KR100905137B1 - 인공 혈관 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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다이니폰 인사츠 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 세포나 조직의 활동 유지에 필요한 영양을 운반 가능한 인공 조직을 제공하는 것을 주된 목적으로 하고 있다. 상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 생체 조직의 화상으로부터 혈관 형상을 추출하여 혈관 형상 화상으로 하는 혈관 형상 화상 추출 공정, 상기 혈관 형상 화상의 각 혈관 형상을 조정하여 혈관 형성 패턴을 형성하는 혈관 형성 패턴 조정 공정, 세포 배양층에, 혈관 세포와 접착성을 가지면서 또한 상기 혈관 형성 패턴의 형상으로 형성된 세포 접착부와, 혈관 세포와 접착하는 것을 저해하는 세포 접착 저해성을 가지면서 또한 상기 세포 접착부 이외의 영역에 형성된 세포 접착 저해부를 포함하는 혈관 세포 배양 패턴을 형성하는 혈관 세포 배양 패턴 형성 공정, 및 상기 세포 접착부에 혈관 세포를 부착시켜 배양하며 조직화시키는 혈관 세포 배양 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 인공 혈관의 제조 방법을 제공한다.
인공조직, 인공혈관, 혈관 세포 배양 패턴

Description

인공 혈관 및 그의 제조 방법 {ARTIFICIAL BLOOD VESSEL AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은 재생 의료 등의 분야에서 이용되는 인공 혈관에 관한 것이다.
현재 각종 동물이나 식물의 세포 배양이 행해지고 있고, 또한 새로운 세포의 배양법이 개발되어 있다. 세포 배양의 기술은 세포의 생화학적 현상이나 성질의 해명, 유용한 물질의 생산 등의 목적으로 이용되고 있다. 또한, 배양 세포를 이용하여 인공적으로 합성된 약제의 생리 활성이나 독성을 조사하는 시도가 행해지고 있다. 또한, 의료 등의 분야에서는 생체로부터 취출(取出)한 세포, 단백질, 당질, 지질 등을 세포 공학 등의 수법에 의해 재조직화하여 인공적으로 조직이나 장기를 만들어내는 시도도 행해지고 있다.
여기서, 일반적인 동물 세포는 영양 등이 공급되지 않으면 사멸하기 때문에, 배양된 세포를 인공 조직 등으로서 이용하는 경우에는, 인공 조직 중에 모세 혈관을 배치하고, 그 속에 혈액을 흘려 혈관에 의해 산소나 영양분 등을 공급하거나, 노폐물을 송출하는 것 등이 필요하다. 또한, 생체내의 미소 혈관에 경색이 발생하여 산소나 영양분의 공급, 노폐물의 운반이 충분히 행해지지 않는 질환도 존재한다.
이러한 과제에 대하여, 종래부터 예를 들면, 비특허 문헌 1 내지 3에 개시되어 있는 것과 같은 수법으로, 인공적으로 모세 혈관의 형성이 시도되었지만, 모두 무질서하게 혈관 모양의 조직(모세관)이 형성되는 것만으로, 인공 조직의 기능 유지나 미소 혈관의 경색 부위의 치료에 필요한 양의 혈액을 원하는 장소로 송액(送液)할 수 있는 모세 혈관을 형성하는 것은 곤란하였다. 또한, 비특허 문헌 4 또는 5에 기재된 바와 같이, 인공적인 재료에 의해 혈관을 형성하는 방법도 연구되었지만, 미세한 혈관을 형성하는 것은 곤란하여, 미소 혈관의 경색 부위의 치료나 인공 조직의 구축에 이용하는 것이 불가능하였다.
한편, 본 발명자들은 세포 접착성 또는 세포 접착 저해성을 갖는 층의 표면을 에너지 조사에 따른 촉매의 작용에 의해 변화시켜, 세포 접착부 및 세포 접착 저해부를 포함하는 패턴을 형성하고, 이 세포 접착부에만 고정밀하게 세포를 접착시켜 세포를 패턴형으로 배양시키는 방법을 제안하였다. 이 패턴 방법에 따르면, 세포 접착부 및 세포 접착 저해부의 경계에서 세포가 자극되고, 그 결과 패턴형으로 접착된 세포를 배향시키거나, 신전(伸展) 상태로의 형태 변화를 강하게 촉진시킬 수 있다. 본 방법으로 혈관 내피 세포를 패턴형으로 배양하고, 또한 혈관 내피 세포의 혈관 조직화를 유도하는 고정수단(anchorage, 足場) 재료와 접촉, 전사함으로써 원하는 패턴에 따라서 미세한 혈관 조직을 형성하는 것도 가능해졌다. 그러나, 이 혈관을 미소 혈관의 경색 부위의 치료나 상술한 인공 조직의 구축에 적합한 형상으로 형성시키는 기술은 아직 발명되지 않았다.
비특허 문헌 1: D. E. Ingber 외, The Journal of Cell Biology(1989) p.317-
비특허 문헌 2: B. J. Spargo 외, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America(1994) p.11070-
비특허 문헌 3: R. Auerbach 외, Clinical Chemistry(2003) p.32-
비특허 문헌 4: C. B. Weinberg 외, Science(1986) p.397-
비특허 문헌 5: N. L' Heureux 외, The FASEB Journal(1998) vol.12 p.47-
<발명의 개시>
<발명이 해결하고자 하는 과제>
이상의 점으로부터, 미소 혈관의 경색 부위의 치료나 인공적인 조직, 장기의 구축에는 그 기능을 유지하기 위해 필요한 산소나 영양소를 효율적으로 공급하거나 노폐물을 송출하는 것이 불가결하고, 미소 혈관의 경색 부위의 치료나 생체 밖에서 구축된 인공 조직에 적합한 형상으로 형성된 인공 혈관의 제조 방법의 제공이 요망되었다.
<발명을 해결하기 위한 수단>
본 발명은 생체 조직의 화상으로부터 혈관 형상을 추출하여 혈관 형상 화상으로 하는 혈관 형상 화상 추출 공정, 상기 혈관 형상 화상의 각 혈관 형상을 조정하여 혈관 형성 패턴을 형성하는 혈관 형성 패턴 조정 공정, 세포 배양층에, 혈관 세포와 접착성을 가지면서 또한 상기 혈관 형성 패턴의 형상으로 형성된 세포 접착부와, 혈관 세포와 접착하는 것을 저해하는 세포 접착 저해성을 가지면서 또한 상기 세포 접착부 이외의 영역에 형성된 세포 접착 저해부를 포함하는 혈관 세포 배양 패턴을 형성하는 혈관 세포 배양 패턴 형성 공정, 및 상기 세포 접착부에 혈관 세포를 부착시켜 배양하며 조직화시키는 혈관 세포 배양 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 인공 혈관의 제조 방법을 제공한다.
미소 혈관의 경색 부위의 치료나 생체밖에서 구축된 인공 조직에 적합한 인공 혈관 형상으로서, 생체 조직 중의 혈관 구조를 모방한 형상이 있다. 생체 조직 중에서는 조직내의 세포가 활동하기 위해서 필요한 산소, 영양분, 노폐물을 혈액을 통해 운반하고 있다.
본 발명에 따르면, 상기 혈관 세포 배양 패턴 형성 공정에서 혈관 세포가 생체 조직의 혈관 패턴형으로 혈관을 형성할 수 있도록 조정한 상기 세포 접착부를 형성하기 때문에, 혈관 세포 배양 공정에 있어서 혈관 세포를 배양함으로써, 생체 조직 중의 혈관 패턴과 동일한 패턴형으로 인공 혈관을 형성하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 본 발명에 의해 제조된 인공 혈관을, 예를 들면 미소 혈관의 경색 부위나 인공 조직 중에 배치하거나 하여, 조직 중의 세포에 생체 조직과 동일하게 혈관으로부터 영양을 공급하는 것 등을 가능하게 할 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서는 상기 혈관 형성 패턴 조정 공정에서 생체 조직의 화상으로부터 얻어진 혈관 형상 화상을 조정하기 때문에, 상기 혈관 세포 배양 패턴 형성 공정 및 혈관 세포 배양 공정에 의해 효율적으로 목적으로 하는 패턴형으로 혈관을 형성하는 것이 가능해진다.
상기 발명에 있어서는 상기 혈관 세포 배양 패턴 형성 공정을, 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 상기 세포 접착부 및 상기 세포 접착 저해부를 형성할 수 있는 상기 세포 배양층에 에너지를 조사하여 상기 혈관 세포 배양 패턴을 형성하는 공정으로 할 수 있다. 이 경우, 상기 혈관 세포 배양 패턴의 형성시에, 세포에 악영향을 미치는 약품을 이용하거나 복잡한 공정을 거치지 않고 용이하면서 또한 고정밀하게 혈관 세포 배양 패턴을 형성할 수 있다고 하는 이점을 갖는다.
본 발명은 상기 인공 혈관의 제조 방법에 의해 제조된 인공 혈관을 이용하는 것을 특징으로 하는 인공 조직의 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 상기 제조 방법에 의해 제조된 인공 혈관을 이용하기 때문에, 제조된 인공 조직 중의 세포에 생체 조직과 동일하게 혈관으로부터 영양을 공급하는 것 등이 가능해지고, 인공 조직을 각종 용도에 사용할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 본 발명은 혈관 내피 세포가 관 형상이 되는 선폭으로 구성된 2차원 패턴으로 이루어지는 혈관 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 포토마스크를 제공한다.
본 발명에 따르면, 포토마스크가 혈관 내피 세포가 관 형상이 되는 선폭으로 구성된 2차원 패턴으로 이루어지는 혈관 패턴을 갖기 때문에, 이 포토마스크를 이용하여, 예를 들면 세포 배양층을 패터닝하여 생체 조직 중의 혈관 형상으로 세포와 접착성을 갖는 세포 접착부를 형성하고, 혈관 내피 세포를 이 세포 접착부 상에서 배양하여 관 형상으로 할 수 있다. 이에 의해, 목적으로 하는 패턴형으로 인공 혈관을 형성할 수 있고, 예를 들면 생체 조직의 혈관과 동일한 패턴을 갖는 인공 혈관 등을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명은 혈관 내피 세포가 관 형상이 되는 선폭으로 구성된 2차원 패턴에 의해 형성된 혈관 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 인공 혈관을 제공한다.
본 발명의 인공 혈관은 혈관 내피 세포가 관 형상이 되는 선폭으로 구성된 2차원 패턴에 의해 형성된 혈관 패턴을 갖기 때문에, 예를 들면 생체 조직에 이식하거나 인공 조직에 이용하는 등, 각종 용도에 이용할 수 있는 인공 혈관으로 할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 인공 혈관을 갖는 것을 특징으로 하는 인공 조직을 제공한다.
본 발명의 인공 조직은 생체 조직의 혈관 형상을 갖는 인공 혈관을 갖기 때문에, 생체 조직과 동일하게 세포에 영양을 공급하거나 할 수 있어 각종 용도에 이용할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 기재, 상기 기재 상에 형성되어, 혈관 세포와 접착성을 갖는 세포 접착부 및 상기 혈관 세포와 접착하는 것을 저해하는 세포 접착 저해부를 포함하는 패턴을 갖는 세포 배양층, 및 상기 세포 접착부 상에 접착된 혈관 세포를 갖는 혈관 세포 배양 패턴 기재이며, 상기 세포 접착부가 혈관 내피 세포가 관 형상이 되는 선폭으로 구성된 2차원 패턴으로 이루어지는 혈관 패턴형으로 형성된 것을 특징으로 하는 혈관 세포 배양 패턴 기재를 제공한다.
본 발명의 혈관 세포 배양 패턴 기재에 따르면, 상기 세포 접착부 상에서 혈관 세포를 목적으로 하는 패턴형으로 고정밀하게 배양할 수 있다.
또한, 본 발명은 기재, 및 상기 기재 상에 박리 가능하게 설치된 혈관 내피 세포를 포함하는 혈관 내피 세포 패턴 기재이며, 상기 혈관 내피 세포가 혈관 네트워크를 2차원으로 표현한 패턴형으로 관 형상이 되는 선폭으로 형성된 것을 특징으로 하는 혈관 내피 세포 패턴 기재를 제공한다.
본 발명의 혈관 내피 세포 패턴 기재에 있어서는, 소정의 패턴형으로 형성된 혈관 내피 세포가 박리 가능하게 설치되기 때문에, 이 혈관 내피 세포를 박리하여, 예를 들면 인공 조직 등 각종 용도에 사용할 수 있다.
<발명의 효과>
본 발명에 따르면, 조직 중의 세포에 생체 조직과 동일하게 혈관으로부터 영양을 공급하는 것 등이 가능하고, 각종 용도에 이용할 수 있는 인공 혈관을 효율적으로 목적으로 하는 패턴형으로 형성할 수 있다고 하는 효과를 발휘하는 것이다.
도 1은 본 발명의 인공 혈관의 제조 방법의 일례를 설명하는 설명도이다.
도 2는 본 발명의 인공 혈관의 제조 방법의 일례를 설명하는 설명도이다.
도 3은 본 발명의 인공 혈관의 제조 방법의 혈관 세포 배양 패턴 형성 공정의 일례를 설명하는 설명도이다.
도 4는 본 발명의 인공 혈관의 제조 방법의 혈관 세포 배양 패턴 형성 공정의 일례를 설명하는 설명도이다.
도 5는 본 발명의 혈관 세포 배양 패턴 기판의 일례를 설명하는 개략 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1ㆍㆍㆍ세포 배양층
2ㆍㆍㆍ세포 접착부
3ㆍㆍㆍ세포 접착 저해부
<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>
본 발명은 재생 의료 등의 분야에서 이용되는 인공 혈관과 그의 제조 방법, 그 인공 혈관을 이용한 인공 조직이나 그의 제조 방법, 이들의 제조시에 이용되는 포토마스크, 및 인공 혈관을 형성하기 위한 혈관 세포 배양 패턴 기재에 관한 것이다. 이하, 각각에 대하여 상세하게 설명한다.
A. 인공 혈관의 제조 방법
우선, 본 발명의 인공 혈관의 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 발명의 인공 혈관의 제조 방법은 생체 조직의 화상으로부터 혈관 형상을 추출하여 혈관 형상 화상으로 하는 혈관 형상 화상 추출 공정, 상기 혈관 형상 화상의 각 혈관 형상을 조정하여 혈관 형성 패턴을 형성하는 혈관 형성 패턴 조정 공정, 세포 배양층에, 혈관 세포와 접착성을 가지면서 또한 상기 혈관 형성 패턴의 형상으로 형성된 세포 접착부와, 혈관 세포와 접착하는 것을 저해하는 세포 접착 저해성을 가지면서 또한 상기 세포 접착부 이외의 영역에 형성된 세포 접착 저해부를 포함하는 혈관 세포 배양 패턴을 형성하는 혈관 세포 배양 패턴 형성 공정, 및 상기 세포 접착부에 혈관 세포를 부착시켜 배양하며 조직화시키는 혈관 세포 배양 공정을 갖는 것이다.
본 발명의 인공 혈관의 제조 방법은, 예를 들면 도 1에 나타낸 바와 같이 생 체 조직의 화상(도 1(a))으로부터 혈관 형상을 추출하여 혈관 형상 화상(도 1(b))으로 하는 혈관 형상 화상 추출 공정, 그 혈관 형상 화상(도 1(b))의 각 혈관 형상을 조정하여 혈관 형성 패턴(도 1(c))으로 하는 혈관 형성 패턴 조정 공정, 예를 들면 도 2에 나타낸 바와 같이 세포 배양층 (1)에, 상기 혈관 형성 패턴의 형상으로 형성된 세포 접착부 (2)와, 그 이외의 영역의 세포 접착 저해부 (3)을 포함하는 혈관 세포 배양 패턴을 형성하는 혈관 세포 배양 패턴 형성 공정(도 2(a)), 및 그 혈관 세포 배양 패턴의 세포 접착부 (2)에 혈관 세포 (4)를 부착시켜 배양하며 조직화시키는 혈관 세포 배양 공정(도 2(b))를 갖는 것이다.
여기서, 본 발명에서 말하는 생체 조직이란, 생체 중에 존재하는 혈관과 그 밖의 세포 등에 의해 형성된 조직을 말하고, 예를 들면 신장이나 간장 등의 장기, 안저, 피부 등 각종 기관을 말한다.
본 발명에 따르면, 상기 혈관 세포 배양 패턴 형성 공정에서 세포 배양층에 생체 조직 중의 혈관과 동일한 패턴인 혈관 형성 패턴의 형상으로 혈관 세포와 세포 접착성을 갖는 세포 접착부를 형성하여, 혈관 세포 배양 공정에서 세포 접착부에만 혈관 세포를 접착시켜 배양시킬 수 있고, 세포 접착 저해부에는 혈관 세포가 접착되지 않도록 할 수 있다. 이에 의해, 생체 조직 중의 혈관 패턴과 동일한 패턴형으로 인공 혈관을 형성하는 것이 가능해지고, 이 인공 혈관은 조직 중의 세포에, 예를 들면 미소 혈관의 경색 부위나 인공 조직 중에 배치하거나 하여, 생체 조직과 동일하게 영양을 공급하는 것 등이 가능해진다.
또한, 본 발명에 있어서는 상기 혈관 형성 패턴 조정 공정에서 생체 조직의 화상으로부터 얻어진 혈관 형상 화상을, 상기 혈관 세포 배양 패턴 형성 공정 및 혈관 세포 배양 공정에서 인공 혈관을 형성하기 쉬운 형상 등으로 조정함으로써, 효율적으로 목적으로 하는 패턴형으로 인공 혈관을 형성하는 것이 가능해지고, 제조 효율 등의 면에서도 바람직해진다.
이하, 본 발명의 인공 혈관의 제조 방법의 각 공정마다 상세하게 설명한다.
1. 혈관 형성 화상 추출 공정
우선, 본 발명의 혈관 형성 화상 추출 공정에 대하여 설명한다. 본 발명의 혈관 형성 화상 추출 공정은 생체 조직의 화상으로부터 혈관 형상을 추출하여 혈관 형상 화상으로 하는 공정이고, 생체 조직의 화상으로부터 혈관 형상을 추출한 화상을 얻을 수 있는 방법이라면, 그 수법은 특별히 한정되지 않는다.
본 공정에 이용되는 생체 조직의 화상으로서는, 생체내의 조직을 영상화한 것이고, 혈관 형상을 특정할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 이러한 화상으로서는, 예를 들면 3차원적으로 촬영된 화상일 수도 있지만, 특히 2차원적으로 촬영된 화상인 것이 바람직하다. 2차원적으로 촬영된 화상을 이용함으로써, 후술하는 혈관 형성 패턴 조정 공정에서의 조정이 용이해지기 때문이다. 이러한 화상의 촬영 방법으로서는, 예를 들면 피부나 안저의 혈관 사진과 같이 직접 생체 조직 중의 혈관을 관찰하는 방법이나, 직접 생체 조직의 단면을 촬영하는 방법 등일 수도 있고, 또한 목적으로 하는 생체 조직의 혈관 중에 조영제 등을 주입하고, 방사선을 조사하여 영상화하는 방법이나 MRI(핵 자기 공명 영상법) 등을 이용할 수도 있다.
본 공정에서는 상술한 생체 조직의 화상으로부터 혈관의 화상만을 추출한다. 상기 혈관 화상 취득법의 대부분은 혈관 이외의 조직에서 유래하는 노이즈 등을 포함한다. 따라서, 혈관의 화상만을 추출하는 방법으로서는, 생체 조직의 윤곽이나 노이즈를 제거하기 위해서, 얻어진 화상에 대하여 2치화(二値化) 처리나 화상의 팽창 수축 처리를 실시하여 혈관의 화상을 취출하는 것이 일반적이다.
2. 혈관 형성 패턴 조정 공정
다음에, 본 발명에 있어서의 혈관 형성 패턴 조정 공정에 대하여 설명한다. 본 발명에 있어서의 혈관 형성 패턴 조정 공정은 상술한 혈관 화상 추출 공정에 의해 추출된 상기 혈관 형상 화상의 각 혈관 형상을 조정하여 혈관 형성 패턴을 형성하는 공정이다. 본 공정에서 상기 혈관 형상 화상의 혈관 형상을 조정함으로써, 후술하는 혈관 세포 배양 패턴 형성 공정 및 혈관 세포 배양 공정에 의해 형성되는 인공 혈관 형상이 결정된다.
본 공정에서의 각 혈관 형상의 조정으로서는, 예를 들면 상술한 혈관 형상 화상에 있어서의 혈관의 선폭 조정을 들 수 있다. 본 공정에 의해 혈관 형상 화상의 각 혈관의 폭을, 후술하는 혈관 세포 배양 패턴 형성 공정 및 혈관 세포 배양 공정에서 인공 혈관을 형성하는 데 적합한 폭, 즉 혈관 내피 세포가 관 형상이 되는 선폭으로 조정함으로써, 효율적으로 인공 혈관을 형성할 수 있기 때문이다. 이러한 혈관 형성 패턴을 이용하여, 후술하는 혈관 세포 배양 패턴 형성 공정에서 형성되는 혈관 세포 배양 패턴 혈관의 선폭으로서는, 통상 20 ㎛ 내지 100 ㎛의 범위내, 그 중에서도 40 ㎛ 내지 80 ㎛의 범위내, 특히 50 ㎛ 내지 70 ㎛의 범위내로 하는 것이 바람직하다. 혈관 형상 화상에서의 혈관 굵기가 상기 범위보다 가는 경우에는 혈관 세포 배양 패턴을 혈관 형성에 바람직한 굵기로 변경하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 혈관 형상 화상 중의 혈관이 상기 범위보다 굵은 경우 등에는, 예를 들면 상기 범위내 굵기를 갖는 분지된 수개의 혈관 패턴으로 하여 필요한 혈액의 흐름을 확보할 수도 있다. 이 때, 통상적으로 각 혈관의 선폭은 동일한 선폭이 되도록 형성된다. 또한, 또한, 상기 혈관 형상 화상 중의 혈관이 상기 범위보다 굵은 경우, 이 혈관 패턴 중에 보조 패턴을 형성할 수도 있다. 보조 패턴이란, 혈관 패턴내에 형성되는 미세한 패턴이며, 이 보조 패턴이 형성된 영역은 후술하는 혈관 세포 배양 패턴 형성 공정에 의해 형성되는 혈관 세포 배양 패턴에서 혈관 세포와 접착하는 것을 저해하는 세포 접착 저해부이다. 또한, 보조 패턴은, 상기 혈관 패턴형으로 형성된 세포 접착부 상에 혈관 세포를 부착시켰을 때, 상기 보조 패턴에 대응하는 세포 접착 저해부가 상기 세포 접착부내에서의 혈관 세포끼리의 결합을 저해하지 않을 정도, 즉 상기 보조 패턴에 대응하는 세포 접착 저해부 상에서도 혈관 세포끼리가 결합할 수 있을 정도, 미세한 패턴이 되도록 형성된다.
일반적으로, 혈관 패턴에 대응하는 세포 접착부에 혈관 세포를 부착시켜 혈관 세포를 배양하며 조직을 형성하는 경우, 혈관 세포는 세포 접착부의 외측으로부터 내측에 걸쳐 서서히 배열한다. 또한, 조직 형성시에는, 개개의 혈관 세포가 형태 변화하여 배열되는 것이 필요하고, 이 혈관 세포의 형태 변화에 대해서도 세포 접착부의 단부(端部)로부터 중앙부에 걸쳐 서서히 행해지는 것이다. 그 때문에 세포 접착부의 폭이 굵은 경우에는, 세포 접착부의 중앙부에서의 혈관 세포의 배열성 이 나쁘고, 조직이 형성되지 않는 경우나 세포 접착부의 중앙부에 혈관 세포가 접착되지 않는 경우 등이 있다. 또한, 세포 접착부의 중앙부에서의 혈관 세포의 형태 변화성이 나쁜 경우가 있다. 따라서, 상기 보조 패턴에 대응하는 세포 접착 저해부를 형성하여, 이 세포 접착 저해부의 단부에서도 혈관 세포를 배열시키거나 형태 변화를 시키는 것이 가능해지기 때문에, 이지러짐이나 형태 변화 불량 등을 발생시키지 않고 목적으로 하는 패턴형으로 혈관 세포를 배양할 수 있는 것이다. 또한, 상기 보조 패턴에 대응하는 세포 접착 저해부는 이 세포 접착 저해부가 개재되어 인접하는 혈관 세포끼리의 접착을 저해하지 않도록 형성되기 때문에, 최종적으로 배양되는 혈관 세포 폭으로서는, 상기 혈관 패턴에 대응하는 폭과 동일한 폭으로 할 수 있는 것이다.
여기서, 상기 보조 패턴은 상기 혈관 패턴내에 라인형으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 라인의 형상은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 직선상, 곡선상, 점선상, 파선상 등으로 할 수 있다. 상기 보조 패턴의 라인폭은, 혈관 세포 배양 패턴을 형성하였을 때에, 대응하는 세포 접착 저해부의 폭이 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛, 그 중에서도 1 ㎛ 내지 5 ㎛의 범위내가 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 범위보다 폭이 넓은 경우에는, 보조 패턴에 대응하는 세포 접착 저해부가 개재되어 인접하는 혈관 세포끼리가 세포 접착 저해부 상에서 상호 작용하는 것이 곤란해져 바람직하지 않기 때문이다.
또한, 상기 보조 패턴은, 예를 들면 지그재그상 등, 면내에서 요철 패턴을 갖도록 형성될 수도 있다. 이 때, 상기 요철 패턴의 오목부 말단에서 볼록부 말단 까지의 거리의 평균값은, 상기 혈관 패턴에 대응하는 세포 접착부에 혈관 세포를 접착시켰을 때, 혈관 세포가 세포 접착부의 라인 방향과 동일한 방향으로 정렬하는 거리가 되도록 형성할 수 있고, 특히 후술하는 혈관 세포 배양 패턴을 형성하였을 때, 요철이 0.5 ㎛ 내지 30 ㎛의 범위내가 되도록 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 요철의 오목부 말단에서 볼록부 말단까지의 거리의 평균의 측정은, 보조 패턴에 대응하는 세포 접착 저해부의 단부 길이 200 ㎛의 범위에서의 각 요철의 최저부로부터 최정상부까지의 거리를 측정하고, 그의 평균을 산출한 값으로 한다.
또한, 본 공정에서는 불선명한 부분이나 미소한 부분을 보정하는 조정을 행하는 것이 바람직하다. 혈관 세포 배양 패턴이 불선명한 부분 등을 갖는 경우에는, 후술하는 혈관 세포 배양 패턴 형성 공정 및 혈관 세포 배양 공정에서 목적으로 하는 패턴형으로 혈관을 형성하는 것이 곤란해지기 때문이다. 또한, 이 때 불필요한 혈관을 제거하는 조정을 행할 수도 있다. 예를 들면 혈관 형상 화상이 3차원적으로 촬영된 화상인 경우 등, 동일한 평면 상에 없는 혈관 형상이 혈관 형상 화상 중에 존재하는 경우에는, 이 부분을 제거하는 것이 바람직하기 때문이다.
또한, 혈관 형상 화상은 3차원으로 존재하는 혈관을 2차원으로 나타내기 때문에, 본래 혈관끼리의 간격이 넓음에도 불구하고 간격이 좁게 표시되는 경우나 분지의 각도가 본래 각도보다 예각으로 표시되는 경우가 있다. 이러한 경우에도, 본 공정에서 혈관 사이의 간격을 넓히는 조정이나 분지의 각도를 둔각으로 하는 조정 등을 행할 수 있다. 또한, 3차원의 혈관 네트워크를 혈관이 교차하지 않는 2차원으로 표현하기 위해서, 교차하고 있는 혈관의 한쪽 단부를 교체하는 조정을 행할 수 있다. 또한, 혈관이 수행하는 기능을 손상시키지 않고, 보다 혈류를 양호하게 할 수 있는 경우 등에는, 예를 들면 생체 조직 중에서 곡선형으로 형성된 혈관을 직선형으로 하는 등, 혈관 형상을 조정할 수도 있다.
또한, 본 발명에 의해 제조된 인공 혈관을 생체나 인공 조직에 이용할 때 등에는, 혈액을 인공 혈관에 흘려 이용되기 때문에, 생체 중의 혈관과 상기 각 혈관을 연결하기 위한, 상기 혈관 형상 화상 중에는 존재하지 않는 혈관을 갖는 것과 같은 패턴이 되도록 조정을 할 수도 있다. 이러한 혈관은, 혈액이 흐르는 방향이나 혈관에 대한 압력 등에 의해서 적절하게 그의 굵기나 형성되는 위치는 조정된다.
상술한 바와 같은 각 혈관의 조정은 혈관 형상 화상을 화상 처리하거나 하여 행할 수 있다.
3. 혈관 세포 배양 패턴 형성 공정
다음에, 본 발명에 있어서의 혈관 세포 배양 패턴 형성 공정에 대하여 설명한다. 본 발명에 있어서의 혈관 세포 배양 패턴 형성 공정은 세포 배양층에, 혈관 세포와 접착성을 가지면서 또한 상기 혈관 형성 패턴의 형상으로 형성된 세포 접착부와, 혈관 세포와 접착하는 것을 저해하는 세포 접착 저해성을 가지면서 또한 상기 세포 접착부 이외의 영역에 형성된 세포 접착 저해부를 포함하는 혈관 세포 배양 패턴을 형성하는 공정이다. 또한, 상기 혈관 형성 패턴을 이용하여 혈관 세포 배양 패턴을 형성할 때, 상기 세포 배양부의 크기를 상기 혈관 형성 패턴과 같은 크기로 할 수도 있지만, 예를 들면 상기 혈관 형성 패턴을 확대 또는 축소시킨 크 기가 되도록 세포 접착부를 형성할 수도 있다. 이에 의해, 하나의 혈관 형성 패턴으로 각종 크기의 혈관 세포 배양 패턴을 형성하는 것이 가능해지기 때문이다.
본 공정에서 세포 배양층에 상기 세포 접착부와 세포 접착 저해부를 포함하는 혈관 세포 배양 패턴을 형성함으로써, 후술하는 혈관 세포 배양 공정에 의해 혈관 세포를 상기 혈관 형성 패턴형으로 용이하게 배양하는 것이 가능해진다. 여기서, 혈관 세포와 접착성을 갖는다는 것은, 혈관 세포와 양호하게 접착하는 것을 말하고, 혈관 세포와의 접착성이 혈관 세포의 종류에 따라서 다른 경우 등에는, 목적으로 하는 혈관 세포와 양호하게 접착하는 것을 말한다. 또한, 혈관 세포와 세포 접착 저해성을 갖는다는 것은, 혈관 세포가 접착하는 것을 저해하는 성질을 갖는 것을 말하고, 혈관 세포와의 세포 접착 저해성이 혈관 세포의 종류에 따라서 다른 경우 등에는, 목적으로 하는 혈관 세포와 접착하는 것을 저해하는 것을 말한다.
본 공정에 사용되는 세포 배양층은, 이 세포 배양층에 세포 접착부 및 세포 접착 저해부를 포함하는 혈관 세포 배양 패턴을 형성 가능한 층이라면 특별히 한정되지 않고, 세포 접착성을 갖는 층일 수도 있고, 또한 세포 접착 저해성을 갖는 층 등일 수도 있다. 또한, 본 발명에 있어서는 필요에 따라서 세포 배양층은 기재 상에 형성될 수도 있다.
본 공정에서 상기 세포 접착부 및 세포 접착 저해부를 갖는 혈관 세포 배양 패턴을 형성하는 방법으로서는, 이러한 패턴을 형성할 수 있는 방법이라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면 상술한 혈관 형성 패턴의 패턴형으로 차광부를 갖는 마스크를 형성하고, 세포 접착성을 갖는 세포 배양층에 세포 접착 저해성을 갖는 재료를 인쇄법 등에 의해 패턴형으로 도포하는 방법이나, 세포 접착성을 갖는 세포 배양층에 세포 접착 저해성을 갖는 층을 형성하고, 포토리소그래피법 등에 의해 세포 접착 저해부의 패턴형으로 패터닝하는 방법 등으로 할 수도 있다. 또한, 상술한 혈관 형성 패턴의 패턴형으로 개구부를 갖는 마스크를 형성하고, 세포 접착 저해성을 갖는 세포 배양층에 세포 접착성을 갖는 재료를 패턴형으로 도포하여 세포 접착부를 형성하는 방법이나, 상기와 동일하게 포토리소그래피법에 의해 세포 접착부를 패터닝하여 형성하는 방법 등으로 할 수도 있다.
여기서, 본 발명에 있어서는, 특히 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 상기 세포 접착부 및 상기 세포 접착 저해부를 형성할 수 있는 상기 세포 배양층에 에너지를 조사하여 상기 세포 배양 패턴을 형성하는 것이 바람직하다. 이 경우, 혈관 세포에 악영향을 주는 약제 등을 이용하지 않으며 또한 복잡한 공정을 행하지 않고, 상기 세포 접착부 및 세포 접착 저해부의 형성을 용이하게 행할 수 있기 때문이다. 또한, 이러한 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 상기 혈관 세포 배양 패턴을 형성하는 방법으로서는, 이하의 6개의 양태를 들 수 있다. 이하, 각각의 양태마다 설명한다.
(1) 제1 양태
우선, 제1 양태로서는, 세포 배양층이 적어도 광 촉매, 및 세포와 접착성을 가지면서 또한 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 분해 또는 변성되는 혈관 세포 접착 재료를 함유하는 광 촉매 함유 세포 접착층이고, 이 광 촉매 함유 세포 접착층에, 예를 들면 상기 혈관 형성 패턴의 패턴형으로 차단부를 갖는 포토마 스크 등을 이용하여 에너지 조사함으로써, 상기 혈관 세포 접착 재료를 분해 또는 변성시켜 세포 접착 저해부를 형성하는 경우이다.
본 양태에 따르면, 광 촉매 함유 세포 접착층이 광 촉매와 상기 혈관 세포 접착 재료를 함유하기 때문에, 에너지가 조사된 영역을, 혈관 세포 접착 재료가 분해 또는 변성되어 혈관 세포와 접착하지 않는 세포 접착 저해부로 할 수 있다. 한편, 에너지가 조사되지 않은 영역은, 혈관 세포 접착 재료가 잔존하고 있기 때문에, 혈관 세포와의 접착성이 양호한 세포 접착부로 할 수 있다.
또한, 본 양태에 따르면, 후술하는 혈관 세포 배양 공정에서, 세포 접착부에 혈관 세포를 부착시켜 배양하며 조직화시킬 때, 세포 접착 저해부에 에너지 조사함으로써, 상기 세포 접착 저해부에 부착된 혈관 세포를 광 촉매의 작용에 의해 제거하거나 할 수 있다. 이에 의해, 보다 고정밀한 패턴형으로 혈관을 형성할 수 있다고 하는 이점도 갖는다.
이하, 본 양태에서 사용되는 광 촉매 함유 세포 접착층 및 세포 접착 저해부의 형성 방법에 대하여 설명한다.
a. 광 촉매 함유 세포 접착층
우선, 본 양태에서 사용되는 광 촉매 함유 세포 접착층에 대하여 설명한다. 본 양태에서 사용되는 광 촉매 함유 세포 접착층은 광 촉매와 상기 혈관 세포 접착 재료를 적어도 함유하는 것이고, 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 상기 혈관 세포 접착 재료가 분해 또는 변성되어 세포와의 접착성이 낮아지게 되는 층이다.
이러한 광 촉매 함유 세포 접착층의 형성은 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 분해 또는 변성되는 혈관 세포 접착 재료 및 광 촉매를 함유하는 광 촉매 함유 세포 접착층 형성용 도공(塗工)액을 기재 상에 도포하거나 하여 행할 수 있다. 이 광 촉매 함유 세포 접착층 형성용 도공액의 도포는 일반적인 도포 방법을 이용하여 행할 수 있고, 예를 들면 스핀 코팅법, 분무 코팅법, 침지 코팅법, 롤 코팅법, 비드 코팅법 등을 사용할 수 있다.
이 때, 상기 광 촉매 함유 세포 접착층의 막 두께로서는 통상 0.01 ㎛ 내지 1.0 ㎛ 정도, 그 중에서도 0.1 ㎛ 내지 0.3 ㎛ 정도로 할 수 있다.
이하, 본 양태에서 사용되는 광 촉매 함유 세포 접착층에 이용되는 각 재료에 대하여 설명한다.
(i) 혈관 세포 접착 재료
우선, 본 양태의 광 촉매 함유 세포 접착층에 함유되는 혈관 세포 접착 재료에 대하여 설명한다. 본 양태의 광 촉매 함유 세포 접착층에 함유되는 혈관 세포 접착 재료는 혈관 세포와 접착성을 가지면서 또한 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 분해 또는 변성되는 것이라면, 그 종류 등은 특별히 한정되지 않는다.
본 양태에서 사용되는 혈관 세포 접착 재료는 혈관 세포와의 접착성을 가지고, 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해서 분해 또는 변성되어 혈관 세포와의 접착성을 가지지 않게 되는 것이나, 혈관 세포와 접착하는 것을 저해하는 세포 접착 저해성을 갖는 것으로 변화되는 것 등이 사용된다.
여기서, 상기와 같은 혈관 세포와 접착성을 갖는 재료에는, 물리 화학적 특 성에 의해 혈관 세포와 접착성을 갖는 재료와 생물화학적 특성에 의해 혈관 세포와 접착성을 갖는 재료의 2종이 있다.
물리 화학적 특성에 의해 혈관 세포와 접착성을 갖는 재료의, 혈관 세포와의 접착성을 결정하는 물리 화학적인 인자로서는, 표면 자유 에너지나 정전 상호 작용 등을 들 수 있다. 예를 들면 혈관 세포와의 접착성이 재료의 표면 자유 에너지에 의해 결정되는 경우에는, 재료가 소정의 범위내의 표면 자유 에너지를 가지면 혈관 세포와 재료와의 접착성이 양호해지고, 그 범위를 벗어나면 혈관 세포와 재료와의 접착성이 저하된다. 이러한 표면 자유 에너지에 의한 혈관 세포의 접착성의 변화로서는, 예를 들면 자료 CMC 출판 바이오머테리얼의 최선단 이까다 요시또(감수) p.109 하부에 개시되는 것과 같은 실험 결과가 알려져 있다. 이러한 인자에 의해 혈관 세포와의 접착성을 갖는 재료로서는, 예를 들면 친수화 폴리스티렌, 폴리(N-이소프로필아크릴아미드) 등을 들 수 있다. 이러한 재료를 이용한 경우, 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해, 예를 들면 상기 재료 표면의 관능기가 치환 등 되거나 분해되거나 함으로써 표면 자유 에너지가 변화되어 혈관 세포와의 접착성을 갖지 않거나 또는 세포 접착 저해성을 갖게 될 수 있다.
또한, 정전 상호 작용 등에 의해 혈관 세포와 재료와의 접착성이 결정되는 경우, 예를 들면 재료가 갖는 양전하의 양 등에 의해서 혈관 세포와의 접착성이 결정된다. 이러한 정전 상호 작용에 의해 혈관 세포와의 접착성을 갖는 재료로서는, 예를 들면 폴리리신 등의 염기성 고분자, 아미노프로필트리에톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란 등의 염기성 화합물 및 이들을 포함하는 축 합물 등을 들 수 있다. 이러한 재료를 이용한 경우, 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 상기 재료가 분해 또는 변성됨으로써, 예를 들면 표면에 존재하는 양전하량을 변화시킬 수 있어, 혈관 세포와의 접착성을 가지지 않거나 또는 세포 접착 저해성을 가지도록 할 수 있다.
또한, 생물학적 특성에 의해 혈관 세포와 접착성을 갖는 재료로서는, 특정 혈관 세포와 접착성이 양호한 것, 또는 대부분의 혈관 세포와 접착성이 양호한 것 등을 들 수 있고, 구체적으로는 피브로넥틴, 라미닌, 테네이신, 비트로넥틴, RGD(아르기닌-글리신-아스파라긴산) 배열 함유 펩티드, YIGSR(티로신-이소로이신-글리신-세린-알기닌) 배열 함유 펩티드, 콜라겐, 아테로콜라겐, 젤라틴 등을 들 수 있다. 이러한 재료를 사용한 경우, 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해, 예를 들면 상기 재료 구조의 일부를 파괴하거나 주쇄를 파괴하는 것 등에 의해서, 혈관 세포와의 접착성을 가지지 않거나 또는 세포 접착 저해성을 가지도록 할 수 있다.
이러한 혈관 세포 접착 재료는 상기 재료의 종류 등에 따라서 다르지만, 광 촉매 함유 세포 접착층 중에 통상 0.01 중량％ 내지 95 중량％, 그 중에서도 1 중량％ 내지 10 중량％ 함유되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 혈관 세포 접착 재료를 함유하는 영역을 혈관 세포와의 접착성을 양호한 영역으로 할 수 있기 때문이다.
(ii) 광 촉매
다음에, 본 양태의 광 촉매 함유 세포 접착층에 함유되는 광 촉매에 대하여 설명한다. 본 양태에서 사용되는 광 촉매는 상술한 혈관 세포 접착 재료를 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해서 분해 또는 변성시킬 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않는다.
여기서, 후술하는 것과 같은 산화티탄으로 대표되는 광 촉매의 작용 기구는 반드시 명확한 것은 아니지만, 빛의 조사에 의해서 생성된 캐리어가 근방의 화합물과의 직접 반응, 또는 산소, 물의 존재하에서 생성된 활성 산소종에 의해서 유기물의 화학 구조에 변화를 주는 것으로 생각된다. 본 양태에 있어서는 이 캐리어가 상술한 혈관 세포 접착 재료에 작용을 미치는 것으로 생각된다.
본 양태에서 사용되는 광 촉매로서, 구체적으로는 광 반도체로서 알려져 있는 예를 들면 이산화티탄(TiO2), 산화아연(ZnO2), 산화주석(SnO2), 티탄산스트론튬(SrTiO3), 산화텅스텐(WO3), 산화비스무스(Bi2O3), 및 산화철(Fe2O3)을 들 수 있고, 이들로부터 선택하여 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 양태에 있어서는 특히 이산화티탄이 밴드 갭 에너지가 높고, 화학적으로 안정하며 독성도 없고, 입수도 용이하기 때문에 바람직하게 사용된다. 이산화티탄에는 아나타스형과 루틸형이 있으며 본 양태에서는 모두 사용할 수 있지만, 아나타스형 이산화티탄이 바람직하다. 아나타스형 이산화티탄은 여기 파장이 380 nm 이하이다.
이러한 아나타스형 이산화티탄으로서는, 예를 들면 염산 해교형의 아나타스형 티타니아 졸(이시하라 산교(주) 제조 STS-02(평균 입경 7 nm), 이시하라 산교( 주) 제조 ST-K01), 질산 해교형의 아나타스형 티타니아 졸(닛산 가가꾸(주) 제조 TA-15(평균 입경 12 nm)) 등을 들 수 있다.
광 촉매의 입경은 작을수록 광 촉매 반응이 효과적으로 발생하기 때문에 바람직하고, 평균 입경이 50 nm 이하인 것이 바람직하며, 20 nm 이하의 광 촉매를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
본 양태의 광 촉매 함유 세포 접착층에 있어서의 광 촉매의 함유량은 5 내지 95 중량％, 바람직하게는 10 내지 60 중량％, 더욱 바람직하게는 20 내지 40 중량％의 범위로 설정할 수 있다.
이에 의해, 광 촉매 함유 세포 접착층의 에너지 조사된 영역의 혈관 세포 접착 재료를 분해 또는 변성하는 것이 가능해지기 때문이다.
여기서, 본 양태에서 사용되는 광 촉매는, 예를 들면 높은 친수성을 갖는 것 등에 의해 혈관 세포와의 접착성이 낮은 것이 바람직하다. 이에 의해, 상술한 혈관 세포 접착 재료가 분해되거나 하여 촉매가 노출된 영역을, 혈관 세포와의 접착성이 낮은 영역으로서 이용하는 것이 가능해지기 때문이다.
(iii) 기타
본 양태에 있어서는 광 촉매 함유 세포 접착층 중에 상기 혈관 세포 접착 재료나 광 촉매뿐만 아니라, 필요에 따라서 예를 들면, 강도나 내성 등을 향상시키는 결합제 등을 함유하는 것일 수도 있다. 본 양태에 있어서는 특히 결합제로서, 적어도 에너지 조사된 후에 혈관 세포와 접착하는 것을 저해하는 세포 접착 저해성을 갖는 재료가 이용되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 에너지 조사된 영역인 세포 접착 저해부의 혈관 세포와의 접착성을 낮은 것으로 할 수 있기 때문이다. 이러한 재료로서는, 예를 들면 에너지 조사되기 전부터 상기 세포 접착 저해성을 갖는 것일 수도 있고, 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해서 세포 접착 저해성을 갖는 것이 되는 것일 수도 있다.
본 양태에 있어서는 특히 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해서 세포 접착 저해성을 갖는 것이 되는 재료를 결합제로서 이용하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 에너지 조사되기 전의 영역에서는, 상기 혈관 세포 접착 재료의 혈관 세포와의 접착성을 저해하지 않고, 에너지 조사된 영역만을 혈관 세포와의 접착성이 낮은 것으로 할 수 있기 때문이다.
이러한 결합제로서 이용되는 재료로서는, 예를 들면 주 골격이 상기 광 촉매의 광 여기에 의해 분해되지 않는 높은 결합 에너지를 갖는 것이며, 광 촉매의 작용에 의해 분해되는 유기 치환기를 갖는 것이 바람직하고, 예를 들면 (1) 졸 겔 반응 등에 의해 클로로 또는 알콕시실란 등을 가수분해, 중축합하여 큰 강도를 발휘하는 오르가노폴리실록산, (2) 발수성이나 발유성이 우수한 반응성 실리콘을 가교한 오르가노폴리실록산 등을 들 수 있고, 예를 들면 일본 특허 공개 제2000-249821호 공보에 기재되어 있는 것 등을 사용할 수 있다.
상기 재료를 혈관 세포 접착 저해 재료로서 이용하는 경우, 에너지가 조사되기 전의 물과의 접촉각이 15° 내지 120°, 그 중에서도 20° 내지 100°의 범위내인 것이 바람직하다. 이에 의해, 상기 혈관 세포 접착 재료의 혈관 세포와의 접착성을 저해하지 않도록 할 수 있기 때문이다.
또한, 이 혈관 세포 접착 저해 재료에 에너지가 조사된 경우에는, 물과의 접촉각이 10° 이하가 되는 것이 바람직하다. 상기 범위로 함으로써, 높은 친수성을 갖도록 할 수 있고, 혈관 세포와의 접착성을 낮게 할 수 있기 때문이다.
또한, 여기서 말하는 물과의 접촉각은 물, 또는 동등한 접촉각을 갖는 액체와의 접촉각을 접촉각 측정기(교와 가이멘 가가꾸(주) 제조 CA-Z형)를 이용하여 측정(마이크로실린지로부터 액적을 적하하여 30 초 후)하고, 그 결과로부터 또는 그 결과를 그래프로 만들어 얻은 것이다.
또한, 본 양태에 있어서는 에너지가 조사된 영역의 습윤성 변화를 발생시키거나 하여 혈관 세포와의 접착성이 저하되거나, 또는 그와 같은 변화를 보조하는 분해 물질 등을 함유하는 것일 수도 있고, 또한 그 밖의 첨가제를 함유할 수도 있다.
이러한 분해 물질이나 첨가제로서는, 예를 들면 일본 특허 공개 제2000-249821호 공보에 기재되어 있는 것 등을 사용할 수 있다.
본 양태에 있어서는 이러한 결합제 등은 광 촉매 함유 세포 접착층 중에 5 중량％ 내지 95 중량％, 그 중에서도 40 중량％ 내지 90 중량％, 특히 60 중량％ 내지 80 중량％의 범위내로 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 본 양태에서 사용되는 기재로서는, 상기 광 촉매 함유 세포 접착층을 형성할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 이러한 기재로서는, 예를 들면 금속, 유리, 실리콘 등의 무기 재료, 및 플라스틱으로 대표되는 유기 재료 등을 사용할 수 있다.
또한, 기재의 가요성 등은 적절하게 선택된다. 또한, 상기 기재의 투명성은 상기 혈관 세포 접착 재료를 분해 또는 변성시키기 위해서 조사되는 에너지의 조사 방향 등에 의해서 적절하게 선택되고, 예를 들면 기재가 차광부 등을 가지며, 상기 에너지의 조사가 기재측에서 행해지는 경우 등에는, 기재가 투명성을 갖게 된다.
여기서, 본 양태에 있어서는 상기 기재가 조사되는 에너지에 대하여 투과성을 갖는 경우, 세포 접착부를 형성하는 형상, 즉 상기 혈관 형성 패턴의 형상으로 차단부가 형성될 수도 있다. 이에 의해, 에너지를 조사하여 세포 접착 저해부를 형성할 때에, 포토마스크 등을 이용하지 않고, 기재 이면측에서 전체면에 에너지를 조사함으로써, 목적으로 하는 영역만의 광 촉매 함유 세포 접착층 중의 혈관 세포 접착 재료를 분해 또는 변성시킬 수 있기 때문이다. 이러한 차광부로서는, 일반적으로 차단부로서 사용되는 것과 동일하다고 할 수 있기 때문에, 여기서의 상세한 설명은 생략한다.
b. 세포 접착 저해부의 형성 방법
다음에, 본 양태에 있어서의 세포 접착 저해부의 형성 방법에 대하여 설명한다. 본 양태에 있어서는 예를 들면 도 3에 나타낸 바와 같이, 기재 (11) 상에 형성된 상기 광 촉매 함유 세포 접착층 (12)에, 예를 들면 상술한 혈관 형성 패턴의 형상으로 차단부를 갖는 포토마스크 (13) 등을 이용하여, 에너지 (14)를 조사함으로써(도 3(a)) 에너지 조사된 영역의 광 촉매 함유 세포 접착층 (12) 중의 혈관 세포 접착성 재료가 분해 또는 변성되어 혈관 세포와 접착성을 갖지 않는 세포 접착 저해부 (3)을 형성할 수 있고, 에너지 조사되지 않은 영역을 세포 접착부 (2)로 할 수 있다(도 3(b)). 이 때, 세포 접착 저해부에는 광촉매 및 혈관 세포 접착 재료의 분해물이나 변성물 등이 함유된다.
여기서, 본 양태에서 말하는 에너지 조사(노광)이란, 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해서 혈관 세포 접착 재료를 분해 또는 변성시킬 수 있는 어떠한 에너지선의 조사도 포함하는 개념이고, 빛의 조사로 한정되는 것은 아니다.
통상적으로 이러한 에너지 조사에 사용되는 광의 파장은 400 nm 이하의 범위, 바람직하게는 380 nm 이하의 범위에서 설정된다. 이것은, 상술한 바와 같이 광 촉매로서 사용되는 바람직한 광 촉매가 이산화티탄이고, 이 이산화티탄에 의해 광 촉매 작용을 활성화시키는 에너지로서, 상술한 파장의 빛이 바람직하기 때문이다.
이러한 에너지 조사에 사용할 수 있는 광원으로서는, 수은 램프, 금속 할로겐 램프, 크세논 램프, 엑시머 램프, 기타 각종 광원을 들 수 있다.
상술한 바와 같은 광원을 이용하여, 포토마스크를 통한 패턴 조사에 의해 행하는 방법 이외에, 엑시머, YAG 등의 레이저를 이용하여 상술한 패턴형으로 묘화 조사하는 방법을 이용하는 것도 가능하다. 또한, 상술한 바와 같이, 기재가 세포 접착부와 동일한 패턴형으로 차광부를 갖는 경우에는, 기재측에서 에너지를 전체면에 조사함으로써 행할 수 있다. 이 경우, 포토마스크 등이 필요없고, 위치 정렬 등의 공정이 필요없다고 하는 이점을 갖는다.
또한, 에너지 조사에 있어서의 에너지의 조사량은 광 촉매의 작용에 의해 혈관 세포 접착 재료가 분해 또는 변성되는 데 필요한 조사량으로 한다.
이 때, 광 촉매가 함유되는 층을 가열하면서 에너지 조사함으로써 감도를 상승시키는 것이 가능해지고, 효율적으로 혈관 세포 접착 재료를 분해 또는 변성시킬 수 있는 점에서 바람직하다. 구체적으로는 30 ℃ 내지 80 ℃의 범위내에서 가열하는 것이 바람직하다.
본 양태에 있어서의 포토마스터를 통해 행하는 에너지 조사의 방향은, 상술한 기재가 투명한 경우에는 기재측 및 광 촉매 함유 세포 접착층측 중 어느 방향에서 에너지 조사를 행할 수 있다. 한편, 기재가 불투명한 경우에는 광 촉매 함유 세포 접착층측에서 에너지 조사를 행할 필요가 있다.
(2) 제2 양태
다음에, 제2 양태로서는, 세포 배양층이 적어도 광 촉매, 및 혈관 세포와 접착하는 것을 저해하는 세포 접착 저해성을 가지면서 또한 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 분해 또는 변성되는 혈관 세포 접착 저해 재료를 함유하는 광 촉매 함유 세포 접착 저해층이고, 이 광 촉매 함유 세포 접착 저해층에, 예를 들면 상기 혈관 형성 패턴의 패턴형으로 개구부를 갖는 포토마스크 등을 이용하여 에너지 조사함으로써, 상기 혈관 세포 접착 저해 재료를 분해 또는 변성시켜 세포 접착부를 형성하는 경우이다.
본 양태에 있어서는 상기 광 촉매 함유 세포 접착 저해층이 광 촉매와 상기 혈관 세포 접착 저해 재료를 함유하기 때문에, 세포 접착부를 형성하는 영역에 혈관 형성 패턴의 패턴형으로 에너지 조사함으로써, 층 중에 함유되는 광 촉매의 작용에 의해 혈관 세포 접착 저해 재료를 분해 또는 변성시킬 수 있고, 에너지가 조 사된 영역을 혈관 세포와의 접착성을 갖는 세포 접착부로 할 수 있다. 또한, 이 때 에너지가 조사되지 않은 영역에 대해서는, 혈관 세포 접착 저해 재료가 잔존하여 세포 접착 저해부로 할 수 있다.
이하, 본 양태에서 사용되는 광 촉매 함유 세포 접착 저해층 및 기재에 대하여 설명하고, 또한 세포 접착부의 형성 방법에 대하여 설명한다.
a. 광 촉매 함유 세포 접착 저해층
우선, 본 양태에서 사용되는 광 촉매 함유 세포 접착 저해층에 대하여 설명한다. 본 양태에서 사용되는 광 촉매 함유 세포 접착 저해층은 광 촉매 및 상기 혈관 세포 접착 저해 재료를 함유하는 층이고, 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 혈관 세포 접착 저해 재료가 분해 또는 변성되어 혈관 세포와의 접착성을 갖게 되는 층이다.
이러한 광 촉매 함유 세포 접착 저해층의 형성은 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 분해 또는 변성되는 혈관 세포 접착 저해 재료 및 광 촉매를 함유하는 광 촉매 함유 세포 접착 저해층 형성용 도공액을 기재 상에 도포하거나 하여 행할 수 있다. 이 광 촉매 함유 세포 접착 저해층 형성용 도공액의 도포는 일반적인 도포 방법을 이용하여 행할 수 있고, 예를 들면 스핀 코팅법, 분무 코팅법, 침지 코팅법, 롤 코팅법, 비드 코팅법 등을 사용할 수 있다.
이 때, 상기 광 촉매 함유 세포 접착 저해층의 막 두께로서는, 통상 0.01 ㎛ 내지 1.0 ㎛ 정도, 그 중에서도 0.1 ㎛ 내지 0.3 ㎛ 정도로 할 수 있다.
이하, 상기 광 촉매 함유 세포 접착 저해층에 사용되는 재료에 대하여 설명 한다. 또한, 본 양태에서 사용되는 광 촉매에 대해서는, 상술한 제1 양태에서 사용되는 광 촉매와 동일하게 할 수 있기 때문에, 여기서의 상세한 설명은 생략한다.
(i) 혈관 세포 접착 저해 재료
우선, 본 양태에서 사용되는 광 촉매 함유 세포 접착 저해층에 함유되는 혈관 세포 접착 저해 재료에 대하여 설명한다.
본 양태에서 사용되는 혈관 세포 접착 저해 재료는 혈관 세포와 접착하는 것을 저해하는 세포 접착 저해성을 가지고, 또한 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 분해 또는 변성되는 것이라면, 그 종류 등은 특별히 한정되지 않는다.
본 양태에서 사용되는 혈관 세포 접착 저해 재료는 이러한 세포 접착 저해성을 가지고, 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해서 분해 또는 변성되어 세포 접착 저해성을 가지지 않게 되는 것이나 세포 접착성을 나타내는 것이 사용된다.
이러한 혈관 세포 접착 저해 재료로서는, 예를 들면 수화능이 높은 재료를 사용할 수 있다. 수화능이 높은 재료는 주위에 수분자가 모인 수화층이 형성되고, 통상적으로 이러한 수화능이 높은 물질은 수분자와의 접착성이 혈관 세포와의 접착성보다 높기 때문에, 혈관 세포는 상기 수화능이 높은 재료와 접착할 수 없고, 혈관 세포와의 접착성이 낮아진다. 여기서, 상기 수화능이란, 수분자와 수화하는 성질을 말하며, 수화능이 높다는 것은 수분자와 수화되기 쉬운 것을 말한다.
상기 수화능이 높아 혈관 세포 접착 저해 재료로서 이용되는 재료로서는, 예를 들면 폴리에틸렌글리콜이나, 베타인 구조 등을 갖는 양성 이온 재료, 인지질 함유 재료 등을 들 수 있다. 이러한 재료를 상기 혈관 세포 접착 저해 재료로서 이 용한 경우, 후술하는 에너지 조사 공정에서 에너지가 조사되었을 때, 광 촉매의 작용에 의해서 상기 혈관 세포 접착 저해 재료가 분해 또는 변질되거나 하여, 표면의 수화층이 떨어져 나옴으로써 상기 세포 접착 저해성을 갖지 않게 될 수 있다.
또한, 본 양태에 있어서는 상기 혈관 세포 접착 저해 재료로서, 광 촉매의 작용에 의해 분해되는 발수성 또는 발유성 유기 치환기를 갖는 계면 활성제도 사용할 수 있다. 이러한 계면 활성제로서는, 예를 들면 닛코 케미칼즈(주) 제조 NIKKOL BL, BC, BO, BB의 각 시리즈 등의 탄화수소계, 듀퐁사 제조 ZONYL FSN, FSO, 아사히 글래스(주) 제조 사프론 S-141, 145, 다이닛본 잉크 가가꾸 고교(주) 제조 메가팩 F-141, 144, 네오스(주) 제조 프타젠트 F-200, F251, 다이킨 고교(주) 제조 유니다인 DS-401, 402, 쓰리엠(주) 제조 플로라드 FC-170, 176 등의 불소계 또는 실리콘계 비이온 계면 활성제를 들 수 있고, 또한 양이온계 계면 활성제, 음이온계 계면 활성제, 양쪽성 계면 활성제를 이용할 수도 있다.
이러한 재료를 혈관 세포 접착 저해 재료로서 이용하여 광 촉매 함유 세포 접착 저해층을 형성하였을 때, 표면에 상기 혈관 세포 접착 저해 재료가 편재하게 된다. 이에 의해, 표면의 발수성이나 발유성을 높게 할 수 있고, 혈관 세포와의 상호 작용이 작으며 혈관 세포와의 접착성을 낮게 할 수 있다. 또한, 이 층에 에너지 조사 공정에서 에너지가 조사된 경우에는, 광 촉매의 작용에 의해서 쉽게 분해되어 상기 광 촉매가 노출되고, 상기 세포 접착 저해성을 갖지 않게 할 수 있다.
본 양태에 있어서는 상기 혈관 세포 접착 저해 재료로서, 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 혈관 세포와의 접착성이 양호해지는 것이 사용되는 것이 특히 바람직하고, 이러한 혈관 세포 접착 저해 재료로서는, 예를 들면 발유성이나 발수성을 갖는 재료를 들 수 있다.
혈관 세포 접착 저해 재료로서, 상기 발수성 또는 발유성을 갖는 재료를 이용한 경우에는, 혈관 세포 접착 저해 재료의 발수성 또는 발유성에 의해서, 혈관 세포와 혈관 세포 접착 저해 재료 사이에서의, 예를 들면 소수성 상호 작용 등의 상호 작용이 작고, 혈관 세포와의 접착성을 낮게 할 수 있다.
이러한 발수성 또는 발유성을 갖는 재료로서는, 예를 들면 골격이 광 촉매의 작용에 의해 분해되지 않는 높은 결합 에너지를 갖는 것이며, 광 촉매의 작용에 의해 분해되는 발수성 또는 발유성 유기 치환기를 갖는 것 등을 들 수 있다.
골격이 광 촉매의 작용에 의해 분해되지 않는 높은 결합 에너지를 갖는 것이며, 광 촉매의 작용에 의해 분해되는 발수성 또는 발유성 유기 치환기를 갖는 것으로서는, 예를 들면 상술한 제1 양태에 결합제 등으로서 이용되는 (1) 졸 겔 반응 등에 의해 클로로 또는 알콕시실란 등을 가수분해, 중축합하여 큰 강도를 발휘하는 오르가노폴리실록산, (2) 반응성 실리콘을 가교한 오르가노폴리실록산 등을 들 수 있다.
이러한 물질은, 제1 양태에 있어서 결합제로서 이용되는 경우에는, 상기 오르가노폴리실록산 등의 측쇄 등을 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 높은 비율로 분해 또는 변성시켜 초친수성으로 만듦으로써 세포 접착 저해성을 갖는 재료로서 이용되지만, 본 양태에 있어서는 상기 오르가노폴리실록산 등의 측쇄 등은 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 완전히는 분해 또는 변성되거나 하지 않을 정도, 에너지를 조사함으로써 에너지가 조사된 영역을 혈관 세포와의 접착성을 가지도록 할 수 있다. 또한, 상기 오르가노폴리실록산 등과 함께, 디메틸폴리실록산과 같은 가교 반응을 하지 않는 안정한 오르가노실리콘 화합물을 별도로 혼합할 수도 있다.
상기 발수성이나 발유성을 갖는 재료를 혈관 세포 접착 저해 재료로서 이용하는 경우, 통상적으로 물과의 접촉각이 80° 이상, 그 중에서도 100° 내지 130° 범위내인 어떤 재료를 혈관 세포 접착 저해 재료로서 이용하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 에너지 조사되기 전의 광 촉매 함유 세포 접착 저해층을 혈관 세포와의 접착성을 낮게 할 수 있기 때문이다. 또한, 상기 각도의 상한은 평탄한 기재 상에서의 혈관 세포 접착 저해 재료의 물과의 접촉각의 상한이고, 예를 들면 요철을 갖는 기재 상에서의 상기 혈관 세포 접착 저해 재료의 물과의 접촉각을 측정한 경우에는, 예를 들면 자료 제패니즈ㆍ저널ㆍ오브ㆍ어플라이드ㆍ피직스, 파트 2, 32권, L614 내지 L615, 1993년 Ogawa 등에 기재된 바와 같이 상한이 160° 정도가 되는 경우도 있다.
또한, 이 혈관 세포 접착 저해 재료에 에너지를 조사하여 혈관 세포와의 접착성을 갖는 것으로 하는 경우에는, 물과의 접촉각이 10° 내지 40°, 그 중에서도 15° 내지 30°의 범위내가 되도록 에너지가 조사되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 에너지 조사된 후의 광 촉매 함유 세포 접착 저해층의 혈관 세포와의 접착성을 높게 할 수 있기 때문이다. 또한, 여기서 말하는 물과의 접촉각은 상술한 방법에 의해 얻어진다.
이러한 혈관 세포 접착 저해 재료는 광 촉매 함유 세포 접착 저해층 중에 0.01 중량％ 내지 95 중량％, 그 중에서도 1 중량％ 내지 10 중량％의 범위내로 함유되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 혈관 세포 접착 저해 재료를 함유하는 영역을 혈관 세포와의 접착성이 낮은 영역으로 할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 혈관 세포 접착 저해 재료는 계면 활성을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 혈관 세포 접착 저해 재료를 함유하는 광 촉매 함유 세포 접착 저해층 형성용 도공액 등을 도포한 후, 건조시킬 때 등에 도막 표면에 편재하는 비율이 높아지고, 결과적으로 양호한 세포 접착 저해성을 얻을 수 있기 때문이다.
(ii) 기타
또한, 본 양태의 광 촉매 함유 세포 접착 저해층에는, 예를 들면 층을 형성할 때의 도공성이나, 층을 형성하였을 때의 강도나 내성 등, 필요한 특성에 따라서 결합제 등이 함유될 수도 있다. 또한, 상기 혈관 세포 접착 저해 재료가 상기 결합제로서의 기능을 하는 것일 수도 있다.
이러한 결합제로서는, 예를 들면 주 골격이 상기 광 촉매의 작용에 의해 분해되지 않는 높은 결합 에너지를 갖는 것을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 유기 치환기를 갖지 않거나 또는 접착성에 영향을 주지 않을 정도의 유기 치환기를 갖는 폴리실록산 등을 들 수 있고, 이들은 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란 등을 가수분해, 중축합함으로써 얻을 수 있다.
본 양태에 있어서는 이러한 결합제는 광 촉매 함유 세포 접착 저해층 중에 5 중량％ 내지 95 중량％, 그 중에서도 40 중량％ 내지 90 중량％, 특히 60 중량％ 내지 80 중량％의 범위내로 함유되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 광 촉매 함유 세포 접착 저해층의 형성을 용이하게 하거나, 광 촉매 함유 세포 접착 저해층에 강도를 부여하는 등, 특성을 발휘하는 것이 가능해지기 때문이다.
또한, 본 양태에 있어서는 특히 상기 광 촉매 함유 세포 접착 저해층 중에, 적어도 에너지 조사된 후에 혈관 세포와 접착성을 갖는 혈관 세포 접착 재료가 함유되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 광 촉매 함유 세포 접착 저해층이, 에너지가 조사된 영역인 세포 접착부의 혈관 세포와의 접착성을 보다 양호하게 할 수 있기 때문이다. 이러한 혈관 세포 접착 재료로서는, 상기 결합제로서 이용되는 것일 수도 있고 또한 결합제와 달리 사용되는 것일 수도 있다. 또한, 예를 들면 에너지 조사되기 전부터 혈관 세포와 양호한 접착성을 갖는 것일 수도 있고, 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 혈관 세포와 양호한 접착성을 갖게 될 수도 있다.
본 양태에 있어서는 적어도 에너지 조사된 후에 상기 혈관 세포 접착 재료가 혈관 세포와 양호한 접착성을 갖는 것이라면, 혈관 세포와의 접착이, 예를 들면 소수성 상호 작용이나 정전적 상호 작용, 수소 결합, 반데르발스 힘 등의 물리적 상호 작용에 의해 양호해지는 것일 수도 있고, 생물학적 특성에 의해 양호해지는 것일 수도 있다.
본 양태에 있어서는 이러한 혈관 세포 접착 재료는 광 촉매 함유 세포 접착 저해층 중에 0.01 중량％ 내지 95 중량％, 그 중에서도 1 중량％ 내지 10 중량％의 범위내로 함유되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 광 촉매 함유 세포 접착 저해층이 에너지 조사된 영역인 세포 접착부의 혈관 세포와의 접착성을 보다 양호하게 할 수 있기 때문이다. 또한, 에너지 조사되기 전부터 혈관 세포와 양호한 접착성을 갖는 재료를 혈관 세포 접착 재료로서 이용하는 경우에는, 에너지 조사되지 않는 영역, 즉 세포 접착 저해부가 되는 영역에서의 상기 혈관 세포 접착 저해 재료의 세포 접착 저해성을 저해하지 않는 정도로 함유되는 것이 바람직하다.
또한, 본 양태에서 사용되는 기재는 상술한 광 촉매 함유 세포 접착 저해층을 형성할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않고, 상기 제1 양태에서 설명한 것과 같은 기재로 할 수 있다.
여기서, 본 양태에 있어서는 상기 기재가 조사되는 에너지에 대하여 투과성을 갖는 경우, 세포 접착 저해부로 하는 영역에 차광부가 형성될 수도 있다. 이에 의해, 상기 광 촉매 함유 세포 접착 저해층에 에너지를 조사하여 세포 접착부로 할 때에, 포토마스크 등을 이용할 필요가 없고, 기재 이면측에서 전체면에 에너지를 조사함으로써 용이하게 세포 접착부를 형성할 수 있기 때문이다.
여기서, 본 양태에서 사용되는 기재의 종류나 상기 차광부의 형성 방법, 종류 등에 대해서는 제1 양태에서 설명한 것과 동일하기 때문에, 여기서의 상세한 설명은 생략한다.
b. 세포 접착부의 형성 방법
다음에, 세포 접착부의 형성 방법에 대하여 설명한다. 본 양태에 있어서는 광 촉매 함유 세포 접착 저해층에, 예를 들면 상술한 혈관 형성 패턴의 형상으로 개구부를 갖는 포토마스크 등을 이용하여 에너지를 조사한다. 이에 의해, 에너지 조사된 영역의 세포 접착 저해 재료를 분해 또는 변성시킬 수 있으며, 혈관 세포와 의 접착성을 갖는 세포 접착부로 할 수 있기 때문이다. 이 때, 세포 접착부에는, 광 촉매나 혈관 세포 접착 저해 재료의 분해물이나 변성물 등이 함유된다. 한편, 에너지가 조사되지 않은 영역인, 혈관 세포 접착 저해 재료가 잔존하며 혈관 세포와의 접착성을 갖지 않는 세포 접착 저해부로 할 수 있다.
또한, 이러한 에너지 조사의 방법 등에 대해서는, 상술한 제1 양태에서 설명한 것과 동일하기 때문에, 여기서의 상세한 설명은 생략한다.
(3) 제3 양태
다음에, 제3 양태로서는, 세포 배양층이 혈관 세포와 접착성을 가지고 또한 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 분해 또는 변성되는 혈관 세포 접착 재료를 함유하는 혈관 세포 접착층이고, 또한 적어도 광 촉매를 함유하는 광 촉매 함유층 상에 형성된 것이며, 이 혈관 세포 접착층에, 예를 들면 상기 혈관 형성 패턴의 패턴형으로 차광부를 갖는 포토마스크 등을 이용하여 에너지 조사함으로써, 상기 혈관 세포 접착 재료를 분해 또는 변성시켜 세포 접착 저해부를 형성하는 경우이다.
본 양태에 있어서는 상기 혈관 세포 접착층이 광 촉매 함유층 상에 형성되어 있기 때문에, 에너지를 조사함으로써, 혈관 세포 접착층 중의 혈관 세포 접착 재료가 인접하는 광 촉매 함유층 중의 광 촉매의 작용에 의해 분해 또는 변성되어, 그 영역의 혈관 세포와의 접착성이 저하된 세포 접착 저해부를 형성하는 것이 가능해진다. 이 때, 세포 접착 저해부에는, 예를 들면 상기 혈관 세포 접착 재료가 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 분해되는 것인 경우에는, 혈관 세포 접착 재료가 소량 함유되어 있거나, 또는 혈관 세포 접착 재료의 분해물 등이 함유되어 있거나, 또는 혈관 세포 접착층이 완전히 분해 제거되어 광 촉매 함유층이 노출되거나 하게 된다. 또한, 상기 혈관 세포 접착 재료가 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 변성되는 것인 경우에는, 세포 접착 저해부 중에는 그의 변성물 등이 함유되어 있게 된다.
또한, 본 양태에 따르면, 후술하는 혈관 세포 배양 공정에서 세포 접착부에 혈관 세포를 부착시켜 배양하며 조직화시킬 때, 세포 접착 저해부에 에너지 조사함으로써 상기 세포 접착 저해부에 부착된 혈관 세포를 광 촉매의 작용에 의해 제거 하거나 할 수 있다. 이에 의해, 보다 고정밀한 패턴형으로 혈관을 형성할 수 있다고 하는 이점도 갖는다.
이하, 본 양태의 각 구성에 대하여 설명한다. 또한, 본 양태에서 사용되는 기재, 및 본 양태에 있어서의 세포 접착 저해부의 형성 방법에 대해서는 상술한 제1 양태와 동일하기 때문에, 여기서의 설명은 생략한다.
a. 혈관 세포 접착층
우선, 본 양태에서 사용되는 혈관 세포 접착층에 대하여 설명한다. 본 양태에서 사용되는 혈관 세포 접착층은 적어도 세포와의 접착성을 갖는 혈관 세포 접착 재료를 갖는 층이고, 일반적으로 혈관 세포와의 접착성을 갖는 층으로서 사용되는 층을 이용할 수 있다.
구체적인 혈관 세포 접착 재료로서는, 제1 양태에서 설명한 광 촉매 함유 세포 접착층에 이용되는 혈관 세포 접착 재료와 동일한 것을 사용할 수 있기 때문에, 여기서의 상세한 설명은 생략한다. 또한, 본 양태의 혈관 세포 접착층에도 제1 양태에서 설명한 광 촉매 함유 세포 접착층에서 설명한 세포 접착 저해성을 갖는 재료가 함유되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 에너지 조사된 영역인 세포 접착 저해부의 혈관 세포와의 접착성을 낮게 하는 것이 가능해지기 때문이다.
또한, 이러한 혈관 세포 접착층의 형성은, 상기 혈관 세포 접착 재료를 함유하는 혈관 세포 접착층 형성용 도공액을 일반적인 도포 방법에 의해 도포하거나 하여 행할 수 있고, 제1 양태의 광 촉매 함유 세포 접착층의 형성 방법과 동일하게 할 수 있기 때문에, 여기서의 설명은 생략한다. 또한, 단백질 등의 비교적 고가의 혈관 세포 접착 재료를 이용하는 경우 등에는, 혈관 세포 접착층의 형성에 흡착법이 적용되는 경우도 있다.
또한, 이러한 혈관 세포 접착층의 막 두께는 통상 0.001 ㎛ 내지 1.0 ㎛ 정도, 그 중에서도 0.01 ㎛ 내지 0.3 ㎛ 정도로 할 수 있다.
b. 광 촉매 함유층
다음에, 본 양태에서 사용되는 광 촉매 함유층에 대하여 설명한다. 본 양태에서 사용되는 광 촉매 함유층은 적어도 광 촉매를 함유하는 층이라면 특별히 한정되지 않고, 광 촉매만을 포함하는 층일 수도 있고, 또한 결합제 등 다른 성분을 함유하는 층 등일 수도 있다.
본 양태에서 사용되는 광 촉매로서는, 제1 양태에 있어서의 광 촉매 함유 세포 접착층에 이용되는 것과 동일하게 할 수 있고, 본 양태에 있어서도 특히 산화티탄이 이용되는 것이 바람직하다.
여기서, 광 촉매만을 포함하는 광 촉매 함유층을 사용한 경우에는, 상기 혈관 세포 접착층 중의 혈관 세포 접착 재료의 분해 또는 변성에 대한 효율이 향상되고, 처리 시간의 단축화 등의 비용면에서 유리하다. 한편, 광 촉매와 결합제를 포함하는 광 촉매 함유층을 이용한 경우에는, 광 촉매 함유층의 형성이 용이하다고 하는 이점을 갖는다.
광 촉매만을 포함하는 광 촉매 함유층의 형성 방법으로서는, 예를 들면 스퍼터링법, CVD법, 진공 증착법 등의 진공 제막법을 이용하는 방법을 들 수 있다. 진공 제막법에 의해 광 촉매 함유층을 형성함으로써, 균일한 막이면서 또한 광 촉매만을 함유하는 광 촉매 함유층으로 하는 것이 가능하고, 이에 의해 혈관 세포 접착 재료를 균일하게 분해 또는 변성시키는 것이 가능하며, 또한 광 촉매만을 포함하기 때문에, 결합제를 이용하는 경우와 비교하여 효율적으로 혈관 세포 접착 재료를 분해 또는 변성시키는 것이 가능해진다.
또한, 광 촉매만을 포함하는 광 촉매 함유층의 형성 방법의 다른 예로서는, 예를 들면 광 촉매가 이산화티탄인 경우에는, 기재 상에 무정형 티타니아를 형성하고, 이어서 소성에 의해 결정성 티타니아로 상 변화시키는 방법 등을 들 수 있다. 여기서 사용되는 무정형 티타니아로서는, 예를 들면 사염화티탄, 황산티탄 등의 티탄의 무기염의 가수분해, 탈수 축합, 테트라에톡시티탄, 테트라이소프로폭시티탄, 테트라-n-프로폭시티탄, 테트라부톡시티탄, 테트라메톡시티탄 등의 유기 티탄 화합물을 산 존재하에서 가수분해, 탈수 축합에 의해서 얻을 수 있다. 이어서, 400 ℃ 내지 500 ℃에서의 소성에 의해 아나타스형 티타니아로 변성되고, 600 ℃ 내지 700 ℃의 소성에 의해 루틸형 티타니아로 변성될 수 있다.
또한, 결합제를 이용하는 경우에는, 결합제의 주 골격이 상기 광 촉매의 광 여기에 의해 분해되지 않는 높은 결합 에너지를 갖는 것이 바람직하고, 예를 들면 이러한 결합제로서는, 상술한 혈관 세포 접착층의 항에서 사용되는 오르가노폴리실록산 등을 들 수 있다.
이와 같이 오르가노폴리실록산을 결합제로서 이용한 경우에는, 상기 광 촉매 함유층은 광 촉매와 결합제인 오르가노폴리실록산을 필요에 따라서 다른 첨가제와 함께 용제 중에 분산시켜 도포액을 제조하여, 이 도포액을 기재 상에 도포함으로써 형성할 수 있다. 사용하는 용제로서는, 에탄올, 이소프로판올 등의 알코올계 유기 용제가 바람직하다. 도포는 스핀 코팅, 분무 코팅, 침치 코팅, 롤 코팅, 비드 코팅 등의 공지된 도포 방법에 의해 행할 수 있다. 결합제로서 자외선 경화형의 성분을 함유한 경우, 자외선을 조사하여 경화 처리를 행함으로써 광 촉매 함유층을 형성할 수 있다.
또한, 결합제로서 무정형 실리카 전구체를 사용할 수 있다. 이 무정형 실리카 전구체는 화학식 SiX4로 표시되고, X는 할로겐, 메톡시기, 에톡시기 또는 아세틸기 등인 규소 화합물, 이들의 가수분해물인 실라놀, 또는 평균 분자량 3000 이하의 폴리실록산이 바람직하다.
구체적으로는 테트라에톡시실란, 테트라이소프로폭시실란, 테트라-n-프로폭시실란, 테트라부톡시실란, 테트라메톡시실란 등을 들 수 있다. 또한, 이 경우에 는, 무정형 실리카의 전구체와 광 촉매 입자를 비수성 용매 중에 균일하게 분산시키고, 투명 기재 상에 공기 중의 수분에 의해 가수분해시켜 실라놀을 형성시킨 후, 상온에서 탈수 축중합함으로써 광 촉매 함유층을 형성할 수 있다. 실라놀의 탈수 축중합을 100 ℃ 이상에서 행하면, 실라놀의 중합도가 증가하고, 막 표면의 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 이들 결합제는 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
광 촉매 함유층 중의 광 촉매의 함유량은 5 내지 60 중량％, 바람직하게는 20 내지 40 중량％의 범위에서 설정할 수 있다. 또한, 광 촉매 함유층의 두께는 0.05 내지 10 ㎛의 범위내인 것이 바람직하다.
또한, 광 촉매 함유층에는 상기 광촉매, 결합제 이외에 상술한 혈관 세포 접착층에 사용되는 계면 활성제 등을 함유시킬 수도 있다.
여기서, 본 양태에서는 상기 광 촉매 함유층은, 그 표면은 세포와의 접착성이, 예를 들면 표면이 친수성인 것 등에 의해 세포와의 접착성이 낮은 것이 바람직하다. 이에 의해, 상기 혈관 세포 접착층이 분해되거나 하여 광 촉매 함유층이 노출된 경우에, 그 영역을 세포와의 접착성이 낮은 영역으로 할 수 있기 때문이다.
또한, 본 양태에 있어서는 상기 광 촉매 함유층 상에 세포 접착부를 형성하는 패턴, 즉 혈관 형성 패턴의 형상으로 차광부가 형성될 수도 있다. 이에 의해, 상기 혈관 세포 접착층의 전체면에 에너지를 조사한 경우에, 차광부가 형성된 영역 상의 광 촉매는 여기되지 않고, 차광부가 형성된 영역 이외의 혈관 세포 접착층 중에 함유되는 혈관 세포 접착 재료를 분해 또는 변성시킬 수 있기 때문이다. 또한, 이 경우, 차광부가 형성된 영역의 광 촉매는 여기되지 않기 때문에, 에너지가 조사되는 방향이 특별히 한정되지 않는다고 하는 이점을 갖는다.
이러한 차광부로서는, 제1 양태에서 설명한 것과 동일한 것을 이용하는 것이 가능하기 때문에, 여기서의 상세한 설명은 생략한다.
(4) 제4 양태
다음에, 제4 양태로서는, 세포 배양층이 세포와 접착하는 것을 저해하는 세포 접착 저해성을 가지면서 또한 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 분해 또는 변성되는 혈관 세포 접착 저해 재료를 함유하는 혈관 세포 접착 저해층이고, 또한 적어도 광 촉매를 함유하는 광 촉매 함유층 상에 형성된 것이며, 이 혈관 세포 접착 저해층에, 예를 들면 상기 혈관 형성 패턴의 패턴형으로 개구부를 갖는 포토마스크 등을 이용하여 에너지 조사함으로써 상기 혈관 세포 접착 저해 재료를 분해 또는 변성시켜 세포 접착부를 형성하는 경우이다.
본 양태에 있어서는 상기 혈관 세포 접착 저해층이 광 촉매 함유층 상에 형성되어 있기 때문에, 혈관 세포 접착 저해층에 상기 혈관 형성 패턴의 형상에 에너지 조사를 함으로써, 광 촉매 함유층 중에 함유되는 광 촉매가 여기되어 혈관 세포 접착 저해층 중의 혈관 세포 접착 저해 재료를 분해 또는 변성시킬 수 있어, 세포 접착부를 형성할 수 있다. 또한, 이 때, 에너지가 조사되지 않고, 혈관 세포 접착 저해 재료가 잔존하는 영역을 세포 접착 저해부로 할 수 있다.
여기서, 상기 혈관 세포 접착 저해 재료가 분해 또는 변성되어 있다는 것은, 상기 혈관 세포 접착 저해 재료가 함유되어 있지 않거나, 또는 상기 세포 접착 저 해부에 함유되는 혈관 세포 접착 저해 재료의 양과 비교하여 혈관 세포 접착 저해 재료가 적은 양으로 함유되어 있는 것을 말한다. 예를 들면 상기 혈관 세포 접착 저해 재료가 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 분해되는 것인 경우에는, 세포 접착부 중에는 그 혈관 세포 접착 저해 재료가 소량 함유되어 있거나, 또는 혈관 세포 접착 저해 재료의 분해물 등이 함유되어 있는 것이나, 혈관 세포 접착 저해 재료가 완전히 분해되어 광 촉매 함유층이 노출되는 것 등이 된다. 또한, 상기 혈관 세포 접착 저해 재료가 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 변성되는 것인 경우에는, 세포 접착부 중에는 그 변성물 등이 함유되어 있다. 본 양태에 있어서는 상기 세포 접착부에, 적어도 에너지 조사된 후에 혈관 세포와의 접착성을 갖는 세포 접착 물질이 함유되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 세포 접착부의 혈관 세포와의 접착성을 보다 높게 할 수 있고, 상기 세포 접착부에만 고정밀하게 혈관 세포를 접착시키는 것이 가능해지기 때문이다.
이하, 본 양태에서 사용되는 혈관 세포 접착 저해층에 대하여 설명한다. 또한, 본 양태에서 사용되는 광 촉매 함유층에 대해서는, 상술한 제3 양태에서 설명한 것과 동일한 것을 사용할 수 있고, 또한 본 양태에서 사용되는 기재 및 세포 접착부의 형성 방법에 대해서는, 상기 제2 양태와 동일하게 할 수 있기 때문에, 여기서의 설명은 생략한다.
a. 혈관 세포 접착 저해층
본 양태에서 사용되는 혈관 세포 접착 저해층은 상기 광 촉매 함유층 상에 형성되는 것이고, 혈관 세포와 접착하는 것을 저해하는 세포 접착 저해성을 가지면 서 또한 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 분해 또는 변성되는 혈관 세포 접착 저해 재료를 함유하는 것이라면 특별히 한정되지 않는다.
본 양태에 있어서는 이러한 층이 형성 가능하다면, 그의 형성 방법 등은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 상기 혈관 세포 접착 저해 재료를 함유하는 혈관 세포 접착 저해층 형성용 도공액을 일반적인 도포 방법에 의해 상기 광 촉매 함유층 상에 도포함으로써 형성할 수 있다. 또한, 이러한 혈관 세포 접착 저해층의 막 두께는 통상 0.01 ㎛ 내지 1.0 ㎛ 정도, 그 중에서도 0.1 ㎛ 내지 0.3 ㎛ 정도로 할 수 있다.
여기서, 본 양태에서 형성되는 혈관 세포 접착 저해층에 이용되는 구체적인 혈관 세포 접착 저해 재료로서는, 제1 양태에서 설명한 광 촉매 함유 세포 접착 저해층에 이용되는 혈관 세포 접착 저해 재료와 동일한 것을 사용할 수 있기 때문에, 여기서의 상세한 설명은 생략한다. 또한, 본 양태의 혈관 세포 접착 저해층에도, 제2 양태에서 사용되는 광 촉매 함유 세포 접착 저해층에서 설명한 세포 접착성을 갖는 재료가 함유되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 에너지 조사된 영역인 세포 접착부의 세포와의 접착성을 높게 할 수 있기 때문이다.
(5) 제5 양태
또한, 제5 양태로서는, 세포 배양층이 혈관 세포와 접착성을 가지면서 또한 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 분해 또는 변성되는 혈관 세포 접착 재료를 함유하는 혈관 세포 접착층이고, 이 혈관 세포 접착층과 광 촉매를 함유하는 광 촉매 함유층을 대향시켜 배치하고, 예를 들면 상기 혈관 형성 패턴의 패턴형으 로 차광부를 갖는 포토마스크 등을 이용하여 에너지 조사함으로써, 상기 혈관 세포 접착 재료를 분해 또는 변성시켜 세포 접착 저해부를 형성하는 경우이다.
본 양태에 있어서는 혈관 세포 접착층과 상기 광 촉매 함유층을 대향시켜 배치하고, 세포 접착 저해부를 형성하는 패턴형으로 에너지를 조사함으로써 광 촉매 함유층 중의 광 촉매의 작용에 의해 혈관 세포 접착층 중의 혈관 세포 접착 재료가 분해 또는 변성되어 세포 접착 저해부를 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 본 양태에 따르면, 후술하는 혈관 세포 배양 공정에서 세포 접착부에 혈관 세포를 부착시켜 배양하며 조직화시킬 때, 세포 접착 저해부에 에너지 조사함으로써, 상기 세포 접착 저해부에 부착된 혈관 세포를 광 촉매의 작용에 의해 제거하거나 할 수 있다. 이에 의해, 보다 고정밀한 패턴형으로 혈관을 형성할 수 있다고 하는 이점도 갖는다.
이하, 본 양태에서 사용되는 광 촉매 함유층측 기판과, 그 광 촉매 함유층측 기판을 이용하여 세포 접착 저해부를 형성하는 방법에 대하여 설명한다. 또한, 본 양태에서 사용되는 혈관 세포 접착층에 대해서는, 상술한 제3 양태에서 사용되는 것과 동일하기 때문에, 여기서의 설명은 생략한다.
a. 광 촉매 함유층측 기판
우선, 본 양태에서 사용되는 광 촉매를 함유하는 광 촉매 함유층을 갖는 광 촉매 함유층측 기판에 대하여 설명한다. 본 양태에서 사용되는 광 촉매 함유층측 기판으로서는, 통상적으로 광 촉매를 함유하는 광 촉매 함유층을 갖는 것이고, 통상적으로 기체(基體)와 그 기체 상에 광 촉매 함유층이 형성된 것이다. 이 광 촉 매 함유층측 기판은, 예를 들면 패턴형으로 형성된 광 촉매 함유층측 차광부나 프라이머층 등을 가질 수도 있다. 이하, 본 양태에서 사용되는 광 촉매 함유층측 기판의 각 구성에 대하여 설명한다.
(i) 광 촉매 함유층
우선, 광 촉매 함유층측 기판에 이용되는 광 촉매 함유층에 대하여 설명한다. 본 양태에서 사용되는 광 촉매 함유층은, 광 촉매 함유층 중의 광 촉매가 근접하는 혈관 세포 접착층 중의 혈관 세포 접착 재료를 분해 또는 변성시키는 구성이라면 특별히 한정되지 않고, 광 촉매와 결합제로 구성된 것일 수도 있고, 광 촉매 단체로 제막된 것일 수도 있다. 또한, 그 표면의 특성은 특히 친액성일 수도 발액성일 수도 있다.
또한, 본 양태에서 사용되는 광 촉매 함유층은 기체 상에 전체면에 형성된것일 수도 있고, 또한 패턴 상에 형성된 것일 수도 있다. 광 촉매 함유층을 패턴형으로 형성함으로써, 세포 접착 저해부를 형성하기 위해서 에너지를 조사할 때에 포토마스크 등을 이용하는 패턴 조사를 할 필요가 없고, 전체면에 조사함으로써 혈관 세포 접착층에 함유되는 혈관 세포 접착 재료가 분해 또는 변성된 세포 접착 저해부를 형성할 수 있기 때문이다. 이 광 촉매 함유층의 패터닝 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 포토리소그래피법 등에 의해 행하는 것이 가능하다.
또한, 실제로 광 촉매 함유층에 면(面)하는 혈관 세포 접착층 상의 부분만의 혈관 세포 접착 재료가 분해 또는 변성되는 것이기 때문에, 에너지의 조사 방향은 상기 광 촉매 함유층과 혈관 세포 접착층이 면하는 부분에 에너지가 조사되는 것이 면, 어떠한 방향에서 조사될 수도 있고, 또한 조사되는 에너지도 특별히 평행광 등의 평행인 것으로 한정되지 않는다고 하는 이점을 갖는 것이 된다.
여기서, 본 양태에서 사용되는 광 촉매 함유층에 대해서는, 상술한 제3 양태에서 설명한 광 촉매 함유층와 동일한 것을 이용하는 것이 가능하기 때문에, 여기서의 상세한 설명은 생략한다.
(ii) 기체
다음에, 광 촉매 함유층측 기판에 이용되는 기체에 대하여 설명한다. 통상, 광 촉매 함유층측 기판은 적어도 기체와 이 기체 상에 형성된 광 촉매 함유층을 갖는다. 이 때, 이용되는 기체를 구성하는 재료는 후술하는 에너지의 조사 방향이나 얻어지는 패턴 형성체가 투명성을 필요로 하는가 등에 의해 적절하게 선택된다.
또한, 본 양태에서 사용되는 기체는 가요성을 갖는 것, 예를 들면 수지제 필름 등일 수도 있고, 가요성을 갖지 않는 것, 예를 들면 유리 기판 등일 수도 있다. 이것은 에너지 조사 방법에 의해 적절하게 선택된다.
또한, 기체 표면과 광 촉매 함유층과의 밀착성을 향상시키기 위해서, 기체 상에 앵커층을 형성하도록 할 수도 있다. 이러한 앵커층으로서는, 예를 들면 실란계, 티탄계 커플링제 등을 들 수 있다.
(iii) 광 촉매 함유층측 차광부
본 양태에서 사용되는 광 촉매 함유층측 기판에는, 혈관 형성 패턴의 패턴형으로 형성된 광 촉매 함유층측 차광부가 형성된 것을 사용할 수도 있다. 이와 같이 광 촉매 함유층측 차광부를 갖는 광 촉매 함유층측 기판을 이용함으로써, 에너 지 조사시에 포토마스크를 이용하거나, 레이저 광에 의한 묘화 조사를 행할 필요가 없다. 따라서, 광 촉매 함유층측 기판과 포토마스크와의 위치 정렬이 불필요하기 때문에 간편한 공정으로 행할 수 있고, 또한 묘화 조사에 필요한 고가의 장치도 불필요하기 때문에 비용적으로 유리하다고 하는 이점을 갖는다.
이러한 광 촉매 함유층측 차단부를 갖는 광 촉매 함유층측 기판은 기체와 광 촉매 함유층 사이에 형성될 수도 있고, 또한 광 촉매 함유층 상에 형성될 수도 있다. 또한, 광 촉매 함유층이 형성되는 측과 반대측 면의 기체 상에 형성할 수도 있다.
이러한 광 촉매 함유층측 차광부의 형성 방법은 특별히 한정되지 않고, 광 촉매 함유층측 차광부의 형성면의 특성이나, 필요로 하는 에너지에 대한 차폐성 등에 따라서 적절하게 선택되어 이용되고, 제1 양태에서 설명한 기재 상에 설치되는 차광부와 동일하게 할 수 있기 때문에, 여기서의 상세한 설명은 생략한다. 또한, 상기 기체와 광 촉매 함유층 사이에 광 촉매 함유층측 차광부를 형성하는 경우에는, 광 촉매 함유층측 차광부와 광 촉매 함유층 사이에 프라이머층을 형성할 수도 있다. 이러한 프라이머층으로서는, 예를 들면 일본 특허 공개 제2002-173205호 공보에 기재되어 있는 것 등을 사용할 수 있다.
b. 세포 접착 저해부의 형성 방법
다음에, 본 양태에 있어서의 세포 접착 저해부의 형성 방법에 대하여 설명한다. 본 양태에 있어서는 예를 들면 도 4에 나타낸 바와 같이, 기재 (11) 상에 형성된 혈관 세포 접착층 (15)와, 광 촉매 함유층측 기판 (21)의 광 촉매 함유층 (22)를 소정의 간극을 두고 배치하고, 예를 들면 포토마스크 (13) 등을 이용하여 에너지 (14)를 소정의 방향에서 조사한다(도 4(a)). 이에 의해, 에너지 조사된 영역의 혈관 세포 접착 재료가 분해 또는 변성되어 혈관 세포와 접착성을 갖지 않는 세포 접착 저해부 (3)이 세포 접착부 (2) 중에 형성된다(도 4(b)). 이 때, 세포 접착 저해부는, 예를 들면 상기 혈관 세포 접착 재료가 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 분해되는 것인 경우에는, 세포 접착 저해부 중에는 그 혈관 세포 접착 재료가 소량 함유되어 있거나, 또는 혈관 세포 접착 재료의 분해물 등이 함유되어 있거나, 또는 혈관 세포 접착층이 완전히 분해 제거되어 기재가 노출되거나 하게 된다. 또한, 상기 혈관 세포 접착 재료가 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 변성되는 것인 경우에는, 세포 접착 저해부 중에는 그의 변성물 등이 함유되어 있게 된다.
상기 배치란, 실질적으로 광 촉매의 작용이 혈관 세포 접착층 표면에 미치는 것과 같은 상태로 배치된 상태를 말하고, 실제로 물리적으로 접촉하고 있는 상태 외에, 소정의 간격을 사이에 두고 상기 광 촉매 함유층과 혈관 세포 접착층이 배치된 상태로 한다. 이 간격은 200 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.
본 양태에 있어서 상기 간격은 패턴 정밀도가 매우 양호하고, 광 촉매의 감도도 높으며, 따라서 혈관 세포 접착층 중의 혈관 세포 접착 재료의 분해 또는 변성 효율이 양호한 점을 고려하면 특히 0.2 ㎛ 내지 10 ㎛의 범위내, 바람직하게는 1 ㎛ 내지 5 ㎛의 범위내로 하는 것이 바람직하다. 이러한 간극의 범위는 특히 간극을 높은 정밀도로 제어할 수 있는 소면적의 혈관 세포 접착층에 대하여 특히 효 과적이다.
한편, 예를 들면 300 mm×300 mm 이상이라는 대면적의 혈관 세포 접착층에 대하여 처리를 행하는 경우에는, 접촉하지 않으면서 또한 상술한 바와 같은 미세한 간극을 광 촉매 함유층측 기판과 혈관 세포 접착층 사이에 형성하는 것은 매우 곤란하다. 따라서, 혈관 세포 접착층이 비교적 대면적인 경우에는, 상기 간극은 10 내지 100 ㎛의 범위내, 특히 50 내지 75 ㎛의 범위내로 하는 것이 바람직하다. 간극을 이러한 범위내로 함으로써, 패턴이 희미해지는 등의 패턴 정밀도의 저하 문제나, 광 촉매의 감도가 악화되어 혈관 세포 접착 재료를 분해 또는 변성시키는 효율이 악화되는 등의 문제가 발생하지 않고, 또한 혈관 세포 접착 재료의 분해 또는 변성에 불균일이 발생하지 않는다고 하는 효과를 갖기 때문이다.
이와 같이 비교적 대면적의 혈관 세포 접착층을 에너지 조사할 때는, 에너지 조사 장치내의 광 촉매 함유층측 기판과 혈관 세포 접착층과의 위치 결정 장치에서의 간극 설정을 10 ㎛ 내지 200 ㎛의 범위내, 특히 25 ㎛ 내지 75 ㎛의 범위내로 설정하는 것이 바람직하다. 설정값을 이러한 범위내로 함으로써, 패턴 정밀도의 대폭적인 저하나 광 촉매 감도의 대폭적인 악화를 초래하지 않고, 또한 광 촉매 함유층측 기판과 혈관 세포 접착층을 접촉하지 않고 배치하는 것이 가능해지기 때문이다.
이와 같이 광 촉매 함유층과 혈관 세포 접착층 표면을 소정의 간격으로 떨어뜨려 배치함으로써, 산소와 물 및 광 촉매 작용에 의해 생긴 활성 산소종이 탈착되기 쉬워진다. 즉, 상기 범위보다 광 촉매 함유층과 혈관 세포 접착층과의 간격을 좁게 한 경우에는, 상기 활성 산소종의 탈착이 어려워지고, 결과적으로 혈관 세포 접착 재료를 분해 또는 변성시키는 속도를 느리게 할 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 상기 범위로 간격을 두어 배치한 경우에는, 생성된 활성 산소종이 혈관 세포 접착층에 닿기 어려워지고, 이 경우에도 혈관 세포 접착 재료의 분해 또는 변성의 속도를 느리게 할 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다.
이러한 매우 좁은 간격을 균일하게 형성하여 광 촉매 함유층과 혈관 세포 접착층을 배치하는 방법으로서는, 예를 들면 스페이서를 이용하는 방법을 들 수 있다. 또한, 이와 같이 스페이서를 이용함으로써, 균일한 간극을 형성할 수 있음과 동시에, 이 스페이서가 접촉하는 부분은 광 촉매 작용이 혈관 세포 접착층 표면에 미치지 못하기 때문에, 이 스페이서를 상술한 세포 접착부와 동일한 패턴을 갖는 것으로 함으로써, 스페이서가 형성되지 않은 부분만의 혈관 세포 접착 재료를 분해 또는 변성시킬 수 있어, 고정밀하게 세포 접착 저해부를 형성할 수 있다. 또한, 이러한 스페이서를 이용함으로써, 광 촉매의 작용에 의해 생성된 활성 산소종이 확산되지 않고 고농도로 혈관 세포 접착층 표면에 도달하기 때문에, 효율적으로 고정밀한 세포 접착 저해부를 형성할 수 있다.
본 양태에 있어서는 이러한 광 촉매 함유층측 기판의 배치 상태는 적어도 에너지 조사 간격만 유지되면 된다.
여기서, 본 양태에서 말하는 에너지 조사(노광)이란, 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해서 혈관 세포 접착 재료를 분해 또는 변성시킬 수 있는 어떠한 에너지선의 조사도 포함하는 개념이고, 빛의 조사로 한정되는 것은 아니다.
여기서, 본 양태에서 조사되는 에너지의 종류 등에 대해서는, 상술한 제1 양태에서 설명한 것과 동일하기 때문에, 여기서의 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 양태에 있어서의 포토마스크를 통해 행하는 에너지 조사의 방향은, 상술한 기재가 투명한 경우에는 기재측 및 광 촉매 함유층측 기판 중 어느 방향에서 에너지 조사를 행할 수도 있다. 한편, 기재가 불투명한 경우에는 광 촉매 함유층측 기판측에서 에너지 조사를 행할 필요가 있다.
(6) 제6 양태
또한, 제6 양태로서는, 세포 배양층이 혈관 세포와 접착하는 것을 저해하는 세포 접착 저해성을 가지면서 또한 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 분해 또는 변성되는 혈관 세포 접착 저해 재료를 함유하는 혈관 세포 접착 저해층이고, 이 혈관 세포 접착 저해층과 광 촉매를 함유하는 광 촉매 함유층을 대향시켜 배치하고, 예를 들면 상기 혈관 형성 패턴의 패턴형으로 개구부를 갖는 포토마스크 등을 이용하여 에너지 조사함으로써, 상기 혈관 세포 접착 저해 재료를 분해 또는 변성시켜 세포 접착부를 형성하는 경우이다.
본 양태에 있어서는 상기 혈관 세포 접착 저해층 중에 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 분해 또는 변성되는 혈관 세포 접착 저해 재료가 함유되어 있기 때문에, 혈관 세포 접착 저해층과 광 촉매 함유층을 대향시켜 배치하고, 상기 혈관 형성 패턴의 형상에 에너지를 조사함으로써, 광 촉매 함유층 중의 광 촉매의 작용에 의해 혈관 세포 접착 저해층 중의 혈관 세포 접착 저해 재료가 분해 또는 변성되어 혈관 세포와의 접착성을 갖는 세포 접착부를 형성할 수 있다. 이 때, 에 너지가 조사되지 않은 영역에 대해서는, 혈관 세포 접착 저해 재료가 잔존하기 때문에, 혈관 세포와의 접착성을 갖지 않게 할 수 있어, 세포 접착 저해부로서 사용할 수 있다.
여기서, 상기 혈관 세포 접착 저해 재료가 분해 또는 변성된다는 것은, 상기 혈관 세포 접착 저해 재료가 함유되지 않거나 또는 상기 세포 접착 저해부에 함유되는 혈관 세포 접착 저해 재료의 양과 비교하여 혈관 세포 접착 저해 재료가 적은 양 함유되어 있는 것을 말한다. 예를 들면 상기 혈관 세포 접착 저해 재료가 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 분해되는 것인 경우에는, 세포 접착부중에는 그 혈관 세포 접착 저해 재료가 소량 함유되어 있거나, 또는 혈관 세포 접착 저해 재료의 분해물 등이 함유되어 있거나, 또는 혈관 세포 접착 저해 재료가 완전히 분해되어 기재가 노출되거나 하게 된다. 또한, 상기 혈관 세포 접착 저해 재료가 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 변성되는 것인 경우에는, 세포 접착부 중에는 그의 변성물 등이 함유되어 있거나 하게 된다. 본 양태에 있어서는 상기 세포 접착부에, 적어도 에너지 조사된 후에 혈관 세포와의 접착성을 갖는 세포 접착 물질이 함유되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 세포 접착부의 혈관 세포와의 접착성을 보다 높게 할 수 있고, 상기 세포 접착부에만 고정밀하게 혈관 세포를 접착시키는 것이 가능해지기 때문이다.
또한, 본 양태에서 사용되는 혈관 세포 접착 저해층은 상기 제4 양태에서 설명한 혈관 세포 접착 저해층과 동일하고, 광 촉매 함유층측 기판 및 그의 배치나 에너지의 조사 방법 등에 대해서는 상기 제5 양태에서 설명한 것과 동일하기 때문 에, 여기서의 상세한 설명은 생략한다.
4. 혈관 세포 배양 공정
다음에, 본 발명에 있어서의 혈관 세포 배양 공정에 대하여 설명한다. 본 발명에 있어서의 혈관 세포 배양 공정은 상기 혈관 세포 배양 패턴의 상기 세포 접착부에 혈관 세포를 부착시켜 배양하며 조직화시키는 공정이다. 본 공정에 의해 상기 세포 접착부에 혈관 세포를 부착시켜 배양하며 조직화시킴으로써 인공 혈관을 형성할 수 있다.
본 공정에서 이용되는 혈관 세포는 배양되어 혈관을 조직하는 혈관 세포이고, 각 생물, 특히 인간이나 동물로부터 얻어진 혈관 내피 세포, 페리사이트, 평활근 세포, 혈관 내피 전구 세포, 평활근 전구 세포를 의미하고, 특히 혈관 내피 세포 등을 사용할 수 있다. 또한, 혈관 내피 세부와 페리사이트와의 공배양이나 혈관 내피 세포와 평활근 세포와의 공배양 등의 복수개 종류의 세포의 공배양으로 할 수도 있다.
또한, 혈관 세포를 세포 접착부에 접착시키는 방법으로서는, 상기 세포 접착부와 세포 접착 저해부를 갖는 상기 혈관 세포 배양 패턴의 상기 세포 접착부에만 혈관 세포를 접착시킬 수 있는 방법이라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면 잉크 젯 프린터나 매니퓰레이터 등으로 혈관 세포를 접착시키는 방법 등일 수도 있지만, 혈관 세포 현탁액을 파종하여 상기 세포 접착부에 혈관 세포를 접착시킨 후, 불필요해진 세포 접착 저해부 상의 혈관 세포를 인산 완충액으로 세정하여, 혈관 세포를 제거하는 방법이 일반적으로 사용된다. 이러한 방법으로서는, 예를 들면 참고 문헌 ["Spatial distribution of mammalian cells dictated by material surface chemistry", Kevin E. Healy 외, Biotech. Bioeng.(1994) p.792] 등에 기재되어 있는 방법을 이용하거나 할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서는 혈관 세포 접착부에 접착된 혈관 형상 그대로, 혈관 세포를 매트리 겔과 같은 혈관 세포의 혈관화를 촉진시키는 고정수단 재료에 접촉시킴으로써 인공 혈관을 형성시킬 수 있다. 또한, 상기 혈관 세포 접착부에 혈관 세포를 접착시킨 기재를, 예를 들면 피부 등의 조직에 직접 접촉시킴으로써, 혈관 세포를 원하는 형상으로 피접촉 조직 상에 전사하고, 피접촉 조직을 고정수단으로 하여 혈관을 인공적으로 형성시키는 것도 가능하다.
또한, 상기 혈관 세포 접착부 상에서 목적으로 하는 패턴형으로 형성한 후, 배지에 bFCF나 VEGF 등의 혈관 세포의 혈관화를 촉진시키는 성장 인자를 추가하거나 함으로써, 세포 배양층 상에서 직접 인공 혈관을 형성할 수도 있지만, 혈관 세포의 혈관 형성화를 안정적으로 행하기 위해서는 고정수단을 이용하는 전자의 수법을 적용하는 것이 바람직하다.
B. 인공 조직의 제조 방법
다음에, 본 발명의 인공 조직의 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 발명의 인공 조직의 제조 방법은 상술한 「A. 인공 혈관의 제조 방법」에 의해 제조된 인공 혈관을 이용하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 상기 제조 방법에 의해 제조된 인공 혈관을 이용하기 때문에, 생체 조직 중에 존재하는 혈관 패턴과 동일한 패턴형으로 형성된 혈관을 갖는 인공 조직으로 할 수 있다. 따라서, 본 발명 에 의해 제조되는 인공 조직 중의 각 조직이, 이 인공 혈관으로부터 영양을 공급 등 되게 하는 것이 가능해져, 각종 용도에 이용할 수 있는 인공 조직으로 할 수 있다.
본 발명에 의해 제조되는 인공 조직으로서는, 상기 인공 혈관을 갖는 것이라면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 생체 중에 존재하는 혈관과 그 밖의 세포 등에 의해 형성된 것으로 할 수 있고, 예를 들면 신장, 간장 등의 장기, 안저나 피부 등, 각종 기관으로 할 수 있다.
본 발명에서 인공 조직을 제조하는 방법으로서는, 예를 들면 인공 조직을 형성하는 혈관 이외의 세포를 배지 상에서 배양하여 조직화시키고, 이 세포 상에 상기 인공 혈관을 배치하는 방법이나, 상기 인공 혈관을 배지 상에 배치하고, 그 배지에 상기 세포를 배양하며 조직화시키는 방법 등을 들 수 있다. 본 발명에 있어서는 이와 같이 형성된 층을 복수개 조합하여 인공 조직으로 할 수도 있다.
또한, 이 때 사용되는 세포로서는, 상기 혈관으로부터 산소나 영양분 등의 공급을 받아 활성이 되어, 인공 조직을 구성할 수 있다면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 간 실질 세포, 랑겔한스섬 세포 등의 대사 기능을 갖는 세포종, 또는 뇌세포나 신경 세포 등, 정보 전달계의 세포종 등을 들 수 있다. 또한, 본 발명의 인공 조직의 제조에 이용되는 상기 세포로서는, 1 종류로 한정되는 것은 아니고, 복수개 종류의 세포를 조합하여 이용되는 것일 수도 있다.
또한, 상기 세포를 배양하는 배지 등은 목적으로 하는 세포에 의해 적절하게 선택되는 것이고, 일반적인 세포의 배양에 이용되는 것을 사용할 수 있기 때문에, 여기서의 상세한 설명은 생략한다.
C. 포토마스크
다음에, 본 발명의 포토마스크에 대하여 설명한다. 본 발명의 포토마스크란, 혈관 내피 세포가 관 형상이 되는 선폭으로 구성된 2차원 패턴으로 이루어지는 혈관 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 따르면, 포토마스크가 혈관 내피 세포가 관 형상이 되는 선폭으로 구성된 패턴을 갖기 때문에, 이 포토마스크를 이용하여, 예를 들면 혈관 세포 접착층 등을 상기 패턴형으로 패터닝하고, 이 세포 접착층 상에서 혈관 내피 세포를 배양하여 관 형상으로 함으로써, 상기 패턴형으로 형성된 혈관을 형성할 수 있다. 따라서, 이 포토마스크를 이용하여 각종 패턴을 갖는 혈관을 형성할 수 있고, 예를 들면 상술한 「A. 인공 혈관의 제조 방법」의 혈관 세포 배양 패턴 형성 공정에서 설명한 것과 같은 세포 배양층의 노광에 이용하거나 함으로써, 생체 조직의 혈관 형상과 동일한 패턴을 갖는 혈관을 형성하거나 할 수 있다.
여기서, 상기 혈관 내피 세포가 관 형상이 되는 선폭은 혈관 내피 세포의 종류에도 의존하지만, 통상 20 ㎛ 내지 100 ㎛의 범위내, 그 중에서도 40 ㎛ 내지 80 ㎛의 범위내, 특히 50 ㎛ 내지 70 ㎛의 범위내인 것이 바람직하다. 이러한 범위내로 함으로써 효율적으로 혈관 내피 세포를 관 형상으로 할 수 있기 때문이다. 또한, 본 발명에 있어서는 상기 포토마스크를 이용하여 노광할 때, 상기 포토마스크의 패턴을 확대 또는 축소하여 노광할 수도 있다. 이 경우에는, 포토마스크에 형성되는 상기 패턴의 선폭은 상기 범위로 한정되는 것은 아니고, 투영된 상의 혈관 패턴의 선폭이 상기 범위내가 되도록 포토마스크의 선폭이 결정된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 포토마스크에 있어서는, 예를 들면 상기 혈관 패턴이 차광부가 되도록 형성된 것일 수도 있고, 또한 상기 혈관 패턴이 개구부가 되도록 형성된 것일 수도 있다.
또한, 상기 선폭으로 구성된 2차원 패턴으로 이루어지는 혈관 패턴은 2차원으로 표현된 혈관 패턴이라면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 생체 조직의 소정의 단면에서 관찰되는 혈관 패턴으로 하거나 할 수 있다. 상기 혈관 패턴을 생체 조직의 혈관 패턴형으로 하는 경우에는, 생체 조직의 혈관 패턴과 포토마스크에 형성되는 패턴이 동일해지도록 형성할 수도 있고, 또한 예를 들면 혈관의 형성을 용이하게 하기 위해서, 포토마스크에 형성되는 각 혈관 패턴을 조정할 수도 있다. 또한, 필요한 혈관 형상을 부가하거나 삭제하거나 할 수도 있다. 이러한 조정은, 예를 들면 「A. 인공 혈관의 제조 방법」의 혈관 형성 패턴 조정 공정에서 설명한 것과 같은 조정으로 할 수 있다.
또한, 상기 생체 조직이란, 생체 중에 존재하는 조직이고, 혈관과 그 밖의 세포 등에 의해 형성된 조직을 말하며, 예를 들면 신장, 간장 등의 장기, 안저나 피부 등 혈관을 포함하는 각종 기관을 말한다.
본 발명에 있어서는, 상술한 바와 같은 포토마스크를 형성하는 것이 가능하다면, 그의 형성 방법은 특별히 한정되지 않고, 포토마스크의 형성 방법이나 그 재료 등에 대해서는 일반적인 포토마스크에 이용되는 방법이나 재료와 동일하기 때문 에, 여기서의 상세한 설명은 생략한다.
D. 인공 혈관
다음에, 본 발명의 인공 혈관에 대하여 설명한다. 본 발명의 인공 혈관은 혈관 내피 세포가 관 형상이 되는 선폭으로 구성된 2차원 패턴에 의해 형성된 혈관 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 인공 혈관이 상기 패턴에 의해 형성되어 있기 때문에, 예를 들면 생체 조직 중의 혈관과 동일한 패턴을 갖는 인공 혈관 등으로 할 수 있고, 예를 들면 미소 혈관의 경색 부위나 인공 조직 중에 배치하거나 하여, 생체 조직에 존재하는 혈관과 동일한 기능을 하는 것이 가능해진다.
여기서, 혈관 내피 세포가 관 형상이 되는 선폭이란, 본 발명의 인공 혈관을 구성하는 혈관 내피 세포의 종류 등에도 의존하지만, 통상 20 ㎛ 내지 100 ㎛의 범위내, 그 중에서도 40 ㎛ 내지 80 ㎛의 범위내, 특히 50 ㎛ 내지 70 ㎛의 범위내인 것이 바람직하다. 이에 의해, 혈관 내피 세포가 관 형상이 되어 본 발명의 인공 혈관의 형성이 용이해지기 때문이다.
또한, 상기 선폭으로 구성된 2차원 패턴에 의해 형성된 혈관 패턴은 상기 선폭의 패턴형으로 혈관 내피 세포를 배양하여 관 형상으로 만든 혈관 패턴으로 할 수 있고, 예를 들면 생체 조직의 소정의 단면에서 관찰되는 혈관 패턴으로 하거나 할 수 있다. 이 때, 상기 혈관 패턴을 생체 조직 중에 존재하는 혈관과 동일 패턴형으로 할 수도 있지만, 예를 들면 생체 조직 중에 존재하는 혈관 형상의 혈관의 굵기나 위치 등을 조정한 것이나, 인공 조직 또는 생체에 존재하는 혈관으로부터 혈액을 도입하기 위한 혈관이나 배출하기 위한 혈관 등을 형성한 패턴 등으로 할 수도 있다. 이러한 조정은, 예를 들면 「A. 인공 혈관의 제조 방법」의 혈관 형성 패턴 조정 공정에서 설명한 것과 같은 조정으로 할 수 있다.
또한, 상기 생체 조직이란, 생체 중에 존재하는 조직이고, 혈관과 그 밖의 세포 등에 의해 형성된 조직을 말하며, 예를 들면 신장, 간장 등의 장기, 안저나 피부 등, 혈관을 포함하는 각종 기관을 말한다. 또한, 본 발명에 있어서 이러한 인공 혈관의 형성 방법으로서는 상술한 「A. 인공 혈관의 제조 방법」에서 설명한 방법 등에 의해 형성할 수 있고, 또한 본 발명의 인공 혈관의 형성에 이용되는 재료에 대해서도 상술한 것과 동일하게 할 수 있기 때문에, 여기서의 상세한 설명은 생략한다.
E. 인공 조직
다음에, 본 발명의 인공 조직에 대하여 설명한다. 본 발명의 인공 조직은 원하는 기능을 갖는 장기 유래의 실질 세포에 가하여 상술한 인공 혈관을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다. 장기의 실질 세포만을 포함하는 세포 덩어리의 경우, 덩어리 내부에 있는 세포에 대하여 산소, 영양분이나 노폐물의 운반이 이루어지지 않기 때문에, 내부 세포가 괴사한다. 본 발명에 따르면, 장기의 실질 세포에 가하여 인공 혈관을 갖는 조직이 형성 가능해지기 때문에, 조직을 괴사시키지 않고 기능시키는 것이 가능해진다. 따라서, 본 발명에 따르면, 각종 용도에 사용 가능한 인공 조직으로 할 수 있다.
본 발명의 인공 조직은 상기 혈관을 갖는 것이라면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 생체 중에 존재하는 혈관과 그 밖의 세포 등에 의해 형성된 조직으로 할 수 있고, 예를 들면 신장, 간장 등의 장기, 안저, 피부 등, 각종 기관으로 할 수 있다.
또한, 이러한 인공 조직의 제조 방법에 대해서는, 상술한 「B. 「A. 인공 조직의 제조 방법」에서 설명한 것과 동일하게 할 수 있기 때문에, 여기서의 상세한 설명은 생략한다.
F. 혈관 세포 배양 패턴 기재
다음에, 본 발명의 혈관 세포 배양 패턴 기재에 대하여 설명한다. 본 발명의 혈관 세포 배양 패턴 기재는 기재, 상기 기재 상에 형성되어, 혈관 세포와 접착성을 갖는 세포 접착부 및 상기 혈관 세포와 접착하는 것을 저해하는 세포 접착 저해부를 포함하는 패턴을 갖는 세포 배양층, 및 상기 세포 접착부 상에 접착된 혈관 세포를 갖는 혈관 세포 배양 패턴 기재이며, 상기 세포 접착부가 혈관 내피 세포가 관 형상이 되는 선폭으로 구성된 2차원 패턴으로 이루어지는 혈관 패턴형으로 형성된 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 혈관 세포 배양 패턴 기재는, 예를 들면 도 5에 나타낸 바와 같이, 기재 (11), 그 기재 (11) 상에 형성되며 소정의 패턴형으로 형성된 세포 접착부 (2) 및 세포 접착 저해부 (3)를 포함하는 패턴을 갖는 세포 배양층 (1), 및 그 세포 접착부 (2) 상에 접착한 혈관 세포 (4)를 갖는다.
본 발명에 따르면, 세포 배양층 상에 소정의 패턴형으로 세포 접착부가 형성되어 있고, 그 이외의 영역은 세포 접착 저해부로 되어 있기 때문에, 세포 접착부 상만으로 고정밀하게 혈관 세포를 배양할 수 있다. 이에 의해, 목적으로 하는 패턴형으로 고정밀하게 혈관을 형성할 수 있는 혈관 세포 배양 패턴 기재로 할 수 있다. 또한, 상기 세포 접착부의 선폭이 혈관 내피 세포가 관 형상으로 된 선폭으로 되어 있기 때문에, 배양된 혈관 세포를 용이하게 관 형상으로 하고, 효율적으로 인공 혈관을 형성할 수 있는 혈관 세포 배양 패턴 기재로 할 수 있다.
여기서, 혈관 내피 세포가 관 형상이 되는 선폭이란, 세포 접착부 상에서 배양되며 조직화된 혈관 세포가 관 형상이 되는 선폭이고, 구체적으로는 상기 혈관 세포의 종류 등에도 의존하지만, 통상 20 ㎛ 내지 100 ㎛의 범위내, 그 중에서도 40 ㎛ 내지 80 ㎛의 범위내, 특히 50 ㎛ 내지 70 ㎛의 범위내인 것이 바람직하다. 이에 의해, 상기 세포 접착부 상에서 배양된 혈관 세포에 의해서 인공 혈관을 형성하기 쉬워지기 때문이다.
또한, 상기 선폭으로 구성된 2차원 패턴으로 이루어지는 혈관 패턴이란, 2차원으로 표현된 혈관 패턴이라면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 생체 조직의 소정의 단면에서 관찰되는 혈관 패턴으로 하거나 할 수 있다. 이 때, 상기 패턴의 형상을 생체 조직 중에 존재하는 혈관과 동일한 형상으로 할 수도 있지만, 예를 들면 생체 조직 중에 존재하는 혈관 형상의 혈관의 굵기나 위치 등을 조정한 것이나, 인공 조직 또는 생체에 존재하는 혈관으로부터 혈액을 도입하기 위한 혈관이나 배출하기 위한 혈관 등을 형성한 패턴 등으로 할 수도 있다.
여기서, 본 발명의 혈관 세포 배양 패턴 기재에 이용되는 기재나, 상기 세포 접착부 및 세포 접착 저해부를 갖는 세포 배양층 및 혈관 세포에 대해서는, 상술한 「A. 인공 혈관의 제조 방법」의 항에서 설명한 것과 동일하게 할 수 있기 때문에, 여기서의 상세한 설명은 생략한다.
상술한 바와 같은 혈관 세포 배양 패턴 기재를 이용하면, 기재와 상기 기재 상에 박리 가능하게 설치된 혈관 내피 세포를 포함하는 혈관 내피 세포 패턴 기재이며, 상기 혈관 내피 세포가 혈관 네트워크를 2차원으로 표현한 패턴형으로 관 형상이 되는 선폭으로 형성된 것을 특징으로 하는 혈관 내피 세포 패턴 기재를 얻을 수 있다. 이러한 혈관 내피 세포 패턴 기재에 있어서는, 소정의 패턴형으로 형성된 혈관 내피 세포가 박리 가능하게 설치되기 때문에, 이 혈관 내피 세포 패턴 기재로부터 혈관 내피 세포를 박리하여, 예를 들면 인공 조직 등 각종 용도에 사용할 수 있다.
또한, 이러한 혈관 내피 세포가 박리 가능한 혈관 내피 세포 패턴 기재에 있어서는, 배양 베이스로서, 혈관 내피 세포에 손상을 주지 않고 이것을 박리 가능한 것이 사용된다. 이러한 배양 베이스로서는, 세포를 약한 접착력으로 유지 가능한 표면을 갖는 배양 베이스를 들 수 있고, 구체적으로는 폴리스티렌 기재에 대하여 세포 접착용 플라즈마 처리를 약하게 실시한 것이나, 2-메타크릴로일옥시에틸포스포릴콜린이나 플루오로알킬실란과 같이 세포 접착 저해성을 갖는 재료를 기재 표면에 소량 도입한 것 등을 들 수 있다. 이러한 소량 도입의 방법으로서는, 재료를 흡착 처리 등으로 기재에 충분히 도입한 후, UV 처리, 오존 처리, 플라즈마 처리로 분해하는 방법, 또는 재료를 묽게 용해시킨 용액을 박층 코팅하거나 하는 방법을 들 수 있다. 도입 비율에 대해서는 접착시키는 세포의 종류, 기재에 도입하는 재 료의 종류에 따라서 달라 조정을 필요로 한다.
또한, 온도 응답성 중합체 재료, 예를 들면 폴리-N-이소프로필아크릴아미드와 같이 상전이 온도 이상의 환경에서는 소수성, 즉 세포 접착성을 가지고, 상전이 온도 이하의 온도에서는 친수성이 되어 세포 접착성을 잃게 되는 재료를, 고분자나 유리의 기재 상에 중합한 것 등을 이용할 수도 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되지 않는다. 상기 실시 형태는 예시이고, 본 발명의 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지고, 동일한 작용 효과를 발휘하는 것, 및 그와 균등한 것은 어떠한 것도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
이하에 실시예를 나타내어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
[실시예 1]
<포토마스크>
인간 안저의 사진 촬영을 행하여 생체내의 혈관상을 얻었다. 이 화상을 스캐너로 컴퓨터에 저장하였다. 다음에, 저장한 화상을 Scion Image로 2치화, 메디안 필터 처리에 의한 노이즈 제거, 첨예화 처리를 행하였다. 2치화된 혈관 화상으로부터 선 패턴을 추출, 벡터화하고, 또한 선폭을 60 ㎛로 통일함으로써 혈관 형성에 최적인 혈관 세포 접착폭으로 조정된 생체의 혈관 형성 패턴을 제조하였다.
또한, 제조한 혈관 형성 패턴을 다시 벡터화하고, 통상적인 포토마스크 제조 순서와 동일하게 레이저 묘화기로써 원하는 패턴을 갖는 포토마스크를 제조하였다. 포토마스크의 제조에 있어서는 혈관부가 투과부, 혈관부 이외가 차광부로 하였다.
[실시예 2]
<혈관 세포 배양 패턴 기재>
플루오로알킬실란 TSL8233(GE 도시바 실리콘) 1.5 g, 테트라메톡시실란 TSL8114(GE 도시바 실리콘) 5.0 g, 5.0×10-3 NHCl 2.4 g을 12 시간 혼합하고, 이것을 이소프로필알코올로 10배 희석하였다. 다음에, 이 용액 2.0 g을 1000 rpm, 5 초로 스핀 코터에 의해 10 cm×10 cm의 소다 유리 기재에 도포하고, 그 기재를 150 ℃의 온도에서 10 분간 건조시켜 혈관 세포 접착 저해층으로 하였다.
다음에, 이소프로필알코올로 3배 희석한 산화티탄 졸액(이시하라 산교 STK-03) 3.0 g을 광 촉매 함유층용 조성물로 하였다. 상기 광 촉매 함유층용 조성물을, 실시예 1과 동일한 수법으로 제조한 석영 포토마스크의 패턴면 상에 스핀 코터에 의해 700 rpm, 3 초로 도포하고, 150 ℃에서 10 분간의 건조 처리를 행함으로써, 투명한 광 촉매 함유층을 갖는 포토마스크를 형성하였다.
상기 포토마스크의 광 촉매 함유층면과 상기 기재의 혈관 세포 접착 저해층면과의 간격이 3 ㎛가 되도록 배치하고, 포토마스크측에서 수은 램프(파장 365 nm)에 의해 4 J/cm2의 조도로 소정 시간 자외선 노광을 행하여 폭 60 ㎛의 세포 접착부를 갖는 세포 배양 패턴을 얻었다.
<혈관 세포 배양 공정>
배양 세포로서, 소 경동맥 유래 혈관 내피 세포(0nodera M, Morita I, Mano Y, Murota S: Differential effects of nitric oxide on the activity of prostaglandin endoperoxide h synthase-1 and -2 in vascular endothelial cells, Prostag Leukotress 62: 161-167, 2000)로 계대수 5대부터 20대의 것을 이용하였다.
10 cm 접시(dish)에서 컨플루언트(confluent) 상태가 된 소 경동맥 유래 혈관 내피 세포를 0.05 ％ 트립신-EDTA로 처리하여 박리하였다. 콜터 카운터 TM ZM(Coulter Counter)로 세포수를 조사하여 106개/ml로 하였다. 앞서 제조한 세포 배양 패턴을 갖는 기재를 오토클레이브에서 멸균하였다. 배양액(5 ％ 소 태아 혈청 함유 MEM 배지)을 포함하는 배양 접시(Heraeus Quadriprem TM 76×26 mm, 1976 mm2)에 상기 세포 배양 패턴이 형성된 기재를 넣고, 상기 내피 세포를 1웰당 106개/5 ml로 파종하여 24 시간 CO2 세포 배양 장치에서 인큐베이팅하였다. 이에 의해, 상기 세포 배양 패턴형으로 혈관 세포가 접착된 혈관 세포 배양 패턴 기재를 얻었다.
[실시예 3]
실시예 2에서 제조한 패턴형으로 혈관 세포가 접착된 혈관 세포 배양 패턴 기재에 대하여, 혈관 세포의 혈관 조직화 고정수단 재료로서 GFR 매트리 겔(벡톤ㆍ디킨슨사 제조) 2 ml를 기재의 혈관 세포 접착면측에 접촉시켜 37 ℃에서 가온하였다. 겔의 고체화 후, 기재와 겔을 배양액하에서 CO2 세포 배양 장치에 넣어 혈관 세포의 조직화를 행하였다.
24 시간 경과 후, 제조된 혈관 조직을 위상차 현미경 관찰이나 세포 염색, 면역 염색 후에 형광 현미경 관찰한 결과, 내부에 강(腔)을 갖는 관 조직의 형성이 확인되었다.
[실시예 4]
실시예 2와 동일한 순서로 패턴형으로 혈관 세포가 접착된 혈관 세포 배양 패턴 기재를, 5 ％ 소 태아 혈청 함유 MEM 배지에 대하여 카르보시아닌 형광 색소(DiI, Invitrogen사)를 10 ㎍/ml의 농도로 용해시킨 배지에 침지하고, 37 ℃에서 1 시간 배양하였다. 그 후, 혈관 세포 배양 패턴 기재를 5 ％ 소 태아 혈청 함유 MEM 배지로 복귀시켰다.
(생체 조직에의 세포 도입)
면역 부전 마우스를 마취하에 배부를 절개하고, 제조한 혈관 세포가 배열 접착된 기재를 피하 이식하였다. 이식부를 봉합하였다. 봉합 3 일 후에 이식부를 재절개한 후에 꼬리부 정맥으로부터 FITC-Dextran 용해액을 주사하여 혈액을 염색하였다. 마우스에게 희생사 수술을 실시하고, 이식 조직부의 DiI와 FITC를 공초점 레이저 현미경으로 관찰하였다.
관찰 결과, 이식 조직부에 형광 표지된 혈관 세포가 혈관 구조를 형성한 것, 형광 색소를 포함하는 혈액이 혈관 구조내를 유통한 것이 확인되었다.
[실시예 5]
매트리 겔 0.5 ml를 적하한 샤알레에 대하여, 실시예 2에서 제조한 패턴형으 로 혈관 세포가 접착된 혈관 세포 배양 패턴 기재의 세포 접착면이 겔에 접촉하도록 겹치고, 겔을 37 ℃로 가온하여 고체화하였다. 기재와 겔을 배양액하에서 CO2 세포 배양 장치에 넣어 24 시간 배양하고, 혈관 세포의 조직화를 행하였다. 혈관 형성 후, 기재를 겔로부터 박리하였다.
상술한 작업과 병행하여, 마우스 간 실질 세포를 채취하고, 10 μg/ml의 카르보시아닌 형광 색소(DiO, Invitrogen사)로 염색 후, 5 ％ 소 태아 혈청 함유 MEM 배지로 복귀시키고, 형광 염색한 마우스 간 실질 세포를 얻었다.
상기 형광 염색 간 실질 세포를, 인공 혈관을 갖는 겔 상에 파종하여 CO2 세포 배양 장치에 넣고, 24 시간 배양함으로써 간 실질 세포를 겔에 매몰시킨 후, 핀셋으로 조직을 샤알레로부터 박리하여, 인공 혈관을 갖는 겔, 간 실질 세포를 포함하는 조직편을 제조하였다.
(조직의 평가)
면역 부전 마우스를 마취하여 복부를 절개하고, 간장의 1/3을 제거하여 간 기능 장해 모델로 하였다. 다음에, 상술한 작업으로 제조한 조직편을 마우스의 간장부에 이식하였다. 이식부를 봉합하고, 14 일 후에 콜린에스테라제 평가에 의해 간 기능을 평가한 결과, 간 기능이 간장의 제거 전과 동일한 수준까지 회복된 것을 확인하였다.
또한, 간 기능 이식부를 재절개하여 이식 조직을 공초점 레이저 현미경으로 관찰하였다. 여기 파장 480 nm에서의 관찰로 이식된 간 실질 세포가 관찰되었다. 또한, 여기 파장 530 nm에서의 관찰로 미리 혈관 내피 세포를 패터닝한 그대로 모세 혈관이 형성된 것이 확인되었다.
[비교예 1]
면역 부전 마우스를 마취하여 복부를 절개하고, 간장의 1/3을 제거하여 간 기능 장해 모델로 하였다. 조직편을 이식하지 않고 다시 이식부를 봉합하고, 14 일 후에 콜린에스테라제 평가에 의해 간 기능을 평가하였다. 그 결과, 간 기능이 간장 제거 전의 4할 정도인 것을 확인하였다.
[비교예 2]
마우스 간 실질 세포를 채취하여 10 μg/ml의 카르보시아닌 형광 색소(DiO, Invitrogen사)로 염색 후, 5 ％ 소 태아 혈청 함유 MEM 배지로 복귀시켜 형광 염색한 마우스 간 실질 세포를 얻었다.
상기 형광 염색 간 실질 세포를, 혈관 세포를 갖지 않는 매트리 겔 상에 파종하고, CO2 세포 배양 장치에 넣어 24 시간 배양함으로써 간 실질 세포를 겔에 매몰시킨 후, 핀셋으로 조직을 샤알레로부터 박리하여, 간 실질 세포가 매몰된 겔 조직편을 제조하였다.
(조직의 평가)
면역 부전 마우스를 마취하여 복부를 절개하고, 간장의 1/3을 제거하여 간 기능 장해 모델로 하였다. 다음에, 상술한 작업으로 제조한 조직편을 마우스의 간장부에 이식하였다. 이식부를 봉합하고, 14 일 후에 콜린에스테라제 평가에 의해 간 기능을 평가한 결과, 간 기능이 간장의 제거 전의 4할 정도인 것을 확인하였다.
또한, 간 기능 이식부를 재절개하여 이식 조직을 공초점 레이저 현미경으로 관찰하였다. 여기 파장 480 nm에서 관찰한 결과, 이식된 간 실질 세포가 거의 보이지 않고, 이식 세포가 거의 괴사된 것이 확인되었다.

Claims (8)

  1. 생체 조직의 화상으로부터 혈관 형상을 추출하여 혈관 형상 화상으로 하는 혈관 형상 화상 추출 공정,
    상기 혈관 형상 화상의 각 혈관 형상을 조정하여 혈관 형성 패턴을 형성하는 혈관 형성 패턴 조정 공정,
    세포 배양층에, 혈관 세포와 접착성을 가지면서 또한 상기 혈관 형성 패턴의 형상으로 형성된 세포 접착부; 및 혈관 세포와 접착하는 것을 저해하는 세포 접착 저해성을 가지면서 상기 세포 접착부 이외의 영역에 형성된 세포 접착 저해부를 포함하는 혈관 세포 배양 패턴을 형성하는 혈관 세포 배양 패턴 형성 공정, 및
    상기 세포 접착부에 혈관 세포를 부착시켜 배양하며 조직화시키는 혈관 세포 배양 공정
    을 갖는 것을 특징으로 하는 인공 혈관의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 혈관 세포 배양 패턴 형성 공정이 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 상기 세포 접착부 및 상기 세포 접착 저해부를 형성할 수 있는 상기 세포 배양층에 에너지를 조사하여 상기 혈관 세포 배양 패턴을 형성하는 공정인 것을 특징으로 하는 인공 혈관의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 기재된 인공 혈관의 제조 방법에 의해 제조된 인공 혈관 을 이용하는 것을 특징으로 하는 인공 조직의 제조 방법.
  4. 혈관 내피 세포가 관 형상이 되는 선폭으로 구성된 2차원 패턴을 포함하는 혈관 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 기재, 상기 기재 상에 형성되어, 혈관 세포와 접착성을 갖는 세포 접착부 및 상기 혈관 세포와 접착하는 것을 저해하는 세포 접착 저해부를 포함하는 패턴을 갖는 세포 배양층, 및 상기 세포 접착부 상에 접착된 혈관 세포를 갖으며,
    상기 세포 접착부가 혈관 내피 세포가 관 형상이 되는 선폭으로 구성된 2차원 패턴을 포함하는 혈관 패턴형으로 형성되고, 상기 세포 배양층이 에너지 조사에 따른 광 촉매의 작용에 의해 상기 세포 접착부 및 상기 세포 접착 저해부를 형성할 수 있는 것을 특징으로 하는 혈관 세포 배양 패턴 기재.
  8. 기재, 및
    상기 기재 상에, 박리시에 혈관 내피 세포에 가해지는 응력이 혈관 내피 세포에 손상을 부여하지 않는 응력으로 되는 접착력으로 유지되는 혈관 내피 세포
    를 포함하며, 상기 혈관 내피 세포가 혈관 네트워크를 2차원으로 표현한 패턴형으로 관 형상이 되는 선폭으로 형성된 것을 특징으로 하는 혈관 내피 세포 패턴 기재.
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JP2003527615A (ja) * 2000-03-17 2003-09-16 プレジデント・アンド・フェローズ・オブ・ハーバード・カレッジ 細胞パターニング技術

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