JPWO2017212829A1 - 細胞の培養方法および培養液 - Google Patents

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Abstract

昇温時相転移温度TcおよびTcよりも温度が低い降温時相転移温度Tcsを有する培養液をTc未満からTc以上に昇温する昇温工程と、昇温工程において培養液をTc以上に昇温した後、Tcs以上の培養温度で、培養液中で細胞を浮遊培養する培養工程と、を備える、細胞の培養方法、ならびに昇温時相転移温度Tcおよび降温時相転移温度Tcsを有する培養液が提供される。

Description

本発明は、細胞の培養方法および培養液に関する。
細胞を培養する際の足場材料として、セルロースナノファイバー等のナノファイバーを用いることが知られている。
例えば、特許文献1には、間葉系幹細胞をセルロースナノファイバー等の天然物由来の多糖類が分散されてなる細胞培養液の中に液中を漂うように分散させることにより、培養液を凍結させることなく、培養条件下で間葉系幹細胞の分化を抑制し、そして望みの一定期間、初期状態を維持し保存することができること、および、セルロースナノファイバー等のナノファイバーの形態にある多糖類といった天然物由来の多糖類を用いることにより、一般的な細胞回収方法により、培養液からの間葉系幹細胞の回収が可能であり、間葉系幹細胞の再利用が可能となることが記載されている([0011])。
また、特許文献2には、ヒドロゲルまたは膜の形態の植物由来の機械的に崩壊させたセルロースナノファイバーおよび/またはその誘導体を含む細胞培養または細胞送達組成物が記載され、さらに、細胞を提供する工程、細胞をこの細胞培養または細胞送達組成物と接触させ、マトリックスを形成する工程、およびそのマトリックス内で三次元または二次元の配置で細胞を培養する工程を含む細胞を培養する方法、ならびに、細胞培養培地および細胞を含む材料を提供する工程、細胞培養材料を分解酵素と接触させる工程、細胞および細胞凝集体を沈降させるために材料を遠心する工程、およびデカンテーションによりセルロースナノファイバーを除去する工程を含む、細胞培養材料から植物ベースのセルロースナノファイバーおよび/またはその培養体を除去する方法が記載されている(特許請求の範囲)。
国際公開第2015/111734号 特表2013−541956号公報
従来の培養細胞の回収方法では、浮遊培養した細胞を遠沈処理にかけ、沈降させた細胞を回収していた(特許文献1、特許文献2)。
しかし、遠沈処理時に細胞にかかる遠心加速度によって細胞が潰されてダメージを受けるため、細胞増殖率および細胞回収率を両立できないことが問題となっていた。
また、遠沈処理を行うために、培養により得られた細胞分散液を希釈する必要があるなど、煩雑な操作を要する工程が増加することによって、培養コストが上昇する等の不利益があった。
そこで、本発明は、培養した細胞が回収時に受けるダメージを抑制して、細胞増殖率および細胞回収率を両立することができ、しかも、煩雑な回収操作を簡略化することができる細胞の培養方法、ならびに、この培養方法に用いる培養液を提供することを課題とする。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、高温でゾルからゲルに相転移し、低温でゲルからゾルに相転移する培養液を用いて、培養液をゾルからゲルに相転移させた後、ゲルからゾルに相転移する温度以上で細胞を浮遊培養すると、培養終了後に培養液をゲルからゾルに相転移する温度未満まで降温させるだけで培養された細胞を沈降させることができ、培養した細胞が回収時に受けるダメージを抑制して、細胞増殖率および細胞回収率を両立することができ、しかも、煩雑な回収操作を簡略化することができることを知得し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は次の[1]〜[23]を提供する。
[1] 昇温時相転移温度TcおよびTcよりも温度が低い降温時相転移温度Tcsを有する培養液をTc未満からTc以上に昇温する昇温工程と、
上記昇温工程において上記培養液をTc以上に昇温した後、Tcs以上の培養温度で、上記培養液中で細胞を浮遊培養する培養工程と、
を備える、細胞の培養方法。
ここで、上記昇温時相転移温度Tcは、上記培養液が5.0℃/分の昇温速度で3.0℃から98.0℃まで昇温されたとする場合において、上記培養液の3.0℃における粘度がηsであるときの、上記培養液の粘度が10×ηsとなる時の温度であり、上記降温時相転移温度Tcsは、上記培養液が5.0℃/分の降温速度で98.0℃から3.0℃まで降温されたとする場合において、上記培養液の粘度が10×ηsとなる時の温度であり、温度の単位を℃、粘度の単位をPa・sとする。
[2] TcおよびTcsが下記式(1)を満たす、上記[1]に記載の細胞の培養方法。
1.0℃≦Tc−Tcs≦70.0℃ (1)
[3] 上記培養工程の後に、さらに、
上記培養液をTcs未満に降温して、上記培養工程において培養された細胞を沈降させ、回収する回収工程、
を備える、上記[1]または[2]に記載の細胞の培養方法。
[4] 上記降温時相転移温度Tcsが3.0℃以上41.0℃以下である、上記[1]〜[3]のいずれか1つに記載の細胞の培養方法。
[5] 上記培養液が、平均直径2.0nm以上100nm以下のセルロースナノファイバーと、熱ゾルゲル変化剤と、を含む、上記[1]〜[4]のいずれか1つに記載の細胞の培養方法。
[6] 上記セルロースナノファイバーのカルボキシ基含有量が0.60mmol/g以上2.0mmol/g以下である、上記[5]に記載の細胞の培養方法。
[7] 上記セルロースナノファイバーの含有量が上記培養液中0.01質量%以上1.0質量%以下である、上記[5]または[6]に記載の細胞の培養方法。
[8] 上記セルロースナノファイバーに酸化処理が施されている、上記[5]〜 [7]のいずれか1つに記載の細胞の培養方法。
[9] 上記熱ゾルゲル変化剤の含有量が上記培養液中0.05質量%以上3.0質量%以下である、上記[5]〜[8]のいずれか1つに記載の細胞の培養方法。
[10] 上記熱ゾルゲル変化剤がメチルセルロースである、上記[5]〜[9]のいずれか1つに記載の細胞の培養方法。
[11] 上記細胞が幹細胞である、上記[1]〜[10]のいずれか1つに記載の細胞の培養方法。
[12] 上記昇温工程の後、かつ、上記培養工程の前に、さらに、
上記昇温工程において上記培養液をTc以上に昇温した後、上記培養液に細胞を播種するゲル化後播種工程
を備える、上記[1]〜[11]のいずれか1つに記載の細胞の培養方法。
[13] 上記昇温工程の前に、さらに、
上記培養液に細胞を播種するゲル化前播種工程
を備える、上記[1]〜[11]のいずれか1つに記載の細胞の培養方法。
[14] 昇温時相転移温度Tcおよび降温時相転移温度Tcsを有する培養液。
ここで、上記昇温時相転移温度Tcは、上記培養液が5.0℃/分の昇温速度で3.0℃から98.0℃まで昇温されたとする場合において、上記培養液の3.0℃における粘度がηsであるときの、上記培養液の粘度が10×ηsとなる時の温度であり、上記降温時相転移温度Tcsは、上記培養液が5.0℃/分の降温速度で98.0℃から3.0℃まで降温されたとする場合において、上記培養液の粘度が10×ηsとなる時の温度であり、温度の単位を℃、粘度の単位をPa・sとする。
[15] TcおよびTcsが下記式(1)を満たす、上記[14]に記載の培養液。
1.0℃≦Tc−Tcs≦70.0℃ (1)
[16] 上記降温時相転移温度Tcsが3.0℃以上41.0℃以下である、上記[14]または[15]に記載の培養液。
[17] 平均直径2.0nm以上100nm以下のセルロースナノファイバーと、熱ゾルゲル変化剤と、を含む、上記[14]〜[16]のいずれか1つに記載の培養液。
[18] 上記セルロースナノファイバーのカルボキシ基含有量が0.60mmol/g以上2.0mmol/g以下である、上記[17]に記載の培養液。
[19] 上記セルロースナノファイバーを0.01質量%以上1.0質量%以下含む、上記[17]または[18]に記載の細胞の培養液。
[20] 上記セルロースナノファイバーに酸化処理が施されている、上記[17]〜[19]のいずれか1つに記載の培養液。
[21] 上記熱ゾルゲル変化剤を0.05質量%以上3.0質量%以下含む、上記[17]〜[20]のいずれか1つに記載の培養液。
[22] 上記熱ゾルゲル変化剤がメチルセルロースである、上記[17]〜[21]のいずれか1つに記載の培養液。
[23] 上記[1]〜[13]のいずれか1つに記載の細胞の培養方法に使用するための、上記[14]〜[22]のいずれか1つに記載の培養液。
本発明によれば、培養した細胞が回収時に受けるダメージを抑制して、細胞増殖率および細胞回収率を両立することができ、しかも、煩雑な回収操作を簡略化することができる細胞の培養方法、ならびに、この培養方法に用いる培養液を提供することができる。
図1は、本発明の細胞の培養方法において用いる培養液の温度と粘度との関係を示すグラフである。昇温時には昇温時相転移温度Tcでゾル状態からゲル状態に転移し、降温時には降温時相転移温度Tcsでゲル状態からゾル状態に転移する。培養液をT1に昇温して粘度を10×ηs以上のゲル化状態とした後、細胞を浮遊培養する。培養後、培養液をT2に降温して粘度を10×ηs以上のゾル状態として、細胞を沈降させる。ただし、T1≧Tc、かつ、T2<Tcsである。T1における粘度をη1、T2における粘度をη2、降温時の3℃における粘度をηs’とする。
まず、本発明の従来技術に対する有利な点および作用効果を奏するメカニズムを説明する。
従来の細胞の培養方法では、浮遊培養により得られた培養細胞分散液(培養された細胞と培養液とからなる細胞分散液をいう。)を遠沈処理にかけて培養した細胞を沈降させ、培養された細胞を回収していた。そのため、遠沈処理を行う従来の培養細胞の回収方法では、遠沈処理の際に細胞にかかる遠心加速度によるダメージが大きく、遠沈処理の前後における細胞の死亡率が高かった。
これに対して、本発明の細胞の培養方法では、培養液に、高温でゾル状態からゲル状態に相転移し、低温でゲル状態からゾル状態に相転移する機能を付与し、高温でゲル化させた培養液中で浮遊培養し、培養終了後に低温でゲル化した培養液をゾル化することによって、培養された細胞(細胞塊(スフェロイド)を含む。)を沈降させることができるので、遠沈処理によらず細胞を沈降させることができ、培養された細胞が回収時に受けるダメージを抑制するとともに、煩雑な回収操作を簡略化することができる。
従来の細胞の培養方法では、培養中に培養液を撹拌することにより、培養中の細胞が沈降することを防止し、浮遊培養を維持していた。
これに対して、本発明の細胞の培養方法では、ゲル化した培養液中に細胞を浮遊させるため、培養中に培養液を撹拌することなく、浮遊培養を維持することができる。また、培養中の細胞は容易に沈降せず、かつ本発明のゲルは増殖に必要な栄養素および酸素を十分に拡散できるように強すぎないゲルを構成するため、高い細胞増殖率を達成することができる。
また、本発明の細胞の培養方法では、ゲル化状態の培養液中で細胞(スフェロイドを含む。)を浮遊培養させた後、温度をゲル−ゾル転移点以下に下げるだけでゾル状態とすることができ、培養された細胞を沈降しやすくする。温度操作だけで培養された細胞を容易に沈降させることができるので、降温操作が簡単であり、細胞へのダメージが少ないことから、高い細胞沈降率および低い細胞死亡率を達成することができる。
本明細書においては、セルロースナノファイバー(cellulose nanofiber)を「CNF」という場合がある。
また、本明細書においては、メチルセルロース(methyl cellulose)を「MC」という場合がある。
また、本明細書においては、カードラン(curdlan)を「CU」という場合がある。
また、本明細書においては、カルボキシメチル(carboxymethyl)を「CM」という場合がある。
また、本明細書においては、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシル(2,2,6,6-tetramethyl-1-pyperizine-N-oxyl)を「TEMPO」という場合がある。
また、本明細書において「〜」を用いて表される範囲は、その範囲に「〜」の前後に記載された両端を含む範囲を意味する。例えば、「a〜b」(ここで、aおよびbはある数値(実数)を表し、かつ、a<bであるとする。)という範囲には、aおよびbを含む。
また、本明細書においては、温度の単位を℃、粘度の単位をPa・sとする。
[細胞の培養方法]
以下、本発明の細胞の培養方法を詳細に説明する。
本発明の細胞の培養方法は、培養液をTc未満からTc以上に昇温する昇温工程と、Tcs以上の培養温度で、培養液中で細胞を浮遊培養する培養工程と、を備える。
本発明の細胞の培養方法においては、昇温工程において培養液をTc以上に昇温した後、培養工程においてTcs以上の培養温度で細胞を浮遊培養する前に、培養液はTcs以上に保たれることが好ましい。
また、本発明の培養方法は、培養液をTcs未満に降温して、培養された細胞を沈降させる回収工程を備えることが好ましい。
また、本発明の培養方法は、昇温工程の後に培養液に細胞を播種するゲル化後播種工程、または昇温工程の前に培養液に細胞を播種するゲル化前播種工程を備えることが好ましい。
また、本発明の培養方法に用いる培養液は、昇温時相転移温度Tcおよび降温時相転移温度Tcsを有する。
〈培養液〉
本発明の細胞の培養方法において使用する培養液(以下、単に「本発明の培養液」という場合がある。)について詳細に説明する。
本発明の培養液は、昇温時相転移温度TcおよびTcよりも温度が低い降温時相転移温度Tcsを有する。
ここで、昇温時相転移温度Tcおよび降温時相転移温度Tcsは以下のとおり定義される。
昇温時相転移温度Tcは、培養液が5.0℃/分の昇温速度で3.0℃から98.0℃まで昇温されたとする場合において、培養液の3.0℃における粘度がηsであるときの、培養液の粘度が10×ηsとなる時の温度である。
降温時相転移温度Tcsは、培養液が5.0℃/分の降温速度で98.0℃から3.0℃まで降温されたとする場合において、培養液の粘度が10×ηsとなる時の温度である。
ここで、TcおよびTcsは、Tc>Tcsの関係を満たす。
また、上記定義から、TcおよびTcsは、3.0<Tc<98.0および3.0<Tcs<98.0の関係を満たすこともいえる。
また、本発明において、粘度が10×ηs以上である状態を「ゲル化状態」といい、粘度が10×ηs以上となることを「ゲル化(する)」といい、粘度が10×ηs未満である状態を「ゾル化状態」といい、粘度が10×ηs未満となることを「ゾル化(する)」という。
図1を参照しながら、培養液のゾル−ゲル転移を説明する。
培養液の昇温時の温度T−粘度ηの関係は、図1のグラフの下側の曲線によって表され、培養液の降温時の温度T−粘度ηの関係は、図1のグラフの上側の曲線によって表される。
昇温時の3.0℃における粘度がηsである。
まず、培養液の温度を昇温してゆき、温度がTcになると、培養液の粘度は10×ηsとなる。すなわち、温度Tcにおいては、培養液はゲル化状態にある。
培養液の温度をT1まで昇温すると、培養液の粘度はη1となる。すなわち、温度T1においては、培養液はゲル化状態にある。ただし、T1はT1≧Tcを満たす温度とし、η1はη1≧10×ηsを満たす粘度とする。
次に、培養液の温度をT1から降温してゆき、温度がTcsになると、培養液の粘度は10×ηsとなる。すなわち、温度Tcsにおいては、培養液はゲル化状態にある。
さらに、培養液の温度をT2まで降温すると、培養液の粘度はη2となる。すなわち、温度T2においては、培養液はゾル化状態にある。ただし、T2はT2<Tcsを満たす温度とし、η2はη2<10×ηsを満たす粘度とする。
また、TcとTcsの差ΔTc=Tc−Tcsは、特に限定されないが、好ましくは1.0℃≦ΔTc≦70.0℃であり、より好ましくは5.0℃≦ΔTc≦65.0℃であり、さらに好ましくは10.0℃≦ΔTc≦60.0℃である。
ΔTcがこの範囲内であると、ゾル−ゲル転移の幅が広く、ゾル化およびゲル化が同時に起きにくく、培養液がより安定となり、細胞増殖率が向上しやすい。
また、昇温時相転移温度(Tc)が高温になりにくい。Tcが高温になりにくいことによって、昇温工程における培養液の加熱処理の際の温度が低く、培養液中の培地成分が変性し難く、細胞の増殖率を向上しやすい。
また、降温時相転移温度(Tcs)が低温になりにくい。Tcsが低温になりにくいことによって、回収工程における降温処理の際の温度が低くならず、細胞死亡率を低下させやすい。
(相転移温度の測定方法)
培養液の粘度を、プレート型粘度計(例えば、Anton Paar 社製MCR301)を用い、プレート径=45mm、ギャップ=0.049mm、および剪断速度=0.1s−1の測定条件で、3.0℃から98.0℃まで、昇温速度5.0℃/分で昇温しながら測定し、粘度が3.0℃における粘度の10倍となる温度を「昇温時相転移温度(Tc)」とする。
次に、培養液の粘度を、同じ測定条件で、98.0℃から3.0℃まで、降温速度5.0℃/分で降温しながら測定し、粘度が昇温時の3.0℃における粘度の10倍となる温度を「降温時相転移温度(Tcs)」とする。
(ヒステリシス)
本発明では、熱で培養液のゾル−ゲル転移が生じるが、昇温時相転移温度(Tc)(「ゲル化温度」という場合がある。)および降温時相転移温度(Tcs)(「ゾル化温度」という場合がある。)にヒステリシスが存在することが特徴である。
そして、上記した通り、TcおよびTcsは、Tc>Tcsの関係を満たすため、本発明の培養液は、降温してもゲル化状態を維持でき、ゲル化温度が広がって、培養温度を広く取れるという特徴を有する。
また、本発明の培養液は、ゾル−ゲル転移のヒステリシスが大きいが、ゾル−ゲル転移のヒステリシスが大きいと、培養液をTc以上に昇温してゲル化させると、Tcを下回ってもゾル化し難く、浮遊力が得やすい。すなわち、本発明の培養液は、一度高温に曝してゲル化させると、低温(培養温度)に低下させてもゾル化せず、ゲル化状態のままで浮力を維持する。
さらに、ヒステリシスが大きいことにより、ゾル−ゲルの転移温度を広く取ることができるので、材料設計しやすい。
《培養液の成分》
培養液の成分は、昇温時相転移温度(Tc)および降温時相転移温度(Tcs)を有することができれば、特に限定されないが、平均直径2.0nm以上100nm以下のセルロースナノファイバーおよび熱ゾルゲル変化剤を含むことが望ましい。
(平均直径2.0nm以上100nm以下のセルロースナノファイバー)
セルロースナノファイバー(以下「CNF」という。)の平均直径は、2.0nm以上100nm以下であれば特に限定されないが、好ましくは3.0nm〜50nm、より好ましくは4.0〜20nmである。
CNFの平均直径が2.0nm未満では、CNFのネットワーク構造が脆弱であるため、培養液をゲル化状態としても、培養中の細胞の浮遊性が十分でなく、沈降しやすいため、良好な細胞増殖率を達成することができない。
一方、CNFの平均直径が100nm超では、CNFのネットワーク構造が強固であるため、培養液をゾル化状態としても、培養された細胞の沈降性が十分でなく、沈降し難いため、良好な細胞沈降率を達成することができない。
なお、本発明において、培養終了後、培養液に温度差を与えるだけで細胞が沈降することを指して、回収性が良好であるという場合がある。
((CNFの平均直径))
CNFの平均直径は、その製造条件を調整することによって、調節することができる。
例えば、機械解砕でCNFを製造する場合、解砕機の圧力を高くするほど、または解砕機の処理回数(パス回数)を多くするほど、CNFの平均直径を小さくすることができる。すなわち、CNFの平均直径を細くすることができる。解砕機の圧力を低くするほど、または解砕機の処理回数(パス回数)を少なくするほど、CNFの平均直径を大きくすることができる。すなわち、CNFの平均直径を太くすることができる。
また、例えば、化学解砕でCNFを製造する場合、化学修飾(例えば、酸化(特許第4998981号公報を参照)、カルボキシメチル化(例えば、国際公開第2015/107995号を参照)、またはリン酸エステル化(例えば、国際公開第2014/185505号を参照)など)の後に機械解砕し、解砕機の圧力および/または処理回数を調整することによって、CNFの平均直径を調節することができる。機械解砕でCNFを製造する場合と同様、解砕機の圧力を高くするほど、または解砕機の処理回数(パス回数)を多くするほど、CNFの平均直径を小さくすることができ、解砕機の圧力を低くするほど、または解砕機の処理回数(パス回数)を少なくするほど、CNFの平均直径を大きくすることができる。
なお、CNFの平均直径は、以下の方法(特許第5544053号明細書を参照)により求めたものである。
CNF濃度が0.001質量%となるように希釈したCNF水分散液を調製する。このCNF分散液をマイカ製試料台に薄く延ばし、50℃で加熱乾燥させて観察用試料を作成する。観察用試料をAFM(Atomic Force Microscope;原子間力顕微鏡)を用いて観察し、観察した形状像の断面高さを10点計測する。10点の計測値の算術平均値をCNFの平均直径とする。
((CNFの平均繊維長))
CNFの平均繊維長は、特に限定されないが、好ましくは0.20μm以上2.0μm以下であり、より好ましくは0.30μm以上1.5μm以下であり、さらに好ましくは0.40μm以上1.0μm以下である。
この範囲内であると、培養液をゲル化状態からゾル化状態に相転移させた際に、より細胞が沈降しやすく、より良好な細胞沈降率を達成することができる。
なお、CNFの平均繊維長は、特表2013−541956号公報に記載された方法にしたがって測定することができる。
CNFの平均繊維長は、その製造条件を調整することによって、調節することができる。
例えば、機械解砕でCNFを製造する場合、解砕処理時のCNF分散液の温度を上げるほど平均繊維長を短くすることができ、CNF分散液の温度を下げるほど平均繊維長を長くすることができる。
また、例えば、化学解砕でCNFを製造する場合、化学修飾(例えば、酸化(特許第4998981号公報を参照)、カルボキシメチル化(例えば、国際公開第2015/107995号を参照)、またはリン酸エステル化(例えば、国際公開第2014/185505号を参照)など)の際の処理温度を上げるほど平均繊維長を短くすることができ、処理温度を下げるほど平均繊維長を長くすることができる。
((CNF含有量))
培養液中のCNF含有量が多いほど、昇温時相転移温度(Tc)は下降し、CNF含有量が少ないほど、Tcは上昇する。
培養液中のCNF含有量は、特に限定されないが、好ましくは0.01質量%以上1.0質量%以下であり、より好ましくは0.02質量%以上0.50質量%以下、より好ましくは0.03質量%以上0.10質量%以下である。
本発明の培養液がCNFを含むと、よりゲル化し易くなり、昇温時相転移温度(Tc)がより低温側にシフトするため、より低温でゲル化することができる。
本発明の培養液がCNFを含む場合は、含まない場合に比べて、より低温でゲル化することができるので、細胞を培養するための培地成分の変性を抑制することができ、好ましい。CNF含有量が上記範囲内であると、昇温時相転移温度(Tc)を低下させる効果がより発現しやすい。
また、本発明の培養液がCNFを含む場合は、含まない場合に比べて、培養中の細胞を浮遊させることがより容易になり、培養中により沈降し難くなるので、より良好な細胞増殖率を達成することができる。
((カルボキシ基含有量))
CNFは、カルボキシ基を含有することが好ましい。
CNFのカルボキシ基含有量は、特に限定されないが、好ましくは0.6mmol/g以上2.0mmol/g以下であり、より好ましくは0.7mmol/g以上1.9mmol/g以下であり、さらに好ましくは0.9mmol以上1.8mmol/g以下である。
CNFがカルボキシ基を含有すると、カルボキシ基によってCNFの分散が促進されて、本発明の培養液中でCNFの繊維が大きく広がり、CNF間の相互作用が大きくなる。その結果、本発明の培養液のゾル−ゲル転移をし易くする効果が発揮される。
また、CNFと熱ゾルゲル変化剤との相互作用を大きくし、ゲル形成を促す効果もある。
CNFにカルボキシ基を導入する方法は、特に限定されるものではないが、例えば、TEMPO(2,2,6,6-tetramethyl-1-pyperizine-N-oxyl;2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシル)酸化による方法(例えば、国際公開2010/116826号、または国際公開第2009/084566号等を参照)、およびカルボキシメチル化する方法(例えば、国際公開第2014/088072号、または特許第4055914号公報等を参照)などが挙げられる。酸化処理の際の反応時間、反応温度および/もしくは酸化剤の量、ならびに/またはカルボキシメチル化処理の際の反応時間、反応温度および/もしくはカルボキシメチル化剤の量等を調整することにより、カルボキシ基導入量を調整することができる。
なお、CNFのカルボキシ基含有量は、以下の方法(特許第5351586号明細書を参照)により求めたものである。
CNFの0.5質量%スラリーを60mL調製し、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5とする。このスラリーに0.05M水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHが11になるまで電気伝導度を測定する。電気伝導度の変化が緩やかな弱酸の中和段階において消費された水酸化ナトリウム水溶液量A(mL)から、下記式により算出する。
カルボキシ基含有量(mmol/g)=A(mL)×0.05(mol/L)/CNF質量(g)
((CNFの酸化処理))
また、CNFは酸化処理が施されていることが好ましい。
酸化処理としては、上記したTEMPO酸化処理などが挙げられる。
すなわち、TEMPO化CNFは、カルボキシ基を含有するとともに、酸化処理が施されているCNFである。
(熱ゾルゲル変化剤)
熱ゾルゲル変性材をCNFと併用することで、Tcsを制御することができる。
熱ゾルゲル変性材は降温の際のゾル化を促す。すなわち、あまり低温まで下げずに、ゲル化状態の培養液をゾル化させる効果、すなわち、ゾル化温度を上昇させる降下を有する。
この結果、培養液をゾル化し細胞を沈降、回収する際に、細胞が死亡するような低温にまで培養液温度を下げずにすみ、細胞の死亡率を抑制できる。
((熱ゾルゲル変化剤の種類))
熱ゾルゲル変化剤は、特に限定されないが、例えば、メチルセルロース(MC)、およびカードラン(CU)等を挙げることができ、好ましくはMCまたはCUであり、より好ましくはMCである。
((熱ゾルゲル変化剤の分子量または重合度))
MCおよびCUの重合度は、特に限定されないが、好ましくは100〜1万であり、より好ましくは200〜6000であり、さらに好ましくは300〜4000である。
この範囲内であると、ゾル化の効果をより発現しやすく、かつ、培養の粘度がより低下するため、より良好な細胞沈降率を達成することができる。
MCは、特に限定されず、様々な分子量または重合度のMCを使用することができる。
MC(例えば、メチルセルロース#400,ナカライテスク社製)は、ゲル化温度(Tc)が約60℃であり、ゾル化温度(Tcs)が約20℃である。
市販のMCとしては、例えば、メチルセルロース#100、メチルセルロース#400、メチルセルロース#1500、またはメチルセルロース#4000(いずれもナカライテスク社製;#のあとの数字は重合度を示す)を用いることができる。
CUは、特に限定されず、例えば、和光純薬(生化学用)、またはキリン協和フーズから購入したものを使用することができる。
CU(例えば、カードラン(生化学用),和光純薬工業株式会社製)は、ゲル化温度(Tc)が約80℃であり、ゾル化温度(Tcs)が約15℃である。
((熱ゾルゲル変化剤含有量))
培養液中の熱ゾルゲル変性剤含有量が多いほど、降温時相転移温度(Tcs)は上昇し、熱ゾルゲル剤含有量が少ないほど、Tcsは下降する。
即ち熱ゾルゲル変性剤は、培養液がゾル化する温度を上昇させる効果を有する。この結果、培養液をゾル化し細胞を沈降、回収する際に、細胞が死亡するような低温にまで培養液温度を下げずにすみ、細胞の死亡率を抑制できる。
本発明の培養液中の熱ゾルゲル変化剤の含有量は、特に限定されないが、好ましくは0.05質量%以上3.0質量%以下であり、より好ましくは0.1質量%以上1.5質量%以下であり、さらに好ましくは0.2質量%以上〜0.7質量%以下である。
熱ゾルゲル変化剤の含有量がこの範囲内であると、熱ゾルゲル変化剤のゾル化の効果がよりよく発揮され、Tcsが低温になりすぎることがなく、細胞の降温処理温度が低温にならず、細胞死亡率をより低下させることができる。また、TcsとTcとの差が大きいため、培養液がより安定になり、細胞増殖率がより向上しやすい。
(ゾル−ゲル転移能の付与)
本発明の好ましい実施態様は、次のような特徴を有する。
培養液がCNFおよび熱ゾルゲル変化剤を含むことにより、培養液にゾル−ゲル転移能が付与される。
培養液をゲル化し、ゲル化状態の培養液中で細胞を浮遊培養することにより、高い細胞増殖率を達成することができる。
培養液のゲル中で浮遊培養を行った後、培養液をゾル化して、培養された細胞を沈降させ、回収し易くする。
このようなゲル化およびゾル化は、意外なことに、CNFと熱ゾルゲル変化剤と相互作用により発現する。
培養液をゲル化温度(Tc)以上の温度に昇温すると、培養液中でハイドロゲルが形成されてゲル化し、細胞が浮遊するが、培養液をゾル化温度(Tcs)未満に降温すると、ハイドロゲルが崩れ、細胞が沈降する。
熱ゾルゲル変化剤だけでもゲル化温度(Tc)およびゾル化温度(Tcs)を発現することは可能であるが、培養時の細胞浮遊性を確保するためには、CNFを併用することが望ましい。
(ΔTcの調節)
なお、TcはCNFの含有量によって調節することができ、Tcsは熱ゾルゲル変性剤の含有量によって調節することができ、これらは独立しているので、ΔTc=Tc−Tcsは、CNFおよび熱ゾルゲル変化剤の含有量比で調節することができる。
(細胞を培養するための培地成分)
本発明の培養液は、細胞を培養するための培地成分を含んでもよい。
細胞を培養するための培地成分は、細胞の種類によって適宜選択することができるが、ヒト細胞を培養するための基礎培地成分を含む培地としては、例えば、イーグル最小必須培地(EMEM(Eagle’s minimal essential medium)と称する場合がある。)および/またはその変法培地などが挙げられる。EMEMの変法培地として、例えば、ダルベッコ・フォークト変法イーグル最小必須培地(DMEM(Dulbecco's modified Eagle medium))が挙げられる。また、基礎培地成分を含む培地としては、これらの最小必須培地にビタミン、アミノ酸、およびグルコース等の成分を添加したものも含まれる。
〈昇温工程〉
昇温工程は、培養液をゲル化温度Tc未満からゾル化温度Tc以上に昇温する工程である。
昇温工程においては、加熱処理により培養液をTc以上に昇温することにより、培養液をゲル化させる。
ゲル化温度Tcは、培養液の成分、例えば、セルロースナノファイバーの含有量、を調整することによって適宜調節することができ、特に限定されないが、好ましくは42.0℃以上90.0℃以下であり、より好ましくは44.0℃以上85.0℃以下であり、さらに好ましくは45.0℃以上80.0℃以下である。
ゲル化温度Tcがこの範囲内であると、培養工程において、ゲル化した培養液の内部まで酸素が拡散するため、細胞増殖率をより高くすることができる。また、細胞を培養するための培地成分が分解されず、培養される細胞が利用できるため、細胞増殖率をより高くすることができる。
培養液をゲル化する温度、すなわち、加熱処理の温度は、Tc以上であれば特に限定されないが、好ましくはTc以上99.0℃以下であり、より好ましくはTc+2.0℃以上97.0℃以下であり、さらに好ましくはTc+4.0℃以上95.0℃以下である。
加熱処理の温度がこの範囲内であると、培養液のゲル化が十分に進み、培養工程におおいて細胞に十分な浮力が与えられるため、細胞増殖率がより向上する。また、細胞を培養するための培地成分が加熱処理によって分解されることがないので、細胞増殖率を低下させない。
加熱処理の温度の下限は、ゲル化温度(Tc)に依存するため、培養液に依存して決定される。一方、加熱処理の温度の上限は、細胞を培養するための培地成分の熱分解により規定されるため、ゲル化温度(Tc)に依存しない。
加熱処理の時間は、そのときの加熱温度で培養液をゲル化することができる時間であれば特に限定されないが、好ましくは1.0秒以上10分以下であり、より好ましくは5.0秒以上8.0分以下であり、さらに好ましくは10秒以上5.0分以下である。
加熱処理の時間がこの範囲内であると、培養液のゲル化が十分に進み、培養工程におおいて細胞に十分な浮力が与えられるため、細胞増殖率がより向上する。また、細胞を培養するための培地成分が加熱処理によって分解されることがないので、細胞増殖率を低下させない。
なお、細胞を培養するための培地成分のうち、アミノ酸、タンパク質、糖、およびビタミンなど、加熱により変性しやすい成分は、後述する培養液調製工程では添加せず、昇温工程の後に培養液に添加することも好ましい。
本発明の細胞の培養方法は、後述するように、培養液に細胞を播種する播種工程を行ってもよいが、昇温工程の前に播種工程を行う場合、昇温工程における加熱処理の温度は、好ましくは42.0℃以上50.0℃以下、よりに好ましくは42.0℃以上48.0℃以下、さらに好ましくは42.0℃以上45.0℃以下である。
加熱処理の温度がこの範囲内であると、加熱による細胞の死亡を抑制し、培養工程における細胞増殖率を向上させることができる。
《加熱方法》
加熱処理のための方法(加熱方法)は、特に限定されないが、例えば、培養容器をプレートヒーター上に乗せて培養容器を加熱する方法、培養容器を湯せんにより加熱する方法、などが挙げられる。また、放射熱源(赤外線ヒーター等)を用いる方法でも良い。
〈培養工程〉
培養工程は、昇温工程において培養液をTc以上に昇温した後、Tcs以上の培養温度で、培養液中で細胞を浮遊培養する工程である。
昇温工程において培養液をゲル化温度(Tc)以上に昇温してゲル化させた後、細胞の浮遊培養が行われる。
培養液をゲル化した後、培養開始前においては、培養液をゲル化状態、好ましくは培養液の温度をゾル化温度(Tcs)以上、に保つ。
また、培養開始後、すなわち培養中においては、培養液の温度をTcs以上に保つ。
培養液をゲル化した後、培養液の温度をTcs以上に保つと、培養液がゲル化状態を保ちやすい。
なお、培養中の培養液の温度、すなわち培養温度については、後述する。
培養中においては、培養液の温度をTcs以上に保っていれば、Tcs以上の範囲内で温度を上下してもかまわない。これは、ゲル化状態の培養液は、ゲル構造が熱力学的に安定な構造であるため、Tcs以上では、安定したゲル構造を維持するからである。
培養方法としては、例えば、国際公開第2015/111734号([0032]〜[0033])、国際公開第2014/136581号([0063]〜[0095])などに記載された方法を用いる事ができる。
《培養温度》
本発明の培養液は、熱によってゾル−ゲル転移が生じるが、ゲル化温度(Tc)およびゾル化温度(Tcs)にヒステリシスが存在することが特徴である。
Tc>Tcsであり、この結果、低温に下げてもゲル状態を維持できるため、ゲル化温度が広がり、培養温度を広く取れる特徴を有する。
したがって、培養温度は、Tcs以上であれば特に限定されないが、好ましくはTcs以上Tc以下であり、より好ましくはTcs+2.0℃以上Tc−2.0℃以下であり、さらに好ましくはTcs+5.0℃以上Tc−5.0℃以下である。
より具体的には、培養温度は、培養液がゲル化状態である温度であれば特に限定されないが、好ましくは10.0℃以上55.0℃以下であり、より好ましくは15.0℃以上50.0℃以下であり、さらに好ましくは20.0℃以上45.0℃以下である。
《細胞》
細胞は、特に限定されず、種々の細胞を含み得る。
細胞の由来は、特に限定されないが、好ましくは動物細胞であり、より好ましくはヒト細胞である。
細胞の種類は、特に限定されないが、好ましくは幹細胞であり、より好ましくは胚性幹細胞(以下「ES細胞」という場合がある。:ES,embryonic stem)、体性幹細胞、および人工多能性幹細胞(以下「iPS細胞」という場合がある。:iPS,induced pluripotent stem)からなる群から選択される少なくとも1つである。
細胞の由来および種類は、特に限定されないが、好ましくはヒト幹細胞であり、より好ましくはヒト胚性幹細胞(ヒトES細胞)、ヒト体性幹細胞、およびヒト人工多能性細胞(iPS細胞)からなる群から選択される少なくとも1つである。
幹細胞は比較的温度変化に強く、培養温度から降温処理の温度まで温度を変化させても、細胞の生存率を高くすることができるためである。
体性幹細胞としては、例えば、造血幹細胞、臍帯血幹細胞、衛星細胞、腸管幹細胞、毛包幹細胞、間葉系幹細胞、神経幹細胞、内皮幹細胞、嗅粘膜幹細胞、神経冠幹細胞、および精巣細胞などが挙げられ、好ましくは間葉系幹細胞である。
また、ヒト体性幹細胞としては、例えば、ヒト造血幹細胞、ヒト臍帯血幹細胞、ヒト衛星細胞、ヒト腸管幹細胞、ヒト毛包幹細胞、ヒト間葉系幹細胞、ヒト神経幹細胞、ヒト内皮幹細胞、ヒト嗅粘膜幹細胞、ヒト神経冠幹細胞、およびヒト精巣細胞などが挙げられ、好ましくはヒト間葉系幹細胞である。
いろいろな型の細胞分化可能で、治療に活用され得る間葉系幹細胞は、通常、生体から採取し、選別し、そして純化したものを陥る。本発明の回収方法において使用できる間葉系幹細胞としては、患者から直接採取される臨床用の初代ヒト間葉系幹細胞ばかりでなく、試験研究用に用い得る細胞バンクより入手できる間葉系幹細胞、および不死化された間葉系幹細胞株も挙げられる。
当業者であれば既知のとおり、これらの間葉系幹細胞は、臨床上の適用の観点から捉えると、自家ソース由来、異種異系ソース由来、または異種間ソース由来のいずれの細胞であってもよい。また、採取源は、ドナー骨髄、組織生検、胚性ソース、または出生後ソースなどのいずれの採取源であってもよい。具体的には、腸骨稜の骨髄、大腿頸骨、脊椎、肋骨、もしくはその他の骨髄腔由来、または胚性卵黄嚢、胎盤、臍帯、骨膜、胎児または青年期の皮膚、および血液を含む組織生検由来などの採取源が挙げられる。
iPS細胞としては、例えば、国際公開第2015/037535号、特許第5590646号公報、国際公開第2011/043405号、国際公開第2013/077423号、または国際公開第2014/136581号([0050]〜[0061])に記載されたiPS細胞を使用することができる。
なお、沈降工程における「培養された細胞」、後述する播種工程における「播種された細胞」および種細胞としての「細胞」、ならびに後述する培養工程における「浮遊培養される細胞」および種細胞から浮遊培養する「細胞」は、いずれも、上記した細胞であってよい。
〈播種工程〉
本発明の細胞の培養方法は、昇温工程の前または後に、播種工程を実施してもよい。
播種工程は、培養液に細胞を播種する工程である。
培養液に細胞を播種する方法は、特に限定されないが、例えば、細胞を培養液に分散して調製した懸濁液を培養液に注入する方法が挙げられる。
《播種のタイミング》
播種工程は、昇温工程の後(「ART」(after rising temperature)という場合がある。)に行ってもよいし、昇温工程の前(「BRT」(before rising temperature)という場合がある。)に行ってもよい。
《播種時の細胞濃度》
また、播種工程において、播種時の細胞濃度は特に限定されないが、好ましくは1.0×10個/mL〜1.0×1010個/mLであり、より好ましくは1.0×10個/mL〜1.0×10個/mLであり、さらに好ましくは1.5×10個/mL〜5.0×10個/mLである。
《ゲル化後播種工程》
本発明の細胞の培養方法において、昇温工程の後に行う播種工程を、特に、ゲル化後播種工程という。
ゲル化後播種工程を行う場合は、ゲル化状態にある培養液を弱く撹拌し、細胞を播種することで、培地内部まで細胞を拡散できる。培養液を撹拌する方法としては、例えば、スパチュラーを用いて手で撹拌する方法、マグネティックスターラーおよび撹拌子を用いて撹拌する方法などが挙げられる。撹拌する際の回転数は、特に限定されないが、好ましくは10rpm〜150rpmであり、撹拌時間は、特に限定されないが、好ましくは0.1分〜5分である。これは、以下の理由による。
本発明の培養液がゲル化状態にあるとき、そのゲル構造は熱力学的に安定であるため、撹拌によってゲル構造が壊れても、ゲル化状態を維持できる温度範囲にあれば容易に再構築される。再構築までの時間は、ゲル構造の破壊の程度が大きいほど時間を要するが、弱い撹拌による弱い構造破壊では、1分〜30分で構造が復元し、細胞の浮遊培養が可能となる。
さらに、上記撹拌は、播種の前に行ってもよいし、播種の後に行なってもよい。弱い撹拌なので、遠心処理のような強い撹拌と異なり、播種後に行っても細胞が死亡するようなことがない。
ゲル化後播種工程は、昇温工程において培養液をTc℃以上に昇温してゲル化した後、培養液をゲル化状態に保ったまま、好ましくは培養液の温度をTcs以上に保ったまま行われる。
培養液をゲル化した後、培養液の温度をTcs以上に保つと、培養液がゲル化状態を保ちやすい。
(ゲル化後播種工程−播種時の培養液の温度)
また、ゲル化後播種工程において、細胞を播種する際の培養液の温度はゾル化温度Tcs以上であれば特に限定されないが、好ましくはTcs以上Tc以下であり、より好ましくはTcs+2.0℃以上Tc−2.0℃以下であり、さらに好ましくはTcs+5.0℃以上Tc−5.0℃以下である。
播種時の培地の温度は、細胞に与えるストレスを軽減するため、培養温度付近とすることが望ましい。
《ゲル化前播種工程》
本発明の細胞の培養方法において、昇温工程の前に行う播種工程を、特に、ゲル化前播種工程という。
ゲル化前播種工程を行う場合は、昇温時相転移温度(Tc)が低温であることが望ましい。播種工程の後に昇温工程を行っても、低温で培養液をゲル化することができるため、昇温工程の加熱処理に伴う細胞の死亡を抑制でき、培養後の細胞増殖率をより高くすること、および/または、沈降後の細胞死亡率をより低くすること、ができる。
このような昇温時相転移温度(Tc)は、細胞の耐熱性、生存率閾値等に影響され、一律に規定することはできないが、好ましくは45.0℃以下であり、より好ましくは43.0℃以下であり、さらに好ましくは42.0℃以下である。
(ゲル化前播種工程−播種時の培養液の温度)
また、ゲル化前播種工程において、細胞を播種する際の培養液の温度はゲル化温度Tc未満であれば特に限定されないが、好ましくはTcs以上Tc未満であり、より好ましくはTcs+2.0℃以上Tc−2.0℃以下であり、さらに好ましくはTcs+5.0℃以上Tc−5.0℃以下である。
播種時の培地の温度は、細胞に与えるストレスを軽減するため、培養温度付近とすることが望ましい。
〈回収工程〉
本発明の細胞の培養方法は、培養工程の後に、さらに、回収工程を実施してもよい。
回収工程は、培養液をTcs未満に降温して、培養工程において培養された細胞を沈降させ、回収する工程である。
培養液をTcs未満に降温する処理を降温処理といい、その操作を降温操作という場合がある。
なお、本明細書において、Tcsをゾル化温度という場合がある。ただし、Tcsの定義より、Tcsでは培養液はゲル化状態にある。
ゾル化温度Tcsは、培養液の成分、例えば、熱ゾルゲル変化剤の含有量、を調整することによって適宜調節することができる、特に限定されないが、好ましくは3.0℃以上41.0℃以下であり、より好ましくは5.0℃以上40.0℃以下であり、さらに好ましくは10.0℃以上38.0℃以下である。
ゾル化温度Tcsがこの範囲内であると、回収工程において、あまり低温にすることなく細胞を沈降させることができ、かつ、ゲル化状態からゾル化状態への転移が安定するため、細胞死亡率をより低下させることができるとともに、細胞沈降率をより向上させることができる。
本発明の細胞の培養方法の回収工程において、培養工程において培養された細胞を沈降させるためには、培養液をTcs未満に降温するだけでよい。培養液の温度をTcs未満の温度(以下「降温処理の温度」という場合がある。)に降温することで、ゲル化状態にあった培養液をゾル化させ、培養された細胞を沈降させて、回収することができる。
降温処理の温度は、Tcs未満であれば特に限定されないが、好ましくは3.0℃以上Tcs−3.0℃以下であり、より好ましくは5.0℃以上Tcs−5.0℃以下である。
降温処理の温度がこの範囲内であると、沈降が十分であり、細胞回収率がより向上するとともに、細胞に与える温度ストレスが少なく、細胞死亡率がより低下する。
降温処理の温度の上限は、ゾル化温度(Tcs)に依存するため、培養液に依存して決定される。一方、降温処理の温度の下限は、その温度での細胞の生存率に依存するため、ゾル化温度(Tcs)に依存しない。
降温処理の時間、すなわち、培養液を上記降温処理の温度に保つ時間は、培養液をゾル化することができれば特に限定されないが、好ましくは1秒以上であり、より好ましくは10秒以上であり、さらに好ましくは30秒以上である。
《降温方法》
降温処理のための方法(降温方法)は、特に限定されるものではないが、例えば、培養器を水等の冷媒に浸ける方法、培養器にクーラーを接触させる方法等が挙げられる。また冷風をあてることで降温させても良い。
《回収方法》
培養液をゾル化して細胞を沈降させた後、上清の培養液をデカンテーション、デカントアスピレーション、またはアスピレーション等の方法で除去することにより、細胞を回収することができる。
〈培養液調製工程〉
本発明の細胞の培養方法は、最初に培養液調製工程を実施してもよい。
培養液調製工程は、細胞を培養するための培養液を調製する工程である。
本発明の培養液がCNFおよび熱ゾルゲル変化剤を含む場合、培養液調製工程は、CNFの調製と、培養液の調製との二段階を含み得る。
ただし、CNFとして既製品を使用する場合は、CNFの調製を省略することができる。
《CNFの調製》
(1)TEMPO(2,2,6,6-tetramethyl-1-pyperizine-N-oxyl;2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシル)化CNFの調製方法
TEMPO化CNFの調製方法は、特に限定されないが、例えば、特開2009−263853号公報([0015]〜[0030])に記載された方法にしたがって、セルロース系材料を酸化剤(次亜塩素酸ナトリウム)存在下でTEMPO(2,2,6,6-tetramethyl-1-pyperizine-N-oxyl;2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシル)触媒酸化処理を行って酸化処理されたセルロース系原料を、超高圧ホモジナイザーを用いて湿式微粒化処理して解繊することにより、TEMPO化セルロースナノファイバーを調製することができる。
(2)CM(carboxymethyl;カルボキシメチル)化CNFの調製方法
CM化CNFの調製方法は、特に限定されないが、例えば、国際公開第2015/107995号([0056])に記載された方法にしたがって、アルカリ触媒存在下で、CM化剤であるモノクロロ酢酸を用いてCM化処理されたセルロース系原料を、高圧ホモジナイザーを用いて湿式微粒化処理して解繊することにより、CM化セルロースナノファイバーを調製することができる。
その他、特開2015−227517号公報、特開2015−134873号公報、特開2015−4032号公報、特開2014−193580号公報、特開2013−185122号公報、特許3642147号公報、特許4055914号公報、国際公開第13/137140号、国際公開第2015/107995号、国際公開第2015/50117号、国際公開第2014/181560号、国際公開第2014/181260号、国際公開第2014/088072号、または国際公開第2014/087767号等に記載されたCM化CNFの調製方法を使用できる。
(3)リン酸処理CNF
リン酸基をCNFに導入することにより、より好ましくはリン酸エステル化することにより、調製することができる。
例えば、国際公開第2014/185505号、特開2016−37031号公報、国際公開第2016/002689号、または国際公開第2016/002688号に記載された方法を使用することができる。
(4)機械解砕CNFの調製方法
機械解砕CNFの調製方法は、特に限定されないが、例えば、国際公開第2015/111734号([0039])に記載された方法にしたがって、セルロース系原料を、高圧ホモジナイザーを用いて湿式微粒化処理して解繊することにより、機械解砕CNFを調製することができる。
各種CNFの調製において、原料CNFの由来は特に限定されず、パルプ由来のCNF、バクテリアセルロース(BC;bacterial cellulose)由来のCNF、およびエレクトロスピニングによるナノファイバーのいずれも使用することができるが、特に好ましくはパルプ由来のCNFである。これは、繊維強度が強く、継代でスフェロイドが細分化し難いからである。
TEMPO化CNF、CM化CNF、および機械解砕CNFから選択する場合、好ましくはTEMPO化CNFまたはCM化CNFであり、より好ましくはTEMPO化CNFである。
すなわち、CNFとしては、好ましくはカルボキシ基を含有するCNFであり、より好ましくはカルボキシ基を含有するとともに酸化処理が施されているCNFである。
TEMPO化CNFはTEMPO酸化処理により、カルボキシ基の導入と酸化処理が施されている。
CM化CNFはカルボキシメチル化によりカルボキシ基が導入されているが、酸化処置は施されていない。
機械解砕CNFはカルボキシ基が導入されておらず、酸化処理も施されていない。
《培養液の調製》
(CNF無添加培養液の調製)
使用する細胞に適した基礎培地を、従来公知の方法によって、調製することができる。
例えば、国際公開第2015/111734号([0029]〜[0031])に記載された培地、または国際公開第2014/136581号([0062])に記載された培地を使用してもよい。
(CNFおよび熱ゾルゲル変化剤の添加)
基礎培地にCNFおよび熱ゾルゲル変化剤を添加することにより、本発明の細胞の培養方法で用いる培養液を調製する。
CNFおよび熱ゾルゲル変化剤の添加順序は、特に限定されず、CNFを添加した後に熱ゾルゲル変化剤を添加してもよいし、CNFを添加する前に熱ゾルゲル変化剤を添加してもよい。また、CNFおよび熱ゾルゲル変化剤を同時に基礎培地に添加してもよい。
CNFを熱ゾルゲル変化剤の添加後に添加する場合、CNFを添加するときに急激な撹拌を行うことで、CNFと熱ゾルゲル変化剤との混合を促し、CNFと熱ゾルゲル変化剤との相互作用によるゾル−ゲル転移を起こし易くすることができる。
また、熱ゾルゲル変化剤をCNFの添加後に添加する場合、熱ゾルゲル変化剤を添加するときに急激な撹拌を行うことで、熱ゾルゲル変化剤とCNFとの混合を促し、熱ゾルゲル変化剤とCNFとの相互作用によるゾル−ゲル転移を起こし易くすることができる。
さらに、CNFおよび熱ゾルゲル変化剤を同時に添加する場合、CNFおよび熱ゾルゲル変化剤を添加するときに急激な撹拌を行うことで、CNFと熱ゾルゲル変化剤との混合を促し、CNFと熱ゾルゲル変化剤との相互作用によるゾル−ゲル転移を起こし易くすることができる。
具体的には、CNFおよび/または熱ゾルゲル変化剤を培地に添加する際、マグネティックスターラー等で撹拌することが好ましく、さらには、添加後高回転のホモジナイザーで撹拌することが好ましい。
ホモジナイザーの回転数は、好ましくは1000rpm〜10万rpm、より好ましくは3000rpm〜5万rpm、さらに好ましくは6000rpm〜2万rpmである。
ホモジナイザーの撹拌時間は、好ましくは10秒〜30分、より好ましくは20秒〜15分、さらに好ましくは30秒〜10分である。
回転数および時間がともにこの範囲内であると、細胞増殖率および細胞沈降率がともに向上しやすい。
熱ゾルゲル変化剤を添加した後は、上記した昇温工程において昇温するまで、培養液の温度が昇温時相転移温度(Tc)以上とならないようにすることが望ましい。ゲル状態は粘度が高すぎ、ゾル状態に比べて、取扱い性が悪くなるからである。
また、培養液としては、国際公開第2015/111734号([0029]〜[0031])に記載された培地、または国際公開第2014/136581号([0062])に記載された培地をベースとしたものも使用できる。
培養容器あたりの培養液の量は、特に限定されないが、好ましくは0.5L以上であり、より好ましくは0.6L以上50L以下であり、さらに好ましくは0.7L以上5.0L以下である。
培養液の量がこの範囲内であると、浮遊培養の際に細胞に酸素を十分に供給することができるため、細胞増殖率を高くして、大量の細胞を培養することができる。その結果、効率的に培養された細胞の回収をすることが容易となる。
[培養液]
本発明は、また、本発明の細胞の培養方法に使用するための培養液を提供する。
培養液は既に説明したとおりである。
[実施例1〜実施例6、比較例1]
実施例1〜6、および比較例1は、熱ゾルゲル変化剤の効果を示す例である。
〈比較例1〉
比較例1は、セルロースナノファイバーを含むが、熱ゾルゲル変化剤を含まない培養液を使用した例である。
《培養液調製工程》
(セルロースナノファイバーの調製)
特開2009−263853号公報([0015]〜[0030])に記載された方法にしたがって、セルロース系材料を酸化剤(次亜塩素酸ナトリウム)存在下でTEMPO(2,2,6,6-tetramethyl-1-pyperizine-N-oxyl;2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシル)触媒酸化処理を行って酸化処理されたセルロース系原料を、超高圧ホモジナイザーを用いて湿式微粒化処理して解繊することにより、TEMPO化セルロースナノファイバーを調製した。
調製したTEMPO化セルロースナノファイバーの平均直径およびカルボキシ基導入量を後述する方法にしたがって測定したところ、平均直径は4.0nmであり、カルボキシ基導入量は1.7mmol/gであった。以下、このTEMPO化セルロースナノファイバーを「TEMPO1」と称する場合がある。
・平均直径の測定方法
セルロースナノファイバーの濃度が0.001質量%となるように希釈したセルロースナノファイバー水分散液(以下「CNF水分散液」という場合がある。)を調製した。このCNF水分散液をマイカ製試料台に薄く延ばし、50℃で加熱乾燥して観察用試料を作成し、原子間力顕微鏡(AFM:atomic force microscope)を用いて観察した形状像の断面高さを10点計測し、平均直径を算出した。
・カルボキシ基導入量の測定方法
セルロースナノファイバーの0.5質量%スラリーを60mL調製し、0.1M塩酸水溶液を加えてpH2.5とした後、0.05M水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpHが11になるまで電気伝導度を測定し、電気伝導度の変化が穏やかな弱酸の中和段階において消費された0.05M水酸化ナトリウム水溶液の量(a)から、下記式を用いて算出した。
カルボキシ基導入量(mmol/g)=a(mL)×0.05/セルロースナノファイバー質量(g)
(培養液の調製)
調製したTEMPO1を純水と混合して0.3質量%水分散液(以下「CNF分散液」という場合がある。)を得た。このCNF分散液を、121℃で15分間オートクレーブ滅菌し、滅菌後、室温まで冷却した。
粉末培地(ダルベッコ変法イーグル培地2,日水製薬(株)製)に加水し、30分程マグネティックスターラーで撹拌してダルベッコ変法イーグル培地2溶液(以下「DMEM2溶液」という場合がある。)を調製した。DMEM2溶液を、121℃で15分間オートクレーブ滅菌し、滅菌後、室温まで冷却した。
オートクレーブ滅菌後、室温まで冷却したDMEM2溶液に、滅菌したCNF分散液を、表1記載の濃度になるように無菌条件下で滴下した。滴下後、CNF分散液を添加したDMEM2溶液を、ホモミキサーを用いて、10000rpmで5分間撹拌処理し、CNF添加DMEM2溶液を得た。
このCNF添加DMEM2溶液を室温まで冷却した後に、ろ過滅菌したL−グルタミン溶液(L−グルタミン溶液(×100),和光純薬工業(株)製;200mmol/L)を終濃度2mMとなるように添加した。さらに、滅菌した10質量%炭酸水素ナトリウム水溶液を1mL加え、アミノ酸添加DMEM2溶液を得た。
得られたアミノ酸添加DMEM2溶液の少量を採取し、pH試験紙を使用して溶液のpHがpH7.0〜8.0の範囲内であることを確認した。少量を採取して残ったアミノ酸添加DMEM2溶液に、使用前に10体積%となるようにFBS(fetal bovine serum;ウシ胎児血清)を加え、細胞の培養に使用する培養液を得た。
培養容器として、親水化処理したポリスチレン製培養容器(浮遊細胞培養用フラスコ MS−21800,住友ベークライト社製;培養面積225cm;容量800mL)を準備した。なお、培養容器は、培養液を注入した際の培養液の高さが4.0〜5.0cmとなる培養面積(底面積)を有するものを選定した。
準備した培養容器に、調製した培養液を表1に示す量、無菌的に注入した。
また、調製した培養液の粘度を測定した。
(1)昇温時の粘度の測定
調製した培養液を、3.0℃から98.0℃まで、昇温速度5.0℃/分で昇温しながら、プレート型粘度計(MCR301,Anton Paar社製)を用いて、プレート径=45mm、ギャップ=0.049mm、剪断速度=0.1s−1の測定条件で粘度を測定した。3.0℃から98.0℃までの範囲で、粘度が3.0℃における粘度の10倍となることはなかった。
(2)降温時粘度の測定
98.0℃に昇温した培養液を、降温速度5.0℃/分で降温しながら、3.0℃まで昇温時と同じ測定条件で粘度測定した。98.0℃から3.0℃までの範囲で、粘度が3.0℃における粘度の10倍となることはなかった。
《昇温工程》
培養液調製工程の後、昇温工程を行った。
培養容器に注入した培養液を表1の「昇温工程」の「加熱処理の温度 ℃」欄に記載の温度で、「加熱処理の時間 分」欄に記載の時間、加熱処理した。
《播種工程》
培養液を注入した培養容器に、ヒト間葉系幹細胞(hMSC(human mesenchymal stem cells),Lonza社製;カタログ番号 PT−2501)(以下「hMSC」という場合がある。)を、表1の「播種工程」の「播種時の細胞濃度[個/mL]」に記載した細胞濃度となるように、播種した(培養容器内の培養液に種細胞を播種したものを、以下「播種細胞分散液」という場合がある。)。具体的には、ヒト間葉系幹細胞PT−2501を培養液に分散して調製した懸濁液(以下「PT−2501懸濁液」という。)を培養液に注入した。
播種時の培養液の状態および培養液の温度は、表1の「播種工程」の該当欄に示すとおりであった。
《培養工程》
昇温工程の後、細胞を播種した培養容器を、表1の「培養工程」の「培養液の平均温度 ℃」の欄に記載した温度に設定したインキュベーター(Heracall VIOS COインキュベーター,サーモフィッシャー株式会社製)の中に入れ、細胞の培養を開始した(培養工程における、浮遊培養中の細胞および培養液からなる細胞分散液を「浮遊細胞分散液」という。)。
培養条件は、二酸化炭素濃度5.0体積%、および湿度95%RHとした。
培養開始から1日後、培養容器に接着した細胞を取り除くため、培養容器中の浮遊細胞分散液を新しいアズノール滅菌容器(アズノール滅菌シャーレ GD90−15,アズワン社製)に移し、さらに4日間、培養を継続して、スフェロイドを形成した。
《回収工程》
培養終了後、表1の「回収工程」の「降温処理の温度 ℃」に記載した温度に5分間曝した後、表1の「回収工程」の「沈降手段」の欄に記載した手段で、培養した細胞を沈降させた。
培養細胞分散液(回収工程における、培養終了した培養容器中の培養された細胞および培養液からなる細胞分散液をいう。)中の総細胞数、細胞増殖率、細胞沈降率、および細胞死亡率を以下に記載する方法にしたがって求めた。
・細胞総数の算出方法
培養細胞分散液を2mLサンプリングし、トリプシン処理によってスフェロイドを形成している細胞をばらばらにした後、光学顕微鏡を用いて、培養細胞分散液1mLあたりの細胞数を計測し、これに培養細胞分散液量をかけて培養細胞分散液中の細胞総数を算出した。
・細胞増殖率の算出方法
培養細胞分散液中の細胞総数をN個、播種した細胞数をNf個として、細胞増殖率を下記式により算出した。
細胞増殖率=N/Nf 倍
細胞増殖率は高いほどよく、特に5.2倍以上であることが望ましい。
・細胞沈降率の算出方法
1)降温操作前の全スフェロイド数(N)の計測:
培養細胞分散液を2mLサンプリングし、これを37℃に保った直径20mmのポリスチレン製培養ウェルに注入した。培養ウェルの中央部を、光学顕微鏡を用いて、倍率200倍で10視野観察し、各視野についてスフェロイド数を測定した。この平均値をNとした。これを10個の培養ウェルの培養液に対して繰返し実施し、N、N、・・・、N10を求めた。N〜N10の平均値から培養細胞分散液1mLあたりのスフェロイド数N 個/mL を算出した。なお、直径50μm以上の細胞塊をスフェロイドとして扱った。
2)降温操作後の浮遊(非沈降性)スフェロイド数(n)の計測:
上記培養ウェルに降温処理を行った後、ウェル中の培養液の上澄みを静かに採取した。採取した上澄みを、同様に顕微鏡を用いて倍率200倍で10視野観察し、各視野について浮遊しているスフェロイド数を測定した。この平均値をn1とした。これを10個の培養ウェルの培養液に対して繰り返し測定し、n、n、・・・、n10を求めた。n〜n10の平均値から上澄み1mLあたりの浮遊スフェロイド数n 個/mL を算出した。なお、直径50μm以上の細胞塊をスフェロイドとして扱った。
3)細胞沈降率の算出:
下記式により細胞沈降率(%)を算出した。
細胞沈降率(%)={(N−n)/N}×100 (%)
細胞沈降率は高いほどよく、特に75.0%以上であることが望ましい。
・細胞死亡率の算出方法
降温操作前の細胞について、特表2013−541956号公報([0082])に記載の方法にしたがって、生細胞と死細胞とを染め分け、降温操作前の細胞生存率Xa(%)を算出した。
次に、降温操作後の細胞について、同様にして、降温操作後の細胞生存率Xb(%)を算出した。
降温操作による細胞死亡率を下記式により算出した。
細胞死亡率(%)=Xa(%)−Xb(%)
細胞死亡率は低いほどよく、特に11.0%以下であることが望ましい。
さらに、細胞増殖率(a)、細胞沈降率(b)、および細胞死亡率(c)から、以下の式によりスコアを算出し、総合評価とした。
スコア=a×{(100−c)/100}×(b/100)
スコアは大きいほどよく、特に4.4以上であることが望ましい。
その結果、表1に示すとおり、細胞増殖率8.2倍であり、細胞沈降率35.0%であり、細胞死亡率4.0%であり、スコア2.8であった。
〈実施例1〉
《培養液調製工程》
CNF添加DMEM2溶液を室温まで冷却した後に、メチルセルロース(メチルセルロース400,和光純薬工業株式会社製)を表1記載の濃度になるように無菌的に添加し、次いで、ろ過滅菌したL−グルタミン溶液(L−グルタミン溶液(×100),和光純薬工業(株)製;200mmol/L)を終濃度2mMとなるように添加した点、およびメチルセルロース添加からの一連の操作およびその後の操作を、約37℃に保って行った点を除いて、比較例1と同様にして行った。
さらに、調製した培養液の相転移温度(TcおよびTcs)を、以下の測定方法によって測定した。
・培養液の相転移温度の測定方法
(1)昇温時相転移温度(Tc)の測定
調製した培養液を、3.0℃から98.0℃まで、昇温速度5.0℃/分で昇温しながら、プレート型粘度計(MCR301,Anton Paar社製)を用いて、プレート径=45mm、ギャップ=0.049mm、剪断速度=0.1s−1の測定条件で粘度を測定し、粘度が3.0℃における粘度の10倍になった時の温度を「昇温時相転移温度(Tc)」とした。
(2)降温時相転移温度(Tcs)の測定
98.0℃に昇温した培養液を、降温速度5.0℃/分で降温しながら、3.0℃まで昇温時と同じ測定条件で粘度測定し、粘度が昇温時の3.0℃における粘度の10倍になった時の温度を「降温時相転移温度(Tcs)」とした。
《昇温工程》
培養液調製工程の後、昇温工程を行った。
培養容器に注入した培養液を表1の「昇温工程」の「加熱処理の温度 ℃」欄に記載の温度で、「加熱処理の時間 分」欄に記載の時間、加熱処理した。
《播種工程》
昇温工程の後、実施例1と同様にして、播種工程を行った。
《培養工程》
播種工程の後、実施例1と同様にして、培養工程を行った。
《回収工程》
培養工程の後、降温処理の温度を表1の「回収工程」の「降温処理の温度 ℃」の欄に記載した温度とした点を除いて、実施例1と同様にして、回収工程を行った。
その結果、表1に示すとおり、細胞増殖率8.9倍であり、細胞沈降率87.0%であり、細胞死亡率11.0%であり、スコア6.9であった。
〈実施例2〉
《培養液調製工程》
熱ゾルゲル変化剤としてメチルセルロース(MC)を表1に示す添加量で使用した点を除いて、実施例1と同様にして培養液を調製した。
調製した培養液を表1に示す量、培養容器に注入して、以降の工程に用いた。
さらに、調製した培養液の相転移温度(TcおよびTcs)を、実施例1と同様にして測定した。
《昇温工程》
培養液調製工程の後、温度および時間を、表1の「昇温工程」の「加熱処理の温度 ℃」欄に記載した温度、とした点を除いて、実施例1と同様にして、培養容器に注入した培養液を、加熱処理した。
《播種工程》
昇温工程の後、実施例1と同様にして、播種工程を行った。
《培養工程》
播種工程の後、実施例1と同様にして、培養工程を行った。
《回収工程》
培養工程の後、降温処理の温度を表1の「回収工程」の「降温処理の温度 ℃」の欄に記載した温度とした点を除いて、実施例1と同様にして、回収工程を行った。
その結果、表1に示すとおり、細胞増殖率9.4倍であり、細胞沈降率91.0%であり、細胞死亡率5.0%であり、スコア8.1であった。
〈実施例3〉
《培養液調製工程》
熱ゾルゲル変化剤としてメチルセルロース(MC)を表1に示す添加量で使用した点を除いて、実施例1と同様にして培養液を調製した。
調製した培養液を表1に示す量、培養容器に注入して、以降の工程に用いた。
さらに、調製した培養液の相転移温度(TcおよびTcs)を、実施例1と同様にして測定した。
《昇温工程》
培養液調製工程の後、温度および時間を、表1の「昇温工程」の「加熱処理の温度 ℃」欄に記載した温度、とした点を除いて、実施例1と同様にして、培養容器に注入した培養液を、加熱処理した。
《播種工程》
昇温工程の後、実施例1と同様にして、播種工程を行った。
《培養工程》
播種工程の後、実施例1と同様にして、培養工程を行った。
《回収工程》
培養工程の後、降温処理の温度を表1の「回収工程」の「降温処理の温度 ℃」の欄に記載した温度とした点を除いて、実施例1と同様にして、回収工程を行った。
その結果、表1に示すとおり、細胞増殖率9.6倍であり、細胞沈降率95.0%であり、細胞死亡率4.0%であり、スコア8.8であった。
〈実施例4〉
《培養液調製工程》
熱ゾルゲル変化剤としてメチルセルロース(MC)を表1に示す添加量で使用した点を除いて、実施例1と同様にして培養液を調製した。
調製した培養液を表1に示す量、培養容器に注入して、以降の工程に用いた。
さらに、調製した培養液の相転移温度(TcおよびTcs)を、実施例1と同様にして測定した。
《昇温工程》
培養液調製工程の後、温度および時間を、表1の「昇温工程」の「加熱処理の温度 ℃」欄に記載した温度、とした点を除いて、実施例1と同様にして、培養容器に注入した培養液を、加熱処理した。
《播種工程》
昇温工程の後、実施例1と同様にして、播種工程を行った。
《培養工程》
播種工程の後、実施例1と同様にして、培養工程を行った。
《回収工程》
培養工程の後、降温処理の温度を表1の「回収工程」の「降温処理の温度 ℃」の欄に記載した温度とした点を除いて、実施例1と同様にして、回収工程を行った。
その結果、表1に示すとおり、細胞増殖率9.3倍であり、細胞沈降率90.0%であり、細胞死亡率3.0%であり、スコア8.1であった。
〈実施例5〉
《培養液調製工程》
熱ゾルゲル変化剤としてメチルセルロース(MC)を表1に示す添加量で使用した点を除いて、実施例1と同様にして培養液を調製した。
調製した培養液を表1に示す量、培養容器に注入して、以降の工程に用いた。
さらに、調製した培養液の相転移温度(TcおよびTcs)を、実施例1と同様にして測定した。
《昇温工程》
培養液調製工程の後、温度および時間を、表1の「昇温工程」の「加熱処理の温度 ℃」欄に記載した温度、とした点を除いて、実施例1と同様にして、培養容器に注入した培養液を、加熱処理した。
《播種工程》
昇温工程の後、実施例1と同様にして、播種工程を行った。
《培養工程》
播種工程の後、実施例1と同様にして、培養工程を行った。
《回収工程》
培養工程の後、降温処理の温度を表1の「回収工程」の「降温処理の温度 ℃」の欄に記載した温度とした点を除いて、実施例1と同様にして、回収工程を行った。
その結果、表1に示すとおり、細胞増殖率8.5倍であり、細胞沈降率83.0%であり、細胞死亡率8.0%であり、スコア6.5であった。
〈実施例6〉
《培養液調製工程》
熱ゾルゲル変化剤としてメチルセルロース(MC)を表1に示す添加量で使用した点を除いて、実施例1と同様にして培養液を調製した。
調製した培養液を表1に示す量、培養容器に注入して、以降の工程に用いた。
さらに、調製した培養液の相転移温度(TcおよびTcs)を、実施例1と同様にして測定した。
《昇温工程》
培養液調製工程の後、温度および時間を、表1の「昇温工程」の「加熱処理の温度 ℃」欄に記載した温度、とした点を除いて、実施例1と同様にして、培養容器に注入した培養液を、加熱処理した。
《播種工程》
昇温工程の後、実施例1と同様にして、播種工程を行った。
《培養工程》
播種工程の後、実施例1と同様にして、培養工程を行った。
《回収工程》
培養工程の後、降温処理の温度を表1の「回収工程」の「降温処理の温度 ℃」の欄に記載した温度とした点を除いて、実施例1と同様にして、回収工程を行った。
その結果、表1に示すとおり、細胞増殖率7.5倍であり、細胞沈降率80.0%であり、細胞死亡率8.0%であり、スコア5.5であった。
〈実施例1〜実施例6、および比較例1の結果の説明〉
実施例1〜実施例6は、熱ゾルゲル変化剤(MC)を添加した例である。
MCを含まない比較例1は、ゾル化温度Tcsおよびゲル化温度Tcが無く、培養液を降温しただけでは細胞はほとんど沈降せず、細胞沈降率が低い(35.0%)。
培養液のTcはCNF含有量に依存し、TcsはMC含有量に依存するが、実施例1〜6では、CNF含有量は同一であり、MC含有量のみが異なる。
したがって、MC含有量が多くなるほど、Tcsも上昇し、ΔTc=Tc−Tcsが減少する。MC含有量が少なくなるほど、Tcsは下降し、ΔTcは増加する。ΔTcが大きい方が細胞増殖率が向上しやすいことがわかる。
実施例1は細胞死亡率が11.0%と高いが、これは、回収工程において、降温処理の温度が低かったためであると考えられる。
また、実施例6の細胞増殖率が7.5倍と低いが、これは、培養工程において、ゲル化温度Tcとゾル化温度Tcsとが近く、培養液のゲル化状態が不安定であったためであると考えられる。
[実施例7〜実施例9]
実施例7〜実施例9は、加熱処理の温度の効果を示す例である。
〈実施例7〉
《培養液調製工程》
(セルロースナノファイバーの調製)
国際公開第2015/107995号([0056])に記載された方法にしたがって、アルカリ触媒存在下で、カルボキシメチル化(以下「CM化」という場合がある。)剤であるモノクロロ酢酸を用いてCM化処理されたセルロース系原料を、高圧ホモジナイザーを用いて湿式微粒化処理して解繊することにより、CM化セルロースナノファイバー(以下「CM1」という場合がある。)を調製した。調製したCM1の平均直径およびカルボキシ基導入量を、比較例1と同様にして測定したところ、表2に示すとおりであった。
(培養液の調製)
TEMPO1に代えて、調製したCM1を表2に示す添加量で使用した点、および熱ゾルゲル変化剤としてメチルセルロース(MC)を表2に示す添加量で使用した点を除いて、実施例1と同様にして培養液を調製した。
調製した培養液を表2に示す量、培養容器に注入して、以降の工程に用いた。
さらに、調製した培養液の相転移温度(TcおよびTcs)を、実施例1と同様にして測定した。
《昇温工程》
培養液調製工程の後、昇温工程を行った。
培養容器に注入した培養液を表2の「昇温工程」の「加熱処理の温度 ℃」欄に記載の温度で、「加熱処理の時間 分」欄に記載の時間、加熱処理した。
《播種工程》
ヒト間葉系幹細胞PT−2501(hMSC)に代えて、ヒトiPS細胞IMR90−1(WiCell Research Institute, Inc., Madison, WI, USA)(以下「IMR90−1」という場合がある。)を使用した点、播種時の細胞濃度を表2に示す細胞濃度とした点、および播種時の培養液の温度を表2に示す温度とした点を除いて、実施例1と同様にして細胞を播種した。
播種時の培養液の状態および培養液の温度は、表2の「播種工程」の該当欄に示すとおりであった。
《培養工程》
播種工程の後、表2の「培養液の平均温度 ℃」の欄に記載した温度に設定したインキュベーターを使用した点を除いて、実施例1と同様にして、培養工程を行った。
《回収工程》
培養工程の後、降温処理の温度を表2の「回収工程」の「降温処理の温度 ℃」の欄に記載した温度とした点を除いて、実施例1と同様にして、回収工程を行った。
その結果、表2に示すとおり、細胞増殖率8.2倍であり、細胞沈降率93.0%であり、細胞死亡率4.0%であり、スコア7.3であった。
〈実施例8〉
《培養液調製工程〉
実施例7と同様にして培養液を調製した。
調製した培養液を表2に示す量、培養容器に注入して、以降の工程に用いた。
さらに、調製した培養液の相転移温度(TcおよびTcs)を、実施例1と同様にして測定した。
《昇温工程》
培養液調製工程の後、昇温工程を行った。
培養容器中の培養液を表2の「昇温工程」の「加熱処理の温度 ℃」欄に記載の温度で、「加熱処理の時間 分」欄に記載の時間、加熱処理した。
《播種工程》
昇温工程の後、実施例7と同様にして、播種工程を行った。
《培養工程》
播種工程の後、実施例7と同様にして、培養工程を行った。
《回収工程》
培養工程の後、実施例7と同様にして、回収工程を行った。
その結果、表2に示すとおり、細胞増殖率9.8倍であり、細胞沈降率97.0%であり、細胞死亡率3.0%であり、スコア9.2であった。
〈実施例9〉
《培養液調製工程〉
実施例7と同様にして、培養液を調製した。
調製した培養液を表2に示す量、培養容器に注入して、以降の工程に用いた。
さらに、調製した培養液の相転移温度(TcおよびTcs)を、実施例1と同様にして測定した。
《昇温工程》
培養液調製工程の後、温度を、表2の「昇温工程」の「加熱処理の温度 ℃」欄に記載した温度とした点を除いて、実施例7と同様にして、培養容器に注入した培養液を、加熱処理した。
《播種工程》
昇温工程の後、実施例7と同様にして、播種工程を行った。
《培養工程》
播種工程の後、実施例7と同様にして、培養工程を行った。
《回収工程》
培養工程の後、実施例7と同様にして、回収工程を行った。
その結果、表2に示すとおり、細胞増殖率8.3倍であり、細胞沈降率75.0%であり、細胞死亡率4.0%であり、スコア6.0であった。
〈実施例7〜実施例9の結果の説明〉
実施例9は、細胞増殖率が8.3倍であり、細胞沈降率が75.0%であり、実施例8の細胞増殖率および細胞沈降率に比べて低かった。
これは、昇温工程における加熱処理の温度が高く、培養工程および回収工程でゲル強度が高かったためであると考えらえる。
また、実施例7は、細胞増殖率が8.2倍であり、実施例8の細胞増殖率に比べて低かった。
これは、昇温工程における加熱処理の温度が低く、ゲル強度が低かったため、培養工程において浮力が低下したためであると考えられる。
[実施例10〜実施例12]
実施例10〜12は、降温処理の温度の効果を示す例である。
〈実施例10〉
《培養液調製工程》
(セルロースナノファイバーの調製)
表2に示す平均直径およびカルボキシ基含有量となるように酸化剤の使用量および超高圧ホモジナイザーの圧力を調整した点を除いて、比較例1と同様にしてTEMPO化セルロースナノファイバー(以下「TEMPO2」という場合がある。)を調製した。調製したTEMPO2の平均直径およびカルボキシ基導入量を、比較例1と同様にして測定したところ、表2に示すとおりであった。
(培養液の調製)
TEMPO1に代えて、調製したTEMPO2を表2に示す添加量で使用した点、および熱ゾルゲル変化剤としてカードラン(カードラン(生化学用),和光純薬工業株式会社製)(以下「CU」(curdlan)という場合がある。)を表2に示す添加量で使用した点を除いて、実施例1と同様にして培養液を調製した。
調製した培養液を表2に示す量、培養容器に注入して、以降の工程に用いた。
さらに、調製した培養液の相転移温度(TcおよびTcs)を、実施例1と同様にして測定した。
《昇温工程》
培養液調製工程の後、昇温工程を行った。
培養容器に注入した培養液を表2の「昇温工程」の「加熱処理の温度 ℃」欄に記載の温度で、「加熱処理の時間 分」欄に記載の時間、加熱処理した。
《播種工程》
ヒト間葉系幹細胞PT−2501(hMSC)に代えて、ヒトES細胞KhES−1(京都大学再生医療科学研究所附属幹細胞医学研究センター)(以下「KhES−1」という場合がある。)を使用した点、播種時の細胞濃度を表2に示す細胞濃度とした点、および播種時の培養液の温度を表2に示す温度とした点を除いて、実施例1と同様にして細胞を播種した。
播種時の培養液の状態および培養液の温度は、表2の「播種工程」の該当欄に示すとおりであった。
《培養工程》
播種工程の後、表2の「培養液の平均温度 ℃」の欄に記載した温度に設定したインキュベーターを使用した点を除いて、実施例1と同様にして、培養工程を行った。
《回収工程》
培養工程の後、降温処理の温度を表2の「回収工程」の「降温処理の温度 ℃」の欄に記載した温度とした点を除いて、実施例1と同様にして、回収工程を行った。
その結果、表2に示すとおり、細胞増殖率9.6倍であり、細胞沈降率85.0%であり、細胞死亡率5.0%であり、スコア7.8であった。
〈実施例11〉
《培養液調製工程〉
実施例10と同様にして培養液を調製した。
調製した培養液を表2に示す量、培養容器に注入して、以降の工程に用いた。
さらに、調製した培養液の相転移温度(TcおよびTcs)を、実施例1と同様にして測定した。
《昇温工程》
培養液調製工程の後、実施例10と同様にして、培養容器に注入した培養液を、加熱処理した。
《播種工程》
昇温工程の後、実施例10と同様にして、播種工程を行った。
《培養工程》
播種工程の後、実施例10と同様にして、培養工程を行った。
《回収工程》
培養工程の後、実施例10と同様にして、回収工程を行った。
その結果、表2に示すとおり、細胞増殖率9.6倍であり、細胞沈降率98.0%であり、細胞死亡率4.0%であり、スコア9.0であった。
〈実施例12〉
《培養液調製工程〉
実施例10と同様にして培養液を調製した。
調製した培養液を表2に示す量、培養容器に注入して、以降の工程に用いた。
さらに、調製した培養液の相転移温度(TcおよびTcs)を、実施例1と同様にして測定した。
《昇温工程》
培養液調製工程の後、実施例10と同様にして、培養容器に注入した培養液を、加熱処理した。
《播種工程》
昇温工程の後、実施例10と同様にして、播種工程を行った。
《培養工程》
播種工程の後、実施例10と同様にして、培養工程を行った。
《回収工程》
培養工程の後、実施例10と同様にして、回収工程を行った。
その結果、表2に示すとおり、細胞増殖率9.6倍であり、細胞沈降率91.0%であり、細胞死亡率12.0%であり、スコア7.7であった。
〈実施例10〜実施例12の結果の説明〉
実施例10は実施例11と比べて細胞沈降率が低かった。これは、降温処理の温度がゾル化温度に近く、ゾルゲル変換が不安定になったためであると考えられる。
実施例12は実施例12と比べて細胞死亡率が高かった。これは、降温処理の温度が低く、細胞に温度ストレスを与えたためであると考えられる。
[実施例13〜実施例19]
実施例13〜実施例19はセルロースナノファイバーの含有量の効果を示す例である。
〈実施例13〉
《培養液調製工程》
セルロースナノファイバーを添加しなかった点、および熱ゾルゲル変化剤としてメチルセルロース(MC)を表3に示す添加量で使用した点を除いて、実施例1と同様にして培養液を調製した。
調製した培養液を表3に示す量、培養容器に注入して、以降の工程に用いた。
さらに、調製した培養液の相転移温度(TcおよびTcs)を、実施例1と同様にして測定した。
《昇温工程》
培養液調製工程の後、昇温工程を行った。
培養容器に注入した培養液を表3の「昇温工程」の「加熱処理の温度 ℃」欄に記載の温度で、「加熱処理の時間 分」欄に記載の時間、加熱処理した。
《播種工程》
ヒト間葉系幹細胞PT−2501(hMSC)に代えて、ヒト胚性幹細胞H9(WiCell Research Institute, Inc., Madison, WI, USA)を使用した点、播種時の細胞濃度を表3に示す細胞濃度とした点、および播種時の培養液の温度を表3に示す温度とした点を除いて、実施例1と同様にして細胞を播種した。
播種時の培養液の状態および培養液の温度は、表3の「播種工程」の該当欄に示すとおりであった。
《培養工程》
播種工程の後、表3の「培養液の平均温度 ℃」の欄に記載した温度に設定したインキュベーターを使用した点を除いて、実施例1と同様にして、培養工程を行った。
《回収工程》
培養工程の後、降温処理の温度を表3の「回収工程」の「降温処理の温度 ℃」の欄に記載した温度とした点を除いて、実施例1と同様にして、回収工程を行った。
その結果、表3に示すとおり、細胞増殖率6.2倍であり、細胞沈降率82.0%であり、細胞死亡率5.0%であり、スコア4.8であった。
〈実施例14〉
《培養液調製工程》
(セルロースナノファイバーの調製)
比較例1と同様にしてTEMPO化セルロースナノファイバー(TEMPO1)を調製した。調製したTEMPO1の平均直径およびカルボキシ基導入量を、比較例1と同様にして測定したところ、表2に示すとおりであった。
(培養液の調製)
調製したTEMPO1を表3に示す添加量で使用した点、および熱ゾルゲル変化剤としてメチルセルロース(MC)を表3に示す添加量で使用した点を除いて、実施例1と同様にして、培養液を調製した。
調製した培養液を表3に示す量、培養容器に注入して、以降の工程に用いた。
さらに、調製した培養液の相転移温度(TcおよびTcs)を、実施例13と同様にして測定した。
《昇温工程》
培養液調製工程の後、昇温工程を行った。
培養容器に注入した培養液を表3の「昇温工程」の「加熱処理の温度 ℃」欄に記載の温度で、「加熱処理の時間 分」欄に記載の時間、加熱処理した。
《播種工程》
昇温工程の後、実施例13と同様にして、細胞を播種した。
《培養工程》
播種工程の後、実施例13と同様にして、培養工程を行った。
《回収工程》
培養工程の後、実施例13と同様にして、回収工程を行った。
その結果、表3に示すとおり、細胞増殖率8.2倍であり、細胞沈降率88.0%であり、細胞死亡率5.0%であり、スコア6.9であった。
〈実施例15〉
《培養液調製工程》
TEMPO1を表3に示す添加量で使用した点を除いて、実施例14と同様にして、培養液を調製した。
調製した培養液を表3に示す量、培養容器に注入して、以降の工程に用いた。
さらに、調製した培養液の相転移温度(TcおよびTcs)を、実施例14と同様にして測定した。
《昇温工程》
培養液調製工程の後、昇温工程を行った。
培養容器に注入した培養液を表3の「昇温工程」の「加熱処理の温度 ℃」欄に記載の温度で、「加熱処理の時間 分」欄に記載の時間、加熱処理した。
《播種工程》
昇温工程の後、実施例13と同様にして、細胞を播種した。
《培養工程》
播種工程の後、実施例13と同様にして、培養工程を行った。
《回収工程》
培養工程の後、実施例13と同様にして、回収工程を行った。
その結果、表3に示すとおり、細胞増殖率8.5倍であり、細胞沈降率93.0%であり、細胞死亡率4.0%であり、スコア7.6であった。
〈実施例16〉
《培養液調製工程》
TEMPO1を表3に示す添加量で使用した点を除いて、実施例14と同様にして、培養液を調製した。
調製した培養液を表3に示す量、培養容器に注入して、以降の工程に用いた。
さらに、調製した培養液の相転移温度(TcおよびTcs)を、実施例14と同様にして測定した。
《昇温工程》
培養液調製工程の後、昇温工程を行った。
培養容器に注入した培養液を表3の「昇温工程」の「加熱処理の温度 ℃」欄に記載の温度で、「加熱処理の時間 分」欄に記載の時間、加熱処理した。
《播種工程》
昇温工程の後、実施例13と同様にして、細胞を播種した。
《培養工程》
播種工程の後、実施例13と同様にして、培養工程を行った。
《回収工程》
培養工程の後、実施例13と同様にして、回収工程を行った。
その結果、表3に示すとおり、細胞増殖率9.6倍であり、細胞沈降率97.0%であり、細胞死亡率5.0%であり、スコア8.8であった。
〈実施例17〉
《培養液調製工程》
TEMPO1を表3に示す添加量で使用した点を除いて、実施例14と同様にして、培養液を調製した。
調製した培養液を表3に示す量、培養容器に注入して、以降の工程に用いた。
さらに、調製した培養液の相転移温度(TcおよびTcs)を、実施例14と同様にして測定した。
《昇温工程》
培養液調製工程の後、昇温工程を行った。
培養容器に注入した培養液を表3の「昇温工程」の「加熱処理の温度 ℃」欄に記載の温度で、「加熱処理の時間 分」欄に記載の時間、加熱処理した。
《播種工程》
昇温工程の後、実施例13と同様にして、細胞を播種した。
《培養工程》
播種工程の後、実施例13と同様にして、培養工程を行った。
《回収工程》
培養工程の後、実施例13と同様にして、回収工程を行った。
その結果、表3に示すとおり、細胞増殖率9.2倍であり、細胞沈降率91.0%であり、細胞死亡率4.0%であり、スコア8.0であった。
〈実施例18〉
《培養液調製工程》
TEMPO1を表3に示す添加量で使用した点を除いて、実施例14と同様にして、培養液を調製した。
調製した培養液を表3に示す量、培養容器に注入して、以降の工程に用いた。
さらに、調製した培養液の相転移温度(TcおよびTcs)を、実施例14と同様にして測定した。
《昇温工程》
培養液調製工程の後、昇温工程を行った。
培養容器に注入した培養液を表3の「昇温工程」の「加熱処理の温度 ℃」欄に記載の温度で、「加熱処理の時間 分」欄に記載の時間、加熱処理した。
《播種工程》
昇温工程の後、実施例13と同様にして、細胞を播種した。
《培養工程》
播種工程の後、実施例13と同様にして、培養工程を行った。
《回収工程》
培養工程の後、実施例13と同様にして、回収工程を行った。
その結果、表3に示すとおり、細胞増殖率8.5倍であり、細胞沈降率91.0%であり、細胞死亡率5.0%であり、スコア7.3であった。
〈実施例19〉
《培養液調製工程》
TEMPO1を表3に示す添加量で使用した点を除いて、実施例14と同様にして、培養液を調製した。
調製した培養液を表3に示す量、培養容器に注入して、以降の工程に用いた。
さらに、調製した培養液の相転移温度(TcおよびTcs)を、実施例14と同様にして測定した。
《昇温工程》
培養液調製工程の後、昇温工程を行った。
培養容器に注入した培養液を表3の「昇温工程」の「加熱処理の温度 ℃」欄に記載の温度で、「加熱処理の時間 分」欄に記載の時間、加熱処理した。
《播種工程》
昇温工程の後、実施例13と同様にして、細胞を播種した。
《培養工程》
播種工程の後、実施例13と同様にして、培養工程を行った。
《回収工程》
培養工程の後、実施例13と同様にして、回収工程を行った。
その結果、表3に示すとおり、細胞増殖率5.2倍であり、細胞沈降率90.0%であり、細胞死亡率6.0%であり、スコア4.4であった。
〈実施例13〜実施例19の結果の説明〉
CNF含有量が増加するにしたがってゲル化温度Tcが低下する。
CNFを含まない実施例13は細胞増殖率および細胞沈降性が低い。これは、ゲル化温度Tcおよびゾル化温度Tcsがいずれも高く、昇温工程の加熱処理の温度および回収工程の降温処理の温度がいずれも高くなったためであると考えられる。
実施例19は細胞増殖率が低い。これは、ゲル強度が強いため、培養液内部の酸素濃度が低下したためであると考えられる。
[実施例20〜実施例22]
実施例20〜22はCNFの種類の効果およびCNFのカルボキシル基の効果を示す例である。
〈実施例20〉
《培養液調製工程》
(セルロースナノファイバーの調製)
表4に示す平均直径およびカルボキシ基含有量となるように酸化剤の使用量および超高圧ホモジナイザーの圧力を調整した点を除いて、比較例1と同様にしてTEMPO化セルロースナノファイバー(以下「TEMPO3」という場合がある。)を調製した。調製したTEMPO3の平均直径およびカルボキシ基導入量を、比較例1と同様にして測定したところ、表4に示すとおりであった。
(培養液の調製)
TEMPO1に代えて、調製したTEMPO3を表4に示す添加量で使用した点、および熱ゾルゲル変化剤としてメチルセルロース(MC)を表4に示す添加量で使用した点を除いて、実施例1と同様にして培養液を調製した。
調製した培養液を表4に示す量、培養容器に注入して、以降の工程に用いた。
さらに、調製した培養液の相転移温度(TcおよびTcs)を、実施例1と同様にして測定した。
《昇温工程》
培養液調製工程の後、昇温工程を行った。
培養容器に注入した培養液を表4の「昇温工程」の「加熱処理の温度 ℃」欄に記載の温度で、「加熱処理の時間 分」欄に記載の時間、加熱処理した。
《播種工程》
ヒト間葉系幹細胞PT−2501(hMSC)に代えて、ヒトES細胞KhES−1(京都大学再生医療科学研究所附属幹細胞医学研究センター)(以下「KhES−1」という場合がある。)を使用した点、播種時の細胞濃度を表4に示す細胞濃度とした点、および播種時の培養液の温度を表4に示す温度とした点を除いて、実施例1と同様にして細胞を播種した。
播種時の培養液の状態および培養液の温度は、表4の「播種工程」の該当欄に示すとおりであった。
《培養工程》
播種工程の後、表4の「培養液の平均温度 ℃」の欄に記載した温度に設定したインキュベーターを使用した点を除いて、実施例1と同様にして、培養工程を行った。
《回収工程》
培養工程の後、降温処理の温度を表4の「回収工程」の「降温処理の温度 ℃」の欄に記載した温度とした点を除いて、実施例1と同様にして、回収工程を行った。
その結果、表4に示すとおり、細胞増殖率9.6倍であり、細胞沈降率98.0%であり、細胞死亡率3.0%であり、スコア9.1であった。
〈実施例21〉
《培養液調製工程》
(セルロースナノファイバーの調製)
表4に示す平均直径およびカルボキシ基含有量となるようにカルボキシメチル化剤の使用量および高圧ホモジナイザーの圧力を調整した点を除いて、実施例7と同様にしてCM化セルロースナノファイバー(以下「CM2」という場合がある。)を調製した。調製したCM2の平均直径およびカルボキシ基導入量を、比較例1と同様にして測定したところ、表4に示すとおりであった。
(培養液の調製)
TEMPO3に代えて、調製したCM2を表4に示す添加量で使用した点を除いて、実施例20と同様にして培養液を調製した。
調製した培養液を表4に示す量、培養容器に注入して、以降の工程に用いた。
さらに、調製した培養液の相転移温度(TcおよびTcs)を、実施例1と同様にして測定した。
《昇温工程》
培養液調製工程の後、昇温工程を行った。
培養容器に注入した培養液を表4の「昇温工程」の「加熱処理の温度 ℃」欄に記載の温度で、「加熱処理の時間 分」欄に記載の時間、加熱処理した。
《播種工程》
昇温工程の後、実施例20と同様にして、細胞を播種した。
《培養工程》
播種工程の後、実施例20と同様にして、培養工程を行った。
《回収工程》
培養工程の後、実施例20と同様にして、回収工程を行った。
その結果、表4に示すとおり、細胞増殖率9.0倍であり、細胞沈降率93.0%であり、細胞死亡率6.0%であり、スコア7.9であった。
〈実施例22〉
《培養液調製工程》
(セルロースナノファイバーの調製)
国際公開第2015/111734号([0039])に記載された方法にしたがって、セルロース系原料を、高圧ホモジナイザーを用いて湿式微粒化処理して解繊することにより、機械解砕セルロースナノファイバー(以下「MEC1」という場合がある。)を調製した。調製したMEC1の平均直径を、比較例1と同様にして測定したところ、表4に示すとおりであった。MEC1は酸化処理等のカルボキシ基導入処理を行っていないことから、カルボキシ基導入量は0.0mmol/gである。
(培養液の調製)
TEMPO3に代えて、調製したMEC1を表4に示す添加量で使用した点を除いて、実施例20と同様にして培養液を調製した。
調製した培養液を表4に示す量、培養容器に注入して、以降の工程に用いた。
さらに、調製した培養液の相転移温度(TcおよびTcs)を、実施例1と同様にして測定した。
《昇温工程》
培養液調製工程の後、昇温工程を行った。
培養容器に注入した培養液を表4の「昇温工程」の「加熱処理の温度 ℃」欄に記載の温度で、「加熱処理の時間 分」欄に記載の時間、加熱処理した。
《播種工程》
昇温工程の後、実施例20と同様にして、細胞を播種した。
《培養工程》
播種工程の後、実施例20と同様にして、培養工程を行った。
《回収工程》
培養工程の後、実施例20と同様にして、回収工程を行った。
その結果、表4に示すとおり、細胞増殖率8.1倍であり、細胞沈降率89.0%であり、細胞死亡率9.0%であり、スコア6.6であった。
〈実施例20〜実施例22の結果の説明〉
細胞増殖率および細胞死亡率とも、実施例20(TEMPO化CNF)が最も良好であり、実施例21(CM化CNF)がその次に良好であった。
実施例22(機械解砕CNF)はゲル化温度Tcが高くなり易く、加熱処理の温度が高めとなり、増殖率がやや低下し、さらにゾル化温度Tcsがやや低くなり、降温処理の温度が低めとなって細胞死亡率がやや増加したものと考えられる。
[実施例23、実施例24]
実施例23および実施例24は、熱ゾルゲル変化剤の種類の効果を示す例である。
〈実施例23〉
《培養液調製工程》
(セルロースナノファイバーの調製)
表4に示す平均直径およびカルボキシ基含有量となるように酸化剤の使用量および超高圧ホモジナイザーの圧力を調整した点を除いて、比較例1と同様にしてTEMPO化セルロースナノファイバー(以下「TEMPO4」という場合がある。)を調製した。調製したTEMPO4の平均直径およびカルボキシ基導入量を、比較例1と同様にして測定したところ、表4に示すとおりであった。
(培養液の調製)
TEMPO1に代えて、調製したTEMPO4を表4に示す添加量で使用した点、および熱ゾルゲル変化剤としてメチルセルロース(MC)を表4に示す添加量で使用した点を除いて、実施例1と同様にして培養液を調製した。
調製した培養液を表4に示す量、培養容器に注入して、以降の工程に用いた。
さらに、調製した培養液の相転移温度(TcおよびTcs)を、実施例1と同様にして測定した。
《昇温工程》
培養液調製工程の後、昇温工程を行った。
培養容器に注入した培養液を表4の「昇温工程」の「加熱処理の温度 ℃」欄に記載の温度で、「加熱処理の時間 分」欄に記載の時間、加熱処理した。
《播種工程》
ヒト間葉系幹細胞PT−2501(hMSC)に代えて、ヒト胚性幹細胞H9(WiCell Research Institute, Inc., Madison, WI, USA)を使用した点、播種時の細胞濃度を表4に示す細胞濃度とした点、および播種時の培養液の温度を表4に示す温度とした点を除いて、実施例1と同様にして細胞を播種した。
播種時の培養液の状態および培養液の温度は、表4の「播種工程」の該当欄に示すとおりであった。
《培養工程》
播種工程の後、表4の「培養液の平均温度 ℃」の欄に記載した温度に設定したインキュベーターを使用した点を除いて、実施例1と同様にして、培養工程を行った。
《回収工程》
培養工程の後、降温処理の温度を表4の「回収工程」の「降温処理の温度 ℃」の欄に記載した温度とした点を除いて、実施例1と同様にして、回収工程を行った。
その結果、表4に示すとおり、細胞増殖率9.7倍であり、細胞沈降率98.0%であり、細胞死亡率3.0%であり、スコア9.2であった。
〈実施例24〉
《培養液調製工程》
熱ゾルゲル変化剤としてカードラン(CU)を表4に示す添加量で使用した点を除いて、実施例23と同様にして培養液を調製した。
調製した培養液を表4に示す量、培養容器に注入して、以降の工程に用いた。
さらに、調製した培養液の相転移温度(TcおよびTcs)を、実施例1と同様にして測定した。
《昇温工程》
培養液調製工程の後、昇温工程を行った。
培養容器に注入した培養液を表4の「昇温工程」の「加熱処理の温度 ℃」欄に記載の温度で、「加熱処理の時間 分」欄に記載の時間、加熱処理した。
《播種工程》
昇温工程の後、実施例23と同様にして、細胞を播種した。
《培養工程》
播種工程の後、実施例23と同様にして、培養工程を行った。
《回収工程》
培養工程の後、実施例23と同様にして、回収工程を行った。
その結果、表4に示すとおり、細胞増殖率8.3倍であり、細胞沈降率91.0%であり、細胞死亡率7.0%であり、スコア7.0であった。
〈実施例23および実施例24の結果の説明〉
実施例23(MC)の方が実施例24(カードラン)に比べ、細胞増殖率および細胞沈降性に優れ、細胞死亡率もやや小さい。
[実施例25、比較例2]
実施例25および比較例2は、回収工程における降温操作を変更した例である。実施例25は降温処理によって細胞を沈降させた例であり、比較例2は遠沈処理によって細胞を沈降させた例である。
〈実施例25〉
《培養液調製工程》
(セルロースナノファイバーの調製)
表4に示す平均直径およびカルボキシ基含有量となるように酸化剤の使用量および超高圧ホモジナイザーの圧力を調整した点を除いて、比較例1と同様にしてTEMPO化セルロースナノファイバー(以下「TEMPO5」という場合がある。)を調製した。調製したTEMPO5の平均直径およびカルボキシ基導入量を、比較例1と同様にして測定したところ、表4に示すとおりであった。
(培養液の調製)
TEMPO1に代えて、調製したTEMPO5を表4に示す添加量で使用した点、および熱ゾルゲル変化剤としてメチルセルロース(MC)を表4に示す添加量で使用した点を除いて、実施例1と同様にして培養液を調製した。
調製した培養液を表4に示す量、培養容器に注入して、以降の工程に用いた。
さらに、調製した培養液の相転移温度(TcおよびTcs)を、実施例1と同様にして測定した。
《昇温工程》
培養液調製工程の後、昇温工程を行った。
培養容器に注入した培養液を表4の「昇温工程」の「加熱処理の温度 ℃」欄に記載の温度で、「加熱処理の時間 分」欄に記載の時間、加熱処理した。
《播種工程》
ヒト間葉系幹細胞PT−2501(hMSC)に代えて、ヒトES細胞KhES−1(京都大学再生医療科学研究所附属幹細胞医学研究センター)(以下「KhES−1」という場合がある。)を使用した点、播種時の細胞濃度を表4に示す細胞濃度とした点、および播種時の培養液の温度を表4に示す温度とした点を除いて、実施例1と同様にして細胞を播種した。
播種時の培養液の状態および培養液の温度は、表4の「播種工程」の該当欄に示すとおりであった。
《培養工程》
播種工程の後、表4の「培養液の平均温度 ℃」の欄に記載した温度に設定したインキュベーターを使用した点を除いて、実施例1と同様にして、培養工程を行った。
《回収工程》
培養工程の後、降温処理の温度を表4の「回収工程」の「降温処理の温度 ℃」の欄に記載した温度とした点を除いて、実施例1と同様にして、回収工程を行った。
その結果、表4に示すとおり、細胞増殖率9.4倍であり、細胞沈降率95.0%であり、細胞死亡率5.0%であり、スコア8.5であった。
〈比較例2〉
《培養液調製工程》
実施例25と同様にして、培養液を調製した。
調製した培養液を表4に示す量、培養容器に注入して、以降の工程に用いた。
さらに、調製した培養液の相転移温度(TcおよびTcs)を、実施例1と同様にして測定した。
《播種工程》
培養液調製工程の後、昇温工程を行わず、実施例25と同様にして、播種工程を行った。
《培養工程》
播種工程の後、実施例25と同様にして、培養工程を行った。
《回収工程》
培養工程の後、降温操作を遠沈処理(相対遠心加速度335×g)により行った。
その結果、表4に示すとおり、細胞増殖率5.5倍であり、細胞沈降率85.0%であり、細胞死亡率51.0%であり、スコア2.3であった。
〈実施例25および比較例2の結果の説明〉
降温処理により細胞を沈降させた実施例25に比べて、遠沈処理により細胞を沈降させた比較例2は、細胞死亡率が明らかに高かった。
これは、遠沈処理の際の相対遠心加速度が大きく、細胞に過大なストレスを与えたため、細胞の死亡率が高くなったことによると考えられる。
[実施例26、比較例3]
実施例26および比較例3は、CNF以外の浮遊性素材(ゲランガム)の効果を示す例である。
〈実施例26〉
《培養液調製工程》
(セルロースナノファイバーの調製)
表5に示す平均直径およびカルボキシ基含有量となるように酸化剤の使用量および超高圧ホモジナイザーの圧力を調整した点を除いて、比較例1と同様にしてTEMPO化セルロースナノファイバー(以下「TEMPO6」という場合がある。)を調製した。調製したTEMPO6の平均直径およびカルボキシ基導入量を、比較例1と同様にして測定したところ、表5に示すとおりであった。
(培養液の調製)
TEMPO1に代えて、調製したTEMPO6を表5に示す添加量で使用した点、および熱ゾルゲル変化剤としてメチルセルロース(MC)を表5に示す添加量で使用した点を除いて、実施例1と同様にして培養液を調製した。
調製した培養液を表5に示す量、培養容器に注入して、以降の工程に用いた。
さらに、調製した培養液の相転移温度(TcおよびTcs)を、実施例1と同様にして測定した。
《昇温工程》
培養液調製工程の後、昇温工程を行った。
培養容器に注入した培養液を表5の「昇温工程」の「加熱処理の温度 ℃」欄に記載の温度で、「加熱処理の時間 分」欄に記載の時間、加熱処理した。
《播種工程》
ヒト間葉系幹細胞PT−2501(hMSC)に代えて、ヒトES細胞KhES−1(京都大学再生医療科学研究所附属幹細胞医学研究センター)(以下「KhES−1」という場合がある。)を使用した点、播種時の細胞濃度を表5に示す細胞濃度とした点、および播種時の培養液の温度を表5に示す温度とした点を除いて、実施例1と同様にして細胞を播種した。
播種時の培養液の状態および培養液の温度は、表5の「播種工程」の該当欄に示すとおりであった。
《培養工程》
播種工程の後、表5の「培養液の平均温度 ℃」の欄に記載した温度に設定したインキュベーターを使用した点を除いて、実施例1と同様にして、培養工程を行った。
《回収工程》
培養工程の後、降温処理の温度を表5の「回収工程」の「降温処理の温度 ℃」の欄に記載した温度とした点を除いて、実施例1と同様にして、回収工程を行った。
その結果、表5に示すとおり、細胞増殖率9.5倍であり、細胞沈降率90.0%であり、細胞死亡率4.0%であり、スコア8.2であった。
〈比較例3〉
《培養液調製工程》
TEMPO6に代えて、ゲランガム(脱アシル化ジェランガム KELCOGEL CG−LA,三晶株式会社製)を表5に示す添加量で使用した点を除いて、実施例25と同様にして、培養液を調製した。
調製した培養液を表5に示す量、培養容器に注入して、以降の工程に用いた。
さらに、調製した培養液の相転移温度(TcおよびTcs)を、実施例1と同様にして測定した。
《昇温工程》
培養液調製工程の後、昇温工程を行わず、実施例26と同様にして、播種工程を行った。
《播種工程》
昇温工程の後、実施例26と同様にして、細胞を播種した。
《培養工程》
播種工程の後、実施例26と同様にして、培養工程を行った。
《回収工程》
培養工程の後、実施例26と同様にして、回収工程を行った。
その結果、表5に示すとおり、細胞増殖率8.0倍であり、細胞沈降率35.0%であり、細胞死亡率6.0%であり、スコア2.6であった。
〈実施例26および比較例3の結果の説明〉
比較例3(ゲランガム)はゾルゲル転移せず、細胞沈降性および細胞回収率が実施例26(CNF)に比べて劣っていた。
[実施例27、実施例28]
実施例27および実施例28は、昇温工程の前に播種工程を行った場合(実施例27)と、昇温工程の後に播種工程を行った場合(実施例28)とを比較する例である。
〈実施例27〉
《培養液調製工程》
熱ゾルゲル変化剤としてメチルセルロース(MC)を表5に示す添加量で使用した点を除いて、実施例1と同様にして培養液を調製した。
調製した培養液を表5に示す量、培養容器に注入して、以降の工程に用いた。
さらに、調製した培養液の相転移温度(TcおよびTcs)を、実施例1と同様にして測定した。
《播種工程》
培養液調製工程の後、培養液の温度をTc[℃]未満に保ったまま、細胞を播種した。
細胞の播種は、実施例1と同様に、ヒト間葉系幹細胞PT−2501(hMSC)を使用し、播種時の細胞濃度を表5に示す細胞濃度とした点、および播種時の培養液の温度を表5に示す温度とした点を除いて、実施例1と同様にして細胞を播種した。
播種時の培養液の状態および培養液の温度は、表5の「播種工程」の該当欄に示すとおりであった。
《昇温工程》
播種工程の後、昇温工程を行った。
培養容器中の培養液を表5の「昇温工程」の「加熱処理の温度 ℃」欄に記載の温度で、「加熱処理の時間 分」欄に記載の時間、加熱処理した。
《培養工程》
播種工程の後、表5の「培養液の平均温度 ℃」の欄に記載した温度に設定したインキュベーターを使用した点を除いて、実施例1と同様にして、培養工程を行った。
《回収工程》
培養工程の後、降温処理の温度を表5の「回収工程」の「降温処理の温度 ℃」の欄に記載した温度とした点を除いて、実施例1と同様にして、回収工程を行った。
その結果、表5に示すとおり、細胞増殖率9.3倍であり、細胞沈降率93.0%であり、細胞死亡率3.0%であり、スコア8.4であった。
〈実施例28〉
《培養液調製工程》
実施例27と同様にして培養液を調製した。
調製した培養液を表5に示す量、培養容器に注入して、以降の工程に用いた。
さらに、調製した培養液の相転移温度(TcおよびTcs)を、実施例1と同様にして測定した。
《昇温工程》
培養液調製工程の後、昇温工程を行った。
培養容器中の培養液を表5の「昇温工程」の「加熱処理の温度 ℃」欄に記載の温度で、「加熱処理の時間 分」欄に記載の時間、加熱処理した。
《播種工程》
昇温工程の後、培養液の温度をTcs以上に保ったまま、細胞を播種した。
細胞の播種は、実施例1と同様に、hMSCを使用し、播種時の細胞濃度を表5に示す細胞濃度とした点、および播種時の培養液の温度を表5に示す温度とした点を除いて、実施例1と同様にして細胞を播種した。
播種時の培養液の状態および培養液の温度は、表5の「播種工程」の該当欄に示すとおりであった。
《培養工程》
播種工程の後、実施例27と同様にして、培養工程を行った。
《回収工程》
培養工程の後、実施例27と同様にして、回収工程を行った。
その結果、表5に示すとおり、細胞増殖率9.3倍であり、細胞沈降率93.0%であり、細胞死亡率3.0%であり、スコア8.4であった。
〈実施例27および実施例28の結果の説明〉
実施例27と実施例28との間で、効果に差異はなかった。

Claims (23)

  1. 昇温時相転移温度TcおよびTcよりも温度が低い降温時相転移温度Tcsを有する培養液をTc未満からTc以上に昇温する昇温工程と、
    前記昇温工程において前記培養液をTc以上に昇温した後、Tcs以上の培養温度で、前記培養液中で細胞を浮遊培養する培養工程と、
    を備える、細胞の培養方法。
    ここで、前記昇温時相転移温度Tcは、前記培養液が5.0℃/分の昇温速度で3.0℃から98.0℃まで昇温されたとする場合において、前記培養液の3.0℃における粘度がηsであるときの、前記培養液の粘度が10×ηsとなる時の温度であり、前記降温時相転移温度Tcsは、前記培養液が5.0℃/分の降温速度で98.0℃から3.0℃まで降温されたとする場合において、前記培養液の粘度が10×ηsとなる時の温度であり、温度の単位を℃、粘度の単位をPa・sとする。
  2. TcおよびTcsが下記式(1)を満たす、請求項1に記載の細胞の培養方法。
    1.0℃≦Tc−Tcs≦70.0℃ (1)
  3. 前記培養工程の後に、さらに、
    前記培養液をTcs未満に降温して、前記培養工程において培養された細胞を沈降させ、回収する回収工程、
    を備える、請求項1または2に記載の細胞の培養方法。
  4. 前記降温時相転移温度Tcsが3.0℃以上41.0℃以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の細胞の培養方法。
  5. 前記培養液が、平均直径2.0nm以上100nm以下のセルロースナノファイバーと、熱ゾルゲル変化剤と、を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の細胞の培養方法。
  6. 前記セルロースナノファイバーのカルボキシ基含有量が0.60mmol/g以上2.0mmol/g以下である、請求項5に記載の細胞の培養方法。
  7. 前記セルロースナノファイバーの含有量が前記培養液中0.01質量%以上1.0質量%以下である、請求項5または6に記載の細胞の培養方法。
  8. 前記セルロースナノファイバーに酸化処理が施されている、請求項5〜7のいずれか1項に記載の細胞の培養方法。
  9. 前記熱ゾルゲル変化剤の含有量が前記培養液中0.05質量%以上3.0質量%以下である、請求項5〜8のいずれか1項に記載の細胞の培養方法。
  10. 前記熱ゾルゲル変化剤がメチルセルロースである、請求項5〜9のいずれか1項に記載の細胞の培養方法。
  11. 前記細胞が幹細胞である、請求項1〜10のいずれか1項に記載の細胞の培養方法。
  12. 前記昇温工程の後、かつ、前記培養工程の前に、さらに、
    前記昇温工程において前記培養液をTc以上に昇温した後、前記培養液に細胞を播種するゲル化後播種工程
    を備える、請求項1〜11のいずれか1項に記載の細胞の培養方法。
  13. 前記昇温工程の前に、さらに、
    前記培養液に細胞を播種するゲル化前播種工程
    を備える、請求項1〜11のいずれか1項に記載の細胞の培養方法。
  14. 昇温時相転移温度Tcおよび降温時相転移温度Tcsを有する培養液。
    ここで、前記昇温時相転移温度Tcは、前記培養液が5.0℃/分の昇温速度で3.0℃から98.0℃まで昇温されたとする場合において、前記培養液の3.0℃における粘度がηsであるときの、前記培養液の粘度が10×ηsとなる時の温度であり、前記降温時相転移温度Tcsは、前記培養液が5.0℃/分の降温速度で98.0℃から3.0℃まで降温されたとする場合において、前記培養液の粘度が10×ηsとなる時の温度であり、温度の単位を℃、粘度の単位をPa・sとする。
  15. TcおよびTcsが下記式(1)を満たす、請求項14に記載の培養液。
    1.0℃≦Tc−Tcs≦70.0℃ (1)
  16. 前記降温時相転移温度Tcsが3.0℃以上41.0℃以下である、請求項14または15に記載の培養液。
  17. 平均直径2.0nm以上100nm以下のセルロースナノファイバーと、熱ゾルゲル変化剤と、を含む、請求項14〜16のいずれか1項に記載の培養液。
  18. 前記セルロースナノファイバーのカルボキシ基含有量が0.60mmol/g以上2.0mmol/g以下である、請求項17に記載の培養液。
  19. 前記セルロースナノファイバーを0.01質量%以上1.0質量%以下含む、請求項17または18に記載の細胞の培養液。
  20. 前記セルロースナノファイバーに酸化処理が施されている、請求項17〜19のいずれか1項に記載の培養液。
  21. 前記熱ゾルゲル変化剤を0.05質量%以上3.0質量%以下含む、請求項17〜20のいずれか1項に記載の培養液。
  22. 前記熱ゾルゲル変化剤がメチルセルロースである、請求項17〜21のいずれか1項に記載の培養液。
  23. 請求項1〜13のいずれか1項に記載の細胞の培養方法に使用するための、請求項14〜22のいずれか1項に記載の培養液。
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