JPS63196282A - 細胞培養用基材 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、細胞培養用基材に関する。さらに詳細には
、動物細胞を培養するために使用される細胞培養用基材
に関するものである。

〈従来の技術〉 近年、生物の細胞を培養し、その細胞の代謝活動により
有用な生理活性物質、例えば、ワクチン、ホルモン、イ
ンターフェロン等を生産する研究が活発に行われている
。

このような方法において、従来、接着性動物細胞の培養
は、ガラス、プラスチック製のシャーレ、試験管、培養
ビンなどを用いて行なわれてきた。

また、最近、マイクロキャリアや中空糸を培養用基材と
して用い、より高密度の培養や、長期の培養を行なう試
みがなされつつある。接着性動物細胞を培養周基村上に
接着させ、増殖させるには、基材表面と細胞の接着性が
良好であることと共に接着した細胞の形態、配列が、接
着後の伸展、増殖に有効な形態になっていることが必要
である。

しかしながら、従来から細胞培養用基材として用いられ
ている高分子材料は賦形性、耐久性に優れるものの、上
記接着性等の点に関して不適当であり、高密度かつ長期
間の細胞培養を行なうことができず、いずれも十分な成
果を上げるに至っていない。

この問題点を改善するため、上記高分子材料を表面処理
して親水化した細胞培養用基材が提案されている。例え
ば、高分子材料がオゾンで処理された組織培養用材料（
特開昭５２−４１２９１号公報参照）、低温プラズマで
処理された組織培養用゛担体粒子（特開昭５７−２２８
９１号公報参照）や、プラズマ重合により基体表面に薄
膜を形成する細胞培養床の製造方法（特開昭８１−５２
２８１号公報参照）が提案されている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、上記のオゾン処理により得られた細胞培
養用基材は、高分子材料がオゾンにより酸化された表面
しか得られず、接着性の改善には不十分である。また、
低温プラズマによる場合、電子、イオン、ラジカル、光
が作用するので、均質に処理された基材を得るのが困難
であるばかりか、処理条件を制御することが困難である
。さらに、これらの方法による細胞培養用基材は、いず
れも材料表面の全面が画一的に処理された基材しか得ら
ず、接着した細胞の配列、形態を、細胞の伸展、増殖に
有利な官能基の配向分布状態に制御することができない
という問題がある。従って、上記の細胞培養用基材は、
細胞との接着性および細胞の伸展性と増殖性が不十分で
あり、細胞培養を高密度かつ長期に亘って行なうことが
できないという問題点がある。

く目　的〉 この発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、細
胞の接着性、伸展および増殖に優れ、高密度かつ長期間
の細胞培養を可能ならしめる細胞培養用基材を提供する
ことを目的とする。

く問題点を解決するための手段および作用〉上記目的を
達成するため、この発明の細胞培養用基材としては、高
分子基材が、単分子膜の累積膜で被覆されていることを
特徴とするものである。

なお、上記高分子基材は多孔性であるのが好ましい。ま
た、高分子基材は中空糸であるのが好ましい。また単分
子膜の累積膜はポリペプチドからなるものが好ましい。

さらには、累積膜は、紫外線、電子線またはイオン照射
により部分的に処理されているのが好ましく、特に、格
子模様、縞模様、水玉模様等に処理されているのが好ま
しい。

上記の構成の細胞培養用基材によれば、高分子基材が、
単分子膜の累積膜で被覆されているので、基材表面には
、上記累積膜を構成する材料および単分子膜の累積状態
に応じて、正、または負の電荷を有する官能基が存在し
、この官能基は、細胞との接着に関与する。より詳細に
は、水に不溶性の有機化合物を水面上に展開することに
より有機化合物の親水基、疎水基が所定方向に配向した
単分子膜を作製することができ、この単分子膜を適当な
圧力を加えて高分子基村上に移し取ることにより、官能
基が所定方向に配向した状態の単分子膜で被覆すること
ができる。この被覆状態では基材と単分子膜とが強固に
接着する。上記操作を繰返すことにより、官能基の配向
が制御された構造を有する累積膜で上記基材を被覆でき
る。また、細胞表面の細胞膜の構造は、脂質二重層の中
に、膜内粒子と呼ばれる各種の糖蛋白質、糖脂質が分布
をもって埋めこまれており、これらは自由に脂質二重層
の中を移動でき、上記累積膜表面の官能基と接着する。

従って、基材表面の官能基の配向と分布が重要な意義を
宵する細胞培養において、本発明の細胞培養用基材は、
前記累積膜表面の官能基を有する部位により細胞の接着
性を高めることができ、細胞の伸展、増殖がを効に行な
われる。

また、単分子膜の累積膜がポリペプチドからなるときは
、ポリペプチドが細胞との接着性、伸展および増殖に有
用な官能基を有するだけでなく、ポリペプチドの種類を
変えることにより、細胞の接着等に関与する前記官能基
を容易に選択することができる。

また、前記累積・膜が、紫外線、電子線またはイオン照
射により部分的に処理されているときは、前記プラズマ
処理と異なり、イオンや電子衝撃がなく、上記紫外線等
を照射するだけでよいため、反応制御が容易であるばか
りか、累積膜の全面照射のみならず、部分的に紫外線等
を照射することにより微細加工を容易に施すことができ
る。上記基材を被覆する累積膜が、紫外線等の照射によ
り部分的に処理されて微細加工されると、親水性の程度
の異なる部分が微細模様状に配置された膜表面が得られ
るので、上記のような構造を有する細胞膜は、イオン結
合、疎水結合等により細胞が安定した形態、配列で基材
の累積膜上に接着することができ、ひいては細胞の伸展
、増殖を促進することができる。特に、格子模様、縞模
様、水玉模様等のように一定のパターンをもって紫外線
等で処理されているものは、上記の効果を一層高めるこ
とができる。

さらに、上記高分子基材が、多孔性であるときは、孔を
通じて物質代謝が容易となり長期に亘り細胞培養するこ
とができる。特に、前記高分子基材が中空糸であるもの
は、中空部内や中空糸の外側に培養液等を潅流すること
により、中空糸上に細胞を高密度に育成、増殖させるこ
とができる。

以下、この発明の詳細な説明する。

この発明の細胞培養用基材は、高分子材料からなる高分
子基材と、この基材の表面を被覆する単分子膜の累積膜
とからなる。

上記高分子材料としては、賦形性、機械的強度を有する
ものであればいかなるものでも使用でき、例えば、ポリ
エチレン、ポリプロピレン、塩素化ポリエチレン、アイ
オノマー等のオレフィン系重合体、ポリテトラフルオロ
エチレン、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素系樹脂、ポ
リスチレン等のスチレン系樹脂、ポリメチルメタクリレ
ート等のアクリル系樹脂、ポリビニルアルコール、ポリ
酢酸ビニル、ポリビニルアセタール、ポリアクリロニト
リル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカー
ボネート、ボリアリレート、ポリフェニレンオキサイド
、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタ
レート等のポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミ
ド、ポリイミド、ポリスルホン、セルロース系樹脂、シ
リコーン樹脂、ポリウレタンなどの種々の重合体もしく
は共重合体またはそれらのブレンド物が例示できる。

上記高分子基材は、種々の形態に形成でき、例えば、シ
ャーレ、フラスコ等の成形品の他、フィルム、チューブ
、中空糸、繊維、微粒子等の形態が例示できる。これら
の形態のうち、長期に亘り細胞培養を行なうには、物質
代謝を容易にする孔を有する多孔性高分子基材が好まし
く、また、高密度培養を行なうには、チューブ、中空糸
の形状が好適である。特に、物質代謝が容易で、高密度
培養を長期に亘り行なえる多孔性高分子基材からなる中
空糸が好ましい。この中空糸を用いるとき、培養液を、
中空糸の中空部または外側に潅流させ、必要に応じて炭
酸ガスや空気等を上記中空糸の中空部等に送ることによ
り、細胞を中空糸上で育成し、増殖することができる。

なお、中空糸としては、種々の大きさのものが使用でき
、例えば、内径５０〜１０００μ農程′度のものが用い
られる。

また、この発明にかかる細胞培養用基材をマイクロキャ
リアー法のビーズ担体として使用する場合には、高分子
基材としては１００〜３００μｍ程度の粒径のものが用
いられる。

この発明の細胞培養用基材は、細胞との接着性を高め、
細胞の伸展、増殖を促進するため、上記高分子基材の表
面が単分子膜の累積膜で被覆されている。

上記単分子膜は、水に不溶性の有機化合物を水面上に展
開することにより作製することができ、展開状態では親
水基が水相側に、疎水基が気相側に配向する。また、上
記単分子膜を、適当な圧力を加えて前記基材上に移し取
ることにより、官能基が所定方向に配向した状態の単分
子膜で上記基材を被覆することができる。従って、上記
操作を繰返すことにより、親水基、疎水基の配向が制御
された累積膜を作成することができる。特に、上記累積
膜は表面圧を調整することにより前記官能基の配向状態
を制御できるので、このようにして作製された累積膜は
、細胞との接着性、細胞の伸展、増殖に有用である。

上記累積膜を形成する有機化合物としては、低分子化合
物、高分子化合物等の多くの有機化合物が使用できる。

低分子化合物としては、例えば、カプリル酸、カプリン
酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステア
リン酸、ジオキシステアリン酸、ベヘン酸、リグノセリ
ン酸、モンタン酸等の飽和脂肪酸、オレイン酸、エライ
ジン酸、エルカ酸、リノール酸、リルン酸、エレオステ
アリン酸、アラキドン酸、リシルイン酸等の不飽和脂肪
酸等の脂肪酸；上記脂肪酸からの誘導体、例えば、メタ
ノール、エタノール、プロピルアルコール、イソプロピ
ルアルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコ
ール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール
、ポリプロピレングリコール、グリセリン、トリメチロ
ールプロパン、ペンタエリトリトール、ソルビタン等の
一価または多価アルコールとのエステル；カプリル酸ア
ミド、カプリン酸アミド、ラウリン酸アミド、ミリスチ
ン酸アミド、パルミチン酸アミド、オレイン酸アミド、
ステアリン酸アミド等の前記脂肪酸のアミド；ラウリル
アルコール、セチルアルコール、オレイルアルコール、
ステアリルアルコール等の高級アルコール；あるいは上
記脂肪酸のビニル化合物等が例示できる。また、上記高
分子化合物としては、種々の高分子が使用できるが、天
然ペプチド、合成ポリペプチド等が好ましく、所望する
官能基に応じて適宜選択することができる。

なお、上記ポリペプチドは、直鎖状、環状ポリペプチド
であってもよい。上記ポリペプチドのうち、特に、正電
荷を有するポリリジンやポリオルニチンのポリアミノ酸
が好ましい。これらは、表面に負の電荷を有する前記細
胞の接着を促進する。

また、上記高分子基材を被覆する累積膜は、紫外線、電
子線またはイオン照射処理、特に、部分的に照射処理さ
れているのが好ましい。これらの表面処理により、細胞
との接着性に関与する前記累積膜の官能基の分布を制御
することができる。

すなわち、前記累積膜の表面に、カルボキシ基、カルボ
ニル基、ヒドロパーオキシド基等の官能基が導入され、
親水性の程度の異なる部分を微細模様状に形成できるの
で、細胞を安定した形態、配列で基材の累積膜上に接着
させ、ひいては細胞の伸展、増殖を促進することができ
る。

前記累積膜を上記紫外線、電子線またはイオン照射処理
する方法は、いずれも慣用の手段が用いられる。

上記紫外線としては、前記基材を被覆する累積膜表面で
化学反応を生じさせる波長のものが使用され、紫外線の
うち、２００ｎｍ未満の遠紫外線は、光エネルギーが大
きいため、より効率的に処理することができる。

なお、上記紫外線を放射する光源としては、クセノンア
ーク、メタルハライドランプなども使用できるが、大面
積の処理が可能な水銀灯やコヒーレントで微細加工が可
能なレーザが好適に用いられる。上記水銀灯としては、
３８８ｎａ＋の波長が主である高圧水銀灯、２５３．７
ｎｍおよび１８４．９ｎｍの波長の光を同時に放射する
低圧水銀灯が例示できる。

また、レーザとしては、Ａｒ、Ｈｅ−Ｃｄ、Ｎ２等のレ
ーザの他に、短波長と高出力の光を放射するエキシマレ
ーザが利用できる。エキシマレーザは、短時間に高いエ
ネルギーを基材の累積膜に与え、前記累積膜を化学的お
よび物理的に大きく改質できるため、好適に用いられる
。

上記紫外線による処理は、紫外線を種々の雰囲気中で前
記累積膜の表面に照射することにより行なわれる。例え
ば、空気中で紫外線を照射すると、前記累積膜の表面に
カルボニル基が生成する他、ヒドロペルオキシド基や過
酸基も生じる。

また、電子線処理における電子線源としては、各種の電
子線加速器、コックロフトワルトン型、バンプグラフ型
、共振変圧型等が使用できる。また、上記電子線として
は、累積膜の種類および所望する処理の程度に応じて種
々の照射線量、例えば、１〜５０Ｍｒａｄのものが使用
できる。

イオン処理は、慣用のイオンビーム照射装置が用いられ
、イオンシャワーにより試料全体に照射される他、マス
クや集束イオンビームの採用により、部分的、微細模様
に照射される。イオンとしては、各種のイオンを用いる
ことができ、特に限定されないが、Ｈｅ中、Ａｒ＋、Ｃ
＋、Ｎ＋等のイオンを例示することができる。また、好
適なイオンエネルギーの値としては０．０５ｋｅｖ〜５
００Ｋｅｖが挙げられ、この値未満では効果が小さく、
またこの値を越えると基材の炭化が顕著に進み好ましく
ない。

上記紫外線等の照射は、前記累積膜表面の全面に行なっ
てもよいが、紫外線等の照射を部分的に行ない、微細加
工することにより、細胞の接着性を安定化させ、細胞の
伸展と増殖を増大させることができる。紫外線等を部分
的に照射する場合、格子状、縞模様、水玉模様等の微細
模様に照射することにより、上記効果をさらに増進でき
る存用な表面を形成することができる。また、エキシマ
レーザおよび電子線は、短時間に高いエネルギーを前記
累積膜に与え、累積膜を化学的に大きく改質できる他、
累積膜表面を微細な凹凸状に微細加工する物理的改質も
できるので、細胞の物質代謝をも促進できるという利点
がある。

なお、上記微細模様は、適宜の手段により形成すること
ができ、例えば、フォトマスクを使用して前記紫外線等
を照射したり、レーザ、電子線を操作することにより、
上記微細模様状にミクロンオーダーの精度で所望の間隔
を有する模様状に描くことができる。

この発明の細胞培養用基材は、種々の細胞の培養に使用
することができ、細胞の種類は特に限定されず生体由来
細胞、ハイブリドーマ−等が挙げられ、例えば、チャイ
ニーズハムスター肺由来細胞ｖ−７９、ヒト子宮癌由来
細胞ＨｅＬａ、ヒト胎児肺由来細胞ＭＲＣ−５、ヒト肝
由来細胞Ｃｈａｎｇ　Ｌｉｖｅｒ　’％ヒト肺由来正二
倍体線維芽細胞ＩＲＣ−９０、ヒトリンパ腫由来ナマル
バ細胞等が例示される。

また、この発明の細胞培養用基材を用いて動物細胞を培
養する場合、培養する細胞の種類に応じて種々の培養液
が用いられ、細胞の増殖に適した至適温度、ｐＨ等の条
件で培養が行なわれる。

本発明の細胞培養用基材は、従来公知の種々のモジュー
ルにて、動物細胞の増殖に適用できる。

本発明の細胞培養基材としてフィルム状基材を用いたモ
ジュールの一例を、添付図面に基づいて説明すると以下
の通りである。

添付図面に示す細胞培養器は、サポートスクリーン（２
）上に載置されたフィルム状細胞培養用基材（１）の両
端が、ポリカーボネート等からなるハウジングＧ）内の
両側に設けられたスペーサ（６）により保持されている
。また、上記ハウジング（３）には、増殖させる細胞懸
濁液をハウジング（３）内に満すための孔（４）が設け
られていると共に、培養液を潅流させるための管（５）
が取付られている。なお、上記孔（４）は、細菌等が侵
入するのを防止するため、フィルター付きのＭ　（７）
で被冠されている。

上記の細胞培養器を用いて細胞を増殖させるには、上記
孔（４）から細胞懸濁液を注入して細胞を前記基材（１
）上に接着させると共に、前記孔（４）をフィルター付
きの上記蓋σ）で披冠し、所定の培養条件の下、上記培
養液を前記管（５）を通じて所定時間泡流させることに
より行なわれる。

〈実施例〉 以下、実施例に基づいてこの発明をより詳細に説明する
。

実施例１および比較例 清浄な水面にポリリジン（分子ｆｆｉ　４０００−１５
０００）の酢酸アンモニウム溶液（濃度０．０１ｖｔ％
）を滴下し、表面圧を０．２ｄｙｎｅ／ｃｍに保って単
分子膜を展開した。この単分子膜をポリエチレンテレフ
タレート（膜厚１００μ鳳、径４５ｍｇ＋φの円形フィ
ルム）上に水平付着法によって移し取る操作を２０回繰
り返すことで、その累積膜を積層した複合膜を得た。こ
の複合膜を石英板上に描かれたクロムスマスクの画像を
通して２５０〜３００ｎｍ波長の紫外線をＤｅｅｐＵＶ
露光装置により３０分間照射し、１μｍの格子状模様（
処理部幅１μｆｆ１）に処理されたフィルムを得た。こ
の処理フィルムを径４５ｍａ＋φのガラスシャーレにセ
ットし、高圧蒸気滅菌後、チャイニーズハムスター肺由
来細胞（Ｖ−７９）を培養した。培養液として１０重量
％牛脂児血清を含むイーグルＭＥＭ培地を用いた。培養
液１１！当りＩ　Ｘ　１０４個の培養細胞を播種し、５
％炭酸ガス、９５％空気雰囲気の温度３７℃の環境下、
７日間の培養を行なったところ、培養液１１１当たり平
均４．７Ｘ１０６個の細胞数となり、良好な増殖が観察
された。

一方、ポリエチレンテレフタレートフィルムをそのまま
用いたほかは、上記実施例と同様に試験を行なった比較
例では培養液１１１当り平均９．０×１０５個の細胞数
となった。

実施例２ 実施例１と同じ手順に従ってポリ（γ−ベンジルーし一
グルタメート）（分子量１５．０００−３０．０００）
の累積膜（２０回操作）を四弗化エチレン樹脂多孔質フ
ィルム（住人電気工業■製、フロロポアＦＰ−０１０）
に積層して、その複合膜を得た。このフィルムを添付図
面に示す細胞培養器（内径４７ｎ＋ａ＋φ）に装着し、
全体を高圧蒸気滅菌後、孔（４）からヒト胎児包皮由来
細胞（Ｐｌｏｗ　７０００）のイーグルＭＥＭ（１０％
牛脂児血清添加）＠濁液（細胞数２×１０４個／厭）を
満した。孔（４）には、細菌をカットするフィルターの
蓋（７）をし、管（５）を通して新鮮なイーグルＭＥＭ
培地を潅流し、３７℃で１週間培養を行なった。培養終
了後、フィルムに付着している細胞数を測定したところ
４．ＢＸ１０４個／　ｘｌに増殖していることがわかっ
た。

〈発明の効果〉 以上のように、この発明の細胞培養用基材によれば、高
分子基材が、単分子膜の累積膜で被覆されているので、
細胞との接着性に優れる親水性基′等の官能基の配向が
制御された累積膜が基材表面に存在し、細胞との接着性
並びに細胞の伸展性および増殖性に優れ、高密度かつ長
期間の細胞培養が可能となるという特をの効果を奏する
。従って、この発明の細胞培養用基材は、動物細胞の培
養によるホルモン等の有用物の生産システムに利用でき
る他、例えばインスリン産生細胞を基材表面に接着、培
養することにより人工膵臓が形成できるように人工臓器
の構築に利用できる。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の細胞培養用基材を用いた細胞培養器
の一例を示す断面図である。 （１）・・・細胞培養用基材、（２）・・・サポートス
クリーン、（３）・・・ハウジング、（４）・・・孔、
（５）・・・管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高分子基材が、単分子膜の累積膜で被 覆されていることを特徴とする細胞培養 用基材。 ２、高分子基材が、多孔性である上記特許 請求の範囲第１項記載の細胞培養用基材。 ３、高分子基材が、中空糸である上記特許 請求の範囲第１項記載の細胞培養用基材。 ４、単分子膜の累積膜が、ポリペプチドか らなる上記特許請求の範囲第１項記載の 細胞培養用基材。 ５、単分子膜の累積膜が、紫外線、電子線 またはイオン照射により部分的に処理さ れている上記特許請求の範囲第１項また は第４項記載の細胞培養用基材。 ６、単分子膜の累積膜が、格子模様状に処 理されている上記特許請求の範囲第５項 記載の細胞培養用基材。 ７、単分子膜の累積膜が、縞模様に処理さ れてい上記特許請求の範囲第５項記載の 細胞培養用基材。 ８、単分子膜の累積膜が、水玉模様に処理 されている上記特許請求の範囲第５項記 載の細胞培養用基材。