JPWO2017104558A1 - Hollow fiber membrane and hollow fiber module for cell culture - Google Patents

Hollow fiber membrane and hollow fiber module for cell culture Download PDF

Info

Publication number
JPWO2017104558A1
JPWO2017104558A1 JP2017556021A JP2017556021A JPWO2017104558A1 JP WO2017104558 A1 JPWO2017104558 A1 JP WO2017104558A1 JP 2017556021 A JP2017556021 A JP 2017556021A JP 2017556021 A JP2017556021 A JP 2017556021A JP WO2017104558 A1 JPWO2017104558 A1 JP WO2017104558A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hollow fiber
fiber membrane
cells
cell culture
medium
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.)
Pending
Application number
JP2017556021A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
達哉 山口
達哉 山口
真希子 平岡
真希子 平岡
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.)
Toyobo Co Ltd
Original Assignee
Toyobo Co Ltd
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 Toyobo Co Ltd filed Critical Toyobo Co Ltd
Publication of JPWO2017104558A1 publication Critical patent/JPWO2017104558A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D63/00Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02Hollow fibre modules
    • B01D63/04Hollow fibre modules comprising multiple hollow fibre assemblies
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M25/00Means for supporting, enclosing or fixing the microorganisms, e.g. immunocoatings
    • C12M25/10Hollow fibers or tubes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/08Hollow fibre membranes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D71/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06Organic material
    • B01D71/66Polymers having sulfur in the main chain, with or without nitrogen, oxygen or carbon only
    • B01D71/68Polysulfones; Polyethersulfones
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M25/00Means for supporting, enclosing or fixing the microorganisms, e.g. immunocoatings
    • C12M25/10Hollow fibers or tubes
    • C12M25/12Hollow fibers or tubes the culture medium flowing outside the fiber or tube

Abstract

【課題】本発明は、細胞接着因子のコーティングを必要とせず、細胞の接着、培養が可能な中空糸膜および前記中空糸膜を用いる細胞培養方法を提供することを課題とする。
【解決手段】細胞を内表面および/または外表面に播種して培養するための中空糸膜であって、該中空糸膜が疎水性高分子のみからなることを特徴とする細胞培養用の中空糸膜および前記中空糸膜を複数本束ねた中空糸束が格納された中空糸モジュールおよび前記中空糸モジュールを細胞培養容器として用いる細胞培養方法。
【選択図】なし
An object of the present invention is to provide a hollow fiber membrane that does not require coating of a cell adhesion factor and can adhere and culture cells, and a cell culture method using the hollow fiber membrane.
A hollow fiber membrane for seeding and culturing cells on an inner surface and / or an outer surface, wherein the hollow fiber membrane is composed of only a hydrophobic polymer. A hollow fiber module storing a yarn membrane and a hollow fiber bundle obtained by bundling a plurality of hollow fiber membranes, and a cell culture method using the hollow fiber module as a cell culture container.
[Selection figure] None

Description

本発明は、細胞を培養するための培養基材として用いる中空糸膜および中空糸モジュールに関する。   The present invention relates to a hollow fiber membrane and a hollow fiber module used as a culture substrate for culturing cells.

幹細胞は臓器や組織を形成し得る細胞であり、成体であってもほとんどの臓器や組織に存在していると考えられている。幹細胞のうち胚性幹細胞(ES細胞)や人工多能性幹細胞(iPS細胞)は万能細胞であり全ての組織や臓器に分化する能力を持っている。一方、体性幹細胞は全ての臓器や組織に分化できるわけでなく特定の組織や臓器に分化する。ヒト組織から採取できる体性幹細胞は患者自身から採取でき、拒絶反応の恐れがないため細胞移植治療に用いる移植用細胞として注目されている。   Stem cells are cells that can form organs and tissues, and are considered to be present in most organs and tissues even in adults. Among the stem cells, embryonic stem cells (ES cells) and induced pluripotent stem cells (iPS cells) are all-purpose cells and have the ability to differentiate into all tissues and organs. On the other hand, somatic stem cells cannot differentiate into all organs and tissues, but differentiate into specific tissues and organs. Somatic stem cells that can be collected from human tissues can be collected from patients themselves, and since there is no fear of rejection, they have been attracting attention as cells for transplantation used in cell transplantation therapy.

ヒトにおける体性幹細胞は現在までに間葉系幹細胞、造血幹細胞、神経幹細胞、心筋幹細胞、膵幹細胞、皮膚幹細胞、骨髄幹細胞、網膜幹細胞、角膜内皮幹細胞などが知られている。しかし、これら体性幹細胞は組織中には極めて少数しか存在しない。   Somatic stem cells in humans are known to date such as mesenchymal stem cells, hematopoietic stem cells, neural stem cells, cardiac muscle stem cells, pancreatic stem cells, skin stem cells, bone marrow stem cells, retinal stem cells, corneal endothelial stem cells, and the like. However, there are very few somatic stem cells in the tissue.

そこで、生体組織から得られた体性幹細胞を生体外で培養し、治療に必要な細胞数まで増幅した後、同一人又は他人の治療に使用するという細胞移植治療の研究が進展し、実用化され始めている。   Therefore, cell transplantation treatment research that advances somatic stem cells obtained from living tissue in vitro, amplifies the number of cells necessary for treatment, and uses it for the treatment of the same person or others, has been put to practical use. Being started.

しかしながら、一般に実施されている細胞培養の作業では、生物学的な汚染のリスクが高いことや、人件費によるコスト高などが課題となるため、細胞移植治療の更なる発展には安全かつ低コストで幹細胞を培養することが求められる。   However, in general cell culture work, there are high risks of biological contamination and high costs due to labor costs, so it is safe and low-cost for further development of cell transplantation therapy. To culture stem cells.

ところで、生体内において接着性であった細胞は、生体外においても培養基材に接着しなければ増殖あるいは生存することが出来ない。このため、接着性の幹細胞を培養するには、培養基材への接着を促すコラーゲンやフィブロネクチンのような細胞接着因子の存在が必要である。   By the way, cells that are adhesive in vivo cannot grow or survive unless they adhere to the culture substrate even in vitro. For this reason, in order to culture an adherent stem cell, the presence of a cell adhesion factor such as collagen or fibronectin that promotes adhesion to a culture substrate is required.

特許文献1には、中空糸膜を用いた細胞培養システムが開示されている。2種類の中空糸膜が細胞を播種する基材として示されており、デスモパン(登録商標)(0.5%熱可塑性ポリウレタン)およびポリフラックス(商品名)(ポリアミド+ポリアリールエーテルスルホン+ポリビニルピロリドン混合物)が試験されている。これらの膜特性は不明であるが、ポリフラックスに関しては、ポリビニルピロリドンの混合物であることから親水化膜である。また、特許文献2には、65−95%の疎水性高分子と5−35%の親水性高分子からなる中空糸膜を用いた細胞培養システムが開示されており、前述のポリフラックスの使用例が示されている。これらの文献からは、中空糸膜型の細胞培養装置により、効率的な拡大培養を実施できることが示されている。しかしながら、本文献によれば、培養を行うに際して、膜の使用に先立ち、血小板溶解物、血漿、フィブロネクチンのような表面処理を施すことで、所望の培養が行えることが示されており、接着性細胞の培養においては、予め何らかの細胞接着因子を基材にコーティングすることが必要となることが示されている。特許文献3には、浮遊細胞の培養において中空糸膜を用いた技術が開示されている。該文献には、疎水性の中空糸膜を用いることにより、ガスの供給と培地交換を行うことが示されているが、中空糸膜を細胞培養のための基材として用いるものではない。また、特許文献4には、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンまたはポリアリールエーテルスルホン、およびポリビニルピロリドンを含む膜に、4〜100vol%の濃度の酸素の存在下で、12.5〜175kGyのガンマ線またはベータ線または電子ビームを照射することにより、表面修飾物質での何らかの前処理なしに接着細胞を培養できる技術が開示されている。   Patent Document 1 discloses a cell culture system using a hollow fiber membrane. Two types of hollow fiber membranes are shown as substrates for seeding cells, Desmopan® (0.5% thermoplastic polyurethane) and Polyflux (trade name) (polyamide + polyarylethersulfone + polyvinylpyrrolidone) The mixture) has been tested. Although these membrane characteristics are unknown, the polyflux is a hydrophilic membrane because it is a mixture of polyvinyl pyrrolidone. Patent Document 2 discloses a cell culture system using a hollow fiber membrane composed of 65-95% hydrophobic polymer and 5-35% hydrophilic polymer, and uses the polyflux described above. An example is shown. These documents indicate that efficient expansion culture can be carried out with a hollow fiber membrane type cell culture device. However, according to this document, it is shown that the desired culture can be performed by performing a surface treatment such as platelet lysate, plasma, and fibronectin prior to the use of the membrane. It has been shown that in cell culture, it is necessary to coat a substrate with some cell adhesion factor in advance. Patent Document 3 discloses a technique using a hollow fiber membrane in suspension cell culture. This document shows that gas supply and medium exchange are performed by using a hydrophobic hollow fiber membrane, but the hollow fiber membrane is not used as a substrate for cell culture. Patent Document 4 discloses a gamma ray or a beta ray of 12.5 to 175 kGy in a membrane containing polysulfone, polyethersulfone or polyarylethersulfone, and polyvinylpyrrolidone in the presence of oxygen at a concentration of 4 to 100 vol%. Alternatively, a technique is disclosed in which adherent cells can be cultured without any pretreatment with a surface modifying substance by irradiation with an electron beam.

しかしながら、こうした細胞接着因子を培養基材へコーティングすることは、接着因子の材料コストおよび作業にかかるコスト増をもたらす。さらに、こうしたコスト増の問題もさることながら、細胞接着因子が動物由来成分である場合には、未知の感染のリスクを新たに生むこととなる。近年、遺伝子組換え大腸菌により製造された細胞接着因子を用いることにより、感染リスクの低減がもたらされてはいるものの、こうした製造においては組換え大腸菌の培養工程に用いられる培地成分一つ一つの由来追跡など煩雑な作業が必要となる場合もある。
したがって、これら課題を解決するためには、細胞接着因子のコーティングを必要とせずに細胞を接着させ、かつ培養・増殖することが出来る培養基材を提供する必要がある。
However, coating such a cell adhesion factor onto a culture substrate results in increased material costs and work costs for the adhesion factor. Furthermore, when the cell adhesion factor is an animal-derived component, a new risk of infection is newly created, in addition to the problem of such cost increase. In recent years, the risk of infection has been reduced by using cell adhesion factors produced by genetically modified E. coli, but in such production, each of the medium components used in the cultivation process of recombinant E. coli In some cases, complicated work such as origin tracking is required.
Therefore, in order to solve these problems, it is necessary to provide a culture substrate capable of adhering cells and culturing and growing them without requiring a coating of a cell adhesion factor.

特表2009−540865号公報Special table 2009-540865 特表2010−523118号公報Special table 2010-523118 特開2014−117190号公報JP 2014-117190 A 特表2012−503688号公報Special table 2012-503688 gazette

本発明は、細胞接着因子のコーティング処理や電子線等による表面改質等の前処理を必要としない、細胞の接着、培養が可能な中空糸膜および中空糸膜を用いる細胞培養方法を提供することを課題とする。   The present invention provides a hollow fiber membrane capable of cell adhesion and culture, and a cell culture method using the hollow fiber membrane, which does not require a pretreatment such as a cell adhesion factor coating treatment or surface modification with an electron beam or the like. This is the issue.

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、以下に示す手段により、上記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has found that the above problems can be solved by the following means, and has reached the present invention.

すなわち、本発明は、以下の構成からなる。
1. 細胞を内表面および/または外表面に播種して培養するための中空糸膜であって、該中空糸膜が疎水性高分子のみからなることを特徴とする細胞培養用の中空糸膜。
2. 前記疎水性高分子が70度以上93度以下の接触角を有する高分子である1に記載の中空糸膜。
3. 前記疎水性高分子が、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンからなる群から選ばれる1種以上である1または2に記載の中空糸膜。
4. 1〜3のいずれかに記載の中空糸膜を複数本束ねた中空糸束が格納された細胞培養用の中空糸モジュール。
5. 4に記載の中空糸モジュールを細胞培養容器として用いる細胞培養方法。
6. 4に記載の中空糸モジュールを細胞培養容器として含む細胞培養装置。
That is, this invention consists of the following structures.
1. A hollow fiber membrane for culturing cells by seeding and culturing cells on the inner surface and / or outer surface, wherein the hollow fiber membrane is composed only of a hydrophobic polymer.
2. 2. The hollow fiber membrane according to 1, wherein the hydrophobic polymer is a polymer having a contact angle of 70 degrees or more and 93 degrees or less.
3. The hollow fiber membrane according to 1 or 2, wherein the hydrophobic polymer is one or more selected from the group consisting of polyethersulfone, polysulfone, polyvinylidene fluoride, and polyethylene.
4). A hollow fiber module for cell culture in which a hollow fiber bundle obtained by bundling a plurality of hollow fiber membranes according to any one of 1 to 3 is stored.
5. A cell culture method using the hollow fiber module according to 4 as a cell culture container.
6). A cell culture apparatus comprising the hollow fiber module according to 4 as a cell culture container.

本発明により、細胞接着因子のコーティング処理が不要な培養基材としての中空糸膜を提供することが可能となる。また、本発明の中空糸膜を用いることにより、間葉系幹細胞などの各種細胞を、安全、簡便かつ高効率に培養することができる細胞培養系の構築、提供を可能とする。   According to the present invention, it is possible to provide a hollow fiber membrane as a culture substrate that does not require a cell adhesion factor coating treatment. Further, by using the hollow fiber membrane of the present invention, it is possible to construct and provide a cell culture system that can culture various cells such as mesenchymal stem cells safely, simply and with high efficiency.

本発明の中空糸モジュールの一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the hollow fiber module of this invention. 本発明の細胞培養装置の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the cell culture apparatus of this invention.

本発明において、「疎水性」とは水との馴染み難さ(「親水性」の場合は、水との馴染み易さ)を表している。例えば、高分子と水との疎水性、親水性を客観的に示す指標の例として、接触角が挙げられる。接触角は、高分子のシート、フィルムまたは膜の表面に置いた水滴の固体、液体及び気体の接する部位から、液体の曲面に接線を引いたとき、この接線と固体表面のなす角度と定義するものであり、例えば、JIS R3257(1999)の静滴法に準拠して測定された値である。接触角が小さいほど親水性が高く、接触角が大きくなるほど疎水性が高くなる。   In the present invention, “hydrophobic” means difficulty in conforming to water (in the case of “hydrophilic”, facilitating conformity to water). For example, a contact angle may be mentioned as an example of an index that objectively indicates the hydrophobicity and hydrophilicity of a polymer and water. The contact angle is defined as the angle formed by the tangent line and the solid surface when the tangent line is drawn on the curved surface of the liquid from the contact area of the solid, liquid and gas of the water droplet placed on the surface of the polymer sheet, film or membrane. For example, it is a value measured based on the sessile drop method of JIS R3257 (1999). The smaller the contact angle, the higher the hydrophilicity, and the larger the contact angle, the higher the hydrophobicity.

(中空糸膜)
本発明において、中空糸膜を構成する高分子は、細胞を中空糸膜表面に保持でき、溶液や低分子の物質を透過させるような構造をとることができるものであれば、特に限定されず、ポリテトラフルオロエチレン(接触角:104度)、ポリウレタン(同:96度)、ポリエーテルスルホン(同:85〜90度)、ポリフッ化ビニリデン(同:82度)、ポリスルホン(同:77度)、ポリエチレン(同:73〜88度)、セルローストリアセテート(同:67度)、エチレンビニルアルコール共重合体(同:55〜65度)、これらの誘導体などが挙げられる。しかし、疎水性が強すぎると、細胞接着性は良いが、液体培地(以下、単に培地と称することがある)に対する濡れ性が低下する問題がある。一方、親水性が強すぎると、培地に対する濡れ性は良いが、細胞接着性が低下する問題がある。したがって、本発明においては、細胞接着性と培地に対する濡れ性を両立するために、接触角が概ね70度以上、93度以下の高分子を選択するのが好ましい。このような高分子を用いて作製された中空糸膜の表面に培地が触れると、フィブロネクチンをはじめとするタンパク質が短時間のうちに吸着する。これにより、中空糸膜表面に細胞が速やかに接着することが出来るため、その後に増殖へと移行させることができる。
(Hollow fiber membrane)
In the present invention, the polymer constituting the hollow fiber membrane is not particularly limited as long as it can hold cells on the surface of the hollow fiber membrane and can take a structure that allows a solution or a low-molecular substance to permeate. , Polytetrafluoroethylene (contact angle: 104 degrees), polyurethane (same: 96 degrees), polyethersulfone (same: 85-90 degrees), polyvinylidene fluoride (same: 82 degrees), polysulfone (same: 77 degrees) , Polyethylene (73:88 degrees), cellulose triacetate (67 degrees), ethylene vinyl alcohol copolymer (55:65 degrees), and derivatives thereof. However, if the hydrophobicity is too strong, the cell adhesion is good, but there is a problem that the wettability with respect to a liquid medium (hereinafter sometimes simply referred to as a medium) is lowered. On the other hand, if the hydrophilicity is too strong, the wettability to the medium is good, but there is a problem that the cell adhesiveness is lowered. Therefore, in the present invention, it is preferable to select a polymer having a contact angle of generally 70 degrees or more and 93 degrees or less in order to achieve both cell adhesion and wettability to a medium. When the medium comes into contact with the surface of the hollow fiber membrane produced using such a polymer, fibronectin and other proteins are adsorbed in a short time. Thereby, since a cell can adhere | attach to a hollow fiber membrane surface rapidly, it can be made to transfer to proliferation after that.

本発明において、中空糸膜は、前記疎水性高分子のみからなるものが好ましいが、他の成分として、水濡れ性を付与する目的でグリセリン等の低分子成分や製膜に用いた溶媒、非溶媒の残留成分、架橋防止剤や抗酸化剤等の低分子添加剤が含まれていてもよい。   In the present invention, the hollow fiber membrane is preferably composed only of the hydrophobic polymer, but as other components, a low molecular component such as glycerin for the purpose of imparting water wettability, a solvent used for film formation, Residual components of the solvent, low molecular additives such as crosslinking inhibitors and antioxidants may be included.

本発明において、中空糸膜の大きさについても特に制限はないが、内径は好ましくは100〜1000μm、より好ましくは150〜500μm程度のものが利用される。膜厚についても、特に制限はないが、中空糸膜が適度な強度を保ち、かつ物質の透過性に大きな支障がない範囲で設定すればよく、例えば10〜150μm程度が好ましい。中空糸膜の内側に細胞を播種し、培地をかん流する培養を行う場合は、中空糸膜の内径は、二次元的な効果として、細胞の播種、増殖する面積、細胞密度だけでなく、三次元的な効果である、コンパクト性のみならず、培地との接触容積、培地の流れ、線速度、せん断力などに影響する設計や操作条件と関わる事項となることから、中空糸培養のメリットを活かす要件となる。   In the present invention, the size of the hollow fiber membrane is not particularly limited, but the inner diameter is preferably 100 to 1000 μm, more preferably about 150 to 500 μm. The film thickness is not particularly limited, but may be set in a range in which the hollow fiber membrane maintains an appropriate strength and does not have a significant problem with the permeability of the substance, and is preferably about 10 to 150 μm, for example. When seeding cells inside the hollow fiber membrane and culturing to perfuse the medium, the inner diameter of the hollow fiber membrane is not only a two-dimensional effect, but also the seeding of cells, the area to proliferate, the cell density, Advantages of hollow fiber culture because it is a matter related to design and operating conditions that affect not only compactness, which is a three-dimensional effect, but also the contact volume with the medium, the flow of the medium, the linear velocity, and the shear force. It becomes a requirement to make use of.

本発明において、中空糸膜の孔径は、細胞は通過させないが水、塩類、タンパク質などの培地成分は通過させる通孔であれば、特に限定されるものではないが、細胞の培養を考慮すると物質交換の効率のよい比較的大きな孔径を有する方が望ましく、平均孔径が0.001〜0.5μmであることが好ましく、0.01〜0.1μm程度がより好ましい。また、分画分子量(篩係数が0.1未満となる分子量)は、1〜100万が好ましく、2〜20万程度がより好ましい。さらに、膜の孔径は、培養に伴う各種生体成分の吸着や目詰まりの影響も受けることになる。すなわち、最適な設計は、これらの物質との相互作用を鑑みて実施されるべきである。   In the present invention, the pore diameter of the hollow fiber membrane is not particularly limited as long as it is a pore that does not allow cells to pass through but allows medium components such as water, salts, and proteins to pass through. It is desirable to have a relatively large pore size with good exchange efficiency, and the average pore size is preferably 0.001 to 0.5 μm, more preferably about 0.01 to 0.1 μm. The molecular weight cut off (molecular weight at which the sieve coefficient is less than 0.1) is preferably 1 to 1,000,000, and more preferably about 2 to 200,000. Furthermore, the pore size of the membrane is also affected by the adsorption and clogging of various biological components that accompany the culture. That is, the optimum design should be implemented in view of the interaction with these materials.

本発明において、中空糸膜の透水性についても特に制限はないが、好ましくは10〜1000mL/m/hr/mmHg、より好ましくは20〜500mL/m/hr/mmHgである。透水性が小さすぎると、十分な物資移動を発現できない。また、透水性が大きすぎると、中空糸膜の内腔および外腔に培地などを流した場合に、膜間の圧力差が生じ、勝手にろ過が発生したり、中空糸膜の長さ方向で流れ(培地成分)の分布(濃度差)ができてしまうため好ましくない。In the present invention, the water permeability of the hollow fiber membrane is not particularly limited, but is preferably 10 to 1000 mL / m 2 / hr / mmHg, more preferably 20 to 500 mL / m 2 / hr / mmHg. If the water permeability is too small, sufficient material movement cannot be expressed. Also, if the water permeability is too large, a pressure difference between the membranes will occur when a medium or the like is passed through the inner and outer cavities of the hollow fiber membrane, and filtration may occur on its own, or the length of the hollow fiber membrane This is not preferable because a flow (medium component) distribution (concentration difference) can be generated.

前記したように、本発明の中空糸膜は、培地に接触することにより速やかに培地中に含まれるタンパク質の吸着が起こるが、それによって細胞培養中の膜の透水性や物質透過性が損なわれることは好ましくない。本発明の中空糸膜は、細胞接着を促すタンパク質の付着と共に、培養中の細胞に対し、栄養素やガスの供給と老廃物の除去などの物質交換を培養基材である膜を介して効率よく実施することが可能である。   As described above, the hollow fiber membrane of the present invention rapidly adsorbs the protein contained in the medium by contacting the medium, but this impairs the water permeability and substance permeability of the membrane during cell culture. That is not preferable. The hollow fiber membrane of the present invention efficiently exchanges substances such as supply of nutrients and gas and removal of waste products to cells in culture together with the adhesion of proteins that promote cell adhesion. It is possible to implement.

また、本発明において、中空糸膜は、フィブロネクチンのような分子量(約40万)の大きなタンパク質を透過しないことが好ましい。膜に付着したタンパク質を足場にして細胞が接着し、更に、細胞自身が作り出すタンパク質も加えた充分な細胞外マトリックスが形成され、培養に適した良好な細胞増殖環境を形成・維持することが可能となる。   In the present invention, it is preferable that the hollow fiber membrane does not pass a protein having a large molecular weight (about 400,000) such as fibronectin. Cells adhere to the membrane using the protein attached to the membrane, and a sufficient extracellular matrix is formed with the addition of the protein produced by the cell itself, enabling the formation and maintenance of a favorable cell growth environment suitable for culture. It becomes.

本発明において、中空糸膜を培養基材として用いるメリットは、通常のシャーレやフラスコ培養では実現できない膜を介した物質交換ができることであり、栄養分や酸素、二酸化炭素の供給(濃度調整)と老廃物の除去を効率的に行うことができる。しかしながら同時に、必要な成分が過剰に除かれてしまう懸念もあるため、細孔径を最適にコントロールすることにより、細胞近傍の培養環境を良好なものとし、培養効率の向上を達成できる。ただし、細孔径(物質透過性)は、培地中のタンパクや細胞分泌タンパク(主に細胞接着性の細胞外マトリックスを形成するフィブロネクチンなど)の吸着による影響を非常に受けやすい。従って、これらの影響下においても、十分な物質交換がなされることが必要となる。従来技術では、この点を補うために、膜の親水化が好ましく実施されていた。しかし、細胞の接着性を向上するためには、高度に精製された細胞接着因子を長時間(1晩〜1日)かけて基材にコーティングする処理が必要であった。本発明は、特定の範囲の接触角を有する高分子からなる中空糸膜を用いることにより、前記タンパクが膜表面に速やかに付着し、細胞の接着性が向上されたものである。   In the present invention, the merit of using a hollow fiber membrane as a culture substrate is that material exchange is possible through a membrane that cannot be realized by ordinary petri dish or flask culture, and supply (concentration adjustment) of nutrients, oxygen, and carbon dioxide and waste An object can be efficiently removed. However, at the same time, there is a concern that necessary components may be excessively removed. Therefore, by controlling the pore diameter optimally, the culture environment in the vicinity of the cells can be improved and the culture efficiency can be improved. However, the pore size (substance permeability) is very susceptible to the adsorption of proteins in the medium and cell secreted proteins (mainly fibronectin that forms a cell-adhesive extracellular matrix). Therefore, even under these influences, it is necessary that a sufficient mass exchange be performed. In the prior art, in order to make up for this point, the membrane has been preferably hydrophilized. However, in order to improve the adhesiveness of the cells, a treatment for coating the substrate with a highly purified cell adhesion factor for a long time (1 night to 1 day) was required. In the present invention, by using a hollow fiber membrane made of a polymer having a contact angle in a specific range, the protein quickly adheres to the membrane surface, and the adhesiveness of cells is improved.

(中空糸モジュール)
本発明において、例えば、筒状容器に数十〜数万本の中空糸束を格納することにより細胞培養容器である中空糸モジュールを作製することができる。このような中空糸モジュールは、中空糸膜の大きさにもよるが、単位容積あたりの培養面積を大きくとることができ、また、培養操作も簡便化することが出来るため、省スペースで安全性の高い細胞培養を実施することが出来る。
(Hollow fiber module)
In the present invention, for example, a hollow fiber module that is a cell culture container can be produced by storing several tens to several tens of thousands of hollow fiber bundles in a cylindrical container. Depending on the size of the hollow fiber membrane, such a hollow fiber module can take a large culture area per unit volume and can simplify the culture operation. High cell culture.

このような中空糸膜を用いたモジュールの構成は特に限定されないが、例えば、図1に示すように、4つの開口部(端部導管および側部導管)を有するモジュールケース3に中空糸膜4が適宜必要な本数束ねられて充填されている形態が挙げられる。前記4つの開口部のうち、2つの端部導管1aまたは1bは、それぞれ前記中空糸束の両端において各中空糸膜の内腔(中空部)と外腔を分離した状態で、中空糸膜の中空部を閉塞しないように適当なシール材(例えば、ポリウレタン系ポッティング剤)によりモジュールケース端部に接着固定されており、前記端部導管1aまたは1bの一方から導入された液体などが中空糸膜の中空部を通ってもう一方の端部導管1bまたは1aから導出される(すなわち、一方向に流れる)ように構成されている。一方、前記開口部のうち、残りの2つの側部導管2aまたは2bは、前記モジュールケース3の内側であって、かつ前記中空糸束の外側である空間(以下、単に「外腔」とも呼ぶ)と接続されており、前記側部導管2aまたは2bの一方から導入された液体などがモジュールの外腔を通ってもう一方の側部導管2bまたは2aから導出される(すなわち、一方向に流れる)ように構成されている。   Although the structure of the module using such a hollow fiber membrane is not specifically limited, For example, as shown in FIG. 1, the hollow fiber membrane 4 is provided in the module case 3 having four openings (end conduit and side conduit). Can be bundled and filled as necessary. Of the four openings, two end conduits 1a or 1b are formed in the hollow fiber membrane in a state in which the lumen (hollow part) and the outer cavity of each hollow fiber membrane are separated at both ends of the hollow fiber bundle. Adhering and fixing to the end of the module case with an appropriate sealing material (for example, polyurethane-based potting agent) so as not to block the hollow portion, the liquid introduced from one of the end conduits 1a or 1b is a hollow fiber membrane. It is configured to be led out from one end conduit 1b or 1a (that is, to flow in one direction) through the hollow portion. On the other hand, of the openings, the remaining two side conduits 2a or 2b are inside the module case 3 and outside the hollow fiber bundle (hereinafter also simply referred to as “external cavity”). ) And the liquid introduced from one of the side conduits 2a or 2b is led out from the other side conduit 2b or 2a that passes through the outer lumen of the module (ie, flows in one direction). ) Is configured as follows.

本発明において、細胞培養容器として前記中空糸モジュールを用いる場合、細胞培養は、中空糸膜の内腔または外腔のいずれにおいて行っても良いが、内腔で培養を行うのが好ましい。例えば、内腔にて、細胞を培養する際は、細胞縣濁液を端部導管より注入して内腔に充填することにより中空糸膜の内表面に細胞を播種し、播種終了後、細胞懸濁液を培地に切り換えてかん流し、一定期間培養を行う。この間、同時に、外腔へも培地を側部導管より注入し、かん流するのが好ましい。   In the present invention, when the hollow fiber module is used as a cell culture container, the cell culture may be performed in either the lumen or the outer lumen of the hollow fiber membrane, but the culture is preferably performed in the lumen. For example, when culturing cells in the lumen, cells are seeded on the inner surface of the hollow fiber membrane by injecting a cell suspension from the end conduit and filling the lumen, and after seeding, The suspension is perfused by switching to a culture medium and cultured for a certain period of time. During this time, it is preferable that the medium is injected into the outer space from the side conduit and perfused at the same time.

液体培地は、細胞に必要な養分や酸素・二酸化炭素などのガスを供給する役割を有する。培養期間中、ガス交換および細胞への栄養供給、老廃物除去のため、内腔、外腔ともに培地を一方向に供給し続けることが好ましい。その際、ポンプ等を用いることにより、適切な速度で循環させたり、供給・排出したりすることができる。   The liquid medium has a role of supplying nutrients necessary for the cells and gases such as oxygen and carbon dioxide. During the culture period, it is preferable to continue supplying the medium in one direction in both the inner and outer lumens for gas exchange, nutrient supply to cells, and removal of waste products. At that time, by using a pump or the like, it can be circulated at an appropriate speed, supplied or discharged.

前記中空糸モジュールは、適切な方法で滅菌し、市場に供給される。滅菌方法については、特に制限はないが、例えば、高圧蒸気滅菌、電子線滅菌、放射線滅菌、エチレンオキサイドガス滅菌等が挙げられる。   The hollow fiber module is sterilized by an appropriate method and supplied to the market. The sterilization method is not particularly limited, and examples thereof include high-pressure steam sterilization, electron beam sterilization, radiation sterilization, and ethylene oxide gas sterilization.

本発明において、培養容器として中空糸モジュールを用いることにより、細胞へ常に新鮮な培地を供給することができるため、培養容器としてシャーレや多段フラスコ等を用いる際に必要な培地の交換作業は不要となり、作業者の拘束時間やコンタミネーションのリスクを減らすことができる。   In the present invention, by using a hollow fiber module as a culture container, it is possible to always supply a fresh medium to the cells, so that the medium replacement work required when using a petri dish or a multistage flask as a culture container is not required. , The operator's restraint time and contamination risk can be reduced.

(培養の対象となる細胞)
本発明において、培養の対象となる細胞は、特に限定されるものではないが、接着性の動物細胞が好適である。細胞の由来も特に限定されず、ヒト、ブタ、イヌ、マウス等のいずれの動物由来のものも使用できる。また、接着性の動物細胞は、初代培養細胞及び株化細胞の双方を対象とすることができる。また、表皮角化細胞、血管内皮細胞、繊維芽細胞、肝細胞などのプライマリー細胞や、さらに胚性幹細胞、人工多能性幹細胞、間葉系幹細胞、脂肪前駆細胞、肝幹細胞などの幹細胞、前駆細胞でもよい。また、これらの細胞は、培養前に外来遺伝子が導入された細胞であってもよいし、抗体やリガンドなどの刺激因子などで予め刺激、加工されている細胞であっても良い。
(Cells to be cultured)
In the present invention, the cells to be cultured are not particularly limited, but adhesive animal cells are preferable. The origin of the cells is not particularly limited, and those derived from any animal such as humans, pigs, dogs and mice can be used. Adhesive animal cells can target both primary cultured cells and established cells. In addition, primary cells such as epidermal keratinocytes, vascular endothelial cells, fibroblasts and hepatocytes, stem cells such as embryonic stem cells, induced pluripotent stem cells, mesenchymal stem cells, adipose precursor cells, hepatic stem cells, progenitors It may be a cell. In addition, these cells may be cells into which a foreign gene has been introduced before culturing, or may be cells that have been previously stimulated and processed with stimulating factors such as antibodies and ligands.

(細胞培養装置)
図2は、本発明の細胞培養装置の構成例の一つを示す。図2において、5および6はそれぞれ、液体培地貯留容器(培養バッグなど)である。液体培地貯留容器5からは、無菌接続コネクタ41およびバルブ21を経由して、細胞培養容器10(中空糸モジュール)の端部導管(図1の1a)に回路が接続され、液体培地貯留容器5に入っている培地が細胞培養容器10の内腔に移送できるようになっている。一方、液体培地貯留容器6からは、無菌接続コネクタ42およびバルブ23を経由して、細胞培養容器10の側部導管(図1の2a)に回路が接続され、液体培地貯留容器6に入っている培地が細胞培養容器10の外腔に移送できるようになっている。
(Cell culture device)
FIG. 2 shows one configuration example of the cell culture device of the present invention. In FIG. 2, 5 and 6 are liquid medium storage containers (culture bags etc.), respectively. A circuit is connected from the liquid medium storage container 5 to the end conduit (1a in FIG. 1) of the cell culture container 10 (hollow fiber module) via the aseptic connection connector 41 and the valve 21, and the liquid medium storage container 5 The contained medium can be transferred to the lumen of the cell culture container 10. On the other hand, a circuit is connected from the liquid culture medium storage container 6 to the side conduit (2a in FIG. 1) of the cell culture container 10 via the aseptic connection connector 42 and the valve 23, and enters the liquid culture medium storage container 6. The culture medium can be transferred to the outer space of the cell culture container 10.

細胞培養容器10の端部導管(図1の1b)からは、ポンプ31を経由して、廃液回収容器(または細胞回収容器)7まで回路が接続され、細胞培養容器10を通過した培地が廃棄できるようになっている。なお、前記回路に設けられたポンプ31により、液体培地貯留容器5から細胞培養容器10への液体(培地など)の供給、前記細胞培養容器10からの前記液体の排出、および前記液体の廃棄などにおける流速等を制御することができる。一方、細胞培養容器10の側部導管(図1の2b)からは、ポンプ30を経由して、廃液回収容器7まで回路が接続され、細胞培養容器10を通過した培地が廃棄できるようになっている。なお、前記回路に設けられたポンプ30により、液体培地貯留容器6から細胞培養容器10への液体(培地など)の供給、前記細胞培養容器10からの前記液体の排出、および前記液体の廃棄などにおける流速等を制御することができる。   A circuit is connected from the end conduit (1b in FIG. 1) of the cell culture container 10 to the waste liquid collection container (or cell collection container) 7 via the pump 31, and the medium passing through the cell culture container 10 is discarded. It can be done. The pump 31 provided in the circuit supplies liquid (such as a medium) from the liquid medium storage container 5 to the cell culture container 10, discharges the liquid from the cell culture container 10, and discards the liquid. It is possible to control the flow rate and the like. On the other hand, a circuit is connected from the side conduit (2b in FIG. 1) of the cell culture container 10 to the waste liquid collection container 7 via the pump 30, so that the medium that has passed through the cell culture container 10 can be discarded. ing. The pump 30 provided in the circuit supplies liquid (such as a medium) from the liquid medium storage container 6 to the cell culture container 10, discharges the liquid from the cell culture container 10, and discards the liquid. It is possible to control the flow rate and the like.

図2において、少なくとも液体培地貯留容器5、6および細胞培養容器10は、COインキュベータ50内に収容されているのが好ましい。また、上記の操作や工程の制御、およびモニタリングを行うため作業コントローラ(作業パネル)60を付加してもよい。In FIG. 2, at least the liquid medium storage containers 5 and 6 and the cell culture container 10 are preferably accommodated in a CO 2 incubator 50. In addition, a work controller (work panel) 60 may be added to perform the above operations and process control and monitoring.

(細胞の培養)
本発明の中空糸膜を用い、例えば、中空糸膜内腔において細胞を培養する場合には、前述の中空糸モジュールを用い、端部導管の一方から細胞を懸濁した液を中空糸膜内腔に流入させることにより、細胞を播種することが出来る。一定時間静置し、細胞を中空糸膜表面に接着させた後、インキュベータ内に設置した中空糸モジュールに連続あるいは間欠的に培地を送り込むことにより細胞を培養、増殖させることが出来る。培地は、細胞に必要な養分や酸素・二酸化炭素などのガスを供給する役割を有する。また、培地は、培養細胞の種類に応じて決定され、当該細胞の培地として通常用いられるものであればよい。本発明の培養方法は、無血清培養にも用いることができる。
(Cell culture)
When the hollow fiber membrane of the present invention is used, for example, when cells are cultured in the lumen of the hollow fiber membrane, the above-described hollow fiber module is used, and the liquid in which the cells are suspended from one of the end conduits is contained in the hollow fiber membrane. Cells can be seeded by flowing into the cavity. After allowing to stand for a certain period of time and allowing the cells to adhere to the surface of the hollow fiber membrane, the cells can be cultured and proliferated by continuously or intermittently feeding the medium to the hollow fiber module installed in the incubator. The medium has a role of supplying nutrients necessary for the cells and gases such as oxygen and carbon dioxide. In addition, the medium may be determined according to the type of the cultured cell, and may be any medium that is normally used as the medium for the cell. The culture method of the present invention can also be used for serum-free culture.

また、培地の供給にあたり、液体培地貯留容器は内腔および外腔に対して別々のものを用いても良いし、1つの容器から内腔および外腔の両方に培地を分配供給しても良い。この場合、内腔の培地組成と外腔の培地組成は同一であっても異なっていても良い。また、内腔の培地流速と外腔の培地流速は同一であっても異なっていても良いが、外腔の培地流速を早めるのがより好ましい。   In addition, when supplying the culture medium, separate liquid culture medium storage containers may be used for the lumen and the outer cavity, and the medium may be distributed and supplied from one container to both the lumen and the outer cavity. . In this case, the medium composition of the inner cavity and the medium composition of the outer cavity may be the same or different. The medium flow rate in the lumen and the medium flow rate in the outer lumen may be the same or different, but it is more preferable to increase the medium flow rate in the outer lumen.

細胞培養中の培地の流速については、特に制限はないが、細胞が増殖するのに応じて適宜流速を調整するのが好ましい。特に、対数増殖期に入るまでの培養初期段階においては、栄養供給と細胞周囲の微小環境の維持のために、流速を厳密に制御する必要がある。即ち、流速が遅すぎると、細胞への栄養供給が十分になされず、細胞が増殖しにくくなる。逆に、流速が速すぎると、細胞の周囲の環境変化が大きくなる。流速の調整は、培地中のグルコースや乳酸の濃度変化をモニターし、これをもとに行うことが好ましい。   The flow rate of the medium during cell culture is not particularly limited, but it is preferable to appropriately adjust the flow rate according to cell growth. In particular, in the initial stage of culture until entering the logarithmic growth phase, it is necessary to strictly control the flow rate in order to supply nutrients and maintain the microenvironment around the cells. That is, if the flow rate is too slow, nutrient supply to the cells is not sufficient, and the cells are difficult to grow. Conversely, if the flow rate is too fast, the environmental changes around the cells will increase. The flow rate is preferably adjusted based on monitoring changes in glucose and lactic acid concentrations in the medium.

本発明において、前記中空糸モジュール内の培地の流れは、一方向であることが好ましい。具体的には、培地が常に一方の端部導管から導入され、反対側の導管(導出口)に向けて流れる形態が挙げられる。一旦、中空糸モジュールから導出された培地を再度導入口から導入する、いわゆる循環式であってもよい。また、中空糸膜の内腔と外腔の少なくとも一方が循環式であってもよいし、その両方が循環式であってもよい。   In the present invention, the medium flow in the hollow fiber module is preferably unidirectional. Specifically, a form in which the culture medium is always introduced from one end conduit and flows toward the opposite conduit (outlet) can be mentioned. A so-called circulation system in which the medium derived from the hollow fiber module is once again introduced from the introduction port may be used. In addition, at least one of the inner and outer cavities of the hollow fiber membrane may be circulating, or both may be circulating.

本発明において、細胞播種後および/または細胞培養中は、中空糸モジュールの回転、震とう、あるいはローリング等を行っても良い。このような操作を行うことは、例えば、中空糸膜の内腔に播種した細胞を中空糸膜の表面に均一に分散・接着させるとか、気泡が発生した場合に除去しやすいとか、培養細胞に満遍なく培地の栄養を行き渡らせる、などの点で好ましい。   In the present invention, the hollow fiber module may be rotated, shaken, rolled, or the like after cell seeding and / or during cell culture. Such an operation can be performed, for example, by uniformly dispersing and adhering the cells seeded in the lumen of the hollow fiber membrane to the surface of the hollow fiber membrane, or by removing easily when bubbles are generated, It is preferable in terms of spreading the nutrients of the medium evenly.

(細胞の回収)
本発明において、中空糸膜を用いて培養された細胞を回収するための手段は、特に限定されない。例えば、中空糸膜の内腔において細胞を培養した場合には、培地のかん流を停止した後、中空糸膜の内腔および外腔に存在する培地を除去するため、二価陽イオンフリーのリン酸緩衝生理食塩水(PBS)を一定時間かん流させ、培地を充分PBSに置換する。次に、PBSを除去し、トリプシン等のプロテアーゼ溶液を中空糸膜の内腔と外腔へ充填し、一定時間インキュベートする。このような処理により、培養細胞を中空糸膜から剥離させた後、培地などを中空糸膜の内腔へ流入することにより中空糸膜から流し出し、細胞を回収することが出来る。
(Recovery of cells)
In the present invention, the means for recovering cells cultured using the hollow fiber membrane is not particularly limited. For example, when cells are cultured in the lumen of the hollow fiber membrane, the perfusion of the medium is stopped, and then the medium existing in the lumen and the outer cavity of the hollow fiber membrane is removed. Phosphate buffered saline (PBS) is perfused for a certain period of time, and the medium is thoroughly replaced with PBS. Next, PBS is removed, and a protease solution such as trypsin is filled into the inner and outer cavities of the hollow fiber membrane and incubated for a certain period of time. By such treatment, the cultured cells are detached from the hollow fiber membrane, and then the medium is flowed into the lumen of the hollow fiber membrane to flow out of the hollow fiber membrane, thereby collecting the cells.

以下、本発明の有効性について実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例における中空糸膜の製造に関して、以下に代表的な製造方法を記載する。本発明における中空糸膜の製造は、非溶媒誘起型相分離法、または熱誘起型相分離法により製造される。非溶媒誘起型相分離による製膜は、高分子を溶媒に溶解した紡糸原液および水を主体とした内部凝固液を作製し、円筒2重管ノズルの中心口から内部凝固液、外周スリットから紡糸原液を吐出し、エアギャップ部を経た後に、外部凝固液に浸漬し、相分離による膜形成を起こすと共に脱溶媒を行い、その後洗浄、必要によりグリセリンなどの付与を行った後に、乾燥させるものである。また、熱誘起型相分離法での製膜は、高分子と潜溶媒を高温溶融させた紡糸原液を作製し、中空部の形成のための内部液(またはガス)と共に円筒2重管ノズルの中心口から内部液、外周スリットから紡糸原液を吐出し、エアギャップ部での急速冷却による相分離による膜形成を経た後に、洗浄、必要によりグリセリンなどの付与を行った後、乾燥させるものである。なお、グリセリンは、中空糸膜そのものの疎水性や親水性に影響を与えるものではなく、中空糸膜の細孔にグリセリンを充填しておくことにより、乾燥による細孔変形の抑制や培養への使用直前の水や培地への置換を容易に行うための細孔への水の導入材として機能するものである。疎水性の膜の場合は、水との接触のみでは、表面張力により、細孔内を容易に水に置換することが難しい場合があるため、何らかの水への置換処理を行うことが必要となる。アルコール処理から水に置換するなどの操作も採用することができる。   Hereinafter, the effectiveness of the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. In addition, regarding manufacture of the hollow fiber membrane in an Example, the typical manufacturing method is described below. The hollow fiber membrane in the present invention is produced by a non-solvent induced phase separation method or a thermally induced phase separation method. Film formation by non-solvent-induced phase separation is performed by preparing a spinning stock solution in which a polymer is dissolved in a solvent and an internal coagulating liquid mainly composed of water, and spinning from the central coagulating liquid from the center port of the cylindrical double tube nozzle and from the outer slit. After discharging the stock solution and passing through the air gap part, it is immersed in an external coagulation liquid, causing film formation by phase separation and desolvation, then washing, applying glycerin etc. if necessary, and then drying. is there. In addition, the film formation by the heat-induced phase separation method produces a spinning stock solution in which a polymer and a latent solvent are melted at a high temperature, and a cylindrical double tube nozzle together with an internal solution (or gas) for forming a hollow portion. The internal solution is discharged from the center port, and the spinning dope is discharged from the outer slit, and after film formation by phase separation by rapid cooling in the air gap part, it is washed and, if necessary, glycerin is applied and then dried. . Glycerin does not affect the hydrophobicity or hydrophilicity of the hollow fiber membrane itself. By filling the pores of the hollow fiber membrane with glycerin, pore deformation due to drying can be suppressed and culture can be performed. It functions as a material for introducing water into the pores for easy replacement with water or a medium immediately before use. In the case of a hydrophobic membrane, it may be difficult to easily replace the inside of the pores with water due to surface tension only by contact with water, so it is necessary to perform some water replacement treatment. . An operation such as substitution from water by alcohol treatment can also be employed.

(内径、膜厚の測定)
中空糸膜の内径、外径および膜厚は、中空糸膜をスライドグラスの中央に開けられたφ3mmの孔に中空糸膜が抜け落ちない程度に適当本数通し、スライドグラスの上下面でカミソリによりカットし、中空糸膜断面サンプルを得た後、投影機Nikon−V−12Aを用いて中空糸膜断面の短径、長径を測定することにより得られる。真円に近い中空糸膜について2方向の短径および長径を測定し、それらの算術平均値を中空糸膜断面1個の内径および外径とした。また、膜厚は(外径−内径)/2で算出した。最小および最大を含む5断面について同様に測定を行い、平均値を内径、外径および膜厚とした。
(Measurement of inner diameter and film thickness)
The hollow fiber membrane has an inner diameter, an outer diameter, and a film thickness. The hollow fiber membrane is cut through a razor on the top and bottom surfaces of the slide glass so that the hollow fiber membrane does not fall out into a hole of φ3 mm in the center of the slide glass. And after obtaining the hollow fiber membrane cross-section sample, it is obtained by measuring the minor axis and major axis of the hollow fiber membrane cross section using a projector Nikon-V-12A. For the hollow fiber membrane close to a perfect circle, the minor axis and the major axis in two directions were measured, and the arithmetic average values thereof were defined as the inner diameter and outer diameter of one cross section of the hollow fiber membrane. The film thickness was calculated by (outer diameter−inner diameter) / 2. Measurements were similarly performed on five cross sections including the minimum and maximum, and the average values were defined as the inner diameter, outer diameter, and film thickness.

[実施例1]
(中空糸膜の作製)
ポリエーテルスルホン(4800P、住友化学社製)20質量%、Nメチルピロリドン(三菱化学社製)36質量%、トリエチレングリコール(三井化学社製)44質量%を均一に溶解し、製膜原液を作製した。70℃に加温した円筒2重管ノズルの外側スリットより前記製膜原液を吐出し、同時に前記ノズルの中心孔よりNメチルピロリドン13.5質量%、トリエチレングリコール16.5質量%、水70質量%からなる中空形成剤(内部凝固液)を吐出し、300mmの乾式部を通過後、75℃の水中に浸漬し凝固させ、十分な水洗浄を実施した後に、束状に巻き取った。糸束は切断後、50℃、50%グリセリン水溶液に浸漬した後、過剰なグリセリン水溶液を除き、60℃にて通風乾燥させた。得られた中空糸膜の内径は200μm、外径は300μm、膜厚は50μmであった。
[Example 1]
(Production of hollow fiber membrane)
Polyethersulfone (4800P, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) 20% by mass, N methylpyrrolidone (Mitsubishi Chemical Co., Ltd.) 36% by mass, and triethylene glycol (Mitsui Chemicals Co., Ltd.) 44% by mass are uniformly dissolved. Produced. The film-forming stock solution is discharged from the outer slit of a cylindrical double tube nozzle heated to 70 ° C., and at the same time, 13.5% by mass of N-methylpyrrolidone, 16.5% by mass of triethylene glycol, 70 of water from the center hole of the nozzle. A hollow forming agent (internal coagulation liquid) consisting of mass% was discharged, passed through a dry portion of 300 mm, immersed in 75 ° C. water and solidified, washed sufficiently with water, and then wound into a bundle. After cutting, the yarn bundle was immersed in a 50% glycerin aqueous solution at 50 ° C., and then the excess glycerin aqueous solution was removed, followed by ventilation drying at 60 ° C. The resulting hollow fiber membrane had an inner diameter of 200 μm, an outer diameter of 300 μm, and a film thickness of 50 μm.

(中空糸モジュール1の作製)
試験用の中空糸モジュール1を以下のように作製した。直径1cm、長さ10cmの円筒状のポリカーボネート製モジュールケース内に、得られたポリエーテルスルホン製中空糸膜を100本挿入した後、中空糸膜の中空部を閉塞しないようにポリウレタン系ポッティング剤で両末端をモジュールケースに固定し、図1に示すような形状の中空糸モジュールを作製した。
(Production of hollow fiber module 1)
The test hollow fiber module 1 was produced as follows. After inserting 100 obtained polyethersulfone hollow fiber membranes into a cylindrical polycarbonate module case with a diameter of 1 cm and a length of 10 cm, a polyurethane potting agent is used so as not to block the hollow portion of the hollow fiber membrane. Both ends were fixed to a module case to produce a hollow fiber module having a shape as shown in FIG.

[実施例2]
(中空糸膜の作製)
ポリスルホン(アモコ社製P−3500)30質量%、N,N−ジメチルアセトアミド45質量%、エチレングリコール25質量%を均一に溶解し、製膜原液を作製した。110℃に加温した円筒2重管ノズルの外側スリットより前記製膜原液を吐出し、前記ノズルの中心孔よりN,N−ジメチルアセトアミド51.4質量%、エチレングリコール28.6質量%、水20質量%からなる中空形成剤を吐出し、300mmの乾式部を通過後、50℃の水中に浸漬し凝固させ、十分な水洗浄を実施した後に、束に巻き取った。糸束は切断後、50℃、50%グリセリン水溶液に浸漬した後、過剰なグリセリン液を除き、60℃にて通風乾燥させた。得られた中空糸膜の内径は200μm、外径は300μm、膜厚は50μmであった。
[Example 2]
(Production of hollow fiber membrane)
Polysulfone (Amoco P-3500) 30% by mass, N, N-dimethylacetamide 45% by mass, and ethylene glycol 25% by mass were uniformly dissolved to prepare a membrane forming stock solution. The film-forming stock solution is discharged from an outer slit of a cylindrical double tube nozzle heated to 110 ° C., and 51.4% by mass of N, N-dimethylacetamide, 28.6% by mass of ethylene glycol, water from the center hole of the nozzle A hollow forming agent composed of 20% by mass was discharged, passed through a 300 mm dry part, immersed in water at 50 ° C. to be solidified, sufficiently washed with water, and wound around a bundle. After cutting, the yarn bundle was immersed in a 50% glycerin aqueous solution at 50 ° C., and then excess glycerin solution was removed, followed by ventilation drying at 60 ° C. The resulting hollow fiber membrane had an inner diameter of 200 μm, an outer diameter of 300 μm, and a film thickness of 50 μm.

(中空糸モジュール2の作製)
得られた中空糸膜(束)を用いて、試験用の中空糸モジュール2を実施例1と同様にして作製した。
(Production of hollow fiber module 2)
Using the obtained hollow fiber membrane (bundle), a test hollow fiber module 2 was produced in the same manner as in Example 1.

[実施例3]
(中空糸膜の作製)
ポリフッ化ビニリデン(SOLVAY社製:SOLEF6020(登録商標))20質量%、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート80質量%を148℃にて均一に溶解し、製膜原液を作製した。148℃に加温した円筒2重管ノズルの外側スリットより吐出し、前記ノズルの中心孔よりトリエチレングリコールを中空形成剤として吐出し、20mmの乾式部を通過後、10℃のジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート60質量%水溶液からなる冷却浴に浸漬し凝固させ、十分な水洗浄を実施した後に、束に巻き取った。糸束は切断後、50℃、50%グリセリン水溶液に浸漬した後、過剰なグリセリン液を除き、60℃にて通風乾燥させた。得られた中空糸膜の内径は250μm、外径は350μm、膜厚は50μmであった。
[Example 3]
(Production of hollow fiber membrane)
Polyvinylidene fluoride (SOLVAY: SOLEF6020 (registered trademark)) 20% by mass and diethylene glycol monoethyl ether acetate 80% by mass were uniformly dissolved at 148 ° C. to prepare a film forming stock solution. It is discharged from the outer slit of a cylindrical double tube nozzle heated to 148 ° C., triethylene glycol is discharged as a hollow forming agent from the central hole of the nozzle, and after passing through a 20 mm dry section, 10 ° C. diethylene glycol monoethyl ether It was immersed in a cooling bath comprising a 60% by mass aqueous solution of acetate and solidified, and after sufficient water washing, it was wound up into a bundle. After cutting, the yarn bundle was immersed in a 50% glycerin aqueous solution at 50 ° C., and then excess glycerin solution was removed, followed by ventilation drying at 60 ° C. The obtained hollow fiber membrane had an inner diameter of 250 μm, an outer diameter of 350 μm, and a film thickness of 50 μm.

(中空糸モジュール3の作製)
得られた中空糸膜(束)を用いて、試験用の中空糸モジュール3を実施例1と同様にして作製した。
(Production of hollow fiber module 3)
Using the obtained hollow fiber membrane (bundle), a test hollow fiber module 3 was produced in the same manner as in Example 1.

[比較例1]
(中空糸膜の作製)
ポリエーテルスルホン(PES)20質量%、ポリビニルピロリドン(PVP、BASF社製Luvitec(商品名)K90PH)3.5質量%、N,N−ジメチルアセトアミド72質量%、純水4.5質量%を50℃で均一に溶解し、製膜原液を作製した。75℃に加温した円筒2重管ノズルの外側スリットより前記製膜原液を吐出し、前記ノズルの中心孔よりN,N−ジメチルアセトアミド55質量%の水溶液を中空形成剤として吐出し、500mmの乾式部を通過後、60℃のN,N−ジメチルアセトアミド25質量%水溶液中に浸漬し凝固させ、十分な水洗浄を実施した後に、束に巻き取った。糸束は切断後、過剰な水を除いた後に、60℃にて通風乾燥させた。得られた中空糸膜の内径は200μm、外径は280μm、膜厚は40μmであった。こうして得られた膜は、PVPの含有により、グリセリンやアルコール処理無しでも、自発的に水に濡れるものであった。
[Comparative Example 1]
(Production of hollow fiber membrane)
Polyethersulfone (PES) 20% by mass, polyvinylpyrrolidone (PVP, Luvitec (trade name) K90PH manufactured by BASF) 3.5% by mass, N, N-dimethylacetamide 72% by mass, pure water 4.5% by mass 50 It melt | dissolved uniformly at ° C and produced the film forming stock solution. The film-forming stock solution is discharged from an outer slit of a cylindrical double tube nozzle heated to 75 ° C., and an aqueous solution of 55% by mass of N, N-dimethylacetamide is discharged as a hollow forming agent from the center hole of the nozzle. After passing through the dry section, it was immersed and solidified in a 25% by weight aqueous solution of N, N-dimethylacetamide at 60 ° C., sufficiently washed with water, and wound up into a bundle. The yarn bundle was cut, and after excess water was removed, it was dried by ventilation at 60 ° C. The resulting hollow fiber membrane had an inner diameter of 200 μm, an outer diameter of 280 μm, and a film thickness of 40 μm. The film thus obtained was spontaneously wetted by water even without glycerin or alcohol treatment due to the inclusion of PVP.

作製したPVP含有PES製中空糸膜の内表面のPVPの含有率をX線光電子分光法(ESCA)にて測定したところ、24.4%であった。
測定は、中空糸膜1本を内表面の一部が露出するようにカミソリで斜めに切断し、内表面が測定できるように試料台に貼り付けて測定を行った。
測定条件は次に示す通りである。
測定装置:アルバック・ファイ ESCA5800
励起X線:MgKα線
X線出力:14kV,25mA
光電子脱出角度:45°
分析径:400μmφ
パスエネルギー:29.35eV
分解能:0.125eV/step
真空度:約10−7Pa以下
窒素の測定値(N)と硫黄の測定値(S)から、次の式により中空糸膜内表面のPVP含有率を算出した。
PVP含有率(Hpvp)[%]
=100×(N×111)/(N×111+S×232)
It was 24.4% when the content rate of PVP of the inner surface of the produced PVP containing PES hollow fiber membrane was measured by X-ray photoelectron spectroscopy (ESCA).
In the measurement, one hollow fiber membrane was obliquely cut with a razor so that a part of the inner surface was exposed, and was attached to a sample stage so that the inner surface could be measured.
The measurement conditions are as follows.
Measuring device: ULVAC-Phi ESCA5800
Excitation X-ray: MgKα ray X-ray output: 14 kV, 25 mA
Photoelectron escape angle: 45 °
Analysis diameter: 400μmφ
Pass energy: 29.35 eV
Resolution: 0.125 eV / step
Degree of vacuum: about 10 −7 Pa or less From the measured value of nitrogen (N) and the measured value of sulfur (S), the PVP content on the inner surface of the hollow fiber membrane was calculated by the following formula.
PVP content (Hpvp) [%]
= 100 × (N × 111) / (N × 111 + S × 232)

(中空糸モジュール4の作製)
得られた中空糸膜(束)を用いて、試験用中空糸モジュール4を実施例1と同様にして作製した。
(Production of hollow fiber module 4)
Using the obtained hollow fiber membrane (bundle), a test hollow fiber module 4 was produced in the same manner as in Example 1.

[比較例2]
(中空糸膜)
市販の中空糸ダイアライザー(ニプロ社製、FB−210Uβ)を解体し、中空糸膜を取り出し、試験に用いた。中空糸膜は、セルローストリアセテートからなるものであり、グリセリンが付与されていた。中空糸膜は、内径が200μm、外径が230μm、膜厚が15μmであった。
[Comparative Example 2]
(Hollow fiber membrane)
A commercially available hollow fiber dialyzer (manufactured by Nipro Corporation, FB-210Uβ) was disassembled, and the hollow fiber membrane was taken out and used for the test. The hollow fiber membrane was made of cellulose triacetate and was given glycerin. The hollow fiber membrane had an inner diameter of 200 μm, an outer diameter of 230 μm, and a film thickness of 15 μm.

(中空糸モジュールの5作製)
前記中空糸膜(束)を用いて、試験用中空糸モジュール5を実施例1と同様にして作製した。
(5 production of hollow fiber modules)
Using the hollow fiber membrane (bundle), a test hollow fiber module 5 was produced in the same manner as in Example 1.

[比較例3]
(中空糸膜)
市販の中空糸型血漿成分分離器(旭化成メディカル社製、カスケードフローEC−20W)を解体し、試験に用いた。膜は、エチレンビニルアルコール共重合体からなるものであり水が付着していた。中空糸膜は、内径が175μm、外径が255μm、膜厚が40μmであった。乾燥後でも、再湿潤化が可能であった。
[Comparative Example 3]
(Hollow fiber membrane)
A commercially available hollow fiber type plasma component separator (manufactured by Asahi Kasei Medical Co., Ltd., Cascade Flow EC-20W) was disassembled and used for the test. The membrane was made of an ethylene vinyl alcohol copolymer and had water attached to it. The hollow fiber membrane had an inner diameter of 175 μm, an outer diameter of 255 μm, and a film thickness of 40 μm. Even after drying, rewetting was possible.

(中空糸モジュール6の作製)
前記中空糸膜(束)を用いて、試験用中空糸モジュール6を実施例1と同様にして作製した。
(Production of hollow fiber module 6)
Using the hollow fiber membrane (bundle), a test hollow fiber module 6 was produced in the same manner as in Example 1.

(透水性の測定)
中空糸膜にグリセリンが付与されているモジュールに対し、純水を中空糸膜の内腔への通液口の片端(図1の1a)から導入し、他方の片端(1b)から流出させ、膜を十分に洗浄し、グリセリンの除去と膜孔および中空部を純水に置換した。その後、中空糸膜の外腔も同様に図1の2aから2bに向かって通水することにより洗浄した。出口部回路(圧力測定点よりも出口側)を鉗子で挟んで封止した。25℃に保温した純水を加圧タンクに入れ、レギュレータにより圧力を制御しながら、25℃恒温槽で保温したモジュールの内腔(1a)へ純水を送り、出口(1b)および透過側出口(2b)を閉じることにより、膜の透過側(2a)から流出する濾液量を一定時間測定した。膜間圧力差は、モジュール入り口側への加圧圧力(タンクへの加圧と同一)とし、100mmHgで測定した。使用モジュールの膜透過部分の面積(中空糸膜の内径基準の膜面積)を用いて、中空糸膜の透水性(mL/m/hr/mmHg)を算出した。
(Measurement of water permeability)
For the module in which glycerin is applied to the hollow fiber membrane, pure water is introduced from one end (1a in FIG. 1) of the liquid passage port into the lumen of the hollow fiber membrane, and is allowed to flow out from the other end (1b). The membrane was thoroughly washed to remove glycerin and replace membrane pores and hollow portions with pure water. Thereafter, the outer space of the hollow fiber membrane was similarly washed by passing water from 2a to 2b in FIG. The outlet circuit (the outlet side from the pressure measurement point) was sealed with forceps. Pure water kept at 25 ° C. is put into a pressurized tank, and while controlling the pressure by a regulator, pure water is sent to the lumen (1a) of the module kept at a constant temperature bath at 25 ° C. By closing (2b), the amount of filtrate flowing out from the permeate side (2a) of the membrane was measured for a certain period of time. The intermembrane | transmembrane pressure difference was made into the pressurization pressure (same as pressurization to a tank) to the module entrance side, and was measured by 100 mmHg. The water permeability (mL / m 2 / hr / mmHg) of the hollow fiber membrane was calculated using the area of the membrane permeation portion of the module used (membrane area based on the inner diameter of the hollow fiber membrane).

(ろ過実験)
(1)試験液を以下の通り準備した。即ち、イヌリン(分子量5,500、ナカライテスク社)、デキストランT10(分子量10,000、シグマ−アルドリッチ社)、デキストランT40(分子量40,000、シグマ−アルドリッチ社)を注射用蒸留水(大塚製薬社)に溶解して、各々1,000ppm濃度の水溶液を調製し、試験液として以降の実験に用いた。
(2)中空糸モジュールの中空糸膜内腔に、各試験液を通液し充分置換した後、透水性測定と同様にして、25℃に保った蒸留水または各試験液を100mmHgの圧を加え一定時間ろ過し、それぞれの篩(ふるい)係数(Sieving Coefficient、以下、SCと略記することがある)を求めた。液のサンプリングは、ろ液が出始めた時点を起点として、その2分後からサンプリングを開始し、数分間(3乃至4分間)のろ液を全量回収した。SCは、供給液のデキストラン等の濃度に対する、透過液のデキストラン等の濃度の比で定義される。デキストラン等の濃度は、GPC法、比色法(アンスロン硫酸法)などの定法にて定量されるが、本法のような分子量の規定されている単分散性のデキストラン試薬を用いる場合は、簡便な比色法を用いることができる。また、実験の際に、各試験液での透水性も併せて、測定を実施した。
(3)次に、各中空糸モジュールの中空糸膜の内腔に10vol%になるようにウシ胎児血清を添加したダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)を充填し、25℃で30分間放置した後、充填液を除去し、中空糸膜の内腔部体積の100倍量の純水で通液洗浄を実施後、(2)と同様に各試験液をろ過し、SCおよび透水性を求めた。なお、変化率は、接触後値/接触前値である。
(Filtration experiment)
(1) A test solution was prepared as follows. That is, inulin (molecular weight 5,500, Nacalai Tesque), dextran T10 (molecular weight 10,000, Sigma-Aldrich), dextran T40 (molecular weight 40,000, Sigma-Aldrich) are distilled water for injection (Otsuka Pharmaceutical Co., Ltd.). ) To prepare an aqueous solution having a concentration of 1,000 ppm, respectively, and used as a test solution in subsequent experiments.
(2) After each test solution was passed through the hollow fiber membrane lumen of the hollow fiber module and sufficiently substituted, distilled water kept at 25 ° C. or each test solution was adjusted to a pressure of 100 mmHg in the same manner as the water permeability measurement. In addition, the mixture was filtered for a certain time, and each sieve coefficient (Sieveing Coefficient, hereinafter abbreviated as SC) was obtained. Sampling of the liquid started from the time when the filtrate started to appear, and sampling was started 2 minutes later, and the entire amount of the filtrate was recovered for several minutes (3 to 4 minutes). SC is defined as the ratio of the concentration of dextran, etc. in the permeate to the concentration of dextran, etc., in the feed. The concentration of dextran and the like is quantified by a conventional method such as GPC method or colorimetric method (anthrone sulfate method), but it is convenient to use a monodisperse dextran reagent with a defined molecular weight as in this method. Any colorimetric method can be used. Further, during the experiment, the water permeability in each test solution was also measured.
(3) Next, the lumen of the hollow fiber membrane of each hollow fiber module was filled with Dulbecco's modified Eagle medium (DMEM) supplemented with fetal bovine serum so as to be 10 vol%, and allowed to stand at 25 ° C for 30 minutes. After removing the filling liquid and washing with pure water 100 times the volume of the hollow portion of the hollow fiber membrane, each test liquid was filtered in the same manner as in (2) to determine SC and water permeability. The rate of change is a value after contact / a value before contact.

(フィブロネクチン吸着テスト)
実施例1および比較例2の中空糸モジュールの中空部側に1vol%になるように血清を添加したDMEMを充填し、60分間静置した後、培地を回収した。充填前の培地中のフィブロネクチン濃度および回収液中のフィブロネクチン濃度から中空糸膜に吸着したフィブロネクチン量を算出した。なお、フィブロネクチンの測定は、Fibronectin EIA Kit(タカラバイオ社)を用いて行った。
(Fibronectin adsorption test)
The DMEM to which serum was added so that the volume of the hollow fiber modules of Example 1 and Comparative Example 2 was 1 vol% was filled and allowed to stand for 60 minutes, and then the medium was collected. The amount of fibronectin adsorbed to the hollow fiber membrane was calculated from the fibronectin concentration in the medium before filling and the fibronectin concentration in the recovered solution. Fibronectin was measured using Fibronectin EIA Kit (Takara Bio Inc.).

前記ろ過実験の結果を表1および表2に示す。また、フィブロネクチン吸着テストの結果を表3に示す。表1は、上記(3)に記載の培地を接触させる前と接触させた後の篩い係数(SC)の変化を示したものである。一方、表2は、上記(3)に記載の培地を接触させる前と接触させた後の透水性の変化を示したものである。本発明の中空糸膜は、比較例の中空糸膜と比べると、分子量が4万以上の高分子に対しては若干透過性が下がる傾向があるものの、何れも良好な物質透過性を示している。
これらの中空糸膜に、一般的な培地であるウシ胎児血清を10vol%になるように添加したDMEMを25℃で2時間接触させることにより、中空糸膜の膜特性が変化した。即ち、実施例1〜3の中空糸膜は、比較例1〜3の中空糸膜に比べ、篩い係数が大きく変化する。これは、本発明の中空糸膜の表面には、表3に示されるように培地中に含まれるタンパク質がより効率的に吸着するためである。また、タンパク質が吸着した後においても一定以上の物質透過性を保持しているため、細胞培養には何ら影響を与えることは無い。このことにより、実施例1〜3の中空糸膜(中空糸モジュール)は、細胞接着性に優れた培養基材(容器)となる特性を有していることが示された。
The results of the filtration experiment are shown in Tables 1 and 2. The results of the fibronectin adsorption test are shown in Table 3. Table 1 shows changes in the sieving coefficient (SC) before and after contacting the medium described in (3) above. On the other hand, Table 2 shows changes in water permeability before and after contacting the medium described in (3) above. The hollow fiber membranes of the present invention tend to be slightly less permeable to polymers having a molecular weight of 40,000 or more compared to the hollow fiber membranes of the comparative examples, but all show good substance permeability. Yes.
When these hollow fiber membranes were brought into contact with DMEM to which fetal bovine serum, which is a general medium, at 10 vol% was brought into contact at 25 ° C. for 2 hours, the membrane characteristics of the hollow fiber membranes were changed. That is, the sieving coefficient of the hollow fiber membranes of Examples 1 to 3 varies greatly compared to the hollow fiber membranes of Comparative Examples 1 to 3. This is because the protein contained in the medium is more efficiently adsorbed to the surface of the hollow fiber membrane of the present invention as shown in Table 3. Moreover, since the substance permeability of a certain level or more is maintained even after the protein is adsorbed, the cell culture is not affected at all. Thus, it was shown that the hollow fiber membranes (hollow fiber modules) of Examples 1 to 3 have characteristics that become a culture substrate (container) excellent in cell adhesion.

Figure 2017104558
Figure 2017104558

Figure 2017104558
Figure 2017104558

表3の結果より、実施例1の中空糸膜は、比較例2の中空糸膜に対して4倍以上のフィブロネクチンが短時間のうちに吸着することがわかった。すなわち、本発明の中空糸膜は、例えば、間葉系幹細胞の培養に必要な細胞外マトリックス等が吸着し易く、細胞増殖の足場として良好な環境を速やかに整えることができるため、細胞の接着性およびその後の増殖に優れた効果を発揮できることが示唆される。   From the results in Table 3, the hollow fiber membrane of Example 1 was found to adsorb 4 times or more fibronectin in a short time with respect to the hollow fiber membrane of Comparative Example 2. That is, the hollow fiber membrane of the present invention can easily adsorb an extracellular matrix or the like necessary for culturing mesenchymal stem cells, and can quickly prepare a favorable environment as a scaffold for cell proliferation. It is suggested that it can exert an excellent effect on sex and subsequent proliferation.

Figure 2017104558
Figure 2017104558

(中空糸モジュールを用いた細胞培養実験1:一般培地使用)
図2に、細胞培養実験に用いた培養装置の構成を簡略化して示す。細胞培養実験には、中空糸モジュール1−6を用いた。細胞は、タカラバイオ株式会社より購入したプライマリーのヒト間葉系幹細胞を用いた。細胞播種密度は、1900cells/cmとした。培地の流速は、中空糸膜の内腔は0.33mm/min、中空糸膜の外腔は3.46mm/minとした。また、培地供給には培養バッグ1L(ニプロ社製)(図2の5(内腔用)および6(外腔用))を用いた。培地はウシ胎児血清を10vol%になるように添加したダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)を用いた。培地かん流用ポンプとして、中空糸膜の内腔側かん流用と外腔側かん流用に計2台のペリスタ・バイオミニポンプ(アトー社製)(図2の31(内腔用)および30(外腔用))を用い、COインキュベータ内で37℃、7日間培養した。培地供給方法は、中空糸膜の内腔、中空糸膜の外腔ともに一方向とした。中空糸膜の内腔に間葉系幹細胞を播種し、2日間静置した後に中空糸膜の内腔のかん流を開始した。7日間培養後、培地かん流を停止し、中空糸モジュール内にて増殖した細胞を回収した。細胞回収時は、細胞解離試薬である0.25%トリプシン溶液(ライフテクノロジーズ社製)を用いた。
(Cell culture experiment using hollow fiber module 1: using general medium)
FIG. 2 shows a simplified configuration of the culture apparatus used for the cell culture experiment. Hollow fiber module 1-6 was used for the cell culture experiment. The cells used were primary human mesenchymal stem cells purchased from Takara Bio Inc. The cell seeding density was 1900 cells / cm 2 . The flow rate of the medium was 0.33 mm / min for the inner lumen of the hollow fiber membrane and 3.46 mm / min for the outer lumen of the hollow fiber membrane. In addition, a culture bag 1L (manufactured by Nipro Co., Ltd.) (5 (for inner lumen) and 6 (for outer lumen) in FIG. 2) was used for medium supply. The medium used was Dulbecco's modified Eagle medium (DMEM) supplemented with fetal bovine serum at 10 vol%. As a medium perfusion pump, a total of two Perista Biomini pumps (manufactured by Ato) (for Alumina) and 30 (Ambient) in FIG. And culturing at 37 ° C. for 7 days in a CO 2 incubator. The medium supply method was unidirectional for both the hollow fiber membrane lumen and the hollow fiber membrane outer lumen. Mesenchymal stem cells were seeded in the lumen of the hollow fiber membrane and allowed to stand for 2 days, and then perfusion of the lumen of the hollow fiber membrane was started. After culturing for 7 days, the medium perfusion was stopped and the cells grown in the hollow fiber module were collected. At the time of cell recovery, a cell dissociation reagent, 0.25% trypsin solution (manufactured by Life Technologies) was used.

(中空糸モジュールを用いた細胞培養実験2:低血清培地使用)
細胞培養実験1と同様の細胞培養装置を用い、細胞培養実験2を行った。中空糸モジュール1−6を用い、細胞は、タカラバイオ株式会社より購入したプライマリーのヒト間葉系幹細胞を用いた。この実験では、培地として、ウシ胎児血清を1vol%になるように添加したMF−medium(登録商標)間葉系幹細胞増殖培地(東洋紡社製)を用いた。その他の条件は、前記細胞培養実験1と同様とした。
(Cell culture experiment 2 using hollow fiber module: using low serum medium)
Cell culture experiment 2 was performed using the same cell culture apparatus as cell culture experiment 1. Using hollow fiber module 1-6, primary human mesenchymal stem cells purchased from Takara Bio Inc. were used. In this experiment, MF-medium (registered trademark) mesenchymal stem cell growth medium (Toyobo Co., Ltd.) supplemented with fetal bovine serum at 1 vol% was used as the medium. Other conditions were the same as those in the cell culture experiment 1.

(中空糸モジュールを用いた細胞培養実験3:無血清培地使用)
細胞培養実験1と同様の細胞培養装置を用い、細胞培養実験3を行った。中空糸モジュール1−6を用い、細胞は、タカラバイオ株式会社より購入したプライマリーのヒト間葉系幹細胞を用いた。この実験では、培地として、血清無添加のMF-medium(登録商標)間葉系幹細胞増殖培地(東洋紡社製)を用いた。その他の条件は、前記細胞培養実験2と同様とした。
(Cell culture experiment 3 using hollow fiber module: using serum-free medium)
Using the same cell culture apparatus as in cell culture experiment 1, cell culture experiment 3 was performed. Using hollow fiber module 1-6, primary human mesenchymal stem cells purchased from Takara Bio Inc. were used. In this experiment, serum-free MF-medium (registered trademark) mesenchymal stem cell growth medium (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) was used. Other conditions were the same as those in the cell culture experiment 2.

細胞培養実験1−3の結果を表4にまとめて示す。
細胞培養実験1においては、本発明の疎水性高分子のみからなる中空糸膜を格納した中空糸モジュールを用いることにより、一般的な培地であるウシ胎児血清を10vol%になるように添加したダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)を使った培養にて良好な細胞増殖率が得られた。
また、細胞培養実験2においては、間葉系幹細胞培養に特化した低血清濃度(1vol%)間葉系幹細胞専用培地を用い、培養実験を実施した。この培養実験においても、本発明の疎水性高分子のみからなる中空糸膜を格納した中空糸モジュールが良好な細胞増殖率を示した。
さらに、細胞培養実験3においては、この間葉系幹細胞専用培地に血清を添加しない無血清培地を用い、培養実験を実施した。このような細胞培養実験においても、本発明の疎水性高分子のみからなる中空糸膜を格納した中空糸モジュールが良好な細胞増殖率を示した。
一方、比較例の中空糸モジュールを使用すると、ほとんど細胞の増殖が見られなかった。
即ち、細胞培養基材として優れるのは、親水性高分子を含まない疎水性高分子のみからなる中空糸膜であると言える。
The results of cell culture experiment 1-3 are summarized in Table 4.
In the cell culture experiment 1, Dulbecco added with fetal bovine serum, which is a general medium, to 10 vol% by using a hollow fiber module storing a hollow fiber membrane composed only of the hydrophobic polymer of the present invention. A good cell growth rate was obtained by culturing using the modified Eagle medium (DMEM).
Moreover, in the cell culture experiment 2, the culture experiment was carried out using a low serum concentration (1 vol%) mesenchymal stem cell-dedicated medium specialized for mesenchymal stem cell culture. Also in this culture experiment, the hollow fiber module storing the hollow fiber membrane composed only of the hydrophobic polymer of the present invention showed a good cell growth rate.
Furthermore, in the cell culture experiment 3, a culture experiment was performed using a serum-free medium in which no serum was added to the medium exclusively for mesenchymal stem cells. Also in such cell culture experiments, the hollow fiber module storing the hollow fiber membrane composed only of the hydrophobic polymer of the present invention showed a good cell growth rate.
On the other hand, when the hollow fiber module of the comparative example was used, cell proliferation was hardly observed.
That is, it can be said that what is excellent as a cell culture substrate is a hollow fiber membrane composed only of a hydrophobic polymer not containing a hydrophilic polymer.

(細胞増殖率の測定)
培養終了後の細胞培養容器(中空糸モジュール)より、回収した生細胞数と初期の播種細胞数を用いて以下の式により細胞増殖率を算出した。
細胞増殖率(%)=(回収した生細胞数−播種細胞数)/播種細胞数×100
(Measurement of cell growth rate)
From the cell culture container (hollow fiber module) after completion of the culture, the cell growth rate was calculated by the following formula using the number of recovered living cells and the initial number of seeded cells.
Cell proliferation rate (%) = (number of viable cells recovered−number of seeded cells) / number of seeded cells × 100

(細胞数の測定)
細胞を含む回収液は、遠心分離操作により最終的に1mlの培養液に懸濁した。この懸濁液とトリパンブルー染色液を1:1で混和した液を血球計算盤に添加し、顕微鏡下で細胞数の計測を行った。
1.血球計算盤およびカバーガラスの表面を70%イソプロパノールで洗浄し、余分なイソプロパノールをふき取り風乾する。
2.Reagent grade waterでカバーガラスの側面を濡らし、血球計算盤に貼りつける。
3.細胞懸濁液をパスツールピペット等でよく撹拌後、すぐに血球計算盤に流し込み、溝の上まで満たす。
4.1〜3の操作を別の血球計算盤を使用して行う(2回測定し平均をとる)。
5.顕微鏡に血球計算盤を置き、グリッドラインに焦点を合わせる(10×対物レンズ)。
6.カウンターを用いて1mmエリアの細胞数を速やかに計測する。
※誤差が生じやすいので正確に数えるためには少なくとも100〜500細胞を計測する。
計算方法:
C=N×10
C:1ml当たりの細胞数
N:計測した細胞数の平均
10:1mmに対する容量の変換値
全体の数=C×V
V=細胞を懸濁した液体の容量
(Measurement of cell number)
The collected liquid containing the cells was finally suspended in 1 ml of culture solution by centrifugation. A solution obtained by mixing this suspension and trypan blue staining solution at a ratio of 1: 1 was added to a hemocytometer, and the number of cells was measured under a microscope.
1. The surface of the hemocytometer and cover glass is washed with 70% isopropanol, excess isopropanol is wiped off and air-dried.
2. Wet the side of the cover glass with Reagent grade water and attach it to the hemocytometer.
3. After thoroughly agitating the cell suspension with a Pasteur pipette, immediately pour it into a hemocytometer and fill the groove.
4. Perform steps 1 to 3 using a separate hemocytometer (measure twice and average).
5. Place a hemocytometer on the microscope and focus on the grid lines (10 × objective).
6). Using a counter, rapidly measure the number of cells in a 1 mm 2 area.
* Since errors are likely to occur, at least 100-500 cells are counted for accurate counting.
Method of calculation:
C = N × 10 4
C: Number of cells per ml N: Average number of measured cells 10 4 : Conversion value of volume for 1 mm 2 Total number = C × V
V = volume of the liquid in which the cells are suspended

Figure 2017104558
Figure 2017104558

(細胞表面マーカー測定)
培養後においても、間葉系幹細胞の性能を維持していることを確認するために、培養前および7日間培養後の表面マーカー測定を行った。表面マーカーは、ISCT(International Society for Cellular Therapy)のステートメントに基づき、CD105、CD73、CD90は陽性(≧95%)、CD45、CD34、CD11b、CD19、HLA−DRは陰性(≦2%)であることを基準とした。
表面マーカー発現の測定は、フローサイトメーター(BD FACSCalibur、BD社製)を用いて実施した。抗体は、Human MSC Analysis Kit(BD社製)を用いた。
細胞培養実験1にて実施した培養前後の間葉系幹細胞の表面マーカー測定を行った結果を表5(培養前)および表6(培養後)に示す。培養前後において、細胞表面マーカーの発現パターンに変化がないことから、間葉系幹細胞の性質を維持していることを確認できた。
このことより、本発明の疎水性高分子のみからなる中空糸膜が、接着性の細胞、特に接着性の幹細胞の細胞培養基材として優れていると言える。
(Cell surface marker measurement)
In order to confirm that the performance of the mesenchymal stem cells was maintained even after the culture, surface marker measurement was performed before the culture and after the culture for 7 days. Surface markers are based on ISCT (International Society for Cellular Therapy) statement, CD105, CD73, CD90 are positive (≧ 95%), CD45, CD34, CD11b, CD19, HLA-DR are negative (≦ 2%) It was based on that.
The surface marker expression was measured using a flow cytometer (BD FACSCalibur, manufactured by BD). As an antibody, Human MSC Analysis Kit (manufactured by BD) was used.
Table 5 (before culturing) and Table 6 (after culturing) show the results of measuring the surface marker of mesenchymal stem cells before and after culturing carried out in cell culture experiment 1. Since there was no change in the expression pattern of the cell surface marker before and after the culture, it was confirmed that the properties of the mesenchymal stem cells were maintained.
From this, it can be said that the hollow fiber membrane consisting only of the hydrophobic polymer of the present invention is excellent as a cell culture substrate for adhesive cells, particularly adhesive stem cells.

Figure 2017104558
Figure 2017104558

Figure 2017104558
Figure 2017104558

本発明により、細胞接着因子のコーティング処理が不要な培養基材としての中空糸膜を提供することが可能となる。更に、本発明の中空糸膜を用いることにより、間葉系幹細胞などの各種細胞を、簡便かつ高効率に培養することができる細胞培養系の構築、提供が可能となる。   According to the present invention, it is possible to provide a hollow fiber membrane as a culture substrate that does not require a cell adhesion factor coating treatment. Furthermore, by using the hollow fiber membrane of the present invention, it is possible to construct and provide a cell culture system that can easily and efficiently culture various cells such as mesenchymal stem cells.

1a、1b : 端部導管
2a、2b : 側部導管
3 : モジュールケース
4 : 培養基材(中空糸膜)
5、6 : 液体培地貯留容器
7 : 廃液回収溶液または細胞回収容器
21、22、23、24、25、26、27、28 : バルブ
41、42、43 : 無菌接続コネクタ
8 : 細胞培養容器(中空糸モジュール)
30、31 : ポンプ
50 : COインキュベータ
60 : 作業コントローラ(作業パネル)

1a, 1b: End conduit 2a, 2b: Side conduit 3: Module case 4: Culture substrate (hollow fiber membrane)
5, 6: Liquid medium storage container 7: Waste liquid recovery solution or cell recovery container 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28: Valves 41, 42, 43: Aseptic connection connector 8: Cell culture container (hollow Thread module)
30, 31: Pump 50: CO 2 incubator 60: Work controller (work panel)

Claims (6)

細胞を内表面および/または外表面に播種して培養するための中空糸膜であって、該中空糸膜が疎水性高分子のみからなることを特徴とする細胞培養用の中空糸膜。   A hollow fiber membrane for culturing cells by seeding and culturing cells on the inner surface and / or outer surface, wherein the hollow fiber membrane is composed only of a hydrophobic polymer. 前記疎水性高分子が70度以上93度以下の接触角を有する高分子である請求項1に記載の中空糸膜。   The hollow fiber membrane according to claim 1, wherein the hydrophobic polymer is a polymer having a contact angle of 70 degrees to 93 degrees. 前記疎水性高分子が、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンからなる群から選ばれる1種以上である請求項1または2に記載の中空糸膜。   The hollow fiber membrane according to claim 1 or 2, wherein the hydrophobic polymer is at least one selected from the group consisting of polyethersulfone, polysulfone, polyvinylidene fluoride, and polyethylene. 請求項1〜3のいずれかに記載の中空糸膜を複数本束ねた中空糸束が格納された細胞培養用の中空糸モジュール。   A hollow fiber module for cell culture in which a hollow fiber bundle obtained by bundling a plurality of hollow fiber membranes according to any one of claims 1 to 3 is stored. 請求項4に記載の中空糸モジュールを細胞培養容器として用いる細胞培養方法。   A cell culture method using the hollow fiber module according to claim 4 as a cell culture container. 請求項4に記載の中空糸モジュールを細胞培養容器として含む細胞培養装置。
A cell culture apparatus comprising the hollow fiber module according to claim 4 as a cell culture container.
JP2017556021A 2015-12-15 2016-12-09 Hollow fiber membrane and hollow fiber module for cell culture Pending JPWO2017104558A1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015244001 2015-12-15
JP2015244001 2015-12-15
PCT/JP2016/086686 WO2017104558A1 (en) 2015-12-15 2016-12-09 Hollow-fiber membrane and hollow-fiber module for cell culture

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPWO2017104558A1 true JPWO2017104558A1 (en) 2018-10-04

Family

ID=59056580

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017556021A Pending JPWO2017104558A1 (en) 2015-12-15 2016-12-09 Hollow fiber membrane and hollow fiber module for cell culture

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPWO2017104558A1 (en)
WO (1) WO2017104558A1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7148998B2 (en) * 2018-04-09 2022-10-06 株式会社サイフューズ Tubular cell structure culture and maintenance device and tubular cell structure maintenance aid
JP6469287B1 (en) * 2018-06-22 2019-02-13 株式会社 バイオミメティクスシンパシーズ Hollow fiber cell culture device, cell culture method, culture supernatant production method
WO2023190448A1 (en) * 2022-03-29 2023-10-05 国立大学法人東海国立大学機構 Method for cultivating mesenchymal stem cell

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0630561B2 (en) * 1985-11-30 1994-04-27 旭メデイカル株式会社 Hollow fiber membrane for cell culture

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017104558A1 (en) 2017-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11596902B2 (en) Irradiated membrane for cell expansion
US8435751B2 (en) Membrane for cell expansion
JP6696206B2 (en) Cell culture device using gas impermeable tube and cell culture method
US9902939B2 (en) Device for renal cell expansion
JP6323702B2 (en) Hollow fiber membrane and hollow fiber module for cell culture
AU2009296331B2 (en) Hybrid bioartificial kidney
WO2017104558A1 (en) Hollow-fiber membrane and hollow-fiber module for cell culture
JP6848273B2 (en) Cell culture device
JP6958350B2 (en) Method for producing stem cell culture supernatant
JP2014060991A (en) Method of culturing stem cells using inner lumen of porous hollow fiber
EP2412798A1 (en) Biomimetic membrane for cell expansion
WO2016140213A1 (en) Cell culture method using hollow fiber module
JP6930068B2 (en) Cell culture method using a hollow fiber module
JP2018014947A (en) Cell culture method using hollow fiber membrane module