WO2014133081A1 - 細胞移植用細胞構造体、生体親和性高分子ブロック及びそれらの製造方法 - Google Patents

細胞移植用細胞構造体、生体親和性高分子ブロック及びそれらの製造方法 Download PDF

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WO2014133081A1
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biocompatible polymer
cells
polymer block
cell structure
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中村 健太郎
玲子 岩澤
隼人 三好
雄大 山口
英生 伏見
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富士フイルム株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a cell structure for cell transplantation, a biocompatible polymer block, and a production method thereof. Specifically, the present invention relates to a cell structure for cell transplantation in which cell necrosis is suppressed after transplantation, a biocompatible polymer block used for the production thereof, and a production method thereof.
  • Regenerative medicine is being put to practical use to regenerate living tissues and organs that have fallen into dysfunction or dysfunction.
  • Regenerative medicine is a new medicine that regenerates the same form and function as the original tissue using the three factors of cells, scaffolding, and growth factors from living tissue that can not be recovered only by the natural healing ability of the living body.
  • Technology In recent years, treatment using cells is gradually being realized. For example, cultured epidermis using autologous cells, cartilage treatment using autologous chondrocytes, bone regeneration treatment using mesenchymal stem cells, cardiomyocyte sheet treatment using myoblasts, corneal regeneration treatment using corneal epithelial sheets, and Examples include nerve regeneration treatment.
  • Non-Patent Documents 1 to 6 Such a cell sheet manufacturing technique is expected to be useful for regeneration of myocardial tissue.
  • Non-patent Document 8 Okano et al. Have developed a cell sheet in which vascular endothelial cells are introduced together to form a vascular network in the cell sheet.
  • Patent Document 1 describes a three-dimensional cell structure manufactured by three-dimensionally arranging a polymer block having bioaffinity and cells in a mosaic shape.
  • nutrients can be delivered from the outside to the inside of the three-dimensional cell structure.
  • the cell three-dimensional structure has a sufficient thickness and the cells are uniformly present in the structure.
  • high cell survival activity is demonstrated using the polymer block which consists of a recombinant gelatin or a natural gelatin raw material.
  • glutaraldehyde having strong toxicity to the human body is used for polymer crosslinking.
  • a cell structure produced using such glutaraldehyde cannot be used for cell transplantation treatment due to concern about toxicity to the human body. Therefore, a cell structure that does not contain a human toxic substance such as glutaraldehyde and can suppress the necrosis of transplanted cells has not yet been provided, and for cell transplantation treatment applications that satisfy these conditions.
  • a suitable cell structure was desired.
  • the present invention provides a cell structure for cell transplantation in which necrosis of transplanted cells in the structure is suppressed (that is, excellent in cell viability) without containing a cytotoxic substance such as glutaraldehyde.
  • the task was to do.
  • an object of the present invention is to provide a biocompatible polymer block suitable for producing the above-described cell structure for cell transplantation.
  • another object of the present invention is to provide a method for producing the cell structure for cell transplantation and a method for producing the biocompatible polymer block.
  • the present inventors have used a biocompatible polymer block not containing glutaraldehyde and at least one kind of cell, and a plurality of gaps between a plurality of cells.
  • the tap density is 10 mg / cm 3 or more and 500 mg / cm 3 or less, or the cross-sectional area in a two-dimensional cross-sectional image
  • a biocompatible polymer block that does not contain glutaraldehyde and at least one kind of cell, and a plurality of biocompatible polymer blocks are arranged in a gap between a plurality of cells.
  • a cell structure for cell transplantation wherein the biocompatible polymer block has a tap density of 10 mg / cm 3 or more and 500 mg / cm 3 or less, or a break in a two-dimensional cross-sectional image of the polymer block.
  • a cell structure for cell transplantation in which the value of square root of area ⁇ perimeter length is 0.01 or more and 0.13 or less, is provided.
  • the biocompatible polymer block does not contain glutaraldehyde, and the tap density is 10 mg / cm 3 or more and 500 mg / cm 3 or less, or the square root of the sectional area in the two-dimensional sectional image ⁇
  • a biocompatible polymer block having a perimeter length value of 0.01 or more and 0.13 or less is provided.
  • the size of one biocompatible polymer block is 20 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
  • the size of one biocompatible polymer block is 50 ⁇ m or more and 120 ⁇ m or less.
  • the biocompatible polymer is crosslinked with heat, ultraviolet light or an enzyme.
  • the degree of cross-linking of the biocompatible polymer block is 6 or more, and the water absorption rate of the biocompatible polymer block is 300% or more.
  • the biocompatible polymer block is a biocompatible polymer block obtained by pulverizing a porous body of a biocompatible polymer.
  • a porous body of a biocompatible polymer is (A) The biocompatible polymer solution is frozen by a freezing process in which the liquid temperature at the highest liquid temperature in the solution (internal maximum liquid temperature) becomes “solvent melting point ⁇ 3 ° C.” or lower in an unfrozen state. And (b) lyophilizing the frozen biocompatible polymer obtained in the step (a): It is manufactured by the method containing this.
  • the solution is frozen by a freezing process in which the liquid temperature at the highest liquid temperature in the solution (internal maximum liquid temperature) becomes “solvent melting point ⁇ 7 ° C.” or lower in an unfrozen state.
  • the porous body of the biocompatible polymer has the characteristics described in the following (a) and (b).
  • (A) It has a porosity of 81% or more and 99.99% or less.
  • the cell structure for cell transplantation has a thickness or a diameter of 400 ⁇ m or more and 3 cm or less.
  • the cell structure for cell transplantation contains 0.0000001 ⁇ g or more and 1 ⁇ g or less of biocompatible polymer block per cell.
  • the biocompatible polymer is gelatin, collagen, elastin, fibronectin, pronectin, laminin, tenascin, fibrin, fibroin, entactin, thrombospondin, retronectin, polylactic acid, polyglycolic acid, lactic acid / glycolic acid copolymer, hyaluron Acid, glycosaminoglycan, proteoglycan, chondroitin, cellulose, agarose, carboxymethylcellulose, chitin, or chitosan.
  • the biocompatible polymer is recombinant gelatin.
  • the recombinant gelatin is Formula: A-[(Gly-XY) n] m-B (In the formula, A represents an arbitrary amino acid or amino acid sequence, B represents an arbitrary amino acid or amino acid sequence, n Xs independently represent any of the amino acids, and n Ys each independently represent an amino acid. N represents an integer of 3 to 100, and m represents an integer of 2 to 10. Note that n Gly-XY may be the same or different.
  • the recombinant gelatin is (1) an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, or (2) an amino acid sequence having 80% or more homology with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 and having biocompatibility. Have.
  • the cell structure for cell transplantation contains an angiogenic factor.
  • the cell is a cell selected from the group consisting of a universal cell, somatic stem cell, progenitor cell and mature cell.
  • the cells are only non-vascular cells.
  • the cells include both non-vascular and vascular cells.
  • the cell structure for cell transplantation has a region in which the area of cells in the central vascular system is larger than the area of cells in the peripheral vascular system.
  • the cell structure for cell transplantation has a region in which the ratio of vascular cells in the central part is 60% to 100% with respect to the total area of vascular cells.
  • the cell structure for cell transplantation has a region where the cell density of the vascular system in the central part of the cell structure is 1.0 ⁇ 10 ⁇ 4 cells / ⁇ m 3 or more.
  • blood vessels are formed inside the cell structure for cell transplantation.
  • the biocompatible polymer block of the present invention is preferably used for producing the cell structure for cell transplantation of the present invention.
  • the present invention further provides a reagent for producing the cell structure for cell transplantation of the present invention comprising the biocompatible polymer block of the present invention.
  • the present invention further provides a method for producing the cell structure for cell transplantation of the present invention, which comprises mixing the biocompatible polymer block of the present invention and at least one kind of cell.
  • the biocompatible polymer solution is frozen by a freezing process in which the liquid temperature at the highest liquid temperature in the solution (internal maximum liquid temperature) becomes “solvent melting point ⁇ 3 ° C.” or lower in an unfrozen state.
  • freezing is performed by a freezing process in which the liquid temperature at the highest liquid temperature in the solution (internal maximum liquid temperature) becomes “solvent melting point ⁇ 7 ° C.” or lower in an unfrozen state.
  • the cell structure for cell transplantation of the present invention can be used for cell transplantation treatment by not containing a cytotoxic substance such as glutaraldehyde, and the necrosis of the transplanted cells in the structure is suppressed, Excellent cell viability.
  • a cytotoxic substance such as glutaraldehyde
  • FIG. 1 shows the block difference in the invitro ATP assay.
  • FIG. 2 shows the difference in the survival state of cells in the hMSC mosaic cell mass using the block of the present invention or the comparison block (after 2 weeks).
  • FIG. 3 shows the survival state of the transplanted cells within the block group of the present invention. The difference in survival and block size in hMSC mosaic cell mass is shown.
  • FIG. 4 shows angiogenesis in hMSC mosaic cell mass 2 weeks after transplantation.
  • FIG. 5 shows angiogenesis in hMSC + hECFC mosaic cell clusters 2 weeks after transplantation.
  • FIG. 6 shows the space occupancy of each pore size in the porous body.
  • FIG. 7 shows an HE cross-sectional image, pore shape, and internal maximum liquid temperature of the CBE3 porous body.
  • FIG. 8 shows the time variation of the internal maximum liquid temperature at a shelf temperature of ⁇ 40 ° C. (glass plate 2.2 mm).
  • the cell structure for cell transplantation of the present invention comprises a biocompatible polymer block not containing glutaraldehyde and at least one kind of cell, and a plurality of biocompatible polymer blocks in a gap between a plurality of cells.
  • a cell structure for cell transplantation wherein the bioaffinity polymer block has a tap density of 10 mg / cm 3 or more and 500 mg / cm 3 or less, or a two-dimensional cross section of the polymer block
  • a cell structure for cell transplantation having a square root of the cross-sectional area in the image divided by a perimeter of 0.01 to 0.13.
  • Bioaffinity polymer block (1-1) Bioaffinity polymer If the bioaffinity polymer used in the present invention has affinity for a living body, it can be decomposed in vivo. Although it is not particularly limited, it is preferably composed of a biodegradable material. Specific examples of non-biodegradable materials include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyurethane, polypropylene, polyester, vinyl chloride, polycarbonate, acrylic, stainless steel, titanium, silicone, and MPC (2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine). At least one material selected from the group.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • polyurethane polypropylene
  • polyester vinyl chloride
  • polycarbonate acrylic
  • acrylic stainless steel
  • titanium titanium
  • silicone 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine
  • biodegradable material examples include polypeptides (for example, gelatin described below), polylactic acid, polyglycolic acid, lactic acid / glycolic acid copolymer (PLGA), hyaluronic acid, glycosaminoglycan, proteoglycan, It is at least one material selected from the group of chondroitin, cellulose, agarose, carboxymethylcellulose, chitin, and chitosan. Of the above, polypeptides are particularly preferred. These polymer materials may be devised to enhance cell adhesion. Specific methods are as follows.
  • Cell adhesion substrate fibronectin, vitronectin, laminin
  • cell adhesion sequence expressed by one letter code of amino acid, RGD sequence, LDV sequence, REDV sequence, YIGSR sequence, PDSGR sequence, RYVVLPR sequence, LGTIPPG sequence, RNIAEIIKDI sequence, IKVAV sequence, LRE sequence, DGEA sequence, and HAV sequence
  • RGD sequence amino acid sequence
  • LDV sequence cell adhesion sequence
  • REDV sequence YIGSR sequence
  • PDSGR sequence RYVVLPR sequence
  • LGTIPPG sequence RNIAEIIKDI sequence
  • IKVAV sequence IKVAV sequence
  • LRE sequence DGEA sequence
  • HAV sequence HAV sequence
  • polypeptide is not particularly limited as long as it has biocompatibility.
  • gelatin, collagen, elastin, fibronectin, pronectin, laminin, tenascin, fibrin, fibroin, entactin, thrombospondin, and retronectin are most preferable.
  • Gelatin, collagen and atelocollagen are preferred.
  • natural gelatin or recombinant gelatin is preferable. More preferred is recombinant gelatin.
  • natural gelatin means gelatin made from naturally derived collagen. Recombinant gelatin will be described later in this specification.
  • the hydrophilicity value “1 / IOB” value of the biocompatible polymer used in the present invention is preferably from 0 to 1.0. More preferably, it is 0 to 0.6, and still more preferably 0 to 0.4.
  • IOB is an index of hydrophilicity / hydrophobicity based on an organic conceptual diagram representing the polarity / nonpolarity of an organic compound proposed by Satoshi Fujita, and details thereof are described in, for example, “Pharmaceutical Bulletin”, vol.2, 2, pp .163-173 (1954), “Area of Chemistry” vol.11, 10, pp.719-725 (1957), “Fragrance Journal”, vol.50, pp.79-82 (1981), etc. Yes.
  • methane (CH 4 ) is the source of all organic compounds, and all the other compounds are all methane derivatives, with certain numbers set for their carbon number, substituents, transformations, rings, etc. Then, the score is added to obtain an organic value (OV) and an inorganic value (IV), and these values are plotted on a diagram with the organic value on the X axis and the inorganic value on the Y axis. It is going.
  • the IOB in the organic conceptual diagram refers to the ratio of the inorganic value (IV) to the organic value (OV) in the organic conceptual diagram, that is, “inorganic value (IV) / organic value (OV)”.
  • hydrophilicity / hydrophobicity is represented by a “1 / IOB” value obtained by taking the reciprocal of IOB. The smaller the “1 / IOB” value (closer to 0), the more hydrophilic it is.
  • the hydrophilicity is high and the water absorption is high. It is presumed that it contributes to the stabilization and survival of cells in the three-dimensional cell structure (mosaic cell mass) of the invention.
  • the hydrophilicity / hydrophobicity index represented by the Grand average of hydropathicity (GRAVY) value is preferably 0.3 or less, preferably minus 9.0 or more, More preferably, it is 0.0 or less and minus 7.0 or more.
  • Grand average of hydropathicity (GRAVY) values are based on Gasteiger E., Hoogland C., Gattiker A., Duvaud S., Wilkins MR, Appel RD, Bairoch A .; Protein Identification and Analysis Tools on the ExPASy Server; (In) John M. Walker (ed): The Proteomics Protocols Handbook, Humana Press (2005) .pp.
  • the biocompatible polymer used in the present invention may be cross-linked or non-cross-linked, but is preferably cross-linked.
  • Common crosslinking methods include thermal crosslinking, crosslinking with aldehydes (eg, formaldehyde, glutaraldehyde, etc.), crosslinking with condensing agents (carbodiimide, cyanamide, etc.), enzyme crosslinking, photocrosslinking, UV crosslinking, hydrophobic interaction, Although hydrogen bonding, ionic interaction, and the like are known, the present invention uses a crosslinking method that does not use glutaraldehyde. In the present invention, a crosslinking method that does not use aldehydes or condensing agents is preferably used.
  • the crosslinking method used in the present invention is more preferably thermal crosslinking, ultraviolet crosslinking, or enzyme crosslinking, and particularly preferably thermal crosslinking.
  • the enzyme When performing cross-linking with an enzyme, the enzyme is not particularly limited as long as it has a cross-linking action between polymer materials.
  • trans-glutaminase and laccase most preferably trans-glutaminase can be used for cross-linking.
  • a specific example of a protein that is enzymatically cross-linked with transglutaminase is not particularly limited as long as it has a lysine residue and a glutamine residue.
  • the transglutaminase may be derived from a mammal or may be derived from a microorganism. Specifically, transglutaminase derived from a mammal that has been marketed as an Ajinomoto Co., Ltd.
  • Human-derived blood coagulation factors Factor XIIIa, Haematologic Technologies, Inc.
  • Factor XIIIa Haematologic Technologies, Inc.
  • guinea pig liver-derived transglutaminase goat-derived transglutaminase
  • rabbit-derived transglutaminase manufactured by Oriental Yeast Co., Ltd. Etc.
  • the reaction temperature when performing crosslinking without using a crosslinking agent is not particularly limited as long as crosslinking is possible, but is preferably ⁇ 100 ° C. to 500 ° C., more preferably 0 ° C. to 300 ° C. More preferably 50 ° C. to 300 ° C., still more preferably 100 ° C. to 250 ° C., and still more preferably 120 ° C. to 200 ° C.
  • the recombinant gelatin according to the present invention means a polypeptide or protein-like substance having an amino acid sequence similar to gelatin produced by a gene recombination technique.
  • the recombinant gelatin that can be used in the present invention is preferably one having a repeating sequence represented by Gly-XY characteristic of collagen (X and Y each independently represents one of amino acids). Each of Gly-XY may be the same or different. Preferably, two or more sequences of cell adhesion signals are contained in one molecule.
  • a recombinant gelatin having an amino acid sequence derived from a partial amino acid sequence of collagen can be used.
  • recombinant gelatin used in the present invention is the recombinant gelatin of the following embodiment.
  • the recombinant gelatin used in the present invention is excellent in biocompatibility due to the natural performance of natural gelatin, and is not naturally derived. Therefore, there is no concern about bovine spongiform encephalopathy (BSE) and excellent non-infectivity.
  • BSE bovine spongiform encephalopathy
  • the recombinant gelatin used in the present invention is more uniform than natural ones and the sequence is determined, the strength and degradability can be precisely designed with less blur due to cross-linking described later. is there.
  • the molecular weight of the recombinant gelatin is preferably 2 kDa or more and 100 kDa or less. More preferably, it is 2.5 kDa or more and 95 kDa or less. More preferably, it is 5 kDa or more and 90 kDa or less. Most preferably, it is 10 kDa or more and 90 kDa or less.
  • Recombinant gelatin has a repeating sequence represented by Gly-XY, which is characteristic of collagen.
  • the plurality of Gly-XY may be the same or different.
  • Gly-XY Gly represents glycine
  • X and Y represent any amino acid (preferably any amino acid other than glycine).
  • the GXY sequence characteristic of collagen is a very specific partial structure in the amino acid composition and sequence of gelatin / collagen compared to other proteins. In this part, glycine accounts for about one third of the whole, and in the amino acid sequence, it is one in three repeats.
  • Glycine is the simplest amino acid, has few constraints on the arrangement of molecular chains, and greatly contributes to the regeneration of the helix structure upon gelation.
  • the amino acids represented by X and Y are rich in imino acids (proline, oxyproline), and preferably account for 10% to 45% of the total.
  • 80% or more of the sequence, more preferably 95% or more, and most preferably 99% or more of the amino acids are GXY repeating structures.
  • General gelatin has 1: 1 polar amino acids, both charged and uncharged.
  • the polar amino acid specifically means cysteine, aspartic acid, glutamic acid, histidine, lysine, asparagine, glutamine, serine, threonine, tyrosine, arginine, and among these polar uncharged amino acids are cysteine, asparagine, glutamine, serine. , Threonine, tyrosine.
  • the proportion of polar amino acids is 10 to 40%, preferably 20 to 30%, of all the constituting amino acids.
  • the ratio of the uncharged amino acid in the polar amino acid is 5% or more and less than 20%, preferably less than 10%. Furthermore, it is preferable that any one amino acid among serine, threonine, asparagine, tyrosine and cysteine is not included in the sequence, preferably two or more amino acids.
  • the minimum amino acid sequence that acts as a cell adhesion signal in a polypeptide is known (for example, “Pathophysiology”, Vol. 9, No. 7 (1990), page 527, published by Nagai Publishing Co., Ltd.).
  • the recombinant gelatin used in the present invention preferably has two or more of these cell adhesion signals in one molecule.
  • Specific sequences include RGD sequences, LDV sequences, REDV sequences, YIGSR sequences, PDSGR sequences, RYVVLPR sequences, LGITIPG sequences, RNIAEIIKDI sequences, which are expressed in one-letter amino acid notation in that many types of cells adhere.
  • IKVAV sequence, LRE sequence, DGEA sequence, and HAV sequence are preferable, RGD sequence, YIGSR sequence, PDSGR sequence, LGTIPG sequence, IKVAV sequence, and HAV sequence, and particularly preferably RGD sequence.
  • RGD sequences an ERGD sequence is preferred.
  • the number of amino acids between RGDs is not uniform between 0 and 100, preferably between 25 and 60.
  • the content of the minimum amino acid sequence is preferably 3 to 50, more preferably 4 to 30, and particularly preferably 5 to 20 per protein molecule from the viewpoint of cell adhesion and proliferation. Most preferably, it is 12.
  • the ratio of the RGD motif to the total number of amino acids is preferably at least 0.4%.
  • each stretch of 350 amino acids has at least one RGD. It is preferable to include a motif.
  • the ratio of RGD motif to the total number of amino acids is more preferably at least 0.6%, more preferably at least 0.8%, more preferably at least 1.0%, more preferably at least 1.2%. And most preferably at least 1.5%.
  • the number of RGD motifs in the recombinant peptide is preferably at least 4, more preferably 6, more preferably 8, more preferably 12 or more and 16 or less per 250 amino acids.
  • a ratio of 0.4% of the RGD motif corresponds to at least one RGD sequence per 250 amino acids. Since the number of RGD motifs is an integer, a gelatin of 251 amino acids must contain at least two RGD sequences to meet the 0.4% feature.
  • the recombinant gelatin of the present invention comprises at least 2 RGD sequences per 250 amino acids, more preferably comprises at least 3 RGD sequences per 250 amino acids, more preferably at least 4 per 250 amino acids. Contains the RGD sequence. As a further aspect of the recombinant gelatin of the present invention, it contains at least 4 RGD motifs, preferably 6, more preferably 8, more preferably 12 or more and 16 or less.
  • the recombinant gelatin may be partially hydrolyzed.
  • the recombinant gelatin used in the present invention is represented by the formula: A-[(Gly-XY) n ] m -B.
  • n Xs independently represents any of amino acids
  • n Ys independently represents any of amino acids.
  • m is preferably 2 to 10, and preferably 3 to 5.
  • n is preferably 3 to 100, more preferably 15 to 70, and most preferably 50 to 65.
  • A represents any amino acid or amino acid sequence
  • B represents any amino acid or amino acid sequence
  • n Xs each independently represent any amino acid
  • n Ys each independently represent any amino acid. Show.
  • the recombinant gelatin used in the present invention has the formula: Gly-Ala-Pro-[(Gly-XY) 63 ] 3 -Gly (wherein 63 X independently represent any of the amino acids). 63 Y's each independently represent any of the amino acids, wherein 63 Gly-XY may be the same or different.
  • the naturally occurring collagen referred to here may be any naturally occurring collagen, but is preferably type I, type II, type III, type IV, and type V. More preferred are type I, type II and type III.
  • the collagen origin is preferably human, cow, pig, mouse, rat. More preferably, it is a human.
  • the isoelectric point of the recombinant gelatin used in the present invention is preferably 5 to 10, more preferably 6 to 10, and further preferably 7 to 9.5.
  • the recombinant gelatin is not deaminated.
  • the recombinant gelatin has no telopeptide.
  • the recombinant gelatin is a substantially pure collagen material prepared with a nucleic acid encoding natural collagen.
  • the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is particularly preferably as the recombinant gelatin used in the present invention, (1) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1; or (2) 80% or more (more preferably 90% or more, most preferably 95% or more) of homology with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, An amino acid sequence having biocompatibility; Recombinant gelatin having
  • the recombinant gelatin used in the present invention can be produced by a gene recombination technique known to those skilled in the art, for example, according to the method described in EP1014176A2, US6992172, WO2004-85473, WO2008 / 103041, and the like. Specifically, a gene encoding the amino acid sequence of a predetermined recombinant gelatin is obtained, and this is incorporated into an expression vector to produce a recombinant expression vector, which is introduced into an appropriate host to produce a transformant. . Recombinant gelatin is produced by culturing the obtained transformant in an appropriate medium. Therefore, the recombinant gelatin used in the present invention can be prepared by recovering the recombinant gelatin produced from the culture. .
  • Biocompatible polymer block In the present invention, the above-described block (lumb) containing the biocompatible polymer is used.
  • the shape of the biocompatible polymer block in the present invention is not particularly limited, but the tap density is 10 mg / cm 3 or more and 500 mg / cm 3 or less, or the two-dimensional cross section of the biocompatible polymer block Any one or more of the conditions that the square root of the cross-sectional area in the image divided by the perimeter is 0.01 or more and 0.13 or less is satisfied.
  • the tap density of the biocompatible polymer block in the present invention is 10 mg / cm 3 or more and 500 mg / cm 3 or less, preferably 20 mg / cm 3 or more and 400 mg / cm 3 or less, more preferably 40 mg / cm 3 or more and 220 mg. / Cm 3 or less, more preferably 50 mg / cm 3 or more and 150 mg / cm 3 or less.
  • the tap density is a value that indicates how many blocks can be densely packed in a certain volume. It can be seen that the smaller the value, the more densely packed, that is, the more complicated the block structure.
  • the tap density of the biocompatible polymer block represents the complexity of the surface structure of the biocompatible polymer block and the amount of voids formed when the biocompatible polymer block is collected as an aggregate. It is conceivable that. The smaller the tap density, the more voids between the polymer blocks and the larger the cell engraftment area.
  • the tap density as used in this specification can be measured as follows.
  • a container hereinafter referred to as a cap
  • a funnel is attached to the cap and the block is poured from the funnel so that the block accumulates in the cap.
  • tap the cap part 200 times on a hard place such as a desk, remove the funnel and clean with a spatula.
  • the mass is measured with the cap fully filled.
  • the size of one biocompatible polymer block in the present invention is preferably 20 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less. More preferably, they are 20 micrometers or more and 120 micrometers or less, More preferably, they are 50 micrometers or more and 120 micrometers or less.
  • the tap density of the biocompatible polymer block is 10 mg / cm 3 or more and 400 mg / cm 3 or less, and the size of one polymer block is 20 ⁇ m or more and 120 ⁇ m or less.
  • “Square root of cross-sectional area ⁇ perimeter” of the biocompatible polymer block in the present invention is 0.01 or more and 0.13 or less, preferably 0.02 or more and 0.12 or less, more preferably 0.03. It is not less than 0.115, more preferably not less than 0.05 and not more than 0.09.
  • the “square root of cross-sectional area ⁇ perimeter” of the biocompatible polymer block means the complexity of the surface structure of the biocompatible polymer block as well as the tap density, and when the polymer blocks are collected as an aggregate. It is thought that it represents the amount of voids formed.
  • there can be a moderately biocompatible polymer block between cells and in the case of a cell structure for cell transplantation, nutrients can be delivered to the inside of the structure, It is considered that it is preferable to be within the above range.
  • the “square root of the area ⁇ perimeter” in the two-dimensional cross-sectional image of the biocompatible polymer block can be obtained by preparing a cross-sectional specimen of the biocompatible polymer block and confirming the cross-sectional structure.
  • the cross-sectional structure of the biocompatible polymer block is prepared as a sliced specimen (for example, a HE-stained specimen).
  • the biocompatible polymer block may be used, or the cross-sectional structure may be observed as a cell structure including the biocompatible polymer block and cells.
  • its cross-sectional area and perimeter are obtained, and then “square root of cross-sectional area ⁇ perimeter” is calculated. It can be measured over a plurality of 10 or more locations, and the average value of them can be obtained as “square root of sectional area ⁇ perimeter”.
  • the size of one biocompatible polymer block in the present invention is not particularly limited, but is preferably 20 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less, more preferably 50 ⁇ m or more and 120 ⁇ m or less. By setting the size of one biocompatible polymer block within the above range, a better cell viability can be achieved.
  • the size of one biocompatible polymer block does not mean that the average value of the sizes of a plurality of biocompatible polymer blocks is in the above range. It means the size of each biocompatible polymer block obtained by sieving the block.
  • the degree of cross-linking of the biocompatible polymer block in the present invention is not particularly limited, but is preferably 6 or more, more preferably 6 or more and 30 or less, still more preferably 6 or more and 25 or less, and particularly preferably 8 It is 22 or less.
  • the method for measuring the degree of cross-linking of the polymer block is not particularly limited. For example, it should be measured by the TNBS (2,4,6-trinitrobenzene sulfonic acid) method described in the examples below. Can do. More specifically, the reaction immediately after mixing a sample of the reaction was stopped was After reacting for 3 hours at 37 ° C.
  • Forma 1 (As-Ab) / 14600 ⁇ V / w (Formula 1) represents the amount of lysine (molar equivalent) per 1 g of the polymer block. (In the formula, As represents the sample absorbance, Ab represents the blank absorbance, V represents the reaction solution amount (g), and w represents the polymer block mass (mg).)
  • the water absorption rate of the biocompatible polymer block in the present invention is not particularly limited, but is preferably 300% or more, more preferably 400% or more, further preferably 500% or more, particularly preferably 700% or more, and most preferably 800. % Or more.
  • the upper limit of water absorption is not particularly limited, but is generally 4000% or less, or 2000% or less.
  • the method for measuring the water absorption rate of the biocompatible polymer block is not particularly limited, and for example, it can be measured by the method described in Examples below. Specifically, about 15 mg of a biocompatible polymer block is filled in a 3 cm ⁇ 3 cm nylon mesh bag at 25 ° C., swollen in ion exchange water for 2 hours, and then air-dried for 10 minutes. The mass is measured at each stage, and the water absorption rate can be determined according to (Equation 3).
  • the method for producing a biocompatible polymer block is particularly limited as long as a biocompatible polymer block satisfying the conditions described in (1-4) above is obtained.
  • a biocompatible polymer block that satisfies the conditions described in (1-4) above is obtained by pulverizing a porous body of a biocompatible polymer using a pulverizer (such as New Power Mill). Obtainable.
  • the “porous body” in the present invention is preferably a material having a plurality of “pores of 10 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less” inside the main body when prepared as a 1 mm square material, and voids in the main body.
  • a material having an occupied volume of 50% or more can be used.
  • the internal vacancies described above may be in communication with each other, or some or all of the vacancies may be open on the material surface.
  • the temperature at which the liquid temperature is highest in the solution (the internal maximum liquid temperature) is frozen at a temperature below the “solvent melting point ⁇ 3 ° C.” in the unfrozen state.
  • the ice formed will be spherical.
  • the ice is dried to obtain a porous body having spherical isotropic pores (spherical holes). It is formed by freezing without including the freezing step in which the liquid temperature at the highest liquid temperature in the solution (internal maximum liquid temperature) becomes “solvent melting point ⁇ 3 ° C.” or higher in an unfrozen state. Ice becomes pillar / flat.
  • a porous body having columnar or flat pores (columns / plate holes) that are long on one or two axes is obtained.
  • the shape of the pores of the porous body is preferably a spherical hole rather than a column / plate hole, and the proportion of the spherical holes in the pores is 50% or more. More preferably.
  • the biocompatible polymer solution is frozen by a freezing process in which the liquid temperature at the highest liquid temperature in the solution (internal maximum liquid temperature) becomes “solvent melting point ⁇ 3 ° C.” or lower in an unfrozen state.
  • a porous body of a biocompatible polymer can be produced by a method comprising This is because, according to the above process, the ratio of the sphere holes in the holes can be 50% or more.
  • step (a) freezing is performed by a freezing process in which the liquid temperature at the highest liquid temperature in the solution (internal maximum liquid temperature) becomes “solvent melting point ⁇ 7 ° C.” or lower in an unfrozen state. Can do.
  • the proportion of the spherical holes in the holes can be 80% or more.
  • the average pore size of the pores of the porous body can be obtained by observing the cross-sectional structure of the porous body.
  • the cross-sectional structure of the porous body is prepared as a sliced specimen (for example, a HE-stained specimen).
  • the clear protrusions of the walls formed of the polymer are connected to the closest protrusions to clarify the holes.
  • the area of each divided hole thus obtained is measured, and then the circle diameter when the area is converted into a circle is calculated.
  • the obtained circular diameter can be used as the pore size, and an average value of 20 or more can be used as the average pore size.
  • the space occupation ratio of a certain pore size means the ratio of the volume of pores having a certain pore size in the porous body. Specifically, it can be obtained as a ratio by dividing the area occupied by holes of a certain hole size by the total area from the two-dimensional cross-sectional image. Moreover, as a cross-sectional image to be used, a cross-sectional image with an actual size of 1.5 mm can be used.
  • the space occupation ratio occupied by the pore size of 20 ⁇ m to 200 ⁇ m of the porous body is preferably 83% or more and 100% or less, more preferably 85% or more and 100% or less, still more preferably 90% or more and 100% or less, and particularly preferably. Is 95% or more and 100% or less.
  • the space occupation ratio occupied by the pore size of 30 ⁇ m to 150 ⁇ m of the porous body is preferably 60% or more and 100% or less, more preferably 70% or more and 100% or less, still more preferably 80% or more and 100% or less, and particularly preferably Is 90% or more and 100% or less.
  • the space occupancy occupied by the pore size of 20 ⁇ m to 200 ⁇ m of the porous body and the space occupancy occupied by the pore size of 30 ⁇ m to 150 ⁇ m of the porous body are such that the pore size distribution in the porous body falls within a predetermined range.
  • the structure of the polymer block after pulverization becomes complicated, and as a result, the tap density and “square root of the cross-sectional area ⁇ perimeter” are reduced.
  • the major axis and the minor axis are obtained for each hole, and “major axis ⁇ minor axis” is calculated therefrom.
  • the bulk density ( ⁇ ) is calculated from the dry mass and the volume, and the true density ( ⁇ c) can be determined by the Hubbard-type specific gravity bottle method.
  • the porosity of the polymer porous body in the present invention is preferably 81% or more and 99.99% or less, more preferably 95.01% or more and 99.9% or less.
  • bioaffinity polymer block of the present invention and at least one kind of cells are mixed to provide the cell transplantation of the present invention.
  • Cell structures can be produced. That is, the biocompatible polymer block of the present invention is useful as a reagent for producing the cell structure for cell transplantation of the present invention.
  • any cell can be used as long as it can perform cell transplantation, which is the object of the cell structure of the present invention, and the type thereof is not particularly limited. Further, one type of cell may be used, or a plurality of types of cells may be used in combination.
  • the cells to be used are preferably animal cells, more preferably vertebrate cells, and particularly preferably human cells. Vertebrate-derived cells (particularly human-derived cells) may be any of universal cells, somatic stem cells, progenitor cells, or mature cells. For example, ES cells, GS cells, or iPS cells can be used as the universal cells.
  • somatic stem cells for example, mesenchymal stem cells (MSC), hematopoietic stem cells, amniotic cells, umbilical cord blood cells, bone marrow-derived cells, myocardial stem cells, adipose-derived stem cells, or neural stem cells can be used.
  • MSC mesenchymal stem cells
  • progenitor cells and mature cells include skin, dermis, epidermis, muscle, myocardium, nerve, bone, cartilage, endothelium, brain, epithelium, heart, kidney, liver, pancreas, spleen, oral cavity, cornea, bone marrow, umbilical cord Cells derived from blood, amniotic membrane, or hair can be used.
  • human-derived cells examples include ES cells, iPS cells, MSCs, chondrocytes, osteoblasts, osteoprogenitor cells, mesenchymal cells, myoblasts, cardiomyocytes, cardioblasts, neurons, hepatocytes, Beta cells, fibroblasts, corneal endothelial cells, vascular endothelial cells, corneal epithelial cells, amniotic cells, umbilical cord blood cells, bone marrow-derived cells, or hematopoietic stem cells can be used.
  • the origin of the cell may be either an autologous cell or an allogeneic cell.
  • myocardial cells in heart diseases such as severe heart failure and severe myocardial infarction, myocardial cells, smooth muscle cells, fibroblasts, skeletal muscle-derived cells (especially satellite cells), bone marrow cells (especially myocardial cells) can be preferably used.
  • transplanted cells can be appropriately selected in other organs. For example, transplantation of neural progenitor cells or cells that can differentiate into nerve cells to cerebral ischemia / cerebral infarction, vascular endothelial cells or cells that can differentiate into vascular endothelial cells to myocardial infarction / skeletal muscle ischemia Examples include transplantation.
  • cells used for cell transplantation for diabetic organ damage can be mentioned.
  • cells for cell transplantation treatment that have been variously studied for diseases such as kidney, pancreas, peripheral nerves, eyes, and blood circulation disorders of the extremities. That is, attempts have been made to transplant insulin-secreting cells into the pancreas whose insulin secreting ability has been reduced, transplantation of bone marrow-derived cells for limb circulation disorders, and such cells can be used.
  • vascular cells can be used in the present invention.
  • vascular cells refer to cells associated with angiogenesis, and are cells constituting blood vessels and blood, and progenitor cells and somatic stem cells that can differentiate into the cells.
  • vascular cells are not naturally differentiated into cells that constitute blood vessels and blood such as ES cells, GS cells, iPS cells and other universal cells, and mesenchymal stem cells (MSCs). Things are not included.
  • the vascular cells are preferably cells that constitute blood vessels.
  • vertebrate-derived cells particularly human-derived cells
  • examples of the cells constituting blood vessels include vascular endothelial cells and vascular smooth muscle cells.
  • Vascular endothelial cells include both venous and arterial endothelial cells.
  • Vascular endothelial progenitor cells can be used as progenitor cells for vascular endothelial cells.
  • Vascular endothelial cells and vascular endothelial progenitor cells are preferred.
  • As cells constituting blood blood cells can be used, white blood cells such as lymphocytes and neutrophils, monocytes, and hematopoietic stem cells which are stem cells thereof can be used.
  • a non-vascular cell means a cell other than the above-mentioned vascular system.
  • ES cells iPS cells, mesenchymal stem cells (MSC), myocardial stem cells, cardiomyocytes, fibroblasts, myoblasts, chondrocytes, myoblasts, hepatocytes or nerve cells
  • MSC mesenchymal stem cells
  • chondrocytes myoblasts
  • myocardial stem cells cardiomyocytes, hepatocytes or iPS cells
  • they are mesenchymal stem cells (MSC), cardiac stem cells, cardiac muscle cells or myoblasts.
  • a plurality of polymer blocks are arranged in the gaps between the plurality of cells.
  • the “gap between cells” It is not necessary to be a closed space, as long as it is sandwiched between cells. Note that there is no need for a gap between all cells, and there may be a place where the cells are in contact with each other.
  • the gap distance between cells via the polymer block that is, the gap distance when selecting a cell and a cell that is the shortest distance from the cell is not particularly limited, but the size of the polymer block The preferred distance is also within the preferred size range of the polymer block.
  • the polymer block according to the present invention is sandwiched between cells, but there is no need for cells between all the polymer blocks, and there may be locations where the polymer blocks are in contact with each other. .
  • the distance between the polymer blocks through the cells that is, the distance when selecting the polymer block and the polymer block present at the shortest distance from the polymer block is not particularly limited, but the cell used Is preferably the size of a cell mass when 1 to several cells are collected, for example, 10 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less, preferably 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, and more preferably 10 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the expression “is uniformly present” such as “a three-dimensional structure of cells in which cells uniformly exist in the structure” is used, but it does not mean complete uniformity. Rather, it means that the nutrients can be delivered from the outside to the inside of the cell three-dimensional structure, and the necrosis of the transplanted cells is prevented, which is the effect of the present invention.
  • the thickness or diameter of the cell structure for cell transplantation of the present invention can be set to a desired thickness, but the lower limit is preferably 215 ⁇ m or more, more preferably 400 ⁇ m or more, and 730 ⁇ m or more. Most preferred.
  • the upper limit of the thickness or diameter is not particularly limited, but the general range for use is preferably 3 cm or less, more preferably 2 cm or less, and even more preferably 1 cm or less.
  • the range of the thickness or diameter of the cell structure is preferably 400 ⁇ m to 3 cm, more preferably 500 ⁇ m to 2 cm, and still more preferably 720 ⁇ m to 1 cm.
  • a region composed of polymer blocks and a region composed of cells are arranged in a mosaic pattern.
  • the “thickness or diameter of the cell structure” in this specification indicates the following.
  • the length of the line segment that divides the cell structure so that the distance from the outside of the cell structure becomes the shortest in a straight line passing through the point A is shown. Let it be minute A. A point A having the longest line segment A is selected in the cell structure, and the length of the line segment A at that time is defined as the “thickness or diameter of the cell structure”.
  • the range of the thickness or diameter of the cell structure is preferably 10 ⁇ m or more and 1 cm or less, more preferably 10 ⁇ m or more and 2000 ⁇ m or less, further preferably 15 ⁇ m or more and 1500 ⁇ m or less, and most preferably 20 ⁇ m or more and 1300 ⁇ m or less.
  • the ratio of cells to polymer blocks is not particularly limited, but preferably the ratio of polymer blocks per cell is preferably 0.0000001 ⁇ g or more and 1 ⁇ g or less. Preferably it is 0.000001 microgram or more and 0.1 microgram or less, More preferably, it is 0.00001 microgram or more and 0.01 microgram or less, Most preferably, it is 0.00002 microgram or more and 0.006 microgram or less. From this range, the cells can be present more uniformly.
  • the effect of the cells can be exerted when used for the above applications
  • the upper limit to the above range any component in the polymer block that is present arbitrarily can be added to the cells. Can supply.
  • the component in the polymer block is not particularly limited, and examples thereof include components contained in the medium described later.
  • the cell structure for cell transplantation of the present invention may contain an angiogenic factor.
  • the angiogenic factor include basic fibroblast growth factor (bFGF), vascular endothelial growth factor (VEGF), hepatocyte growth factor (HGF) and the like.
  • bFGF basic fibroblast growth factor
  • VEGF vascular endothelial growth factor
  • HGF hepatocyte growth factor
  • the manufacturing method of the cell structure for cell transplantation containing an angiogenic factor is not particularly limited, for example, it can be manufactured by using a polymer block impregnated with an angiogenic factor. From the viewpoint of promoting angiogenesis, the cell structure for cell transplantation of the present invention preferably contains an angiogenic factor.
  • An example of a cell aggregate for cell transplantation of the present invention is a cell aggregate for cell transplantation composed of non-vascular cells and vascular cells, (A) the area of the cells of the vascular system in the center of the cell assembly has a region larger than the area of the cells of the vascular system in the peripheral part; and (b) the cell density of the vascular system in the center is 1. Having a region of 0 ⁇ 10 ⁇ 4 cells / ⁇ m 3 or more, Satisfying at least one of the requirements.
  • the cell aggregate for cell transplantation of the present invention preferably satisfies both the requirements (a) and (b), and the ratio of the cells in the central vascular system is based on the total area of the cells in the vascular system. It is also preferable to have a region that is 60% to 100%.
  • the cell structure for cell transplantation of the present invention those containing non-vascular cells can also be used preferably.
  • those in which the cells constituting the cell structure for cell transplantation of the present invention are only non-vascular cells can be suitably used.
  • the cell structure for cell transplantation of the present invention containing only non-vascular cells as cells blood vessels can be formed at the site of transplantation after transplantation.
  • the cell structure for cell transplantation of the present invention comprises two or more types of cells and includes both non-vascular cells and vascular cells, the cell structure is composed of only non-vascular cells. Compared to the case, it is possible to form blood vessels more, which is preferable.
  • the area of the vascular cells in the central part of the cell structure is larger than the area of the peripheral vascular cells. It is further preferable that blood vessels can be formed.
  • the central part of the cell structure refers to an area having a distance of 80% from the center of the distance from the center to the surface of the cell structure, and the peripheral part of the cell structure is 80% from the center. % Area to the surface of the structure.
  • the central part of the cell structure is determined as follows.
  • the center of the circle with the radius X is moved along the extension of the cross-section, and the area of the portion excluding the overlapped portion of the moved circle and the cross-section is The radius X is calculated so that it is 64% of the area.
  • the center of the circle with the radius X is moved once, and the portion excluding the overlapped portion of the moved circle and the cross section is taken as the center of the cell structure. At this time, the cross section having the largest cross-sectional area is most preferable.
  • the center of the cell structure is a portion of the cross section having the maximum cross-sectional area, in which the center of the circle with the radius Y is moved along the extension of the cross section, and the portion excluding the overlapped portion of the moved circle and the cross section.
  • the radius Y determined to be a single point is obtained.
  • the center of the circle with the radius Y is moved once, and one point excluding the overlapped portion between the moved circle and the cross section is defined as the center of the cell structure.
  • the ratio of the vascular cells in the central part is 60% to 100%, more preferably 65% to 100%, more preferably 80% of the total area of the vascular cells. % To 100% is more preferable, and 90% to 100% is more preferable.
  • the fact that the ratio of the vascular cells in the central part is 60% to 100% with respect to the total area of the vascular cells specifically means that an arbitrary 2 ⁇ m slice When a specimen is prepared, it means that there is a specimen having the ratio area. By setting it as the said range, angiogenesis can be promoted more.
  • the ratio of the vascular cells in the central part is determined by, for example, staining the vascular cells to be measured when a sliced sample is prepared and using the image processing software ImageJ, The average value of (intensity) is calculated and the area of the central portion ⁇ intensity is calculated. Further, the average value of the intensity (intensity) of the entire color is calculated, the entire area ⁇ intensity is calculated, and the total area ⁇ intensity is calculated. It can also be calculated by determining the ratio of the area of the central portion ⁇ the intensity.
  • a known staining method can be used as appropriate. For example, when human vascular endothelial progenitor cells (hECFC) are used as cells, a CD31 antibody is used. can do.
  • the cell structure has a region where the cell density of the vascular system in the central part is 1.0 ⁇ 10 ⁇ 4 cells / ⁇ m 3 or more, and the cell density is obtained in the entire central part of the cell structure. It is more preferable.
  • having a region that is 1.0 ⁇ 10 ⁇ 4 cells / ⁇ m 3 or more specifically refers to a sample having a region of the density when an arbitrary 2 ⁇ m sliced sample is prepared. Say that exists.
  • the cell density is more preferably 1.0 ⁇ 10 ⁇ 4 to 1.0 ⁇ 10 ⁇ 3 cells / ⁇ m 3 , further preferably 1.0 ⁇ 10 ⁇ 4 to 2.0 ⁇ 10 ⁇ 4 cells / ⁇ m 3.
  • angiogenesis can be promoted more.
  • the cell density of the central vasculature can be obtained by actually counting the number of cells in the sliced specimen and dividing the number of cells by the volume.
  • the central portion is determined as follows. A portion obtained by cutting out the thickness of the thin sliced sample in a direction perpendicular to the above-described central portion.
  • the cell density can be determined by, for example, superimposing a sliced specimen stained with the above-mentioned vasculature cells and a sliced specimen stained with cell nuclei, and counting the number of overlapping cell nuclei.
  • the number of cells in the vascular system can be calculated, and the volume can be obtained by calculating the area of the center using ImageJ and multiplying the thickness of the sliced specimen.
  • the cell transplant cell structure of the present invention includes two or more types of cells and includes both non-vascular cells and vascular cells. Including those formed.
  • the preferred range of “the cell structure for cell transplantation of the present invention comprising two or more types of cells and containing both non-vascular cells and vascular cells” is the same as described above.
  • Examples of a method for constructing a blood vessel include a method in which a cell sheet in which vascular cells are mixed is attached to a gel material obtained by hollowing out a blood vessel portion in a tunnel shape, and the culture is performed while flowing a culture solution through the tunnel.
  • a blood vessel can also be constructed by sandwiching vascular cells between cell sheets.
  • the cell structure for cell transplantation of the present invention can be produced by mixing the biocompatible polymer block of the present invention and at least one kind of cell. . More specifically, the cell structure of the present invention can be produced by alternately arranging biocompatible polymer blocks (lumps made of biocompatible polymer) and cells. The production method is not particularly limited, but is preferably a method of seeding cells after forming a polymer block. Specifically, the cell structure of the present invention can be produced by incubating a mixture of a biocompatible polymer block and a cell-containing culture solution. For example, cells and a biocompatible polymer block prepared in advance are arranged in a mosaic in a container and in a liquid held in the container. As a means of arrangement, it is preferable to promote and control the formation of a mosaic array composed of cells and a biocompatible substrate by using natural aggregation, natural dropping, centrifugation, and stirring.
  • the container used is preferably a container made of a low-cell adhesive material or a non-cell-adhesive material, more preferably a container made of polystyrene, polypropylene, polyethylene, glass, polycarbonate, or polyethylene terephthalate.
  • the shape of the bottom surface of the container is preferably a flat bottom type, a U shape, or a V shape.
  • the mosaic cell structure obtained by the above method is, for example, (A) fusing separately prepared mosaic cell masses, or (b) increasing the volume under differentiation medium or growth medium, A cell structure of a desired size can be produced by such a method.
  • the fusion method and the volume increase method are not particularly limited.
  • the cell structure in the step of incubating the mixture of the biocompatible polymer block and the cell-containing culture solution, can be increased in volume by exchanging the medium with a differentiation medium or a growth medium.
  • a cell structure having a desired size is obtained by further adding the biocompatible polymer block. A cell structure in which cells are uniformly present in the body can be produced.
  • the method of fusing the separately prepared mosaic cell masses specifically includes a plurality of biocompatible polymer blocks and a plurality of cells, and a plurality of cells formed by the plurality of cells. It is a method for producing a cell structure, comprising a step of fusing a plurality of cell structures in which one or a plurality of the biocompatible polymer blocks are arranged in part or all of the gaps.
  • a suitable range such as “ratio of cells and polymer block” is the same as described above in the present specification.
  • the thickness or diameter of each cell structure before the fusion is 10 ⁇ m or more and 1 cm or less, and the thickness or diameter after the fusion is 400 ⁇ m or more and 3 cm or less.
  • the thickness or diameter of each cell structure before fusion is more preferably 10 ⁇ m or more and 2000 ⁇ m or less, further preferably 15 ⁇ m or more and 1500 ⁇ m or less, and most preferably 20 ⁇ m or more and 1300 ⁇ m or less.
  • the range of the thickness or the diameter is more preferably 500 ⁇ m or more and 2 cm or less, and further preferably 720 ⁇ m or more and 1 cm or less.
  • a method for producing a cell structure having a desired size by further adding the biocompatible polymer block described above specifically includes a plurality of first biocompatible polymer blocks and a plurality of biocompatible polymer blocks.
  • a method for producing a cell structure comprising a step of adding and incubating a second biocompatible polymer block.
  • biocompatible polymer block (type, size, etc.)”, “cell”, “gap between cells”, “obtained cell structure (size, etc.)”, “cell and polymer block A suitable range such as “ratio” is the same as described above in the present specification.
  • the cell structures to be fused are preferably placed at a distance of 0 to 50 ⁇ m, more preferably 0 to 20 ⁇ m, and still more preferably 0 to 5 ⁇ m.
  • the cells or the substrate produced by the cells by the growth and expansion of the cells will act as an adhesive and be joined. Becomes easy.
  • the range of the thickness or diameter of the cell structure obtained by the method for producing a cell structure of the present invention is preferably 400 ⁇ m or more and 3 cm or less, more preferably 500 ⁇ m or more and 2 cm or less, and further preferably 720 ⁇ m or more and 1 cm or less.
  • the pace at which the second biocompatible polymer block is added depends on the growth rate of the cells used. It is preferable to select appropriately. Specifically, if the pace at which the second biocompatible polymer block is added is fast, the cells move to the outside of the cell structure, resulting in poor cell uniformity. Since a portion where the ratio is increased is formed and the uniformity of the cells is lowered, selection is made in consideration of the growth rate of the cells to be used.
  • (A) is a production method comprising a step of adding a vascular cell and a biocompatible polymer block after forming a cell structure by the above-described method using non-vascular cells.
  • the step of adding a vascular cell and a high bioaffinity molecular block means the above-described method of fusing the prepared mosaic cell masses together and the method of increasing the volume under a differentiation medium or a growth medium , Both are included.
  • the area of the non-vascular cell is larger in the central part of the cell structure than the vascular cell, and the peripheral part is compared with the non-vascular cell in the peripheral part.
  • a cell structure for cell transplantation in which the area of the non-vascular cell in the central part is larger than the area of the non-vascular cell in the peripheral part
  • iiii It is possible to produce a cell structure for cell transplantation in which the area of cells in the central vascular system of the cell structure is smaller than the area of cells in the peripheral vascular system.
  • B is a production method comprising a step of adding a non-vascular cell and a biocompatible polymer block after forming a cell structure by the above-described method using vascular cells.
  • the step of adding a non-vascular cell and a biocompatible polymer block refers to the above-described method of fusing the prepared mosaic cell masses together, and increasing the volume under a differentiation medium or a growth medium. Both methods are included. With this method, (i) the area of the vascular system cell is larger in the central part of the cell structure than the non-vascular system cell, and in the peripheral part, the non-vascular system is compared with the vascular system cell.
  • a cell structure having a large cell area (ii) a cell structure for cell transplantation, wherein the cell area of the central vascular system is larger than the area of the peripheral vascular cell, (iii) It is possible to manufacture a cell structure for cell transplantation in which the area of non-vascular cells in the central part of the cell structure is smaller than the area of non-vascular cells in the peripheral part.
  • C is a production method in which a non-vascular cell and a vascular cell are used substantially simultaneously to form a cell structure by the above-described method. In this method, it is possible to produce a cell structure in which any of non-vascular cells and vascular cells are not unevenly distributed at any part of the cell structure.
  • the central part of the cell structure has a larger area of vascular cells than non-vascular cells, and the peripheral part is compared with vascular cells.
  • angiogenesis can be further promoted.
  • the one where there are many cells which exist in center part can promote angiogenesis more.
  • a production method comprising a step of adding a non-vascular cell and a biocompatible polymer block after forming a cell structure with vascular cells is preferable. It is more preferable to increase the number of cells in the vascular system.
  • the cell structure for cell transplantation of the present invention is used for the purpose of cell transplantation to a disease site such as heart disease such as severe heart failure or severe myocardial infarction or cerebral ischemia / cerebral infarction. Can be used. It can also be used for diseases such as diabetic kidney, pancreas, peripheral nerves, eyes, and limb circulation disorders.
  • a disease site such as heart disease such as severe heart failure or severe myocardial infarction or cerebral ischemia / cerebral infarction.
  • an incision, an injection, an endoscope, or the like can be used.
  • the cell structure of the present invention can reduce the size of the structure, and thus enables a minimally invasive transplantation method such as transplantation by injection.
  • a cell transplantation method is provided.
  • the cell transplantation method of the present invention is characterized by using the above-described cell structure for cell transplantation of the present invention.
  • the preferred range of the cell structure for cell transplantation is the same as described above.
  • Amino acid sequence (SEQ ID NO: 1 in the sequence listing) (same as SEQ ID NO: 3 in WO2008 / 103041, except that X at the end is corrected to “P”)
  • GAP GAPGLQGAPGLQGMPGERGAAGLPGPKGERGDAGPKGADGAPGAPGLQGMPGERGAAGLPGPKGERGDAGPKGADGAPGKDGVRGLAGPIGPPGERGAAGLPGPKGERGDAGPKGADGAPGKDGVRGLAGPIGPPGPAGAPGAPGLQGMPGERGAAGLPGAPG
  • Example 2 Production of Recombinant Peptide Porous Body (Polymer Porous Body) An aluminum cylindrical cup-shaped container having a thickness of 1 mm and a diameter of 47 mm was prepared.
  • the cylindrical cup has a curved surface as a side surface, the side surface is closed with 1 mm aluminum, and the bottom surface (flat plate shape) is also closed with 1 mm aluminum.
  • the upper surface has an open shape.
  • Teflon registered trademark
  • the inner diameter of the cylindrical cup is 45 mm.
  • this container is referred to as a cylindrical container.
  • a CBE3 aqueous solution was prepared, and this CBE3 aqueous solution was poured into a cylindrical container.
  • the CBE3 aqueous solution was cooled from the bottom using a cooling shelf in the freezer.
  • the temperature of the cooling shelf, the thickness of the heat insulating plate (glass plate) sandwiched between the shelf and the cylindrical container, the final concentration of the CBE3 aqueous solution to be added, and the amount of the aqueous solution were prepared as described below. “A” Shelf temperature ⁇ 40 ° C., glass plate thickness 2.2 mm, final concentration of CBE3 aqueous solution 12%, amount of aqueous solution 4 mL.
  • the frozen CBE3 block thus obtained was lyophilized to obtain a CBE3 porous body.
  • Comparative Example 1 Production of Recombinant Peptide Simple Freezing Porous Material
  • 2000 mg of CBE3 is dissolved in 18 mL of ultrapure water, and 20 mL of a CBE3 solution having a final concentration of 10% is prepared.
  • the CBE3 solution was thinly stretched to produce a thin plate-like gel having a thickness of about 4 mm.
  • For the container attach a silicon frame (about 5 cm x 10 cm) to a white plate, press the silicon frame firmly so that there is no air gap, and then pour the CBE3 solution (50 ° C) into the frame. It is. After pouring the solution, the solution was moved to 4 ° C. and gelled for about 1 hour.
  • the solution was moved to ⁇ 80 ° C. and the gel was frozen for 3 hours. After freezing, it was freeze-dried with a freeze dryer (EYELA, FDU-1000).
  • the freeze-dried material obtained at this time was a porous material, and the average pore size was 57.35 ⁇ m. Hereinafter, this is referred to as a simple frozen porous body.
  • Example 3 Evaluation of pore size and space occupancy rate of recombinant peptide porous body
  • the pore size and space occupancy were evaluated.
  • the obtained porous body was thermally cross-linked at 160 ° C. for 20 hours, insolubilized, and then swollen with physiological saline for a sufficient time. Thereafter, frozen tissue sections were prepared with a microtome, and HE (hematoxylin and eosin) -stained specimens were prepared. A cross-sectional image with a real scale size of 1.5 mm was prepared from the sample, and the area of each hole was measured.
  • the area occupied by pores of a certain pore size was divided by the total area from the two-dimensional cross-sectional image used above, and the percentage was obtained.
  • the space occupancy ratio of the pores of 20 ⁇ m to 200 ⁇ m was 100% for “A”, 99.9% for “I”, and 99.9 for “U”.
  • %Met The space occupancy ratio of the pores of 30 ⁇ m to 150 ⁇ m was 94.2% for “A”, 97.9% for “I”, and 99.3% for “U”.
  • the porous body of “U” has a bulk density of 0.05 g / cm 3 , a true density of 1.23 g / cm 3 , and a porosity of 96% (CV value is 8%) ) Became clear. Further, it was found that the porosity of “A” and “I” was 87% (CV value was 10%) and 92% (CV value was 7%), respectively.
  • Example 5 Preparation of recombinant peptide block (pulverization and cross-linking of porous material)
  • the CBE3 porous bodies of “A”, “I”, and “U” obtained in Example 2 were pulverized by New Power Mill (Osaka Chemical, New Power Mill PM-2005).
  • the pulverization was performed by pulverization for 5 minutes in total for 1 minute ⁇ 5 times at the maximum rotation speed.
  • the obtained pulverized product was sized with a stainless steel sieve to obtain CBE3 blocks of 25 to 53 ⁇ m, 53 to 106 ⁇ m, and 106 ⁇ m to 180 ⁇ m. Thereafter, thermal crosslinking was performed at 160 ° C.
  • crosslinking time was 24 hours, 48 hours, 56 hours, 60 hours, 72 hours, 84 hours, 96 hours, 120 hours, and 288 hours).
  • a sample was obtained.
  • 53 to 106 ⁇ m of “A” is “12% medium”
  • 25 to 53 ⁇ m of “I” is “7.5% small”
  • 53 to 106 ⁇ m of “I” is “7.5% of medium”
  • I 106-180 ⁇ m of “” is called “7.5% larger”
  • 53-106 ⁇ m of “c” is called “4% medium”.
  • the cross-linked gel was washed with shaking in 5 L of ultrapure water for 1 hour, the ultrapure water was replaced with a new one, and again washed for 1 hour.
  • the cross-linked gel after washing was frozen at ⁇ 80 ° C. for 5 hours, and then freeze-dried with a freeze dryer (EYELA, FDU-1000).
  • the obtained freeze-dried product was pulverized with a New Power Mill (Osaka Chemical, New Power Mill PM-2005).
  • the pulverization was performed by pulverization for 5 minutes in total for 1 minute ⁇ 5 times at the maximum rotation speed.
  • the obtained pulverized product was sized with a stainless steel sieve to obtain a CBE3 / GA crosslinked ⁇ block of 25 to 53 ⁇ m.
  • Comparative Example 3 Production of Comparative Recombinant Peptide Block
  • a comparative recombinant peptide block that can be produced in a process that does not contain glutaraldehyde estimated from the prior art (Patent Document 5) is described below.
  • Blocks were prepared using recombinant peptide CBE3 as a substrate.
  • the simple frozen porous body obtained in Comparative Example 1 was pulverized with New Power Mill (Osaka Chemical, New Power Mill PM-2005). The pulverization was performed by pulverization for 5 minutes in total for 1 minute ⁇ 5 times at the maximum rotation speed.
  • the obtained pulverized product was sized with a stainless steel sieve to obtain a CBE3 block of 25 to 53 ⁇ m. It was placed in a 160 ° C. oven and thermally crosslinked for 72 hours.
  • Example 6 Measurement of tap density of recombinant peptide block
  • the tap density is a value indicating how many blocks can be densely packed in a certain volume. The smaller the value, the more densely packed, that is, the block structure is complicated. It can be said that.
  • the tap density was measured as follows. First, a funnel with a cap (diameter 6 mm, length 21.8 mm cylindrical: capacity 0.616 cm 3 ) was prepared, and the mass of the cap alone was measured. After that, a cap was attached to the funnel, and the block was poured from the funnel so that the block accumulated in the cap.
  • the cap part was struck 200 times on a hard place such as a desk, the funnel was removed, and it was rubbed with a spatula. The mass was measured with the cap fully filled. The mass of only the block was calculated from the difference from the mass of only the cap, and the tap density was determined by dividing by the volume of the cap.
  • the block of Comparative Example 3 was 524 mg / cm 3 .
  • “medium in 12%” was 372 mg / cm 3
  • “7.5% small” was 213 mg / cm 3
  • “medium in 7.5%” was 189 mg / cm 3
  • Example 7 Calculation of “square root of area ⁇ perimeter” in a two-dimensional cross-sectional image of a recombinant peptide block
  • the relationship between “square root of area” and “perimeter” of a block was determined as an index indicating the complexity of the block. . That is, it can be said that the smaller the value of “square root of area ⁇ perimeter” is, the more complicated the block is. This value was calculated using image analysis software. First, an image that shows the shape of the block was prepared. Specifically, in this example, a block group that had been well swollen with water was made into a frozen section with a microtome, and a sample stained with HE (hematoxylin and eosin)) was used.
  • HE hematoxylin and eosin
  • the block of Comparative Example 3 was 0.139.
  • “12% medium” is 0.112
  • “7.5% small” is 0.083
  • “7.5% medium” is 0.082
  • “7.5% large” was 0.061.
  • the value of “square root of area ⁇ perimeter” is smaller than the block of Comparative Example 3 due to the complexity of the structure, and it is also found that there is a correlation with the tap density. It was.
  • Example 8 Measurement of degree of cross-linking of recombinant peptide block The degree of cross-linking of the blocks cross-linked in Example 5 and Comparative Example 3 (number of cross-links per molecule) was calculated. The measurement used the TNBS (2,4,6-trinitrobenzenesulfonic acid) method.
  • TNBS (2,4,6-trinitrobenzenesulfonic acid) method.
  • Sample preparation> About 10 mg of the sample was added to a glass vial in an amount of 1 mL of 4% NaHCO 3 aqueous solution and 2 mL of 1% TNBS aqueous solution, and the mixture was shaken at 37 ° C. for 3 hours. Thereafter, 10 mL of 37% hydrochloric acid and 5 mL of pure water were added, and the mixture was allowed to stand at 37 ° C. for 16 hours or more to prepare a sample.
  • ⁇ Blank adjustment> About 10 mg of a sample was added to a glass vial in an amount of 1 mL of 4% NaHCO 3 aqueous solution and 2 mL of 1% TNBS aqueous solution. Immediately after that, 3 mL of 37% hydrochloric acid was added and shaken at 37 ° C. for 3 hours. Thereafter, 7 mL of 37% hydrochloric acid and 5 mL of pure water were added, and the mixture was allowed to stand at 37 ° C. for 16 hours or more to obtain a blank.
  • the absorbance (345 nm) of the sample diluted 10-fold with pure water and the blank was measured, and the degree of crosslinking (number of crosslinking per molecule) was calculated from the following (formula 1) and (formula 2).
  • Example 9 Measurement of Water Absorption Rate of Recombinant Peptide Block The water absorption rate of the blocks prepared in Example 5 and Comparative Example 3 was calculated. At 25 ° C., a 15 cm ⁇ 3 cm nylon mesh bag was filled with about 15 mg of the block, swollen in ion exchange water for 2 hours, and then air-dried for 10 minutes. The mass was measured at each stage, and the water absorption was determined according to (Equation 3).
  • Example 10 Production of mosaic cell mass using recombinant peptide block (hMSC) Human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (hMSC) were adjusted to 100,000 cells / mL in a growth medium (Takara Bio: MSCGM BulletKit TM ) so that the CBE3 block prepared in Example 5 was 0.1 mg / mL. After addition, 200 ⁇ L is seeded on a Sumilon Celtite X96U plate (Sumitomo Bakelite, bottom is U-shaped), centrifuged with a tabletop centrifuge (600 g, 5 minutes), allowed to stand for 24 hours, and spherical with a diameter of about 1 mm.
  • hMSC Human bone marrow-derived mesenchymal stem cells
  • a mosaic cell mass consisting of CBE3 block and hMSC cells was prepared (0.001 ⁇ g block per cell).
  • the mosaic cell mass was spherical because it was prepared in a U-shaped plate. Also, all of “12% medium”, “7.5% small”, “7.5% medium”, “7.5% large”, and “4% medium” could be prepared in the same manner as described above.
  • Example 11 Production of mosaic cell mass using recombinant peptide block (hMSC + hECFC) Human vascular endothelial progenitor cells (hECFC) were adjusted to 100,000 cells / mL with a growth medium (Lonza: EGM-2 + ECFC serum supplement), and the CBE3 block prepared in Example 5 was added to 0.05 mg / mL. After that, 200 ⁇ L was seeded on a Sumilon Celtite X96U plate, centrifuged (600 g, 5 minutes) with a desktop plate centrifuge, and allowed to stand for 24 hours to produce a flat mosaic cell mass composed of ECFC and CBE3 blocks. .
  • hMSC human bone marrow-derived mesenchymal stem cells
  • a growth medium Tekara Bio: MSCGM BulletKit TM
  • the CBE3 block prepared in Example 5 was treated with 0.
  • 200 ⁇ L containing hECFC mosaic cell mass is seeded on a Sumilon Celtite X96U plate, centrifuged (600 g, 5 minutes) with a desktop plate centrifuge, allowed to stand for 24 hours, and 1 mm in diameter.
  • a spherical mosaic cell mass composed of hMSC, hECFC and CBE3 blocks was prepared. Also, all of “12% medium”, “7.5% small”, “7.5% medium”, “7.5% large”, and “4% medium” could be prepared in the same manner as described above.
  • Example 12 Fusion of Mosaic Cell Mass (hMSC) Using Recombinant Peptide Block Five Mosaic Cell Masses of Day 2 (using CBE3 Block of the Present Invention) Prepared in Example 10 were Sumilon Celtite X96U Plates And cultured for 24 hours. As a result, it was clarified that the mosaic cell mass naturally fuses when the cells arranged on the outer periphery are joined between the mosaic cell masses. Also, all of “12% medium”, “7.5% small”, “7.5% medium”, “7.5% large”, and “4% medium” could be prepared in the same manner as described above.
  • Example 13 Fusion of mosaic cell mass (hMSC + hECFC) using a recombinant peptide block
  • Five mosaic cell masses (using the CBE3 block of the present invention) on the second day prepared in Example 11 were placed in a Sumilon Celtite X96U plate. And cultured for 24 hours. As a result, it was clarified that the mosaic cell mass naturally fuses when the cells arranged on the outer periphery are joined between the mosaic cell masses. Also, all of “12% medium”, “7.5% small”, “7.5% medium”, “7.5% large”, and “4% medium” could be prepared in the same manner as described above.
  • Example 14 In vitro ATP assay The amount of ATP (adenosine triphosphate) produced and retained by cells in each mosaic cell mass was quantified. ATP is known as an energy source for all living organisms. By quantifying the amount of ATP synthesized and retained, the state of metabolic activity and activity of cells can be known. For the measurement, CellTiter-Glo (Promega) was used. The mosaic cell masses produced in Example 10, Comparative Example 4 and Comparative Example 5 were both of Day 7, and the amount of ATP in each mosaic cell mass was quantified using CellTiter-Glo.
  • ATP adenosine triphosphate
  • the mosaic cell mass using the comparative CBE3 block resulted in a smaller amount of ATP.
  • the mosaic cell mass using the CBE3 block of the present invention has a higher ATP amount than the mosaic cell mass using the GA cross-linked ⁇ block. This is the case when the CBE3 block of the present invention is “12% medium”, “7.5% small”, “7.5% medium”, “7.5% large”, or “4% medium”.
  • more ATP was produced than the mosaic cell mass using the GA cross-linked ⁇ block (FIG. 1). That is, it became clear that the mosaic cell mass using the CBE3 block of the present invention having a complicated structure has a better survival state of internal cells.
  • Example 15 Production of Giant Mosaic Cell Mass Using Recombinant Peptide Block Although it is possible to produce a giant mosaic cell mass by fusing 1 mm mosaic cell mass as in Example 12, The operation can be simplified if a huge mosaic cell mass can be produced.
  • 50 mL of a 1.5% agarose (Agarose S) solution was added to a 9 cm Petri dish of Sumilon Celtite that had been processed without cell adhesion in a growth medium (Takara Bio: MSCGM BulletKit TM ).
  • silicon having a 1 cm square shape was fixed so as to be immersed in an agarose solution by about 5 mm, and after the agarose had hardened, the silicon was removed to prepare a container having a 1 cm square recess in the agarose.
  • An appropriate amount of growth medium was added thereto, and the gel was stored so as not to dry.
  • the medium was removed, and a typical “in 7.5%” 16 mg of the block prepared in Example 5 and a suspension of 2.5 million cells of human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (hMSC) were placed in the depressions. Then 25 mL of growth medium was gently added. After culturing for 1 day, a giant mosaic cell mass 1 cm square and 2-3 mm thick could be produced.
  • This method can be any of the GA cross-linked ⁇ block, the comparison block, and the block of the present invention, and does not depend on the type of the block.
  • Example 16 Transplantation of Mosaic Cell Mass Using Recombinant Peptide Block Mice were NOD / SCID (Charles River) males, 4-6 weeks old. After removing the abdominal body hair under anesthesia, making a cut in the upper abdomen subcutaneously, inserting scissors from the cut and peeling the skin from the muscle, Example 12, Example 13, Comparative Example 6, and Comparative Example The mosaic cell mass created in 7 was scooped with tweezers, transplanted subcutaneously about 1.5 cm from the incision toward the lower abdomen, and the incision in the skin was sutured.
  • NOD / SCID Charges River
  • Example 17 Collection of Mosaic Cell Mass Using Recombinant Peptide Block Dissection was performed 1 week and 2 weeks after transplantation. The skin of the abdomen was peeled off, and the skin to which the mosaic cell mass adhered was cut into a square size of about 1 square cm. When the mosaic cell mass was also attached to the abdominal muscle, it was collected together with the muscle.
  • Example 18 Specimen analysis Tissue sections were prepared for a piece of skin to which a mosaic cell mass adhered and a mosaic cell mass before transplantation. The skin was immersed in 4% paraformaldehyde and formalin fixation was performed. Then, it embedded with paraffin and produced the tissue section
  • FIG. 2 shows the HE specimen 2 weeks after transplantation of “7.5%” of Example 12 and Comparative Examples 6 and 7.
  • the survival rate described in FIG. 2 indicates the ratio of the number of living cells in the total number of cells (live cells + dead cells).
  • a in FIG. 2 100 viable cells: survival rate 80%
  • the mosaic cell mass using the block of Comparative Example 6 (B in FIG. 2). : 37 viable cells: survival rate 45%) shows that there are few viable cells.
  • the survival state of the transplanted cell within the block group of this invention is shown in FIG.
  • the survival rate described in FIG. 3 indicates the ratio of the number of living cells in the total number of cells (the number of living cells + the number of dead cells).
  • the survival rate of “7.5% large” of 106-180 ⁇ m size is 57%
  • the survival rate of “7.5% small” is 62%
  • the survival rate of “medium 7.5%” is 84%
  • the survival rate of “out of 4%” was 82%. That is, within the block group of the present invention, “7.5% small”, “7.5% medium”, and “4% medium” are more cells than 106-180 ⁇ m size “7.5% large”. It has been found that the survival of the is improved (FIG. 3).
  • FIG. 4 shows an HE specimen two weeks after transplantation when the mosaic cell mass of Example 12 using the block of the present invention having a size of 53 to 106 ⁇ m was transplanted. Moreover, as a result of measuring the number of blood vessels in FIG. 4, it was 63 / mm 2 . As shown in FIG. 4, it was also found that blood vessels were attracted inside the mosaic cell mass.
  • FIG. 5 shows an HE sample 2 weeks after transplantation when a mosaic cell mass containing vascular cells was transplanted with respect to those using a representative “7.5%” of Example 13. Show. As a result of measuring the number of blood vessels in FIG. 5, it was 180 / mm 2 . Compared with the case where Example 12 is transplanted, as shown in FIG. 5, when the mosaic cell mass containing the vascular cells of Example 13 is transplanted, more blood vessels are formed inside the mosaic cell mass. It became clear.
  • Example 19 Calculation of ratio and concentration of ECFC in hMSC + hECFC mosaic cell mass Among Example 11, a mosaic cell mass using a representative "7.5%" was obtained by using a CD31 antibody for sectioning hECFC staining.
  • EPT Anti CD31 / PECAM-1 was subjected to immunostaining with a kit using DAB color development (Daco LSAB2 kit universal K0673 Daco LSAB2 kit / HRP (DAB) for both rabbit and mouse primary antibodies).
  • DAB color development Daco LSAB2 kit universal K0673 Daco LSAB2 kit / HRP (DAB) for both rabbit and mouse primary antibodies.
  • image processing software ImageJ a staining method with CD31 antibody, the area ratio of hECFC (vessel cells) in the center was determined.
  • the “center” here is as defined above.
  • the ratio of the area of hECFC (vasculature cells) at the center of the representative “7.5%” mosaic cell mass of Example 11 was
  • the above-mentioned CD31 antibody staining and HE staining are superimposed, so that hECFC cells present in the center are overlapped. Density was calculated.
  • the cell density of the central vascular system can be obtained by actually counting the number of cells in a sliced sample and dividing the number of cells by the volume. First, using Photoshop, the above two images were overlaid, and the number of HE-stained cell nuclei superimposed with the CD31 antibody staining was counted to calculate the number of cells.
  • the volume was determined by calculating the area of the center using ImageJ and multiplying the thickness of the sliced specimen by 2 ⁇ m.
  • the number of hECFC (vasculature cells) in the central part of the representative “7.5%” mosaic cell mass of Example 11 was 2.58 ⁇ 10 ⁇ 4 cells / ⁇ m 3 .
  • Example 20 Production of Recombinant Peptide Porous Body (Polymer Porous Body) An aluminum cylindrical cup-shaped container having a thickness of 1 mm and a diameter of 47 mm was prepared.
  • the cylindrical cup has a curved surface as a side surface, the side surface is closed with 1 mm aluminum, and the bottom surface (flat plate shape) is also closed with 1 mm aluminum.
  • the upper surface has an open shape.
  • Teflon registered trademark
  • the inner diameter of the cylindrical cup is 45 mm.
  • this container is referred to as a cylindrical container.
  • Recombinant peptide aqueous solution was prepared with a final concentration of CBE3 of 7.5% by mass, and this recombinant peptide aqueous solution was poured into a cylindrical container.
  • the aqueous recombinant peptide solution was cooled from the bottom using a cooling shelf in the freezer. At this time, the cooling process of the liquid temperature was changed by changing the temperature of the cooling shelf, the thickness of the heat insulating plate (glass plate) sandwiched between the shelf and the cylindrical container, and the amount of the aqueous solution of the recombinant peptide to be inserted.
  • the shelf temperature was ⁇ 40 ° C., ⁇ 60 ° C., and ⁇ 80 ° C.
  • the glass plate was 0.7 mm, 1.1 mm, and 2.2 mm
  • the amount of the recombinant peptide aqueous solution was 4 mL, 12 mL, and 16 mL, and combinations thereof were performed.
  • the temperature of the portion is referred to as the internal maximum liquid temperature.
  • the temperature does not start to rise until the internal maximum liquid temperature reaches ⁇ 9.2 ° C., and the internal maximum liquid temperature is not frozen.
  • the temperature of the solvent is equal to or lower than “solvent melting point ⁇ 3 ° C.” (FIG. 8). After this state, it can be seen that the temperature began to rise at ⁇ 9.2 ° C. and solidification heat was generated (FIG. 8). It was also confirmed that ice formation actually started at that timing. Thereafter, the temperature passes around 0 ° C. for a certain time. Here, a mixture of water and ice was present.
  • the temperature starts to decrease again from 0 ° C., but at this time, the liquid portion disappears and becomes ice (FIG. 8).
  • the temperature being measured is the solid temperature inside the ice. In other words, it is not liquid temperature.
  • A, B, D, E, F, and H are production methods by a freezing process in which the internal maximum liquid temperature is not higher than “solvent melting point ⁇ 3 ° C.” or lower in an unfrozen state.
  • Frozen recombinant peptide block with internal maximum liquid temperature ⁇ “solvent melting point –3 ° C” Further, this is a production method by a freezing process in which C, G, I are in an unfrozen state and the internal maximum liquid temperature does not take a liquid temperature of “solvent melting point ⁇ 3 ° C.” or lower.
  • the thus obtained frozen recombinant peptide block was lyophilized to obtain a CBE3 porous material.
  • Example 21 The CBE3 porous body obtained in Example 20 was evaluated for the porous pore size and pore shape.
  • the obtained porous body was subjected to thermal crosslinking at 160 ° C. for 20 hours, insolubilized, and then swelled with physiological saline for a sufficient time. Thereafter, frozen tissue sections were prepared with a microtome, and HE (hematoxylin and eosin)) stained specimens were prepared. Images of the central part of the obtained specimen are shown in FIG. 7 (internal maximum liquid temperature> “solvent melting point ⁇ 3 ° C.” and internal maximum liquid temperature ⁇ “solvent melting point ⁇ 3 ° C.”).
  • the internal maximum liquid temperature is not more than “solvent melting point ⁇ 3 ° C.” in an unfrozen state, and further “solvent melting point ⁇ 7 ° C.” It was found that by making the following, almost all the shapes of the holes can be made into spherical holes.
  • a to I The pore shapes and average pore sizes for A to I are as follows.
  • H Ball hole 80%, 76.58 ⁇ m
  • Example 22 Production of recombinant peptide block (pulverization and crosslinking of porous material)
  • the CBE3 porous material obtained in Example 21 was pulverized by New Power Mill (Osaka Chemical, New Power Mill PM-2005).
  • the pulverization was performed by pulverization for 5 minutes in total for 1 minute ⁇ 5 times at the maximum rotation speed.
  • the obtained pulverized product was sized with a stainless steel sieve to obtain recombinant peptide blocks of 25 to 53 ⁇ m and 53 to 106 ⁇ m. Thereafter, thermal crosslinking was performed at 160 ° C. under reduced pressure for 72 hours to obtain a sample.

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Abstract

 本発明の課題は、グルタルアルデヒドのような細胞毒性を有する物質を含まずに、構造体中での移植した細胞の壊死が抑制される(即ち、細胞生存率に優れる)細胞移植用細胞構造体を提供することである。本発明によれば、グルタルアルデヒドを含まない生体親和性高分子ブロックと、少なくとも一種類の細胞とを含み、複数個の細胞間の隙間に複数個の生体親和性高分子ブロックが配置されている、細胞移植用細胞構造体であって、前記生体親和性高分子ブロックのタップ密度が10mg/cm3以上500mg/cm3以下であるか、又は前記高分子ブロックの二次元断面像における断面積の平方根÷周囲長の値が0.01以上0.13以下である、細胞移植用細胞構造体が提供される。

Description

細胞移植用細胞構造体、生体親和性高分子ブロック及びそれらの製造方法
 本発明は、細胞移植用細胞構造体、生体親和性高分子ブロック、並びにそれらの製造方法に関する。詳しくは、本発明は、移植後に細胞の壊死が抑制された細胞移植用細胞構造体、その製造に用いる生体親和性高分子ブロック、並びにそれらの製造方法に関する。
 現在、機能障害や機能不全に陥った生体組織・臓器の再生を図る再生医療の実用化が進められている。再生医療は、生体が持っている自然治癒能力だけでは回復できなくなった生体組織を、細胞、足場及び成長因子の三因子を使って元の組織と同じような形態や機能を再び作り出す新たな医療技術である。近年では、細胞を使った治療が徐々に実現されつつある。例えば、自家細胞を用いた培養表皮、自家軟骨細胞を用いた軟骨治療、間葉系幹細胞を用いた骨再生治療、筋芽細胞を用いた心筋細胞シート治療、角膜上皮シートによる角膜再生治療、及び神経再生治療などが挙げられる。これら新たな治療は、従来の人工物による代替医療(例えば、人工骨補填剤やヒアルロン酸注射など)とは異なり、生体組織の修復・再生を図るものであり、高い治療効果を得られる。実際、自家細胞を用いた培養表皮や培養軟骨などの製品が市販されてきた。
 例えば、細胞シートを用いた心筋の再生においては、厚みのある組織を再生するには、細胞シートの多層構造体が必要であると考えられる。近年、岡野らは温度応答性培養皿を用いた細胞シートを開発した。細胞シートはトリプシンのような酵素処理が必要でないため、細胞と細胞との結合および接着蛋白が保持される。(非特許文献1から6)。このような細胞シート製造技術は、心筋組織の再生に有用であると期待される(非特許文献7)。また岡野らは、細胞シートに血管網を形成すべく、血管内皮細胞を一緒に導入した細胞シートの開発を行っている(非特許文献8)。
 さらに、特許文献1には、生体親和性を有する高分子ブロックと細胞とをモザイク状に3次元配置することによって製造される細胞3次元構造体が記載されている。この細胞3次元構造体においては、外部から細胞3次元構造体の内部への栄養送達が可能であり、十分な厚みを有するとともに、構造体中で細胞が均一に存在している。また、特許文献1の実施例においては、リコンビナントゼラチンや天然ゼラチン素材からなる高分子ブロックを用いて高い細胞生存活性が実証されている。
国際公開WO2011/108517号公報
Shimizu, T. et al., Circ. Res. 90, e40-48 (2002) Kushida, A. et al., J. Biomed. Mater. Res. 51, 216-223 (2000) Kushida, A. et al., J. Biomed. Mater. Res. 45, 355-362 (1999) Shimizu, T., Yamato, M., Kikuchi, A. & Okano, T., Tissue Eng.7, 141-151 (2001) Shimizu, T et al., J. Biomed. Mater. Res. 60,110-117(2002) Harimoto, M. et al., J. Biomed. Mater. Res. 62, 464-470 (2002) Shimizu, T., Yamato, M., Kikuchi, A. & Okano, T., Biomaterials 24, 2309-2316 (2003) Inflammation and Regeneration vol.25 No.3 2005, p158-159. 第26回 日本炎症・再生医学会 ―炎症学と再生医学の融合を目指して― 岡野光夫
 特許文献1の実施例に記載されている細胞構造体の高分子ブロックにおいては、高分子の架橋のために人体に対する毒性が強いグルタルアルデヒドが使用されている。このようなグルタルアルデヒドを用いて製造した細胞構造体は、人体に対する毒性が懸念されるために細胞移植治療のためには使用することができない。そこで、グルタルアルデヒドのような人体毒性を有する物質を含まず、かつ移植した細胞の壊死を抑制することができる細胞構造体は未だ提供されておらず、これらの条件を満たす、細胞移植治療用途に適した細胞構造体が望まれていた。
 本発明は、グルタルアルデヒドのような細胞毒性を有する物質を含まずに、構造体中での移植した細胞の壊死が抑制される(即ち、細胞生存率に優れる)細胞移植用細胞構造体を提供することを課題とした。更に本発明は、上記した細胞移植用細胞構造体を製造するのに適した生体親和性高分子ブロックを提供することを課題とした。更に本発明は、上記細胞移植用細胞構造体の製造方法、並びに上記生体親和性高分子ブロックの製造方法を提供することを解決すべき課題とした。
 本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、グルタルアルデヒドを含まない生体親和性高分子ブロックと、少なくとも一種類の細胞とを使用して、複数個の細胞間の隙間に複数個の生体親和性高分子ブロックを配置することによって細胞移植用細胞構造体を製造する際に、タップ密度が10mg/cm3以上500mg/cm3以下であるか、又は二次元断面像における断面積の平方根÷周囲長の値が0.01以上0.13以下である生体親和性高分子ブロックを使用することによって、上記課題を解決した細胞移植用細胞構造体を提供できることを見出し、本発明を完成するに至った。
 即ち、本発明によれば、グルタルアルデヒドを含まない生体親和性高分子ブロックと、少なくとも一種類の細胞とを含み、複数個の細胞間の隙間に複数個の生体親和性高分子ブロックが配置されている、細胞移植用細胞構造体であって、前記生体親和性高分子ブロックのタップ密度が10mg/cm3以上500mg/cm3以下であるか、又は前記高分子ブロックの二次元断面像における断面積の平方根÷周囲長の値が0.01以上0.13以下である、細胞移植用細胞構造体が提供される。
 さらに本発明によれば、グルタルアルデヒドを含まない生体親和性高分子ブロックであって、タップ密度が10mg/cm3以上500mg/cm3以下であるか、又は二次元断面像における断面積の平方根÷周囲長の値が0.01以上0.13以下である、生体親和性高分子ブロックが提供される。
 好ましくは、生体親和性高分子ブロック一つの大きさが20μm以上200μm以下である。
 好ましくは、生体親和性高分子ブロック一つの大きさが50μm以上120μm以下である。
 好ましくは、生体親和性高分子が熱、紫外線又は酵素により架橋されている。
 好ましくは、生体親和性高分子ブロックの架橋度が6以上であり、かつ前記生体親和性高分子ブロックの吸水率が300%以上である。
 好ましくは、生体親和性高分子ブロックが、生体親和性高分子の多孔質体を粉砕することにより得られる生体親和性高分子ブロックである。
 好ましくは、生体親和性高分子の多孔質体が、
(a)生体親和性高分子の溶液を、溶液内で最も液温の高い部分の液温(内部最高液温)が未凍結状態で「溶媒融点-3℃」以下となる凍結処理により凍結する工程;及び
(b)前記工程(a)で得られた凍結した生体親和性高分子を凍結乾燥する工程:
を含む方法により製造されたものである。
 好ましくは、工程(a)において、溶液内で最も液温の高い部分の液温(内部最高液温)が未凍結状態で「溶媒融点-7℃」以下となる凍結処理により凍結する。
 好ましくは、生体親和性高分子の多孔質体が以下の(a)及び(b)に記載の特性を有する。
(a)81%以上99.99%以下の空孔率を有する。
(b)サイズが20~200μmである空孔が占める空間占有率が85%以上である。
 好ましくは、細胞移植用細胞構造体は、厚さ又は直径が400μm以上3cm以下である。
 好ましくは、細胞移植用細胞構造体は、細胞1個当り0.0000001μg以上1μg以下の生体親和性高分子ブロックを含む。
 好ましくは、生体親和性高分子が、ゼラチン、コラーゲン、エラスチン、フィブロネクチン、プロネクチン、ラミニン、テネイシン、フィブリン、フィブロイン、エンタクチン、トロンボスポンジン、レトロネクチン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、乳酸・グリコール酸コポリマー、ヒアルロン酸、グリコサミノグリカン、プロテオグリカン、コンドロイチン、セルロース、アガロース、カルボキシメチルセルロース、キチン、又はキトサンである。
 好ましくは、生体親和性高分子が、リコンビナントゼラチンである。
 好ましくは、リコンビナントゼラチンが、
式:A-[(Gly-X-Y)n]m-B
(式中、Aは任意のアミノ酸又はアミノ酸配列を示し、Bは任意のアミノ酸又はアミノ酸配列を示し、n個のXはそれぞれ独立にアミノ酸の何れかを示し、n個のYはそれぞれ独立にアミノ酸の何れかを示し、nは3~100の整数を示し、mは2~10の整数を示す。なお、n個のGly-X-Yはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。)で示される。
 好ましくは、リコンビナントゼラチンが、(1)配列番号1に記載のアミノ酸配列、又は(2)配列番号1に記載のアミノ酸配列と80%以上の相同性を有し、生体親和性を有するアミノ酸配列を有する。
 好ましくは、細胞移植用細胞構造体は、血管新生因子を含む。
 好ましくは、細胞は、万能細胞、体性幹細胞、前駆細胞および成熟細胞からなる群から選択される細胞である。
 好ましくは、細胞は、非血管系の細胞のみである。
 好ましくは、細胞は、非血管系の細胞および血管系の細胞の両方を含む。
 好ましくは、細胞移植用細胞構造体は、細胞構造体において、中心部の血管系の細胞の面積が、周辺部の血管系の細胞の面積より多い領域を有する。
 好ましくは、細胞移植用細胞構造体は、中心部の血管系の細胞の割合が、血管系の細胞の全面積に対し、60%~100%である領域を有する。
 好ましくは、細胞移植用細胞構造体は、細胞構造体の、中心部の血管系の細胞密度が、1.0×10-4cells/μm3以上である領域を有する。
 好ましくは、細胞移植用細胞構造体の内部において血管形成されている。
 本発明の生体親和性高分子ブロックは、好ましくは、本発明の細胞移植用細胞構造体を製造するために使用する。
 本発明によればさらに、本発明の生体親和性高分子ブロックを含む、本発明の細胞移植用細胞構造体を製造するための試薬が提供される。
 本発明によればさらに、本発明の生体親和性高分子ブロックと、少なくとも一種類の細胞とを混合することを含む、本発明の細胞移植用細胞構造体を製造する方法が提供される。
 本発明によればさらに、
(a)生体親和性高分子の溶液を、溶液内で最も液温の高い部分の液温(内部最高液温)が未凍結状態で「溶媒融点-3℃」以下となる凍結処理により凍結する工程;及び
(b)前記工程(a)で得られた凍結した生体親和性高分子を凍結乾燥する工程:
を含む、生体親和性高分子の多孔質体を製造する方法が提供される。
 好ましくは、工程(a)において、溶液内で最も液温の高い部分の液温(内部最高液温)が未凍結状態で「溶媒融点-7℃」以下となる凍結処理により凍結する。
 本発明の細胞移植用細胞構造体は、グルタルアルデヒドのような細胞毒性を有する物質を含まないことにより細胞移植治療のために使用できるとともに、構造体中での移植した細胞の壊死が抑制され、細胞生存率に優れている。
図1は、in vitro ATPアッセイにおけるブロックによる違いを示す。 図2は、本発明のブロック又は比較用ブロックを用いたhMSCモザイク細胞塊中での細胞の生存状態の違い(2週間後)を示す。 図3は、本発明のブロック群内間での移植細胞の生存状態を示す。hMSCモザイク細胞塊中の生存とブロックサイズによる差を示す。 図4は、移植2週間後のhMSCモザイク細胞塊における血管形成を示す。 図5は、移植2週間後のhMSC+hECFCモザイク細胞塊における血管形成を示す。 図6は、多孔質体における各空孔サイズの空間占有率を示す。 図7は、CBE3多孔質体のHE断面画像及びポア形状と内部最高液温を示す。 図8は、棚板温度-40℃(硝子板2.2mm)での内部最高液温の時間変化を示す。
 以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
 本発明の細胞移植用細胞構造体は、グルタルアルデヒドを含まない生体親和性高分子ブロックと、少なくとも一種類の細胞とを含み、複数個の細胞間の隙間に複数個の生体親和性高分子ブロックが配置されている、細胞移植用細胞構造体であって、前記生体親和性高分子ブロックのタップ密度が10mg/cm3以上500mg/cm3以下であるか、又は前記高分子ブロックの二次元断面像における断面積の平方根÷周囲長の値が0.01以上0.13以下である、細胞移植用細胞構造体である。
(1)生体親和性高分子ブロック
(1-1)生体性親和性高分子
 本発明で用いる生体親和性高分子は、生体に親和性を有するものであれば、生体内で分解されるか否かは特に限定されないが、生分解性材料で構成されることが好ましい。非生分解性材料として具体的には、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリエステル、塩化ビニル、ポリカーボネート、アクリル、ステンレス、チタン、シリコーン、および、MPC(2-メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン)の群から選択される少なくとも1つの材料である。生分解性材料としては、具体的にはポリペプチド(例えば、以下に説明するゼラチン等)、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、乳酸・グリコール酸コポリマー(PLGA)、ヒアルロン酸、グリコサミノグリカン、プロテオグリカン、コンドロイチン、セルロース、アガロース、カルボキシメチルセルロース、キチン、および、キトサンの群から選択される少なくとも1つの材料である。上記の中でも、ポリペプチドが特に好ましい。尚、これら高分子材料には細胞接着性を高める工夫がなされていてもよく、具体的な方法としては1.「基材表面に対する細胞接着基質(フィブロネクチン、ビトロネクチン、ラミニン)や細胞接着配列(アミノ酸一文字表記で現わされる、RGD配列、LDV配列、REDV配列、YIGSR配列、PDSGR配列、RYVVLPR配列、LGTIPG配列、RNIAEIIKDI配列、IKVAV配列、LRE配列、DGEA配列、及びHAV配列)ペプチドによるコーティング」、2.「基材表面のアミノ化、カチオン化」、3.「基材表面のプラズマ処理、コロナ放電による親水性処理」といった方法が利用され得る。
 ポリペプチドの種類は生体親和性を有するものであれば特に限定されないが、例えば、ゼラチン、コラーゲン、エラスチン、フィブロネクチン、プロネクチン、ラミニン、テネイシン、フィブリン、フィブロイン、エンタクチン、トロンボスポンジン、レトロネクチンが好ましく、最も好ましくはゼラチン、コラーゲン、アテロコラーゲンである。本発明で用いるためのゼラチンとしては、天然ゼラチン、又はリコンビナントゼラチンが好ましい。さらに好ましくは、リコンビナントゼラチンである。ここでいう天然ゼラチンとは天然由来のコラーゲンより作られたゼラチンを意味する。リコンビナントゼラチンについては、本明細書中後記する。
 本発明で用いる生体親和性高分子の親水性値「1/IOB」値は、0から1.0が好ましい。より好ましくは、0から0.6であり、さらに好ましくは0から0.4である。IOBとは、藤田穆により提案された有機化合物の極性/非極性を表す有機概念図に基く、親疎水性の指標であり、その詳細は、例えば、"Pharmaceutical Bulletin", vol.2, 2, pp.163-173(1954)、「化学の領域」vol.11, 10, pp.719-725(1957)、「フレグランスジャーナル」, vol.50, pp.79-82(1981)等で説明されている。簡潔に言えば、全ての有機化合物の根源をメタン(CH4)とし、他の化合物はすべてメタンの誘導体とみなして、その炭素数、置換基、変態部、環等にそれぞれ一定の数値を設定し、そのスコアを加算して有機性値(OV)、無機性値(IV)を求め、この値を、有機性値をX軸、無機性値をY軸にとった図上にプロットしていくものである。有機概念図におけるIOBとは、有機概念図における有機性値(OV)に対する無機性値(IV)の比、すなわち「無機性値(IV)/有機性値(OV)」をいう。有機概念図の詳細については、「新版有機概念図-基礎と応用-」(甲田善生等著、三共出版、2008)を参照されたい。本明細書中では、IOBの逆数をとった「1/IOB」値で親疎水性を表している。「1/IOB」値が小さい(0に近づく)程、親水性であることを表す表記である。
 本発明で用いる高分子の「1/IOB」値を上記範囲とすることにより、親水性が高く、かつ、吸水性が高くなることから、栄養成分の保持に有効に作用し、結果として、本発明の細胞3次元構造体(モザイク細胞塊)における細胞の安定化・生存しやすさに寄与するものと推定される。
 本発明で用いる生体親和性高分子がポリペプチドである場合は、Grand average of hydropathicity(GRAVY)値で表される親疎水性指標において、0.3以下、マイナス9.0以上であることが好ましく、0.0以下、マイナス7.0以上であることがさらに好ましい。Grand average of hydropathicity(GRAVY)値は、『Gasteiger E., Hoogland C., Gattiker A., Duvaud S., Wilkins M.R., Appel R.D., Bairoch A.;Protein Identification and Analysis Tools on the ExPASy Server;(In) John M. Walker (ed): The Proteomics Protocols Handbook, Humana Press (2005). pp. 571-607』及び『Gasteiger E., Gattiker A., Hoogland C., Ivanyi I., Appel R.D., Bairoch A.; ExPASy: the proteomics server for in-depth protein knowledge and analysis.; Nucleic Acids Res. 31:3784-3788(2003).』の方法により得ることができる。
 本発明で用いる高分子のGRAVY値を上記範囲とすることにより、親水性が高く、かつ、吸水性が高くなることから、栄養成分の保持に有効に作用し、結果として、本発明の細胞3次元構造体(モザイク細胞塊;モザイク状になっている細胞塊)における細胞の安定化・生存しやすさに寄与するものと推定される。
(1-2)架橋
 本発明で用いる生体親和性高分子は、架橋されているものでもよいし、架橋されていないものでもよいが、架橋されているものが好ましい。一般的な架橋方法としては、熱架橋、アルデヒド類(例えば、ホルムアルデヒド、グルタルアルデヒドなど)による架橋、縮合剤(カルボジイミド、シアナミドなど)による架橋、酵素架橋、光架橋、紫外線架橋、疎水性相互作用、水素結合、イオン性相互作用などが知られているが、本発明ではグルタルアルデヒドを使用しない架橋方法を使用する。本発明では好ましくは、アルデヒド類又は縮合剤を使用しない架橋方法を使用する。本発明で使用する架橋方法としては、さらに好ましくは熱架橋、紫外線架橋、又は酵素架橋であり、特に好ましくは熱架橋である。
 酵素による架橋を行う場合、酵素としては、高分子材料間の架橋作用を有するものであれば特に限定されないが、好ましくはトランスグルタミナーゼおよびラッカーゼ、最も好ましくはトランスグルタミナーゼを用いて架橋を行うことができる。トランスグルタミナーゼで酵素架橋するタンパク質の具体例としては、リジン残基およびグルタミン残基を有するタンパク質であれば特に制限されない。トランスグルタミナーゼは、哺乳類由来のものであっても、微生物由来のものであってもよく、具体的には、味の素(株)製アクティバシリーズ、試薬として発売されている哺乳類由来のトランスグルタミナーゼ、例えば、オリエンタル酵母工業(株)製、Upstate USA Inc.製、Biodesign International製などのモルモット肝臓由来トランスグルタミナーゼ、ヤギ由来トランスグルタミナーゼ、ウサギ由来トランスグルタミナーゼなど、ヒト由来の血液凝固因子(Factor XIIIa、Haematologic Technologies, Inc.社)などが挙げられる。
 架橋剤を使用しない架橋(例えば、熱架橋)を行う際の反応温度は、架橋ができる限り特に限定されないが、好ましくは、-100℃~500℃であり、より好ましくは0℃~300℃であり、更に好ましくは50℃~300℃であり、更に好ましくは100℃~250℃であり、更に好ましくは120℃~200℃である。
(1-3)リコンビナントゼラチン
 本発明にかかるリコンビナントゼラチンとは遺伝子組み換え技術により作られたゼラチン類似のアミノ酸配列を有するポリペプチドもしくは蛋白様物質を意味する。本発明で用いることができるリコンビナントゼラチンは、コラーゲンに特徴的なGly-X-Yで示される配列(X及びYはそれぞれ独立にアミノ酸の何れかを示す)の繰り返しを有するものが好ましい(複数個のGly-X-Yはそれぞれ同一でも異なっていてもよい)。好ましくは、細胞接着シグナルを一分子中に2配列以上含まれている。本発明で用いるリコンビナントゼラチンとしては、コラーゲンの部分アミノ酸配列に由来するアミノ酸配列を有するリコンビナントゼラチンを用いることができ、例えばEP1014176、US6992172、WO2004/85473、WO2008/103041等に記載のものを用いることができるが、これらに限定されるものではない。本発明で用いるリコンビナントゼラチンとして好ましいものは、以下の態様のリコンビナントゼラチンである。
 本発明で用いるリコンビナントゼラチンは天然のゼラチン本来の性能から、生体適合性に優れ、且つ天然由来ではないことで牛海綿状脳症(BSE)などの懸念がなく、非感染性に優れている。また、本発明で用いるリコンビナントゼラチンは天然のものに比して均一であり、配列が決定されているので、強度、分解性においても後述の架橋等によってブレを少なく精密に設計することが可能である。
 リコンビナントゼラチンの分子量は2kDa以上100kDa以下であることが好ましい。より好ましくは2.5kDa以上95kDa以下である。より好ましくは5kDa以上90kDa以下である。最も好ましくは、10kDa以上90kDa以下である。
 リコンビナントゼラチンは、コラーゲンに特徴的なGly-X-Yで示される配列の繰り返しを有する。ここで、複数個のGly-X-Yはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。Gly-X-Y において、Glyはグリシン、X及びYは、任意のアミノ酸(好ましくは、グリシン以外の任意のアミノ酸)を表す。コラーゲンに特徴的なGXY配列とは、ゼラチン・コラーゲンのアミノ酸組成および配列における、他のタンパク質と比較して非常に特異的な部分構造である。この部分においてはグリシンが全体の約3分の1を占め、アミノ酸配列では3個に1個の繰り返しとなっている。グリシンは最も簡単なアミノ酸であり、分子鎖の配置への束縛も少なく、ゲル化に際してのヘリックス構造の再生に大きく寄与している。X,Yであらわされるアミノ酸はイミノ酸(プロリン、オキシプロリン)が多く含まれ、全体の10%~45%を占めることが好ましい。好ましくはその配列の80%以上、更に好ましくは95%以上、最も好ましくは99%以上のアミノ酸がGXYの繰り返し構造であることが好ましい。
 一般的なゼラチンは極性アミノ酸のうち、電荷を持つものと無電荷のものが1:1で存在する。ここで、極性アミノ酸とは具体的にシステイン、アスパラギン酸、グルタミン酸、ヒスチジン、リジン、アスパラギン、グルタミン、セリン、スレオニン、チロシン、アルギニンを指し、このうち極性無電荷アミノ酸とはシステイン、アスパラギン、グルタミン、セリン、スレオニン、チロシンを指す。本発明で用いるリコンビナントペプチドにおいては、構成する全アミノ酸のうち、極性アミノ酸の割合が10~40%であり、好ましくは20~30%である。且つ該極性アミノ酸中の無電荷アミノ酸の割合が5%以上20%未満、好ましくは10%未満であることが好ましい。さらに、セリン、スレオニン、アスパラギン、チロシン、システインのうちいずれか1アミノ酸、好ましくは2以上のアミノ酸を配列上に含まないことが好ましい。
 一般にポリペプチドにおいて、細胞接着シグナルとして働く最小アミノ酸配列が知られている(例えば、株式会社永井出版発行「病態生理」Vol.9、No.7(1990年)527頁)。本発明で用いるリコンビナントゼラチンは、これらの細胞接着シグナルを一分子中に2以上有することが好ましい。具体的な配列としては、接着する細胞の種類が多いという点で、アミノ酸一文字表記で現わされる、RGD配列、LDV配列、REDV配列、YIGSR配列、PDSGR配列、RYVVLPR配列、LGTIPG配列、RNIAEIIKDI配列、IKVAV配列、LRE配列、DGEA配列、及びHAV配列の配列が好ましく、さらに好ましくはRGD配列、YIGSR配列、PDSGR配列、LGTIPG配列、IKVAV配列及びHAV配列、特に好ましくはRGD配列である。RGD配列のうち、好ましくはERGD配列である。細胞接着シグナルを有するリコンビナントゼラチンを用いることにより、細胞の基質産生量を向上させることができる。例えば、細胞として、間葉系幹細胞を用いた軟骨分化の場合には、グリコサミノグリカン(GAG)の産生を向上させることができる。
 本発明で用いるリコンビナントゼラチンにおけるRGD配列の配置として、RGD間のアミノ酸数が0~100の間、好ましくは25~60の間で均一でないことが好ましい。
 この最小アミノ酸配列の含有量は、細胞接着・増殖性の観点から、タンパク質1分子中3~50個が好ましく、さらに好ましくは4~30個、特に好ましくは5~20個である。最も好ましくは12個である。
 本発明で用いるリコンビナントゼラチンにおいて、アミノ酸総数に対するRGDモチーフの割合は少なくとも0.4%であることが好ましく、リコンビナントゼラチンが350以上のアミノ酸を含む場合に、350のアミノ酸の各ストレッチが少なくとも1つのRGDモチーフを含むことが好ましい。アミノ酸総数に対するRGDモチーフの割合は、更に好ましくは少なくとも0.6%であり、更に好ましくは少なくとも0.8%であり、更に好ましくは少なくとも1.0%であり、更に好ましくは少なくとも1.2%であり、最も好ましくは少なくとも1.5%である。リコンビナントペプチド内のRGDモチーフの数は、250のアミノ酸あたり、好ましくは少なくとも4、更に好ましくは6、更に好ましくは8、更に好ましくは12以上16以下である。RGDモチーフの0.4%という割合は、250のアミノ酸あたり、少なくとも1つのRGD配列に対応する。RGDモチーフの数は整数であるので、0.4%の特徴を満たすには、251のアミノ酸からなるゼラチンは、少なくとも2つのRGD配列を含まなければならない。好ましくは、本発明のリコンビナントゼラチンは、250のアミノ酸あたり、少なくとも2つのRGD配列を含み、より好ましくは250のアミノ酸あたり、少なくとも3つのRGD配列を含み、さらに好ましくは250のアミノ酸あたり、少なくとも4つのRGD配列を含む。本発明のリコンビナントゼラチンのさらなる態様としては、少なくとも4つのRGDモチーフ、好ましくは6つ、より好ましくは8つ、さらに好ましくは12以上16以下のRGDモチーフを含む。
 また、リコンビナントゼラチンは部分的に加水分解されていてもよい。
 好ましくは、本発明で用いるリコンビナントゼラチンは、式:A-[(Gly-X-Y)nm-Bで示されるものである。n個のXはそれぞれ独立にアミノ酸の何れかを示し、n個のYはそれぞれ独立にアミノ酸の何れかを示す。mとして好ましくは2~10、好ましくは3~5である。nは3~100が好ましく、15~70がさらに好ましく、50~65が最も好ましい。Aは任意のアミノ酸又はアミノ酸配列を示し、Bは任意のアミノ酸又はアミノ酸配列を示し、n個のXはそれぞれ独立にアミノ酸の何れかを示し、n個のYはそれぞれ独立にアミノ酸の何れかを示す。
 より好ましくは、本発明で用いるリコンビナントゼラチンは、 式:Gly-Ala-Pro-[(Gly-X-Y)633-Gly(式中、63個のXはそれぞれ独立にアミノ酸の何れかを示し、63個のYはそれぞれ独立にアミノ酸の何れかを示す。なお、63個のGly-X-Yはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。)で示されるものである。
 繰り返し単位には天然に存在するコラーゲンの配列単位を複数結合することが好ましい。ここで言う天然に存在するコラーゲンとは天然に存在するものであればいずれであっても構わないが、好ましくはI型、II型、III型、IV型、およびV型である。より好ましくは、I型、II型、III型である。別の形態によると、該コラーゲンの由来は好ましくは、ヒト、ウシ、ブタ、マウス、ラットである。より好ましくはヒトである。
 本発明で用いるリコンビナントゼラチンの等電点は、好ましくは5~10であり、より好ましくは6~10であり、さらに好ましくは7~9.5である。
 好ましくは、リコンビナントゼラチンは脱アミン化されていない。
 好ましくは、リコンビナントゼラチンはテロペプタイドを有さない。
 好ましくは、リコンビナントゼラチンは天然コラーゲンをコードする核酸により調製された実質的に純粋なコラーゲン用材料である。
 本発明で用いるリコンビナントゼラチンとして特に好ましくは、
(1)配列番号1に記載のアミノ酸配列;又は
(2)配列番号1に記載のアミノ酸配列と80%以上(さらに好ましくは90%以上、最も好ましくは95%以上)の相同性を有し、生体親和性を有するアミノ酸配列;
を有するリコンビナントゼラチンである。
 本発明で用いるリコンビナントゼラチンは、当業者に公知の遺伝子組み換え技術によって製造することができ、例えばEP1014176A2、US6992172、WO2004-85473、WO2008/103041等に記載の方法に準じて製造することができる。具体的には、所定のリコンビナントゼラチンのアミノ酸配列をコードする遺伝子を取得し、これを発現ベクターに組み込んで、組み換え発現ベクターを作製し、これを適当な宿主に導入して形質転換体を作製する。得られた形質転換体を適当な培地で培養することにより、リコンビナントゼラチンが産生されるので、培養物から産生されたリコンビナントゼラチンを回収することにより、本発明で用いるリコンビナントゼラチンを調製することができる。
(1-4)生体親和性高分子ブロック
 本発明では、上記した生体親和性高分子を含有するブロック(塊)を使用する。
 本発明における生体親和性高分子ブロックの形状は特に限定されるものではないが、タップ密度が10mg/cm3以上500mg/cm3以下であること、又は前記生体親和性高分子ブロックの二次元断面像における断面積の平方根÷周囲長の値が0.01以上0.13以下であることの何れか1以上の条件を充足するものである。
 本発明における生体親和性高分子ブロックのタップ密度は、10mg/cm3以上500mg/cm3以下であり、好ましくは、20mg/cm3以上400mg/cm3以下、より好ましくは40mg/cm3以上220mg/cm3以下、更に好ましくは50mg/cm3以上150mg/cm3以下である。
 タップ密度は、ある体積にどれくらいのブロックを密に充填できるかを表す値であり、値が小さいほど、密に充填できない、すなわちブロックの構造が複雑であることが分かる。生体親和性高分子ブロックのタップ密度とは、生体親和性高分子ブロックの表面構造の複雑性、及び生体親和性高分子ブロックを集合体として集めた場合に形成される空隙の量を表していると考えられる。タップ密度が小さい程、高分子ブロック間の空隙が多くなり、細胞の生着領域が多くなる。また、小さ過ぎないことで、細胞同士の間に適度に生体親和性高分子ブロックが存在出来、細胞移植用細胞構造体とした場合に同構造体内部への栄養分送達を可能とすることから、上記の範囲に収まることが好適であると考えられる。
 本明細書でいうタップ密度は、以下のように測定できる。測定のために(直径6mm、長さ21.8mmの円筒状:容量0.616cm3)の容器(以下、キャップと記載する)を用意する。まず、キャップのみの質量を測定する。その後、キャップにロートを付け、ブロックがキャップに溜まるようにロートから流し込む。十分量のブロックを入れた後、キャップ部分を200回机などの硬いところにたたきつけ、ロートをはずし、スパチュラですりきりにする。このキャップにすりきり一杯入った状態で質量を測定する。キャップのみの質量との差からブロックのみの質量を算出し、キャップの体積で割ることで、タップ密度を求めることができる。
 本発明における生体親和性高分子ブロック一つの大きさは、20μm以上200μm以下であることが好ましい。より好ましくは20μm以上120μm以下であり、さらに好ましくは50μm以上120μm以下である。
 好ましくは、生体親和性高分子ブロックのタップ密度が10mg/cm3以上400mg/cm3以下であり、かつ高分子ブロック一つの大きさが20μm以上120μm以下である。
 本発明における生体親和性高分子ブロックの「断面積の平方根÷周囲長」は、0.01以上0.13以下であり、好ましくは、0.02以上0.12以下、より好ましくは0.03以上0.115以下、更に好ましくは0.05以上0.09以下である。
 生体親和性高分子ブロックの「断面積の平方根÷周囲長」とは、タップ密度と同様に、生体親和性高分子ブロックの表面構造の複雑性、及び高分子ブロックを集合体として集めた場合に形成される空隙の量を表していると考えられる。「断面積の平方根÷周囲長」が小さい程、生体親和性高分子ブロック間の空隙が多くなり、細胞の生着領域が多くなる。また、小さ過ぎないことで、細胞同士の間に適度に生体親和性高分子ブロックが存在出来、細胞移植用細胞構造体とした場合に同構造体内部への栄養分送達を可能とすることから、上記の範囲に収まることが好適であると考えられる。
 生体親和性高分子ブロックの、二次元断面像における「面積の平方根÷周囲長」とは、生体親和性高分子ブロックの断面標本を作製し、断面構造を確認することによって求めることができる。例えば、まず、生体親和性高分子ブロックの断面構造を薄切標本(例えばHE染色標本)として用意する。この際、生体親和性高分子ブロックだけでも構わないし、生体親和性高分子ブロックと細胞を含む細胞構造体として断面構造を観察することでも構わない。一つの生体親和性高分子ブロックについて、その断面積及び周囲長を求め、その後、「断面積の平方根÷周囲長」を算出する。それを10か所以上の複数個にわたって計測し、それらの平均値として「断面積の平方根÷周囲長」を得ることができる。
 本発明における生体親和性高分子ブロック一つの大きさは、特に限定されないが、好ましくは20μm以上200μm以下であり、より好ましくは50μm以上120μm以下である。生体親和性高分子ブロック一つの大きさを上記の範囲内にすることにより、より優れた細胞生存率を達成することができる。なお、生体親和性高分子ブロック一つの大きさとは、複数個の生体親和性高分子ブロックの大きさの平均値が上記範囲にあることを意味するものではなく、複数個の生体親和性高分子ブロックを篩にかけて得られる、一つ一つの生体親和性高分子ブロックのサイズを意味するものである。
 本発明における生体親和性高分子ブロックの架橋度は、特に限定されないが、好ましくは6以上であり、さらに好ましくは6以上30以下であり、さらに好ましくは6以上25以下であり、特に好ましくは8以上22以下である。
 高分子ブロックの架橋度(1分子当たりの架橋数)の測定方法は、特に限定されないが、例えば、後記実施例に記載のTNBS(2,4,6-トリニトロベンゼンスルホン酸)法で測定することができる。具体的には、高分子ブロック、NaHCO3水溶液及びTNBS水溶液を混合して37℃で3時間反応させた後に反応停止したサンプルと、高分子ブロック、NaHCO3水溶液及びTNBS水溶液を混合した直後に反応停止させたブランクとをそれぞれ調製し、純水で希釈したサンプル及びブランクの吸光度(345nm)を測定し、以下の(式1)、及び(式2)から架橋度(1分子当たりの架橋数)を算出することができる。
(式1) (As-Ab)/14600×V/w
(式1)は、高分子ブロック1g当たりのリジン量(モル等量)を示す。
(式中、Asはサンプル吸光度、Abはブランク吸光度、Vは反応液量(g)、wは高分子ブロック質量(mg)を示す。)
(式2) 1-(サンプル(式1)/未架橋の高分子(式1))×34
(式2)は、1分子あたりの架橋数を示す。
 本発明における生体親和性高分子ブロックの吸水率は、特に限定されないが、好ましくは300%以上、より好ましくは400%以上、さらに好ましくは500%以上、特に好ましくは700%以上、最も好ましくは800%以上である。なお吸水率の上限は特に限定されないが、一般的には4000%以下、又は2000%以下である。
 生体親和性高分子ブロックの吸水率の測定方法は、特に限定されないが、例えば、後記実施例に記載の方法により測定することができる。具体的には、25℃において3cm×3cmのナイロンメッシュ製の袋の中に、生体親和性高分子ブロックを約15mgを充填し、2時間イオン交換水中で膨潤させた後、10分風乾させ、それぞれの段階において質量を測定し、(式3)に従って吸水率を求めることができる。
(式3)
 吸水率=(w2-w1-w0)/w0
(式中、w0は、吸水前の材料の質量、w1は吸水後の空袋の質量、w2は吸水後の材料を含む袋全体の質量を示す。)
(1-5)生体親和性高分子ブロックの製造方法
 生体親和性高分子ブロックの製造方法は、上記(1-4)に記載した条件を満たす生体親和性高分子ブロックが得られる限りは特に限定されないが、例えば、生体親和性高分子の多孔質体を粉砕機(ニューパワーミルなど)を用いて粉砕することにより、上記(1-4)に記載した条件を満たす生体親和性高分子ブロックを得ることができる。
 本発明における「多孔質体」としては好ましくは、1mm角の材料として用意した場合に、本体内部に複数の「10μm以上500μm以下の空孔」を有する材料で、かつその本体中で空孔の占める体積が50%以上の材料を使用することができる。これらの材料において、前述した内部の空孔は、互いに連通していてもよく、一部もしくは全部の空孔が材料表面に開口していてもよい。
 生体親和性高分子の多孔質体を製造する際に、溶液内で最も液温の高い部分の液温(内部最高液温)が、未凍結状態で「溶媒融点-3℃」以下となる凍結工程を含めることによって、形成される氷は球状となる。この工程を経て、当該氷が乾燥されることで、球状の等方的な空孔(球孔)を持つ多孔質体が得られる。溶液内で最も液温の高い部分の液温(内部最高液温)が、未凍結状態で「溶媒融点-3℃」以上となる凍結工程を含まずに、凍結されることで、形成される氷は柱/平板状となる。この工程を経て、当該氷が乾燥されると、一軸あるいは二軸上に長い、柱状あるいは平板状の空孔(柱/平板孔)を持つ多孔質体が得られる。
 本発明においては、多孔質体の有する空孔の形状は、柱/平板孔であるよりも、球孔であることが好ましく、また、空孔のうち球孔の占める割合が50%以上であることがさらに好ましい。
 本発明では好ましくは、
(a)生体親和性高分子の溶液を、溶液内で最も液温の高い部分の液温(内部最高液温)が未凍結状態で「溶媒融点-3℃」以下となる凍結処理により凍結する工程;及び
(b)前記工程(a)で得られた凍結した生体親和性高分子を凍結乾燥する工程:
を含む方法により、生体親和性高分子の多孔質体を製造することができる。上記工程によれば、空孔の内、球孔の占める割合が50%以上とすることができるからである。
 より好ましくは、上記工程(a)において、溶液内で最も液温の高い部分の液温(内部最高液温)が未凍結状態で「溶媒融点-7℃」以下となる凍結処理により凍結することができる。この工程によれば、空孔の内、球孔の占める割合が80%以上とすることができるからである。
 多孔質体の有する空孔の平均空孔サイズは、当該多孔質体の断面構造観察から得られる。まず、多孔質体の断面構造を薄切標本(例えばHE染色標本)として用意する。その後、高分子で形成されている壁の内、明瞭な突起部については、最接突起部と繋ぎ、空孔を明瞭化させる。そうして得られた区切られた個々の空孔面積を計測し、その後、当該面積を円換算した場合の円直径を算出する。得られた円直径を空孔サイズとし、20個以上の平均値を平均空孔サイズとすることができる。
 本明細書中における、ある空孔サイズの空間占有率とは、ある空孔サイズを有す空孔が多孔質体中で、どれくらいの体積を占めているかという割合のことをいう。 具体的には、二次元断面画像から、ある空孔サイズの空孔が占める面積を全面積で除することにより、割合として求めることができる。また、用いる断面画像としては、実寸1.5mm大についての断面画像を利用することができる。
 多孔質体の空孔サイズ20μm~200μmが占める空間占有率は、好ましくは83%以上100%以下であり、より好ましくは85%以上100%以下、さらに好ましくは90%以上100%以下、特に好ましくは95%以上100%以下である。
 多孔質体の空孔サイズ30μm~150μmが占める空間占有率は、好ましくは60%以上100%以下であり、より好ましくは70%以上100%以下、さらに好ましくは80%以上100%以下、特に好ましくは90%以上100%以下である。
 多孔質体の空孔サイズ20μm~200μmが占める空間占有率、及び多孔質体の空孔サイズ30μm~150μmが占める空間占有率とは、多孔質体中における空孔サイズ分布が所定の範囲に収まることを表している。つまり、当該多孔質体を粉砕することで得た高分子ブロックにおいて、サイズ20μm~200μm大の高分子ブロックとした際、当該空孔サイズは、一つの高分子ブロックサイズと近いサイズであり、結果的に当該空孔サイズの割合が多い多孔質体では、粉砕後の高分子ブロックの構造が複雑となり、結果的にタップ密度や、「断面積の平方根÷周囲長」を小さくすることに繋がる。
 空孔の形状については、個々の空孔について、長軸と短軸を求め、そこから「長軸÷短軸」を算出。それら「長軸÷短軸」が1以上2以下の場合を球孔、3以上の場合を柱/平板孔とした。
 本発明における多孔質体の空孔率は、嵩密度(ρ)と真密度(ρc)を用いて、空孔率(P) = 1-ρ/ρc (%)により求めることができる。嵩密度(ρ)は、乾燥質量と体積から算出し、真密度(ρc)は、ハバード型形の比重瓶法により求めることができる。本発明における高分子多孔質体の空孔率は、好ましくは81%以上99.99%以下であり、より好ましくは95.01%以上99.9%以下である。
(1-6)生体親和性高分子ブロックの用途
 本明細書中後記の通り、本発明の生体親和性高分子ブロックと、少なくとも一種類の細胞とを混合することによって、本発明の細胞移植用細胞構造体を製造することができる。即ち、本発明の生体親和性高分子ブロックは、本発明の細胞移植用細胞構造体を製造するための試薬として有用である。
(2)細胞
 本発明で用いる細胞は、本発明の細胞構造体の目的である、細胞移植を行えるものであれば任意の細胞を使用することができ、その種類は特に限定されない。また、使用する細胞は1種でもよいし、複数種の細胞を組合せて用いてもよい。また、使用する細胞として、好ましくは、動物細胞であり、より好ましくは脊椎動物由来細胞、特に好ましくはヒト由来細胞である。脊椎動物由来細胞(特に、ヒト由来細胞)の種類は、万能細胞、体性幹細胞、前駆細胞、又は成熟細胞の何れでもよい。万能細胞としては、例えば、ES細胞、GS細胞、又はiPS細胞を使用することができる。体性幹細胞としては、例えば、間葉系幹細胞(MSC)、造血幹細胞、羊膜細胞、臍帯血細胞、骨髄由来細胞、心筋幹細胞、脂肪由来幹細胞、又は神経幹細胞を使用することができる。前駆細胞及び成熟細胞としては、例えば、皮膚、真皮、表皮、筋肉、心筋、神経、骨、軟骨、内皮、脳、上皮、心臓、腎臓、肝臓、膵臓、脾臓、口腔内、角膜、骨髄、臍帯血、羊膜、又は毛に由来する細胞を使用することができる。ヒト由来細胞としては、例えば、ES細胞、iPS細胞、MSC、軟骨細胞、骨芽細胞、骨芽前駆細胞、間充織細胞、筋芽細胞、心筋細胞、心筋芽細胞、神経細胞、肝細胞、ベータ細胞、線維芽細胞、角膜内皮細胞、血管内皮細胞、角膜上皮細胞、羊膜細胞、臍帯血細胞、骨髄由来細胞、又は造血幹細胞を使用することができる。また、細胞の由来は、自家細胞又は他家細胞の何れでも構わない。
 例えば、重症心不全、重度心筋梗塞等の心臓疾患においては、自家および他家から摘出した心筋細胞、平滑筋細胞、線維芽細胞、骨格筋由来細胞(特にサテライト細胞)、骨髄細胞(特に心筋様細胞に分化させた骨髄細胞)などを好適に使用することができる。更に、他の臓器においても、適宜移植細胞を選択することができる。例えば、脳虚血・脳梗塞部位への神経前駆細胞または、神経細胞に分化可能な細胞の移植、心筋梗塞部位・骨格筋虚血部位への血管内皮細胞または血管内皮細胞に分化可能な細胞の移植などを挙げることができる。
 また、糖尿病性の臓器障害に対する細胞移植に使用される細胞が挙げられる。例えば、腎臓、膵臓、末梢神経、眼、四肢の血行障害などの疾患に対して、種々検討されている細胞移植治療法用の細胞が挙げられる。即ち、インスリン分泌能が低下した膵臓にインスリン分泌細胞を移植する試みや、四肢の血行障害に対する骨髄由来細胞の移植などが検討されており、このような細胞を使用することができる。
 また本明細書中後述する通り、本発明においては、血管系の細胞を使用することもできる。本明細書において、血管系の細胞とは、血管形成に関連する細胞を意味し、血管および血液を構成する細胞、およびその細胞に分化することができる前駆細胞、体性幹細胞である。ここで、血管系の細胞には、ES細胞、GS細胞、又はiPS細胞等の万能細胞や、間葉系幹細胞(MSC)のような、血管および血液を構成する細胞に、自然には分化しないものは含まれない。血管系の細胞として、好ましくは血管を構成する細胞である。脊椎動物由来細胞(特に、ヒト由来細胞)では、血管を構成する細胞は、血管内皮細胞および血管平滑筋細胞を好適に挙げることができる。血管内皮細胞は、静脈内皮細胞および動脈内皮細胞どちらも含む。血管内皮細胞の前駆細胞としては、血管内皮前駆細胞を使用することができる。好ましくは血管内皮細胞および血管内皮前駆細胞である。血液を構成する細胞は、血球細胞が使用でき、リンパ球や好中球などの白血球細胞、単球細胞、それらの幹細胞である造血幹細胞を使用できる。
 本明細書において、非血管系の細胞とは、上記の血管系以外の細胞を意味する。例えば、ES細胞、iPS細胞、間葉系幹細胞(MSC)、心筋幹細胞、心筋細胞、線維芽細胞、筋芽細胞、軟骨細胞、筋芽細胞、肝細胞または神経細胞を使用することができる。好ましくは、間葉系幹細胞(MSC)、軟骨細胞、筋芽細胞、心筋幹細胞、心筋細胞、肝細胞またはiPS細胞を使用することができる。より好ましくは、間葉系幹細胞(MSC)、心筋幹細胞、心筋細胞または筋芽細胞である。
(3)細胞構造体
 本発明においては、上記した生体親和性高分子ブロックと上記した細胞とを用いて、複数個の細胞間の隙間に複数個の該高分子ブロックをモザイク状に3次元的に配置させることによって細胞移植のために適した厚みを有することが可能であり、かつ、生体親和性高分子ブロックと細胞とがモザイク状に3次元配置されることにより、構造体中で細胞が均一に存在する細胞3次元構造体を形成され、外部から細胞3次元構造体の内部への栄養送達を可能となる。これにより、本発明の細胞移植用細胞構造体を用いて、細胞移植を行うと、移植された細胞の壊死を抑制し、移植が可能となる。なお、ここでいう「壊死の抑制」とは、本発明の細胞構造体とせず、細胞のみを移植した場合と比較して、壊死の程度が低いことを意味する。
 本発明の細胞移植用細胞構造体は、複数個の細胞間の隙間に複数個の高分子ブロックが配置されているが、ここで、「細胞間の隙間」とは、構成される細胞により、閉じられた空間である必要はなく、細胞により挟まれていればよい。なお、すべての細胞間に隙間がある必要はなく、細胞同士が接触している箇所があってもよい。高分子ブロックを介した細胞間の隙間の距離、即ち、ある細胞とその細胞から最短距離に存在する細胞を選択した際の隙間距離は特に制限されるものではないが、高分子ブロックの大きさであることが好ましく、好適な距離も高分子ブロックの好適な大きさの範囲である。
 また、本発明にかかる高分子ブロックは、細胞により挟まれた構成となるが、すべての高分子ブロック間に細胞がある必要はなく、高分子ブロック同士が接触している箇所があってもよい。細胞を介した高分子ブロック間の距離、即ち、高分子ブロックとその高分子ブロックから最短距離に存在する高分子ブロックを選択した際の距離は特に制限されるものではないが、使用される細胞が1~数個集まった際の細胞の塊の大きさであることが好ましく、例えば、10μm以上1000μm以下であり、好ましくは10μm以上100μm以下であり、より好ましくは10μm以上50μm以下である。
 なお、本明細書中、「構造体中で細胞が均一に存在する細胞3次元構造体」等、「均一に存在する」との表現を使用しているが、完全な均一を意味するものではなく、本発明の作用効果である、外部から細胞3次元構造体の内部への栄養送達を可能とすること、移植された細胞の壊死を防止することを意味するものである。
 本発明の細胞移植用細胞構造体の厚さ又は直径は、所望の厚さとすることができるが、下限としては、215μm以上であることが好ましく、400μm以上がさらに好ましく、730μm以上であることが最も好ましい。厚さ又は直径の上限は特に限定されないが、使用上の一般的な範囲としては3cm以下が好ましく、2cm以下がより好ましく、1cm以下であることが更に好ましい。また、細胞構造体の厚さ又は直径の範囲として、好ましくは、400μm以上3cm以下、より好ましくは500μm以上2cm以下、更に好ましくは720μm以上1cm以下である。
 本発明の細胞移植用細胞構造体は、好ましくは、高分子ブロックからなる領域と細胞からなる領域がモザイク状に配置されている。尚、本明細書中における「細胞構造体の厚さ又は直径」とは、以下のことを示すものとする。細胞構造体中のある一点Aを選択した際に、その点Aを通る直線の内で、細胞構造体外界からの距離が最短になるように細胞構造体を分断する線分の長さを線分Aとする。細胞構造体中でその線分Aが最長となる点Aを選択し、その際の線分Aの長さのことを「細胞構造体の厚さ又は直径」とする。
 また、後述する本発明の細胞移植用細胞構造体の製造方法での融合前の細胞構造体、または第二の高分子ブロック添加前の細胞構造体として、本発明の細胞構造体を使用する場合には、細胞構造体の厚さ又は直径の範囲として、好ましくは、10μm以上1cm以下、より好ましくは10μm以上2000μm以下、更に好ましくは15μm以上1500μm以下、最も好ましくは、20μm以上1300μm以下である。
 本発明の細胞移植用細胞構造体は、細胞と高分子ブロックの比率は特に限定されないが、好ましくは細胞1個当りの高分子ブロックの比率が0.0000001μg以上1μg以下であることが好ましく、さらに好ましくは0.000001μg以上0.1μg以下、より好ましくは0.00001μg以上0.01μg以下、最も好ましくは0.00002μg以上0.006μg以下である。上記範囲とするこのより、より細胞を均一に存在させることができる。また、下限を上記範囲とすることにより、上記用途に使用した際に細胞の効果を発揮することができ、上限を上記範囲とすることにより、任意で存在する高分子ブロック中の成分を細胞に供給できる。ここで、高分子ブロック中の成分は特に制限されないが、後述する培地に含まれる成分が挙げられる。
 また、本発明の細胞移植用細胞構造体は、血管新生因子を含んでいてもよい。ここで、血管新生因子としては、塩基性繊維芽細胞増殖因子(bFGF)、血管内皮増殖因子(VEGF)、肝細胞増殖因子(HGF)などを好適に挙げることができる。血管新生因子を含む細胞移植用細胞構造体の製造方法は、特に制限されないが、例えば、血管新生因子を含浸させた高分子ブロックを使用することにより、製造することができる。血管新生を促進する観点からは、本発明の細胞移植用細胞構造体は、血管新生因子を含むことが好ましい。
 本発明の細胞移植用細胞集合体の一例としては、非血管系細胞と血管系細胞で構成される細胞移植用細胞集合体であって、
(a)細胞集合体の中心部の血管系の細胞の面積が、周辺部の血管系の細胞の面積より多い領域を有すること、および
(b)中心部の血管系の細胞密度が、1.0×10-4cells/μm3以上である領域を有すること、
のうち少なくとも一方の要件を満たすものである。
 本発明の細胞移植用細胞集合体は、前記(a)および(b)の両方の要件を満たすことが好ましく、前記中心部の血管系の細胞の割合が、血管系の細胞の全面積に対し、60%~100%である領域を有することも好ましい。
 本発明の細胞移植用細胞構造体は、非血管系の細胞を含むものも好適に使用することができる。また、本発明の細胞移植用細胞構造体を構成する細胞が、非血管系の細胞のみであるものも好適に使用することができる。細胞として非血管系の細胞のみを含む本発明の細胞移植用細胞構造体により、移植後、移植部位に、血管を形成することができる。また、本発明の細胞移植用細胞構造体を構成する細胞が二種類以上であり、非血管系の細胞および血管系の細胞の両方を含む場合には、非血管系の細胞のみで構成されている場合と比較して、より血管形成することが可能となり、好ましい。
 更にまた、本発明の細胞移植用細胞構造体を構成する細胞が二種類以上であり、細胞構造体の中心部の血管系の細胞の面積が、周辺部の血管系の細胞の面積より多い領域を有する場合、更に血管形成することが可能となり、更に好ましい。ここで、細胞構造体の中心部の血管系の細胞の面積が、周辺部の血管系の細胞の面積より多い領域を有するとは、具体的には、任意の2μmの薄切標本を作製したときに、上記となる領域を有する標本が存在することを言う。ここで、細胞構造体の中心部とは、中心から、細胞構造体の表面までの距離のうち、中心から80%までの距離のエリアをいい、細胞構造体の周辺部とは、中心から80%の場所から構造体表面までのエリアをいう。なお、細胞構造体の中心部は、以下のように定める。
 細胞構造体の中心を通る任意の断面において、当該断面の外延に沿って、半径Xの円の中心を一周動かし、動かした円と断面の重複部分を除いた部分の面積が、前記断面の断面積の64%となるような半径Xを求める。当該半径Xの円の中心を一周動かし、動かした円と断面の重複部分を除いた部分を細胞構造体の中心部とする。このとき、断面積が一番大きくなる断面が最も好ましい。なお、細胞構造体の中心とは、断面積が最大となる断面において、当該断面の外延に沿って、半径Yの円の中心を一周動かし、動かした円と断面の重複部分を除いた部分が、一点に決まるような半径Yを求める。当該半径Yの円の中心を一周動かし、動かした円と断面の重複部分を除いた一点を細胞構造体の中心とする。一点に決まらず線分になる場合、またはその線分が複数個存在する場合は、それぞれの線分について、その長さを二等分する点を中心とする。
 具体的には、中心部の血管系の細胞の割合が、血管系の細胞の全面積に対し、60%~100%である領域を有することが好ましく、65%~100%がより好ましく、80%~100%が更に好ましく、90%~100%が更に好ましい。なお、ここで、中心部の血管系の細胞の割合が、血管系の細胞の全面積に対し、60%~100%である領域を有するとは、具体的には、任意の2μmの薄切標本を作製したときに、当該割合の領域を有する標本が存在することを言う。当該範囲とすることにより、血管形成をより促すことができる。
 なお、中心部の血管系の細胞の割合は、例えば、薄切標本を作製したときに、測定対象の血管系の細胞を染色し、画像処理ソフトImageJを用い、中心部の色の濃さ(強度)の平均値を求め、中心部の面積×強度を算出し、更に、全体の色の濃さ(強度)の平均値を求め、全体の面積×強度を算出し、全体の面積×強度に対する、中心部の面積×強度の割合を求めることによって算出することもできる。ここで、血管系の細胞を染色する方法は、適宜、公知の染色方法を使用することができ、例えば、細胞として、ヒト血管内皮前駆細胞(hECFC)を使用する場合には、CD31抗体を使用することができる。
 また、細胞構造体の、中心部の血管系の細胞密度が1.0×10-4cells/μm3以上である領域を有することが好ましく、細胞構造体の中心部全体で前記細胞密度となることが、より好ましい。なお、ここで、1.0×10-4cells/μm3以上である領域を有するとは、具体的には、任意の2μmの薄切標本を作製したときに、当該密度の領域を有する標本が存在することを言う。前記細胞密度は、より好ましくは1.0×10-4~1.0×10-3cells/μm3、更に好ましくは1.0×10-4~2.0×10-4cells/μm3、更に好ましくは1.1×10-4~1.8×10-4cells/μm3、更に好ましくは1.4×10-4~1.8×10-4cells/μm3である。当該範囲とすることにより、血管形成をより促すことができる。
 ここで、中心部の血管系の細胞密度は、実際に薄切標本の細胞数を数え、細胞数を体積で割って求めることができる。ここでの中心部とは、以下のように定める。前述の中心部に垂直方向に、薄切標本の厚みの分を切り取った部分とする。細胞密度の求め方は、例えば、上記の測定対象の血管系の細胞を染色した薄切標本と、細胞核を染色した薄切標本を重ね合わせ、重なった細胞核の数をカウントすることで、中心部の血管系の細胞数を算出することができ、体積は、ImageJを用いて中心部の面積を求め、その薄切標本の厚みをかけることで求められる。
 なお、本発明の細胞移植用細胞構造体には、細胞が二種類以上であり、非血管系の細胞および血管系の細胞の両方を含む本発明の細胞移植用細胞構造体を用いて、血管形成されたものも含む。また、ここで、「細胞が二種類以上であり、非血管系の細胞および血管系の細胞の両方を含む本発明の細胞移植用細胞構造体」の好適な範囲は上記と同様である。血管を構築する方法は、例えば、血管部分をトンネル状にくりぬいたゲル材料に、血管系細胞を混合した細胞シートを貼り付け、トンネルに培養液を流しながら培養する方法があげられる。また、細胞シートの間に血管系細胞をサンドイッチ状にはさむことでも、血管を構築できる。
(4)細胞移植用細胞構造体の製造方法
 本発明の細胞移植用細胞構造体は、本発明の生体親和性高分子ブロックと、少なくとも一種類の細胞とを混合することによって製造することができる。より具体的には、本発明の細胞構造体は、生体親和性高分子ブロック(生体親和性高分子からなる塊)と、細胞とを交互に配置することにより製造できる。製造方法は特に限定されないが、好ましくは高分子ブロックを形成したのち、細胞を播種する方法である。具体的には、生体親和性高分子ブロックと細胞含有培養液との混合物をインキュベートすることによって、本発明の細胞構造体を製造することができる。例えば、容器中、容器に保持される液体中で、細胞と、予め作製した生体親和性高分子ブロックをモザイク状に配置する。配置の手段としては、自然凝集、自然落下、遠心、攪拌を用いることで、細胞と生体親和性基材からなるモザイク状の配列形成を、促進、制御することが好ましい。
 用いられる容器としては、細胞低接着性材料、細胞非接着性材料からなる容器が好ましく、より好ましくはポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ガラス、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートからなる容器である。容器底面の形状は平底型、U字型、V字型であることが好ましい。
 上記の方法で得られたモザイク状細胞構造体は、例えば、
(a)別々に調整したモザイク状細胞塊同士を融合させる、又は
(b)分化培地又は増殖培地下でボリュームアップさせる、
などの方法により所望の大きさの細胞構造体を製造することができる。融合の方法、ボリュームアップの方法は特に限定されない。
 例えば、生体親和性高分子ブロックと細胞含有培養液との混合物をインキュベートする工程において、培地を分化培地又は増殖培地に交換することによって、細胞構造体をボリュームアップさせることができる。好ましくは、生体親和性高分子ブロックと細胞含有培養液との混合物をインキュベートする工程において、生体親和性高分子ブロックをさらに添加することによって、所望の大きさの細胞構造体であって、細胞構造体中に細胞が均一に存在する細胞構造体を製造することができる。
 前記別々に調整したモザイク状細胞塊同士を融合させる方法とは、具体的には、複数個の生体親和性高分子ブロックと、複数個の細胞とを含み、前記複数の細胞により形成される複数個の隙間の一部または全部に、一または複数個の前記生体親和性高分子ブロックが配置されている細胞構造体を複数個融合させる工程を含む、細胞構造体の製造方法である。
 本発明の細胞構造体の製造方法にかかる「生体親和性高分子ブロック(種類、大きさ等)」、「細胞」、「細胞間の隙間」、「得られる細胞構造体(大きさ等)」、「細胞と高分子ブロックの比率」等の好適な範囲は、本明細書中前記と同様である。
 また、前記融合前の各細胞構造体の厚さ又は直径が10μm以上1cm以下であり、前記融合後の厚さ又は直径が400μm以上3cm以下であることが好ましい。ここで、前記融合前の各細胞構造体の厚さ又は直径として、より好ましくは10μm以上2000μm以下、更に好ましくは15μm以上1500μm以下、最も好ましくは、20μm以上1300μm以下であり、また、記融合後の厚さ又は直径の範囲として、より好ましくは500μm以上2cm以下、更に好ましくは720μm以上1cm以下である。
 前述した生体親和性高分子ブロックをさらに添加することによって、所望の大きさの細胞構造体を製造する方法とは、具体的には、複数個の第一の生体親和性高分子ブロックと、複数個の細胞とを含み、該複数の細胞により形成される複数個の隙間の一部または全部に、一または複数個の前記生体親和性高分子ブロックが配置されている細胞構造体に、更に、第二の生体親和性高分子ブロックを添加しインキュベートする工程を含む細胞構造体の製造方法である。ここで、「生体親和性高分子ブロック(種類、大きさ等)」、「細胞」、「細胞間の隙間」、「得られる細胞構造体(大きさ等)」、「細胞と高分子ブロックの比率」等の好適な範囲は、本明細書中前記と同様である。
 ここで、融合させたい細胞構造体同士は、0以上50μm以下の距離に設置することが好ましく、より好ましくは、0以上20μm以下、更に好ましくは0以上5μm以下の距離である。細胞構造体同士を融合させる際、細胞の増殖・伸展によって細胞あるいは細胞が産生する基質が接着剤の役割を果たし、接合させることが考えられ、上記範囲とすることにより、細胞構造体同士の接着が容易となる。
 本発明の細胞構造体の製造方法により得られる細胞構造体の厚さ又は直径の範囲として、好ましくは、400μm以上3cm以下、より好ましくは500μm以上2cm以下、更に好ましくは720μm以上1cm以下である。
 細胞構造体に、更に、第二の生体親和性高分子ブロックを添加しインキュベートする際の、第二の生体親和性高分子ブロックの添加するペースは、使用する細胞の増殖の速度に合わせて、適宜、選択することが好ましい。具体的には、第二の生体親和性高分子ブロックを添加するペースが早いと細胞が細胞構造体の外側へと移動し、細胞の均一性が低くなり、添加のペースが遅いと、細胞の割合が多くなる箇所ができ、細胞の均一性が低くなるため、使用する細胞の増殖速度を考慮し、選択する。
 非血管系の細胞および血管系の細胞の両方を含む場合の細胞構造体の製造方法として、例えば、下記(a)~(c)の製造方法を好適に挙げることができる。
(a)は非血管系の細胞を用いて前述の方法で細胞構造体を形成した後、血管系の細胞および生体親和性高分子ブロックを加える工程を有する製造方法である。ここで、「血管系の細胞および高生体親和性分子ブロックを加える工程」とは、前述した、調整したモザイク状細胞塊同士を融合させる方法、および、分化培地又は増殖培地下でボリュームアップさせる方法、いずれも含むものである。この方法により、(i)細胞構造体の中心部では、血管系の細胞と比較して、非血管系の細胞の面積が多く、周辺部では、非血管系の細胞と比較して、血管系の細胞の面積が多い細胞構造体、(ii)細胞構造体の、中心部の非血管系の細胞の面積が、周辺部の非血管系の細胞の面積より多い細胞移植用細胞構造体、(iii) 細胞構造体の、中心部の血管系の細胞の面積が、周辺部の血管系の細胞の面積より少ない細胞移植用細胞構造体、を製造することが可能となる。
(b)は血管系の細胞を用いて前述の方法で細胞構造体を形成した後、非血管系の細胞および生体親和性高分子ブロックを加える工程を有する製造方法である。ここで、「非血管系の細胞および生体親和性高分子ブロックを加える工程」とは、前述した、調整したモザイク状細胞塊同士を融合させる方法、および、分化培地又は増殖培地下でボリュームアップさせる方法、いずれも含むものである。この方法により、(i)細胞構造体の中心部では、非血管系の細胞と比較して、管系の細胞の面積が多く、周辺部では、血管系の細胞と比較して、非血管系の細胞の面積が多い細胞構造体、(ii)細胞構造体の、中心部の血管系の細胞の面積が、周辺部の血管系の細胞の面積より多い細胞移植用細胞構造体、(iii) 細胞構造体の、中心部の非血管系の細胞の面積が、周辺部の非血管系の細胞の面積より少ない細胞移植用細胞構造体、を製造することが可能となる。
(c)は、非血管系の細胞および血管系の細胞を実質的に同時に使用し、前述の方法で細胞構造体を形成させる製造方法である。この方法では、細胞構造体のいずれの部位も、非血管系の細胞および血管系の細胞のいずれかが、大きく偏在することのない細胞構造体を製造することが可能となる。
 移植後、移植部位に血管を形成する観点では、細胞構造体の中心部では、非血管系の細胞と比較して、血管系の細胞の面積が多く、周辺部では、血管系の細胞と比較して、非血管系の細胞の面積が多い細胞構造体や、中心部の血管系の細胞の面積が、周辺部の血管系の細胞の面積より多い、細胞移植用細胞構造体であることが好ましく、当該細胞構造体とすることにより、血管形成をより促進することができる。更に、当該細胞構造体において、中心部に存在する細胞数が多い方が、血管形成をより促進することができる。
 同様の理由で、血管系の細胞により細胞構造体を形成した後、非血管系の細胞および生体親和性高分子ブロックを加える工程を有する製造方法が好ましい。そして、血管系の細胞数を多くすることがさらに好ましい。
(5)細胞移植用細胞構造体の用途
 本発明の細胞移植用細胞構造体は、例えば、重症心不全、重度心筋梗塞等の心臓疾患、脳虚血・脳梗塞といった疾患部位に細胞移植の目的で使用できる。また、糖尿病性の腎臓、膵臓、末梢神経、眼、四肢の血行障害などの疾患に対しても用いることが出来る。移植方法としては、切開、注射、内視鏡といったものが使用可能である。本発明の細胞構造体は、細胞シートといった細胞移植物とは異なり、構造体のサイズを小さくすることができるため、注射による移植といった低侵襲の移植方法が可能となる。
 また、本発明によれば細胞移植方法が提供される。本発明の細胞移植方法は、前記した本発明の細胞移植用細胞構造体を用いることを特徴とするものである。細胞移植用細胞構造体の好適な範囲は前述と同様である。
 以下の実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は実施例によって限定されるものではない。
[実施例1]リコンビナントペプチド(リコンビナントゼラチン)
 リコンビナントペプチド(リコンビナントゼラチン)として以下記載のCBEを用意した(WO2008-103041に記載)。
CBE3
分子量:51.6kD
構造: GAP[(GXY)63]3G
アミノ酸数:571個
RGD配列:12個
イミノ酸含量:33%
ほぼ100%のアミノ酸がGXYの繰り返し構造である。CBE3のアミノ酸配列には、セリン、スレオニン、アスパラギン、チロシン及びシステインは含まれていない。CBE3はERGD配列を有している。
等電点:9.34、GRAVY値:-0.682、1/IOB値:0.323
 アミノ酸配列(配列表の配列番号1)(WO2008/103041号公報の配列番号3と同じ。但し末尾のXは「P」に修正)
GAP(GAPGLQGAPGLQGMPGERGAAGLPGPKGERGDAGPKGADGAPGAPGLQGMPGERGAAGLPGPKGERGDAGPKGADGAPGKDGVRGLAGPIGPPGERGAAGLPGPKGERGDAGPKGADGAPGKDGVRGLAGPIGPPGPAGAPGAPGLQGMPGERGAAGLPGPKGERGDAGPKGADGAPGKDGVRGLAGPP)3G
[実施例2] リコンビナントペプチド多孔質体(高分子多孔質体)の作製
 厚さ1mm、直径47mmのアルミ製円筒カップ状容器を用意した。円筒カップは曲面を側面としたとき、側面は1mmのアルミで閉鎖されており、底面(平板の円形状)も1mmのアルミで閉鎖されている。一方、上面は開放された形をしている。また、側面の内部にのみ、肉厚1mmのテフロン(登録商標)を均一に敷き詰め、結果として円筒カップの内径は45mmになっている。以後、この容器のことを円筒形容器と呼称する。
 CBE3水溶液を調製し、このCBE3水溶液を円筒形容器に流し込んだ。冷凍庫内で冷却棚板を用いて底面からCBE3水溶液を冷却した。この際、冷却棚板の温度、及び棚板と円筒形容器の間に挟む断熱板(硝子板)の厚さ、入れるCBE3水溶液の最終濃度、及び水溶液量を以下に記載の通り用意した。
「ア」 棚板温度-40℃、硝子板の厚さ2.2mm、CBE3水溶液の最終濃度12%、水溶液量4mL。
「イ」 棚板温度-60℃、硝子板の厚さ2.2mm、CBE3水溶液の最終濃度7.5%、水溶液量4mL。
「ウ」 棚板温度-40℃、硝子板の厚さ2.2mm、CBE3水溶液の最終濃度4.0%、水溶液量4mL。
 このようにして得た凍結CBE3ブロックを凍結乾燥して、CBE3多孔質体を得た。
[比較例1] リコンビナントペプチド単純凍結多孔質体の作製
 50℃で、2000mgのCBE3を18mLの超純水に溶解し、終濃度10%のCBE3溶液を20mL作製する。そのCBE3溶液を薄く伸ばして4mm厚程度の薄い板状のゲルを作製した。容器については、白い板に、シリコン枠(5cm×10cm程度)をつけて、空気の隙間がないようにしっかりとシリコン枠を押し付けてから、その枠内へ上記のCBE3溶液(50℃)を流し込んだ。液を流し込んだら、4℃へ移して約1時間ゲル化させ、固まっていることを確認した後、-80℃へ移して、ゲルを3時間凍結させた。凍結後、凍結乾燥機(EYELA、FDU-1000)で凍結乾燥を行った。尚、この時に得られた凍結乾燥体は多孔質体ではあり、平均ポアサイズが57.35μmとなっていた。以後、これを単純凍結多孔質体と呼称する。
[実施例3]リコンビナントペプチド多孔質体の空孔サイズと空間占有率の評価
 実施例2で得られたCBE3多孔質体および比較例1で得られた単純凍結多孔質体について、多孔質の空孔サイズと空間占有率の評価を実施した。得られた多孔質体を160℃で20時間の熱架橋を施し、不溶化したのち、十分時間、生理食塩水で膨潤した。その後、ミクロトームで凍結組織切片を作製し、HE(ヘマトキシリン・エオシン)染色標本を作製した。 標本から実スケール1.5mm大の断面像を用意し、個々の空孔面積を計測し、その後、当該面積を円換算した場合の円直径を算出し、空孔サイズとした。この空孔の20ヶ以上の平均値を平均空孔サイズとした。その結果、「ア」は66.39μm、「イ」は63.17μm、「ウ」は56.36μmであった。
 算出した空孔サイズを元に、上記で用いた二次元断面画像から、ある空孔サイズの空孔が占める面積を全面積で除することにより、割合として求めた。その結果、実施例2で得られたCBE多孔質体では20μm~200μmの空孔の空間占有率は、「ア」は100%、「イ」は99.9%、「ウ」は99.9%であった。30μm~150μmの空孔の空間占有率は、「ア」は94.2%、「イ」は97.9%、「ウ」は99.3%であった。
 一方、比較例1で得られた単純凍結多孔質体では、空孔のサイズに大きくばらつきがあり、大きいサイズの集まった箇所と小さいサイズの集まった箇所が存在した。大きいサイズの箇所では、20μm~200μmの空孔の空間占有率は、74.3%、30μm~150μmの空孔の空間占有率は、55.8%であった。小さいサイズの集まった箇所では、20μm~200μmの空孔の空間占有率は、82.8%、30μm~150μmの空孔の空間占有率は、57.2%であった。大きいサイズの箇所と小さいサイズの箇所が半分ずつ混在することから、20μm~200μmの空孔の空間占有率は、78.6%、30μm~150μmの空孔の空間占有率は、56.5%となる(図6)。
[実施例4] リコンビナントペプチド多孔質体の空孔率測定
 実施例2で得られたCBE3多孔質体について、空孔率を測定した。測定に当たっては、嵩密度(ρ)と真密度(ρc)を測定し、空孔率(P = 1-ρ/ρc(%))を求めた。CBE3多孔質体の嵩密度(ρ)は、乾燥質量と体積から算出した。真密度(ρc)は、ハバード型形の比重瓶法により求めた。サンプル数(N)=4の結果として、「ウ」の多孔質体では嵩密度が0.05g/cm3、真密度が1.23g/cm3、空孔率96%(CV値は8%)であることが明らかになった。また、「ア」、「イ」ではそれぞれ空孔率が87%(CV値は10%)、92%(CV値は7%)であることが分かった。
[実施例5] リコンビナントペプチドブロックの作製(多孔質体の粉砕と架橋)
 実施例2で得られた「ア」、「イ」、「ウ」のCBE3多孔質体をニューパワーミル(大阪ケミカル、ニューパワーミルPM-2005)で粉砕した。粉砕は、最大回転数で1分間×5回、計5分間の粉砕で行った。得られた粉砕物について、ステンレス製ふるいでサイズ分けし、25~53μm、53~106μm、106μm~180μmのCBE3ブロックを得た。 その後、減圧下160℃で熱架橋(架橋時間は24時間、48時間、56時間、60時間、72時間、84時間、96時間、120時間、288時間の9種類を実施した)を施して、試料を得た。以下、「ア」の53~106μmを「12%中」、「イ」の25~53μmを「7.5%小」、「イ」の53~106μmを「7.5%中」、「イ」の106~180μmを「7.5%大」、「ウ」の53~106μmを「4%中」と呼ぶ。
[比較例2]リコンビナントペプチドのGA(グルタルアルデヒド)架橋μブロックの作製
 特許文献5に記載されているグルタルアルデヒドを使用する比較例として、基材としてリコンビナントペプチドCBE3を用いて、不定形のGA架橋μブロックを作製した。1000mgのCBE3を9448μLの超純水に溶解し、1N HClを152μL添加後、終濃度1.0%となるように、25%グルタルアルデヒドを400μL添加し、50℃で3時間反応させ、架橋ゲルを作製した。この架橋ゲルを、1Lの0.2Mグリシン溶液へ浸漬し、40℃2時間振とうさせた。その後、架橋ゲルを、5Lの超純水中で1時間振とう洗浄、超純水を新しい物へ置換し、再び洗浄1時間、を繰り返し、計6回洗浄した。洗浄後の架橋ゲルを、-80℃で5時間凍結させた後、凍結乾燥機(EYELA、FDU-1000)で凍結乾燥を行った。得られた凍結乾燥体を、ニューパワーミル(大阪ケミカル、ニューパワーミルPM-2005)で粉砕した。粉砕は、最大回転数で1分間×5回、計5分間の粉砕で行った。得られた粉砕物について、ステンレス製ふるいでサイズ分けし、25~53μmのCBE3・GA架橋μブロックを得た。
[比較例3] 比較用リコンビナントペプチドブロックの作製
 比較例として、従来技術(特許文献5)から類推されるグルタルアルデヒドを含まない工程で作製した場合にできる比較用リコンビナントペプチドブロックを、以下に記載の通り作製した。基材としてリコンビナントペプチドCBE3を用いてブロックを作製した。比較例1で得られた単純凍結多孔質体を、ニューパワーミル(大阪ケミカル、ニューパワーミルPM-2005)で粉砕した。粉砕は、最大回転数で1分間×5回、計5分間の粉砕で行った。得られた粉砕物について、ステンレス製ふるいでサイズ分けし、25~53μmのCBE3ブロックを得た。それを160℃のオーブンに入れ、72時間熱架橋した。
[実施例6]リコンビナントペプチブロックのタップ密度測定
 タップ密度は、ある体積にどれくらいのブロックを密に充填できるかを表す値であり、値が小さいほど、密に充填できない、すなわちブロックの構造が複雑であると言える。 タップ密度は、以下のように測定した。まず、ロートの先にキャップ(直径6mm、長さ21.8mmの円筒状:容量0.616cm3)が付いたものを用意し、キャップのみの質量を測定した。その後、ロートにキャップを付け、ブロックがキャップに溜まるようにロートから流し込んだ。十分量のブロックを入れた後、キャップ部分を200回、机などの硬いところにたたきつけ、ロートをはずし、スパチュラですりきりにした。このキャップにすりきり一杯入った状態で質量を測定した。キャップのみの質量との差からブロックのみの質量を算出し、キャップの体積で割ることで、タップ密度を求めた。
 その結果、比較例3のブロックは524mg/cm3であった。
 一方、実施例5のブロックは「12%中」が372mg/cm3、「7.5%小」が213mg/cm3、「7.5%中」が189mg/cm3、「7.5%大」が163mg/cm3、「4%中」が98mg/cm3であった。実施例5のブロックでは、構造の複雑性に由来して、比較例3のブロックに対して、タップ密度は小さくなることが分かった。
[実施例7] リコンビナントペプチドブロックの二次元断面画像における「面積の平方根÷周囲長」の算出
 ブロックの複雑性を示す指標として、ブロックの「面積の平方根」と「周囲長」の関係を求めた。すなわち、ブロックの「面積の平方根÷周囲長」の値が小さい方がより複雑であると言える。この値は、画像解析ソフトを用いて算出した。まず、ブロックの形が分かる画像を用意した。具体的に、本実施例では、水で良く膨潤させたブロック群を、ミクロトームで凍結切片にし、HE(ヘマトキシリン・エオシン))染色した標本を用いた。ブロック以外に細胞などが存在する場合は、photoshopで、自動選択ツールで製剤のみを抽出し、画像上にブロックのみとなるようにする。その画像を、Imagejを用いて、ブロックの面積と周囲長を求め、「面積の平方根÷周囲長」の値を算出した。ただし、10μm以下のブロックは除いた。
 その結果、比較例3のブロックは0.139となった。
 一方、実施例5のブロックは、「12%中」が0.112、「7.5%小」が0.083、「7.5%中」が0.082、「7.5%大」が0.071、「4%中」が0.061であった。実施例5のブロックでは、構造の複雑性に由来して、比較例3のブロックに対して、「面積の平方根÷周囲長」の値は小さくなり、また、タップ密度と相関があることも分かった。
[実施例8] リコンビナントペプチドブロックの架橋度測定
 実施例5および比較例3で架橋したブロックの架橋度(1分子当たりの架橋数)を算出した。測定はTNBS(2,4,6-トリニトロベンゼンスルホン酸)法を用いた。
<サンプル調製>
 ガラスバイアルにサンプルを約10mg、4%NaHCO3水溶液を1mL、1%のTNBS水溶液を2mL添加し、37℃で3時間振とうさせた。その後、10mLの37%塩酸及び5mLの純水を加えた後、37℃で16時間以上静置し、サンプルとした。
<ブランク調整>
 ガラスバイアルにサンプルを約10mg、4%NaHCO3水溶液を1mL、1%TNBS水溶液を2mL添加し、直後に37%塩酸3mLを加え、37℃で3時間振とうさせた。その後、7mLの37%塩酸及び5mLの純水を加えた後、37℃で16時間以上静置し、ブランクとした。
 純水で10倍希釈したサンプル、及び、ブランクの吸光度(345nm)を測定し、以下の(式1)、及び(式2)から架橋度(1分子当たりの架橋数)を算出した。
(式1) (As-Ab)/14600×V/w
(式1)は、リコンビナントペプチド1g当たりのリジン量(モル等量)を示す。
(式中、Asはサンプル吸光度、Abはブランク吸光度、Vは反応液量(g)、wはリコンビナントペプチド質量(mg)を示す。)
(式2) 1-(サンプル(式1)/未架橋リコンビナントペプチド(式1))×34
(式2)は、1分子あたりの架橋数を示す。
 その結果、実施例5のブロックは、「12%中」が48時間架橋で架橋度12、「7.5%小」と「7.5%中」と「7.5%大」は24時間架橋で架橋度8、「4%中」が48時間架橋で架橋度9であった。また、「7.5%中」で288時間架橋した場合は22であった。一方、比較例3のブロックは72時間架橋で16であった。
[実施例9] リコンビナントペプチドブロックの吸水率測定
 実施例5および比較例3で作製したブロックの吸水率を算出した。
 25℃において、3cm×3cmのナイロンメッシュ製の袋の中に、ブロックを約15mgを充填し、2時間イオン交換水中で膨潤させた後、10分風乾させた。それぞれの段階において質量を測定し、(式3)に従って、吸水率を求めた。
(式3)
 吸水率=(w2-w1-w0)/w0
(式中、w0は、吸水前の材料の質量、w1は吸水後の空袋の質量、w2は吸水後の材料を含む袋全体の質量を示す。)
 その結果、実施例5のブロックは、「12%中」が304%、「7.5%小」が819%、「7.5%中」が892%、「7.5%大」が892%、「4%中」が901%であった。一方、比較例3のブロックは280%であった。
[実施例10] リコンビナントペプチドブロックを用いたモザイク細胞塊の作製(hMSC)
 ヒト骨髄由来間葉系幹細胞(hMSC)を増殖培地(タカラバイオ:MSCGM BulletKitTM)にて10万cells/mLに調整し、実施例5で作製したCBE3ブロックを0.1mg/mLとなるように加えた後、200μLをスミロンセルタイトX96Uプレート(住友ベークライト、底がU字型)に播種し、卓上プレート遠心機で遠心(600g、5分)し、24時間静置し、直径1mm程度の球状の、CBE3ブロックとhMSC細胞からなるモザイク細胞塊を作製した(細胞1個当たり0.001μgのブロック)。なお、U字型のプレート中で作製したため、本モザイク細胞塊は球状であった。また、これは「12%中」、「7.5%小」、「7.5%中」、「7.5%大」、「4%中」のいずれも上記と同様に作成できた。
 [比較例4] 比較用リコンビナントペプチドブロックを用いたモザイク細胞塊の作製(hMSC)
 ヒト骨髄由来間葉系幹細胞(hMSC)を増殖培地(タカラバイオ:MSCGM BulletKitTM)にて10万cells/mLに調整し、比較例3で作製したCBE3ブロックを0.1mg/mLとなるように加えた後、200μLをスミロンセルタイトX96Uプレート(住友ベークライト、底がU字型)に播種し、卓上プレート遠心機で遠心(600g、5分)し、24時間静置し、直径1mm程度の球状の、CBE3ブロックとhMSC細胞からなるモザイク細胞塊を作製した(細胞1個当たり0.001μgのブロック)。なお、U字型のプレート中で作製したため、本モザイク細胞塊は、球状であった。
[比較例5] リコンビナントペプチドGA架橋μブロックを用いたモザイク細胞塊の作製(hMSC)
 比較用のグルタルアルデヒドを含むモザイク細胞塊を以下の通り作成した。ヒト骨髄由来間葉系幹細胞(hMSC)を増殖培地(タカラバイオ:MSCGM BulletKitTM)にて10万cells/mLに調整し、比較例2で作製したGA架橋μブロックを0.1mg/mLとなるように加えた後、200μLをスミロンセルタイトX96Uプレート(住友ベークライト、底がU字型)に播種し、卓上プレート遠心機で遠心(600g、5分)し、24時間静置し、直径1mm程度の球状の、GA架橋μブロックとhMSC細胞からなるモザイク細胞塊を作製した(細胞1個当たり0.001μgのブロック)。なお、U字型のプレート中で作製したため、本モザイク細胞塊は、球状であった。
 [実施例11] リコンビナントペプチドブロックを用いたモザイク細胞塊の作製(hMSC+hECFC)
 ヒト血管内皮前駆細胞(hECFC)を増殖培地(Lonza:EGM-2+ECFC serum supplement)にて10万cells/mLに調整し、実施例5で作製したCBE3ブロックを0.05mg/mLとなるように加えた後、200μLをスミロンセルタイトX96Uプレートに播種し、卓上プレート遠心機で遠心(600g、5分)し、24時間静置し、扁平状の、ECFCとCBE3ブロックからなるモザイク細胞塊を作製した。その後、培地を除去し、ヒト骨髄由来間葉系幹細胞(hMSC)を増殖培地(タカラバイオ:MSCGM BulletKitTM)にて10万cells/mLに調整し、実施例5で作製したCBE3ブロックを0.1mg/mLとなるように加えた後、hECFCモザイク細胞塊がある200μLをスミロンセルタイトX96Uプレートに播種し、卓上プレート遠心機で遠心(600g、5分)し、24時間静置し、直径1mm程度の球状の、hMSCとhECFCとCBE3ブロックからなるモザイク細胞塊を作製した。また、これは「12%中」、「7.5%小」、「7.5%中」、「7.5%大」、「4%中」のいずれも上記と同様に作成できた。
[実施例12] リコンビナントペプチドブロックを用いたモザイク細胞塊(hMSC)の融合
 実施例10で作製した2日目のモザイク細胞塊(本発明のCBE3ブロックを使用)5個をスミロンセルタイトX96Uプレート中で並べ、24時間培養を行った。その結果、モザイク細胞塊同士の間を、外周部に配された細胞が結合させることで、モザイク細胞塊が自然に融合することが明らかになった。また、これは「12%中」、「7.5%小」、「7.5%中」、「7.5%大」、「4%中」のいずれも上記と同様に作成できた。
[実施例13] リコンビナントペプチドブロックを用いたモザイク細胞塊(hMSC+hECFC)の融合
 実施例11で作製した2日目のモザイク細胞塊(本発明のCBE3ブロックを使用)5個をスミロンセルタイトX96Uプレート中で並べ、24時間培養を行った。その結果、モザイク細胞塊同士の間を、外周部に配された細胞が結合させることで、モザイク細胞塊が自然に融合することが明らかになった。また、これは「12%中」、「7.5%小」、「7.5%中」、「7.5%大」、「4%中」のいずれも上記と同様に作成できた。
[比較例6] 比較用リコンビナントペプチドブロックを用いたモザイク細胞塊(hMSC)の融合
 比較例4で作製した2日目のモザイク細胞塊(比較用のCBE3ブロック由来)5個をスミロンセルタイトX96Uプレート中で並べ、24時間培養を行った。その結果、モザイク細胞塊同士の間を、外周部に配された細胞が結合させることで、モザイク細胞塊が自然に融合することが明らかになった。
[比較例7] リコンビナントペプチドGA架橋μブロックを用いたモザイク細胞塊(hMSC)の融合
 比較例5で作製した2日目のモザイク細胞塊(GA架橋μブロック由来)5個をスミロンセルタイトX96Uプレート中で並べ、24時間培養を行った。その結果、モザイク細胞塊同士の間を、外周部に配された細胞が結合させることで、モザイク細胞塊が自然に融合することが明らかになった。
[実施例14]  in vitro ATP アッセイ
 各モザイク細胞塊中の細胞が産生・保持しているATP(アデノシン三リン酸)量を定量した。ATPは生物全般のエネルギー源として知られ、ATP合成量・保持量を定量することで、細胞の代謝活性の状態、活動状態を知ることができる。測定には、CellTiter-Glo(Promega社)を用いた。実施例10および比較例4、比較例5で作製したモザイク細胞塊について、ともにDay7のもので、CellTiter-Gloを用いて、各モザイク細胞塊中のATP量を定量した。その結果、GA架橋μブロックを用いたモザイク細胞塊に比べ、比較用のCBE3ブロックを用いたモザイク細胞塊では、ATP量が少ない結果となった。一方、本発明のCBE3ブロックを用いたモザイク細胞塊は、GA架橋μブロックを用いたモザイク細胞塊よりもATP量が多いことが分かった。これは本発明のCBE3ブロックが、「12%中」、「7.5%小」、「7.5%中」、「7.5%大」、「4%中」いずれの場合においても、同様に、GA架橋μブロックを用いたモザイク細胞塊よりも多くのATPを産生している結果となった(図1)。つまり、複雑な構造を持つ本発明のCBE3ブロックを用いたモザイク細胞塊の方が、内部の細胞の生存状態が良好であることが明らかになった。
[実施例15] リコンビナントペプチドブロックを用いた巨大モザイク細胞塊の作製
 実施例12のように1mmのモザイク細胞塊を融合して、巨大なモザイク細胞塊を作製することは可能であるが、一度に巨大なモザイク細胞塊を作製できる方が、操作を簡便化できる。ここで、細胞の接着しない加工を施したスミロンセルタイトの9cmシャーレに、を増殖培地(タカラバイオ:MSCGM BulletKitTM)で1.5%アガロース(Agarose S)溶液を50mL入れた。その際、1cm四方の棒状にしたシリコンを5mm程度アガロース溶液中に浸るように固定し、アガロースが固まった後、シリコンを取り除き、アガロース中に1cm四方の窪みができた容器を作成した。そこに増殖培地を適量入れ、ゲルが乾かないように保存した。培地を取り除き、実施例5で作製したブロックの内、代表的な「7.5%中」16mgと、250万cellsのヒト骨髄由来間葉系幹細胞(hMSC)の懸濁物を窪みに入れ、その後静かに25mLの増殖培地を添加した。1日培養後、1cm四方、厚さ2-3mmの巨大モザイク細胞塊を作製できた。これを、25mLの増殖培地を入れたスミロンセルタイトの9cmシャーレに移し、さらに2日培養後、25mLの増殖培地を入れたスピナーフラスコに移して攪拌培養し、培養7日後のモザイク細胞塊の断面のHE染色標本を作製した。その結果、培養7日後でも内部の細胞が生存していることを確認した。このように、細胞とブロックを混合し、型に流して培養することで、巨大なモザイク細胞塊を作製可能であることが明らかになった。また、この方法は、GA架橋μブロック、比較用ブロック及び本発明のブロックの何れでも可能であり、ブロックの種類に依存しない。
[実施例16]リコンビナントペプチドブロックを用いたモザイク細胞塊の移植
 マウスはNOD/SCID(チャールズリバー)のオス、4~6週齢のものを用いた。麻酔下でマウス腹部の体毛を除去し、上腹部の皮下に切れ込みを入れ、切れ込みからはさみを差し込み、皮膚を筋肉からはがした後、実施例12、実施例13、比較例6、及び比較例7で作成したモザイク細胞塊をピンセットですくい、切れ込みから1.5cmほど下腹部寄りの皮下に移植し、皮膚の切れ込み部を縫合した。
[実施例17] リコンビナントペプチドブロックを用いたモザイク細胞塊の採取
 解剖は移植から1週後及び2週後に行った。腹部の皮膚をはがし、モザイク細胞塊が付着した皮膚を、約1平方cmの正方形の大きさに切り取った。モザイク細胞塊が腹部の筋肉にも付着している場合は、筋肉と共に採取した。
[実施例18] 標本解析
 モザイク細胞塊が付着した皮膚片および、移植前のモザイク細胞塊について組織切片を作製した。皮膚を4%パラホルムアルデヒドに浸漬し、ホルマリン固定を行った。その後、パラフィンで包埋し、モザイク細胞塊を含む皮膚の組織切片を作製した。切片はHE染色(ヘマトキシリン・エオシン染色)を行った。
 実施例12の「7.5%中」、比較例6および比較例7を移植した2週間後のHE標本を図2に示す。図2に記載の生存率は、全細胞数(生細胞数+死細胞数)中の生細胞数の割合を示す。
 比較例7のGA架橋μブロックを用いたモザイク細胞塊(図2のA:生細胞数100個:生存率80%)に比べ、比較例6のブロックを用いたモザイク細胞塊(図2のB:生細胞数37個:生存率45%)では、生細胞が少ないことが分かる。一方、実施例12の本発明のブロック(「7.5%中」)を用いたモザイク細胞塊(図2のC:生細胞数116個:生存率84%)は、比較例6のブロックを用いたモザイク細胞塊(図2のB:生細胞数37個:生存率45%)に比べて、生細胞が多く、生存が良好であることが分かった。この結果は、実施例14でのin vitroアッセイの結果とも一致し、本発明のブロックを採用することによって、移植した細胞の生存を良くすることが可能であることが分かった。
 また、本発明のブロック群内間での移植細胞の生存状態を図3に示す。図3に記載の生存率は、全細胞数(生細胞数+死細胞数)中の生細胞数の割合を示す。
 106~180μmサイズの「7.5%大」の生存率は57%であり、「7.5%小」の生存率は62%であり、「7.5%中」の生存率は84%であり、「4%中」の生存率は82%であった。即ち、本発明のブロック群内間では、106~180μmサイズの「7.5%大」よりも、「7.5%小」、「7.5%中」、「4%中」が更に細胞の生存が良くなることが分かった(図3)。また、最上の移植結果をもたらすものとしては、「7.5%中」と「4%中」が、「7.5%小」よりも、移植細胞の生存が良いことも分かった(図3)。即ち、高分子ブロックのタップ密度又は高分子ブロックの二次元断面像における断面積の平方根÷周囲長の値が所定の範囲内となるような構造を有することが重要であり、中でも、「53~106μm」>「25~53μm」>「106~180μm」という順で移植後の細胞生存が良くなることも分かった。
 また、この53~106μmの大きさの本発明のブロックを用いた実施例12のモザイク細胞塊を移植した場合における移植2週間後のHE標本を図4に示す。また、図4中の血管数を計測した結果、63本/mm2であった。図4に示す通り、モザイク細胞塊内部に血管が誘引されていることも分かった。
 さらに、実施例13の内、代表的な「7.5%中」を用いた物について、血管系の細胞を入れたモザイク細胞塊を移植した場合における移植2週間後のHE標本を図5に示す。図5中の血管数を計測した結果、180本/mm2であった。実施例12を移植した場合に比べ、図5に示す通り、実施例13の血管系の細胞を入れたモザイク細胞塊を移植した場合には、モザイク細胞塊内部により多くの血管が形成されていることが明らかになった。
[実施例19]  hMSC+hECFCモザイク細胞塊中のECFCの割合と濃度の算出
 実施例11の内、代表的な「7.5%中」を用いたモザイク細胞塊は、切片をhECFC染色用にCD31抗体(EPT  Anti CD31/PECAM-1)にDAB発色を用いたキット(ダコLSAB2キット ユニバーサル K0673 ダコLSAB2キット/HRP(DAB) ウサギ・マウス一次抗体両用)による免疫染色を行った。画像処理ソフトImageJ、CD31抗体による染色方法を使用し、中心部のhECFC(血管系の細胞)の面積の割合を求めた。なお、ここでいう「中心部」とは前記定義したものである。
 その結果、実施例11の代表的な「7.5%中」モザイク細胞塊の中心部のhECFC(血管系の細胞)の面積の割合は99%であった。
 さらに実施例11の代表的な「7.5%中」モザイク細胞塊について、上記のCD31抗体による染色と、HE染色(ヘマトキシリン・エオシン染色)を重ね合わせることで、中心部に存在するhECFCの細胞密度を算出した。中心部の血管系の細胞密度は、実際に薄切標本の細胞数を数え、細胞数を体積で割って求めることができる。まず、Photoshopを用いて、上記2枚の画像を重ね合わせ、CD31抗体による染色と重なったHE染色の細胞核の数をカウントして細胞数を算出した。一方、体積は、ImageJを用いて中心部の面積を求め、その薄切標本の厚みの2μmをかけることで求められた。
 その結果、実施例11の代表的な「7.5%中」モザイク細胞塊の中心部のhECFC(血管系の細胞)の細胞数は2.58×10-4cells/μm3であった。
[実施例20] リコンビナントペプチド多孔質体(高分子多孔質体)の作製
 厚さ1mm、直径47mmのアルミ製円筒カップ状容器を用意した。円筒カップは曲面を側面としたとき、側面は1mmのアルミで閉鎖されており、底面(平板の円形状)も1mmのアルミで閉鎖されている。一方、上面は開放された形をしている。また、側面の内部にのみ、肉厚1mmのテフロン(登録商標)を均一に敷き詰め、結果として円筒カップの内径は45mmになっている。以後、この容器のことを円筒形容器と呼称する。
 CBE3を最終濃度7.5質量%としてリコンビナントペプチド水溶液を調製し、このリコンビナントペプチド水溶液を円筒形容器に流し込んだ。冷凍庫内で冷却棚板を用いて底面からリコンビナントペプチド水溶液を冷却した。この際、冷却棚板の温度、及び棚板と円筒形容器の間に挟む断熱板(硝子板)の厚さ、入れるリコンビナントペプチド水溶液量を変えることにより、液温の冷却過程を変えた。棚板温度は-40℃と-60℃と-80℃、硝子板は0.7mmと1.1mmと2.2mm、リコンビナントペプチド水溶液量は4mLと12mLと16mL、それらの組合せを実施した。
 また、それぞれの水溶液は、底面から冷却される為、円中心部の水表面温度が最も冷却されにくい。従って、その部分が、溶液内で最も温度の高い液温となるため、その部分の液温を測定した(以後、当該部分の液温のことを内部最高液温と呼称する)。
 その結果、棚板温度-40℃で硝子板2.2mmの場合には、内部最高液温が-9.2℃となるまで、温度上昇が始まらず、内部最高液温が未凍結状態で「溶媒融点-3℃」以下の液温をとった状態である(図8)。この状態を経た後、-9.2℃で温度上昇がはじまり、凝固熱が発生したことがわかる(図8)。また、そのタイミングで実際に氷形成が始まっていることも確認出来た。その後、温度は0℃付近を一定時間経過していく。ここでは、水と氷の混合物が存在する状態となっていた。最後0℃から再び温度降下が始まるが、この時、液体部分はなくなり氷となっている(図8)。測定している温度は氷内部の固体温度となる。つまり液温ではなくなる。 このように、凝固熱が発生する瞬間の内部最高液温を見れば、内部最高液温が未凍結状態で「溶媒融点-3℃」を経た後に凍結したかどうかが分かる。
 この凝固熱が発生する瞬間の未凍結状態での内部最高液温を組合せの6種類について、測定すると、以下のようになった。
A 棚板温度-40℃で硝子板2.2mm、液量4mLは、-9.2℃
B 棚板温度-40℃で硝子板1.1mm、液量4mLは、-8.3℃
C 棚板温度-40℃で硝子板0.7mm、液量4mLは、-2.2℃
D 棚板温度-60℃で硝子板2.2mm、液量4mLは、-7.2℃
 尚、ここでいうDが実施例2でいうところの「イ」である。
E 棚板温度-80℃で硝子板2.2mm、液量4mLは、-3.9℃
F 棚板温度-80℃で硝子板1.1mm、液量4mLは、-3.1℃
G 棚板温度-80℃で硝子板0.7mm、液量4mLは、 5.8℃
H 棚板温度-40℃で硝子板2.2mm、液量12mLは、-6.5℃
I 棚板温度-40℃で硝子板2.2mm、液量16mLは、-2.4℃
 このことから、A,B,D,E,F,Hが、未凍結状態で内部最高液温が「溶媒融点-3℃」以下の液温をとる凍結工程による製造法である。(内部最高液温≦「溶媒融点-3℃」の凍結リコンビナントペプチドブロック)
 また、C,G,Iが未凍結状態で内部最高液温が「溶媒融点-3℃」以下の液温をとらない凍結工程による製造法である。(内部最高液温>「溶媒融点-3℃」の凍結リコンビナントペプチドブロック)
 このようにして得た凍結リコンビナントペプチドブロックを凍結乾燥して、CBE3多孔質体を得た。A,B,D,E,F,H由来を『内部最高液温≦「溶媒融点-3℃」のCBE3多孔質体』、C,G,I由来を『内部最高液温≦「溶媒融点-3℃」のCBE3多孔質体』と呼ぶ。
[実施例21]
 実施例20で得られたCBE3多孔質体について、多孔質の空孔サイズと空孔形状の評価を実施した。得られた多孔質体を160℃、20時間の熱架橋を施し、不溶化したのち、十分時間、生理食塩水で膨潤。その後、ミクロトームで凍結組織切片を作製し、HE(ヘマトキシリン・エオシン))染色標本を作製した。
 得られた標本の中心部分の画像を図7(内部最高液温>「溶媒融点-3℃」、と、内部最高液温≦「溶媒融点-3℃」)に示した。その結果、内部最高液温>「溶媒融点-3℃」(C,G,I)では、空孔は80%以上が柱/平板孔となり、球孔は20%以下であった。一方、内部最高液温≦「溶媒融点-3℃」(A,B,D,E,F,H)では、空孔は50%以上が球孔となっていた。また、この内部最高液温≦「溶媒融点-7℃」(A,B,D)では、空孔は80%以上が球孔となっており、ほぼ全てが球孔で構成されていた。これにより、多孔質体の空孔形状を球孔にするには、未凍結状態で内部最高液温が「溶媒融点-3℃」以下となることが重要で、更に「溶媒融点-7℃」以下とすることで、空孔の形状をほぼ全て球孔にすることができることが分かった。
 A~Iについての空孔形状及び平均ポアサイズは、以下の通りである。
A:球孔100%、62.74μm
B:球孔100%、65.36μm
C:柱/平板孔90%、79.19μm
D:球孔100%、63.17μm
E:球孔70%、69.44μm
F:球孔50%、53.98μm
G:柱/平板孔90%、79.48μm
H:球孔80%、76.58μm
I:柱/平板孔90%、79.65μm
[実施例22] リコンビナントペプチドブロックの作製(多孔質体の粉砕と架橋)
 実施例21で得られたCBE3多孔質体をニューパワーミル(大阪ケミカル、ニューパワーミルPM-2005)で粉砕した。粉砕は、最大回転数で1分間×5回、計5分間の粉砕で行った。得られた粉砕物について、ステンレス製ふるいでサイズ分けし、25~53μm及び53~106μmのリコンビナントペプチドブロックを得た。その後、減圧下160℃で72時間、熱架橋を施して、試料を得た。これらの試料は、タップ密度が10mg/cm3以上500mg/cm3以下であること、又は前記高分子ブロックの二次元断面像における断面積の平方根÷周囲長の値が0.01以上0.13以下であることを充足するものであった。これらの試料を使用して実施例10及び実施例12と同じようにして作製したモザイク細胞塊ではA~Iによらず、実施例14と同じin vitroアッセイ、並びに実施例16~18と同じ評価による動物への移植結果において、いずれも、比較用ブロックよりも高い性能(細胞の高い生存率)を示した。ただ、これらのA~Iの中で性能差を見ると僅かな差が生じており、A、B、Dが最も性能が高く、ついでE、F、H、その後にC、G、Iがくるという順番になっていた。つまり、これは多孔質体の空孔形状によって、性能差を生じうることを示している。実施例18では、代表的な結果としてD(実施例2でいうところの「イ」)について詳細に記述している。

Claims (41)

  1.  グルタルアルデヒドを含まない生体親和性高分子ブロックと、少なくとも一種類の細胞とを含み、複数個の細胞間の隙間に複数個の生体親和性高分子ブロックが配置されている、細胞移植用細胞構造体であって、前記生体親和性高分子ブロックのタップ密度が10mg/cm3以上500mg/cm3以下であるか、又は前記高分子ブロックの二次元断面像における断面積の平方根÷周囲長の値が0.01以上0.13以下である、細胞移植用細胞構造体。
  2.  前記生体親和性高分子ブロック一つの大きさが20μm以上200μm以下である、請求項1に記載の細胞移植用細胞構造体。
  3.  前記生体親和性高分子ブロック一つの大きさが50μm以上120μm以下である、請求項1又は2に記載の細胞移植用細胞構造体。
  4.  前記生体親和性高分子ブロックにおいて、生体親和性高分子が熱、紫外線又は酵素により架橋されている、請求項1から3の何れか1項に記載の細胞移植用細胞構造体。
  5.  前記生体親和性高分子ブロックの架橋度が6以上であり、かつ前記生体親和性高分子ブロックの吸水率が300%以上である、請求項4に記載の細胞移植用細胞構造体。
  6.  前記生体親和性高分子ブロックが、生体親和性高分子の多孔質体を粉砕することにより得られる生体親和性高分子ブロックである、請求項1から5の何れか1項に記載の細胞移植用細胞構造体。
  7.  前記生体親和性高分子の多孔質体が、
    (a)生体親和性高分子の溶液を、溶液内で最も液温の高い部分の液温(内部最高液温)が未凍結状態で「溶媒融点-3℃」以下となる凍結処理により凍結する工程;及び
    (b)前記工程(a)で得られた凍結した生体親和性高分子を凍結乾燥する工程:
    を含む方法により製造されたものである、請求項6に記載の細胞移植用細胞構造体。
  8.  前記工程(a)において、溶液内で最も液温の高い部分の液温(内部最高液温)が未凍結状態で「溶媒融点-7℃」以下となる凍結処理により凍結する、請求項7に記載の細胞移植用細胞構造体。
  9.  生体親和性高分子の多孔質体が以下の(a)及び(b)に記載の特性を有する、請求項6から8の何れか1項に記載の細胞移植用細胞構造体。
    (a)81%以上99.99%以下の空孔率を有する。
    (b)サイズが20~200μmである空孔が占める空間占有率が85%以上である。
  10.  厚さ又は直径が400μm以上3cm以下である、請求項1から9の何れか1項に記載の細胞移植用細胞構造体。
  11.  細胞1個当り0.0000001μg以上1μg以下の生体親和性高分子ブロックを含む、請求項1から10の何れか1項に記載の細胞移植用細胞構造体。
  12.  生体親和性高分子が、ゼラチン、コラーゲン、エラスチン、フィブロネクチン、プロネクチン、ラミニン、テネイシン、フィブリン、フィブロイン、エンタクチン、トロンボスポンジン、レトロネクチン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、乳酸・グリコール酸コポリマー、ヒアルロン酸、グリコサミノグリカン、プロテオグリカン、コンドロイチン、セルロース、アガロース、カルボキシメチルセルロース、キチン、又はキトサンである、請求項1から11の何れか1項に記載の細胞移植用細胞構造体。
  13.  生体親和性高分子が、リコンビナントゼラチンである、請求項1から12の何れか1項に記載の細胞移植用細胞構造体。
  14.  リコンビナントゼラチンが、
    式:A-[(Gly-X-Y)n]m-B
    (式中、Aは任意のアミノ酸又はアミノ酸配列を示し、Bは任意のアミノ酸又はアミノ酸配列を示し、n個のXはそれぞれ独立にアミノ酸の何れかを示し、n個のYはそれぞれ独立にアミノ酸の何れかを示し、nは3~100の整数を示し、mは2~10の整数を示す。なお、n個のGly-X-Yはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。)で示される、請求項13に記載の細胞移植用細胞構造体。
  15.  リコンビナントゼラチンが、(1)配列番号1に記載のアミノ酸配列、又は(2)配列番号1に記載のアミノ酸配列と80%以上の相同性を有し、生体親和性を有するアミノ酸配列を有する、請求項12又は13に記載の細胞移植用細胞構造体。
  16.  血管新生因子を含む、請求項1から15の何れか1項に記載の細胞移植用細胞構造体。
  17.  前記細胞が、万能細胞、体性幹細胞、前駆細胞および成熟細胞からなる群から選択される細胞である、請求項1から16の何れか1項に記載の細胞移植用細胞構造体。
  18.  前記細胞が、非血管系の細胞のみである、請求項1から17の何れか1項に記載の細胞移植用細胞構造体。
  19.  前記細胞が、非血管系の細胞および血管系の細胞の両方を含む、請求項1から17の何れか1項に記載の細胞移植用細胞構造体。
  20.  細胞構造体において、中心部の血管系の細胞の面積が、周辺部の血管系の細胞の面積より多い領域を有する、請求項19に記載の細胞移植用細胞構造体。
  21.  前記中心部の血管系の細胞の割合が、血管系の細胞の全面積に対し、60%~100%である領域を有する請求項20に記載の細胞移植用細胞構造体。
  22.  細胞構造体の、中心部の血管系の細胞密度が、1.0×10-4cells/μm3以上である領域を有する、請求項19から21の何れか1項に記載の細胞移植用細胞構造体。
  23.  細胞移植用細胞構造体の内部において血管形成されている、請求項19から22の何れか1項に記載の細胞移植用細胞構造体。
  24.  グルタルアルデヒドを含まない生体親和性高分子ブロックであって、タップ密度が10mg/cm3以上500mg/cm3以下であるか、又は二次元断面像における断面積の平方根÷周囲長の値が0.01以上0.13以下である、生体親和性高分子ブロック。
  25.  前記生体親和性高分子ブロック一つの大きさが20μm以上200μm以下である、請求項24に記載の生体親和性高分子ブロック。
  26.  前記生体親和性高分子ブロック一つの大きさが50μm以上120μm以下である、請求項24又は25に記載の生体親和性高分子ブロック。
  27.  生体親和性高分子が熱、紫外線又は酵素により架橋されている、請求項24から26の何れか1項に記載の生体親和性高分子ブロック。
  28.  架橋度が6以上であり、かつ吸水率が300%以上である、請求項27に記載の生体親和性高分子ブロック。
  29.  生体親和性高分子の多孔質体を粉砕することにより得られる生体親和性高分子ブロックである、請求項24から28の何れか1項に記載の生体親和性高分子ブロック。
  30.  前記生体親和性高分子の多孔質体が、
    (a)生体親和性高分子の溶液を、溶液内で最も液温の高い部分の液温(内部最高液温)が未凍結状態で「溶媒融点-3℃」以下となる凍結処理により凍結する工程;及び
    (b)前記工程(a)で得られた凍結した生体親和性高分子を凍結乾燥する工程:
    を含む方法により製造されたものである、請求項29に記載の生体親和性高分子ブロック。
  31.  前記工程(a)において、溶液内で最も液温の高い部分の液温(内部最高液温)が未凍結状態で「溶媒融点-7℃」以下となる凍結処理により凍結する、請求項30に記載の生体親和性高分子ブロック。
  32.  生体親和性高分子の多孔質体が以下の(a)及び(b)に記載の特性を有する、請求項29から31の何れか1項に記載の生体親和性高分子ブロック。
    (a)81%以上99.99%以下の空孔率を有する。
    (b)サイズが20~200μmである空孔が占める空間占有率が85%以上である。
  33.  生体親和性高分子が、ゼラチン、コラーゲン、エラスチン、フィブロネクチン、プロネクチン、ラミニン、テネイシン、フィブリン、フィブロイン、エンタクチン、トロンボスポンジン、レトロネクチン、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、乳酸・グリコール酸コポリマー、ヒアルロン酸、グリコサミノグリカン、プロテオグリカン、コンドロイチン、セルロース、アガロース、カルボキシメチルセルロース、キチン、又はキトサンである、請求項24から32の何れか1項に記載の生体親和性高分子ブロック。
  34.  生体親和性高分子が、リコンビナントゼラチンである、請求項24から33の何れか1項に記載の生体親和性高分子ブロック。
  35.  リコンビナントゼラチンが、
    式:A-[(Gly-X-Y)n]m-B
    (式中、Aは任意のアミノ酸又はアミノ酸配列を示し、Bは任意のアミノ酸又はアミノ酸配列を示し、n個のXはそれぞれ独立にアミノ酸の何れかを示し、n個のYはそれぞれ独立にアミノ酸の何れかを示し、nは3~100の整数を示し、mは2~10の整数を示す。なお、n個のGly-X-Yはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。)で示される、請求項34に記載の生体親和性高分子ブロック。
  36.  リコンビナントゼラチンが、(1)配列番号1に記載のアミノ酸配列、又は(2)配列番号1に記載のアミノ酸配列と80%以上の相同性を有し、生体親和性を有するアミノ酸配列を有する、請求項34又は35に記載の生体親和性高分子ブロック。
  37.  請求項1から23の何れか1項に記載の細胞移植用細胞構造体を製造するために使用する、請求項24から36の何れか1項に記載の生体親和性高分子ブロック。
  38.  請求項24から37の何れか1項に記載の生体親和性高分子ブロックを含む、請求項1から23の何れか1項に記載の細胞移植用細胞構造体を製造するための試薬。
  39.  請求項24から37の何れか1項に記載の生体親和性高分子ブロックと、少なくとも一種類の細胞とを混合することを含む、請求項1から23の何れか1項に記載の細胞移植用細胞構造体を製造する方法。
  40. (a)生体親和性高分子の溶液を、溶液内で最も液温の高い部分の液温(内部最高液温)が未凍結状態で「溶媒融点-3℃」以下となる凍結処理により凍結する工程;及び
    (b)前記工程(a)で得られた凍結した生体親和性高分子を凍結乾燥する工程:
    を含む、生体親和性高分子の多孔質体を製造する方法。
  41. 前記工程(a)において、溶液内で最も液温の高い部分の液温(内部最高液温)が未凍結状態で「溶媒融点-7℃」以下となる凍結処理により凍結する、請求項40に記載の方法。
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