JPS63198977A - 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。

〈従来技術及び発明が解決しようとする問題点〉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用基材上に
接着させ、増殖させるには、該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、
細胞の伸展、増殖に有効な形態と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、高分子材料に試薬を作用さ
せる化学処理により高分子材料表面に親水性官能基を導
入することが検討されているが、高分子材料は安定性が
高く、導入できる親水性官能基の種類が°限定されると
共にその導入量を多くすることも困難である。

また、高分子材料を表面処理して親水化した細胞培養用
基材として、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５７−２２８９１号公報参照）が提案されている。し
かしながら、上記のオゾンまたはプラズマ処理により得
られた細胞培養用基材は、高分子材料に特定の官能基が
導入された表面しか得られず、また、上記のように高分
子材料は安定な材料が多いので、官能基の導入量が極め
て少なく、これら従来の方法では、基材と細胞との接着
性および接着した細胞の伸展、増殖に必要かつ十分な化
学的、物理的表面改質を行うことができず、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
胞との接着性に優れ、細胞の増殖と機能維持を行うこと
のでき、高密度、長期間の細胞培養をｈ１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〉上記の問題
点を解決すべくなされた、この発明の細胞培養用基材は
、高分子基材が、プラズマ、スパッタリング、紫外線、
電子線、γ線、イオンおよびオゾンのいずれかにより表
面処理され、さらに化学処理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、多孔質材料であるのが好まし
い。また、上記基材が中空糸であるものが好ましい。

この発明の細胞培養用基材は、上記の構成よりなり、高
分子基材表面が、プラズマ、スパッタリング、紫外線、
電子線、γ線、イオンおよびオゾンのいずれかにより処
理され、活性が高められ反応性の高い表面に化学処理が
なされているので、量的および質的に多くの官能基を導
入することができる。これらの官能基が導入された基材
は、細胞との接着性に優れ、細胞が安定した形態、配置
で接着することができる。すなわち、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、糖脂質等が分布をもって埋めこまれており
、これらが、上記脂質二重層の中を自由に移動でき細胞
の接着に関与している。

上記官能基が導入された高分子基材は、膜内粒子とイオ
ン結合、疎水結合等により結合可能な部位を有するので
、細胞との接着性が高まると共に細胞を安定した形態、
配置で保持することができる。

従って、本発明の細胞培養用基材は、細胞の安定な接着
を促すと共に接着した細胞の良好な伸展および増殖を可
能にすることができる。

また、上記高分子基材が、多孔質材料であるときは、多
孔質材料の孔を通じて物質代謝が容品となり長期に亘り
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、この発明をより詳細に説明する。

この発明に使用される高分子基材としては、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、ポリビニルアセクール、
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。

上記高分子材料からなる基材は、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、チニーブ、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、物質代謝を容品にする孔を有する多孔質高分子
基材が好ましく、また、高密度培養を行なうには、チニ
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質高分子基
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、増殖させる
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５０〜１０００−程度の
ものが用いられる。

また、この発明の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、高分子基材は
１００〜３００−程度の粒径のものが用いられる。

上記高分子基材の表面をプラズマ、スパッタリング、紫
外線、電子線、γ線、イオンまたはオゾン処理する方法
は、いずれも慣用の手段が用いられる。これらの表面処
理により、高分子基材表面に、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を導入すること
ができると共に多数のラジカルサイトが残り、活性の高
い表面が形成され、試薬との反応性が高まり、化学処理
により多くの官能基を導入することができる。

上記処理において、プラズマ処理には慣用のプラズマ装
置が用いられ、例えば、ペルジャーにより構成される反
応容器内に対向する一対の電極を設け、その電極間に高
分子基材を保持した後、電極間に交流電源を接続して、
これにより電極間にプラズマを発生させ、このプラズマ
を高分子基材の表面に作用させる方法等が挙げられる。

スパッタリング処理には、慣用のスパッタリング装置が
用いられ、高分子基材は、真空槽内の陰極の近傍に配設
され、グロー放電により励起された正イオンは高分子基
材に衝突し、その運動エネルギーで基材表面が物理的に
改質される。さらに、雰囲気ガス中に、含酸素化合物（
例えば、酸素ガス、水等）、含窒素化合物（例えば、窒
素ガス、アンモニア等）のような反応しやすいガスを含
む場合には、上記スパッタリングにより活性化された表
面と反応し、酸化物、窒化物等が基材表面に導入され、
基材表面の親水性を一層高めることができる。

紫外線処理に使用される紫外線としては、高分子材料の
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。」１紀水銀灯としては
、８８８ｎａの波長が主である高圧水銀灯、２５３．７
ｎ膳および１Ｂ４．９ｎｍ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、Ａ　ｒ　％　Ｈｅ−Ｃｄ　％　
Ｎ　２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に与え、基材を化学的およ
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所
望の高分子基材の表面に照射することにより行なわれる
。

電子線処理における電子線源としては、各種の電子線加
速機、コックロフトワルソン型、バンプグラフ型、共振
変圧器型等が使用でき、また照射線量としては、１〜５
０Ｍｒａｄ程度が用いられる。

γ線照射処理に用いられる線源としては、一般にコバル
ト６０が利用される。照射線量は特に限定されず、基材
の種類、活性化させる程度等により適宜選択される。

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÷％　Ａ　ｒ
　”、Ｃ”、Ｎ十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０．０５ｋ
ｅｖ〜５００Ｋｅｙ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。

オゾン処理する方法は、慣用の方法が用いられ、例えば
、高分子基材が配設された反応容器内に、オゾン発生装
置により発生させたオゾン（必要に応じて、アルゴン等
の不活性ガスとの混合ガスとして）を導入することによ
り行われる。所望に応じて、加圧条件下に行なってもよ
く、また有機溶媒等を用いてもよい。反応容器中のオゾ
ンの濃度は、通常０．２〜１０容量％、好ましくは０．
３〜３容量％とされ、反応は通常室温で行われる。

オゾン処理した後、通常の方法に従って、水洗、乾燥さ
れる。

上記処理の内、紫外線、電子線およびイオン処理の場合
には、高分子基材表面の全面に均一な処理のみならず、
部分的に、例えば、格子模様、縞模様、水玉模様等のよ
うにパターン化された微細模様に処理することも可能で
、このように微細模様に処理された表面に化学処理を行
うことで、微細模様に沿って多くの官能基が導入された
表面を形成することができる。このような基材にあって
は接着する細胞の配置を制御することができ、細胞との
接着性が安定化し、ひいては細胞の伸展、増殖および機
能発現をより高めることができる。

このようにプラズマ、スパッタリング、紫外線、電子線
、γ線、イオンまたはオゾン処理された高分子基材表面
を化学処理することにより、この発明の細胞培養用基材
が得られる。化学処理は、上記基材に無機または有機試
薬を作用させて行われ、作用させる試薬の種類により、
またはその後の処理により、種々の官能基、例えば、カ
ルボニル基、カルボキシ基、スルホ基、ニトロ基、アミ
ノ基、チオール基、水酸基等を基材表面に導入すること
ができる。

上記化学処理は高分子基材の化学構造に応じて適宜選択
されるが、例えば、クロム酸、過酸、過酸化水素、過ヨ
ウ素酸、硝酸等の酸化剤で処理することにより、カルボ
ニル基、ヒドロパーオキシド基、アルデヒド基等が導入
される。さらに、これらの官能基は酸化または還元する
ことにより、カルボキシ基、水酸基等に変換することが
できる。

また、クロルスルホン酸、発煙硫酸等のスルホン化剤を
作用させることによりスルホ基を導入することができ、
発煙硝酸、濃硝酸、硝酸と硫酸混合酸等のニトロ化剤を
作用させることによりニトロ基を導入することができ、
該ニトロ基は還元することによりアミノ基に変換するこ
とができる。さらに、ハロゲン含有ポリマーにあっては
、ジチオカーバメート誘導体と反応させた後、加水分解
してチオール基を導入することもできる。

なお、化学処理は、上記の例に限定されるものではなく
、いわゆる高分子反応として、高分子と無機または有機
の低分子化合物との反応として知られている全ての反応
が適用できる。

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ニー
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
ジニールの一例を、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（ｂ
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口）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（７）で被冠し、所定の培養条件の下、上記
培養液を前記管（５）を通じて所定時間層流させること
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並びに比較例１および２ ポリプロピレンフィルム（膜厚１００　／ｌ／ｌ）を４
５１−φの円形に打ち抜き、１３．５８　ＭＨｚの高周
波電源を有するスパッタリング装置のターゲット部分に
装着し、窒素ガスを５　ｃｃ／分で流しながら、放電出
カフ０Ｗ１ガス圧力０．０８Ｔｏｒｒｓ処理時間１５分
の条件でスパッタリング処理した。処理されたフィルム
を、重クロム酸カリウム７５ｇ１濃硫酸１５００ｇ、蒸
溜水１２０　ｇの混合溶液中に１０゛分間浸漬した後、
取出し、蒸溜水でよく洗浄した。これを４５ｍ醜φのガ
ラスシャーレにスパッタリング処理と化学処理がなされ
ている面を表面に出してセットし、高圧蒸気滅菌後、ヒ
ト由来子宮顕部癌細胞（ＨｅｌａＳ−３）を培養した。

培養液は、１０％牛脂児血清を含むイーグルＭＥＭ培地
を用い、培養液１　ｍｌ当たり２×１０４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、３日間の培養を行なったところ、培養液１
　ｍｌ当たり、平均２．７×１０５個の細胞数となり、
良好な増殖が観察された。

一方、ポリプロピレンフィルムを、そのまま用いた他は
、実施例１と同様にして培養試験を行なった比較例１で
は、培養液１　ｍｌ当たり平均８．４×１０４個の細胞
数となった。また、ポリプロピレンフィルムを、上記実
施例１と同様なスパッタリング処理を行なっただけのフ
ィルムを用い、上記実施例１と同様にして培養試験を行
なった比較例２では、培養液１　ｍｌ当たり平均１．６
×１０５個の細胞数となった。

実施例２ 四弗化エチレン樹脂多孔質フィルム（住友電気工業■製
、フロロポアＦＰ−０２２）をＬｉ２Ｑ　ＭＨｚの高周
波電源を有するペルジャー型プラズマ装置にセットし、
酸素ガスを１０ｃｃ／分で流しながら、放電出力１００
　Ｗ、圧力０．２０Ｔｏｒｒ、処理時間１５分の条件で
プラズマ処理した。処理されたフィルムを、金属ナトリ
ウムを含む表面処理剤（潤工社製、テトラエッチ）中に
、１分間浸漬後、取り出してエタノール、続いて蒸溜水
に浸し洗浄した。このフィルムをプラズマ処理−化学処
理がなされた面が上に向くようにして、添付図面に示さ
れる細胞培養器（内径４７龍φ）に装着し、全体を高圧
蒸気滅菌後、孔（４）からハムスター仔腎由来細胞（Ｂ
ＨＫ−２１）のイーグルＭＥＭ（１０％牛脂児血清添加
）懸濁液（細胞数２．　１　Ｘ　１０４個／　ｍｌ　）
を満たした。前記孔（４）には、細菌をカットするフィ
ルター付きの蓋（７）をし、管（５）を通じて新鮮なイ
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をトリ
プシン−ＥＤＴＡ溶液で分離し、細胞数を計算したとこ
ろ、２．ｌＸ１０５個／ｍｌであった。

〈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、プラズマ、スパッタリング、紫外線、電子
線、γ線、イオンおよびオゾンのいずれかにより表面処
理され、活性が高められた表面に化学処理がされている
ので、高分子基材表面に多くの官能基が導入されており
、細胞との親和性に優れ、細胞と基材との接着性を高め
ることができ、高密度かつ長期間の細胞培養が可能にな
るという特有の効果を奏する。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、Ｇ）・・・ハウジング、（４）・・・孔、■
・・・管。 特許出願人　　住友電気工業株式会社 （ばか３名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高分子基材が、プラズマ、スパッタリ ング、紫外線、電子線、γ線、イオンお よびオゾンのいずれかにより表面処理さ れ、さらに化学処理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項または第２項記載の細胞 培養用基材。