養基質と共に
チャンバーに封入して移植することによって、その機能
発現を長期間にわたって維持することができる。When a hydrogel consisting of such a sugar chain-containing methacrylic acid polymer and agarose is used as a culture substrate, compared to the conventional method using a collagen gel alone, cells in culture are The degree of lysis and recontraction is small, and the cell mass is similar to the original pancreatic islet cells in terms of morphology and physiological function. On the other hand, nicotinamide is known to functionally repair chemically or physically damaged pancreatic cells (β cells) (Mo
lecular biology. Cambridge University Press: p.209
-231, 1990). Therefore, by culturing islet cells damaged by a mechanical operation during separation / collection in a culture substrate containing this nicotinamide, the physiological function of cells can be restored. By encapsulating in a chamber and transplanting, the functional expression can be maintained for a long period of time.
【0018】以上の通りの構成上の特徴、すなわち拡散
チャンバーに封入する膵内分泌細胞の種類と形態、この
細胞を3次元培養するための培養基質の組成等の特徴に
より、この発明のハイブリッド型人工膵臓は、移植細胞
が長期間にわたってその生理的機能(インスリン、グル
カゴン、ソマトスタチン等の分泌)を維持するため、糖
尿病の極めて有効な治療手段となる。また、膵臓の代替
え臓器として使用することもできる。Due to the above-mentioned structural features, such as the type and morphology of pancreatic endocrine cells enclosed in the diffusion chamber, the composition of the culture substrate for three-dimensionally culturing these cells, and the like, the hybrid artificial The pancreas is an extremely effective therapeutic means for diabetes because transplanted cells maintain their physiological functions (secretion of insulin, glucagon, somatostatin, etc.) for a long period of time. It can also be used as an alternative organ for the pancreas.
【0019】以下,実施例を示してこの発明をさらに詳
細かつ具体的に説明するが、この発明は以下の例に限定
されるものではない。Hereinafter, the present invention will be described in more detail and specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following examples.
【0020】[0020]
【実施例】実施例1 ブタの胎児、新生児および成熟のそれぞれの膵島細胞を
混合して3次元培養した細胞塊を、培養基質と共に拡散
チャンバーに封入してハイブリッド型人工膵臓を作成し
た。 1)膵島細胞塊の分離、収集 ブタの胎児、新生児(生後7〜10日齢)および成熟の
それぞれから膵臓を摘出し、約1〜2mm大に細切したの
ち、よく冷えたRPMI1640溶液に入れ、振盪洗浄
(3分間×3回)した。これらの細胞を、それぞれ、p
H7.4に調整したEDTA-Dispase液(0.005% EDTA, 150
prtotease unit Dispase/ml, 3% FBSを含むRPMI 1640)
にて分離した後、37℃−5%CO2 の条件で培養し、
細胞塊(再凝集細胞)を収集した。次いで、このように
して集めた世代の異なる膵島細胞を4.0%BSA−R
PMI1640溶液に静かに重層させ600 回転/5分間
(50G)で10分間回転させて混合細胞塊を得た。 2)細胞の3次元培養と、培養細胞の封入 まず、培養基質として、PVMAとPHEMAとの重合
体にアガロースおよびコラーゲン・ゲルを添加してハイ
ドロゲルを作成した。次いで、ニコチンアミドを添加し
た培養液と上記ハイドロゲルを混合し、この中に3世代
混合の膵島細胞塊を静かに混ぜ合わせたのち、直ちに拡
散チャンバー内に封入した。 Example 1 Pig fetal, neonatal, and adult pancreatic islet cells were mixed and three-dimensionally cultured, and the cell mass was sealed together with a culture substrate in a diffusion chamber to prepare a hybrid artificial pancreas. 1) Separation and collection of pancreatic islet cell mass The pancreas was extracted from each of a pig fetus, a newborn baby (7 to 10 days old) and maturation, cut into pieces each having a size of about 1 to 2 mm, and then placed in a well-cooled RPMI1640 solution. It was washed by shaking (3 minutes × 3 times). P.
EDTA-Dispase solution adjusted to H7.4 (0.005% EDTA, 150
prtotease unit Dispase / ml, RPMI 1640 with 3% FBS)
, And then culture under the condition of 37 ° C-5% CO 2 ,
The cell mass (reaggregated cells) was collected. Then, the islet cells of different generations collected in this manner were treated with 4.0% BSA-R.
The PMI1640 solution was gently overlaid and spun at 600 rpm for 5 minutes (50 G) for 10 minutes to obtain a mixed cell mass. 2) Three-dimensional culture of cells and encapsulation of cultured cells First, as a culture substrate, agarose and collagen gel were added to a polymer of PVMA and PHEMA to prepare a hydrogel. Then, the culture solution containing nicotinamide was mixed with the above hydrogel, and the islet cell mass of the third generation mixture was gently mixed therein, and then immediately enclosed in the diffusion chamber.
【0021】拡散チャンバーは、図1にその分解斜視図
を例示したように、シリコン製のOリング(1)の上下
両面にポリエステルまたはポリカーボン製の半透膜
(2)を貼り付け、これらをリングホルダー(3)で固
定した円盤タイプのチャンバーを用いた。なお、半透膜
(2)は、孔径0.2μm以下の孔径を有する多孔膜を
使用した。As shown in the exploded perspective view of FIG. 1, the diffusion chamber is made by attaching a semipermeable membrane (2) made of polyester or polycarbon to both upper and lower surfaces of an O-ring (1) made of silicon and attaching them to each other. A disk type chamber fixed with a ring holder (3) was used. As the semipermeable membrane (2), a porous membrane having a pore diameter of 0.2 μm or less was used.
【0022】培養基質中に混ぜ合わせた膵島細胞塊は、
図2に示したように、注射器(4)で拡散チャッバーの
Oリング(1)内に注入し、ここでゲル基質を硬化させ
てハイブリッド型人工膵臓を作成した。この人工膵臓
は、FBSおよびニコチンアミド含有のRPMI164
0溶液中に入れ、封入細胞の培養を続けた。実施例2 外来性腫瘍遺伝子を保有するトランスジェニック・マウ
スのインスリノーマに由来する膵β細胞株を3次元培養
し、培養基質と共に拡散チャンバーに封入してハイブリ
ッド型人工膵臓を作成した。 1)膵β細胞株の調製 膵β細胞株は、この発明の発明者の一人がすでに樹立し
ている膵β細胞株MIN6を用いた。この細胞株は、ヒ
ト・インスリン遺伝子のプロモターにSV40T抗原遺伝
子を結合した融合遺伝子を受精卵に導入して産出させた
トランスジェニック・マウスのインスリノーマから分離
し、株化したものである。The islet cell mass mixed in the culture substrate is
As shown in FIG. 2, a syringe (4) was used to inject into the O-ring (1) of the diffusion chubber, where the gel matrix was cured to create a hybrid artificial pancreas. This artificial pancreas contains RPMI164 containing FBS and nicotinamide.
0 solution and continued to culture the encapsulated cells. Example 2 A pancreatic β cell line derived from an insulinoma of a transgenic mouse carrying an exogenous oncogene was three-dimensionally cultured and enclosed in a diffusion chamber together with a culture substrate to prepare a hybrid artificial pancreas. 1) Preparation of pancreatic β cell line As the pancreatic β cell line, the pancreatic β cell line MIN6 which one of the inventors of the present invention had already established was used. This cell line was isolated from an insulinoma of a transgenic mouse produced by introducing a fusion gene in which the SV40 T antigen gene was linked to the promoter of the human insulin gene into a fertilized egg and established as a cell line.
【0023】細胞は、ダルベッコ変法イーグル培地(2
5mmol/lグルコース,20%牛胎児血清,ペニシ
リン─ストレプトマイシン含有)で継代培養したものを
用い、37℃─5%CO2 の培養によりコンフルエント
に達した細胞を回収した。 2)細胞の3次元培養と、培養細胞の封入 まず、アガロースとPVMAの重合体にアガロースとコ
ラーゲン・ゲルを混合し、これにニコチンアミド含有培
養液を添加して培養基質とした。The cells were prepared from Dulbecco's modified Eagle medium (2
The cells subcultured with 5 mmol / l glucose, 20% fetal bovine serum, containing penicillin-streptomycin) were used to recover cells that reached confluence by culturing at 37 ° C. and 5% CO 2 . 2) Three-dimensional cell culture and encapsulation of cultured cells First, agarose and collagen gel were mixed with a polymer of agarose and PVMA, and a nicotinamide-containing culture solution was added thereto to obtain a culture substrate.
【0024】次いで、この培養基質中にMIN6細胞を
静かに混ぜ合わせたのち、実施例1と同様の拡散チャン
バーに直ちに注入し、ゲル基質を硬化させてハイブリッ
ド型人工膵臓を作成した。この人工膵臓は、D−グルコ
ース、FBSおよびニコチンアミド含有のRPMI16
40溶液に入れ、封入細胞の培養を続けた。 3)人工膵臓の移植とその効果の確認 上記3)で作成した人工膵臓を、ストレプトゾトシンに
よる糖尿病モデルラットの腹腔内に移植し、血糖値の変
化を経時的に測定した。Then, MIN6 cells were gently mixed in this culture substrate and immediately injected into the same diffusion chamber as in Example 1 to cure the gel substrate to prepare a hybrid artificial pancreas. This artificial pancreas contains RPMI16 containing D-glucose, FBS and nicotinamide.
40 solution was added and the culturing of the encapsulated cells was continued. 3) Transplantation of artificial pancreas and confirmation of its effect The artificial pancreas prepared in 3) above was transplanted into the abdominal cavity of a diabetic model rat by streptozotocin, and changes in blood glucose level were measured over time.
【0025】その結果、糖尿病ラットの血糖値(459
±30mg/dl)は、人工膵臓移植後7日間で、97
±12mg/dlまで低下し、この値は少なくとも4か
月間持続した。実施例3 世代の異なるブタの膵島細胞塊と、インスリノーマ由来
の膵β細胞株とを3次元的に混合培養し、培養基質と共
に拡散チャンバーに封入してハイブリッド型人工膵臓を
作成した。As a result, the blood glucose level of diabetic rats (459
± 30 mg / dl) is 97 days 7 days after the artificial pancreas transplantation.
It fell to ± 12 mg / dl, which persisted for at least 4 months. Example 3 Porcine islet cell masses of different generations and an insulinoma-derived pancreatic β-cell line were three-dimensionally mixed and cultured, and enclosed in a diffusion chamber together with a culture substrate to prepare a hybrid artificial pancreas.
【0026】すなわち、実施例1の1)で分離・収集し
たブタの膵島細胞(胎児、新生児および成熟のそれぞれ
の膵島細胞の混合塊)と、実施例2のMIN6細胞を、
実施例1の2)と同様に3次元的に培養し、これを図1
の拡散チャンバーに封入して人工膵臓を作成した。That is, the porcine islet cells (mixed mass of fetal, neonatal and mature islet cells) separated and collected in 1) of Example 1 and the MIN6 cells of Example 2 were
It was cultured three-dimensionally in the same manner as in 2) of Example 1, and this was cultured in FIG.
The artificial pancreas was prepared by enclosing it in the diffusion chamber of.
【0027】[0027]
【発明の効果】以上詳しく説明したとおり、この発明に
よって、生体に適した生理機能を有する移植細胞を、長
期間にわたって最適の細胞生物学的環境下に維持するこ
とのできるハイブリッド型人工膵臓が提供される。これ
によって、糖尿病の根治療法および膵臓の代替え臓器の
開発に新たな途が拓ける。INDUSTRIAL APPLICABILITY As described in detail above, the present invention provides a hybrid artificial pancreas capable of maintaining transplanted cells having physiological functions suitable for living bodies in an optimal cell biological environment for a long period of time. To be done. This will open up new ways to develop root cures for diabetes and alternative organs for the pancreas.
【図1】この発明のハイブリッド型人工膵臓に用いる拡
散チャンバーの一実施例を示した分解斜視図である。FIG. 1 is an exploded perspective view showing an embodiment of a diffusion chamber used in the hybrid type artificial pancreas of the present invention.
【図2】図1の拡散チャンバー内への細胞封入方法を示
した要部断面斜視図である。FIG. 2 is a cross-sectional perspective view of essential parts showing a method for encapsulating cells in the diffusion chamber of FIG.
1 Oリング 2 半透膜 3 リングホルダー 4 注射器 1 O-ring 2 Semi-permeable membrane 3 Ring holder 4 Syringe
Claims (5)
3次元培養した膵内分泌細胞を培養基質と共に封入して
なる人工膵臓であって、(1)膵内分泌細胞が、世代の
異なるブタの膵島細胞塊、外来性腫瘍遺伝子を保有する
トランスジェニック動物のインスリノーマに由来する膵
β細胞株、またはこれらの混合からなる細胞塊であり、
(2)培養基質が、少なくとも糖鎖含有メタクリル酸ポ
リマー,アガロース、コラーゲン・マトリックスおよび
ニコチンアミドを含有する、ことを特徴とするハイブリ
ッド型人工膵臓。1. A diffusion chamber having a polymer semipermeable membrane,
An artificial pancreas obtained by encapsulating three-dimensionally cultured pancreatic endocrine cells together with a culture substrate, wherein (1) the pancreatic endocrine cells are insulinoma of a transgenic animal having a pancreatic islet cell mass of a different generation and an exogenous oncogene. Is a pancreatic β cell line derived from, or a cell mass composed of a mixture of these,
(2) A hybrid artificial pancreas characterized in that the culture substrate contains at least a sugar chain-containing methacrylic acid polymer, agarose, a collagen matrix and nicotinamide.
および成熟のそれぞれの膵島細胞を混合培養してなる細
胞塊である請求項1のハイブリッド型人工膵臓。2. The hybrid type artificial pancreas according to claim 1, wherein the porcine islet cell mass is a cell mass obtained by mixing and culturing fetal, neonatal and mature porcine islet cells.
SV40T抗原遺伝子を結合した融合遺伝子を保有するト
ランスジェニック・マウスのインスリノーマより株化し
た膵β細胞、またはこの株化細胞にヒト・インスリン遺
伝子を導入して株化した膵β細胞、あるいはヒト・イン
スリン遺伝子を保有するトランスジェニック・マウスと
上記トランスジェニック・マウスとを交配して得たマウ
スのインスリノーマより株化した膵β細胞である請求項
1のハイブリッド型人工膵臓。3. A pancreatic β cell line established from an insulinoma of a transgenic mouse having a fusion gene in which an SV40 T antigen gene is linked to an insulin promoter, or a human insulin gene in this established cell line. The pancreatic β cell introduced and established, or the pancreatic β cell established from an insulinoma of a mouse obtained by mating a transgenic mouse having a human insulin gene with the transgenic mouse. Hybrid artificial pancreas.
有ポリスチレン誘導体とヒドロキシエチルメタクリレー
トの重合体である請求項1のハイブリッド型人工膵臓。4. The hybrid artificial pancreas according to claim 1, wherein the sugar chain-containing methacrylic acid polymer is a polymer of a sugar chain-containing polystyrene derivative and hydroxyethyl methacrylate.
的に放出する高分子を備える請求項1のハイブリッド型
人工膵臓。5. The hybrid artificial pancreas according to claim 1, wherein the diffusion chamber comprises a polymer that continuously releases nicotinamide.
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