WO2017061392A1 - 細胞の保存方法 - Google Patents

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WO2017061392A1
WO2017061392A1 PCT/JP2016/079349 JP2016079349W WO2017061392A1 WO 2017061392 A1 WO2017061392 A1 WO 2017061392A1 JP 2016079349 W JP2016079349 W JP 2016079349W WO 2017061392 A1 WO2017061392 A1 WO 2017061392A1
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WO
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cells
cell
temperature
solution
sol
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/079349
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
森 有一
吉岡 浩
裕 照沼
サミュエルアブラハム
Original Assignee
メビオール株式会社
有限会社ジーエヌコーポレーション
株式会社日本バイオセラピー研究所
ニチイン・バイオ・サイエンセス・プライベート・リミテッド
ジーバン・ブルード・バンク・アンド・リサーチ・センター
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Application filed by メビオール株式会社, 有限会社ジーエヌコーポレーション, 株式会社日本バイオセラピー研究所, ニチイン・バイオ・サイエンセス・プライベート・リミテッド, ジーバン・ブルード・バンク・アンド・リサーチ・センター filed Critical メビオール株式会社
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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/04Preserving or maintaining viable microorganisms

Definitions

  • the present invention relates to a method for preserving cells, and in particular, suitable for preserving immune cells such as stem cells, NK (Natural Killer) cells, T lymphocyte cells collected from bone marrow, umbilical cord blood or peripheral blood of humans or predetermined animals.
  • suitable for preserving immune cells such as stem cells, NK (Natural Killer) cells, T lymphocyte cells collected from bone marrow, umbilical cord blood or peripheral blood of humans or predetermined animals.
  • the present invention relates to a method for preserving cells.
  • NK Natural Killer
  • T cells to treat diseases such as cancer. Therefore, a technique for collecting these immune cells in advance and storing them for a long time is required.
  • stem cells having the ability to differentiate into various cells are induced to differentiate into the target cells, and various tissues and organs (cartilage, bone, nerve, heart, eyes, etc.) are regenerated to produce various diseases. Regenerative medicine used for the treatment of this is drawing attention. Therefore, a technique for storing for a long time while maintaining the pluripotency of stem cells is required.
  • a CD Cluster of Differentiation
  • HLA Human leukocyte associated
  • umbilical cord blood and peripheral blood are easy to obtain and have almost no burden on the donor, so that hematopoietic stem cells having various HLA antigens can be secured fairly easily.
  • the number of hematopoietic stem cells obtained from umbilical cord blood or peripheral blood is smaller than that in the case of bone marrow cell transplantation, umbilical cord blood transplantation has been limited to treatment of children and the like.
  • recent progress related to the culture technology of hematopoietic stem cells is remarkable, and it is expected that a technology for expanding hematopoietic stem cells in vitro will be established in the near future.
  • hematopoietic stem cells collected from umbilical cord blood and peripheral blood, and if necessary, the hematopoietic stem cells cryopreserved are thawed and expanded in a culture system before being transplanted to a patient. Will be.
  • Non-patent Document 1 ““ Collection, separation and cryopreservation of umbilical cord blood for use in transplantation ”in Bone Marrow Translation, 1994, No. 13, pp135-143”
  • Non-patent Document 2 ““ Collection, separation and cryopreservation of umbilical cord blood for use in transplantation ”in Bone Marrow Translation, 1994, No. 13, pp135-143”
  • the cord blood mononuclear cells are directly cooled in a state of being suspended in a predetermined medium, and stored by freezing.
  • “Development of a Bioartificial Liver: Properties and Function of a Hollow-fiber Module Inoculated with Liver Cells” in HEPATOLOGY Vol. 17, No. 2, 1993 (see Non-Patent Document 2) It is described that after fixing to a carrier, it is cooled and stored frozen.
  • An object of the present invention is to provide a preservation method capable of efficiently cryopreserving cells such as hematopoietic stem cells, NK (Natural Killer) cells, and T cells and recovering them with high efficiency.
  • the present inventors have conducted intensive studies in order to find a novel cell preservation method.
  • the cells were embedded in an aqueous solution containing at least a hydrogel-forming polymer exhibiting a thermoreversible sol-gel transition in which the aqueous solution became a sol state at a low temperature and a gel state at a high temperature.
  • the cell storage method is characterized in that it comprises a step of cooling the aqueous solution containing the cells to a predetermined temperature and cryopreserving the cells, thereby increasing the cryopreservation efficiency of the cells and It was found that the recovery rate and survival rate were also significantly increased.
  • cells such as NK (Natural Killer) cells, T cells, and hematopoietic stem cells can be efficiently cryopreserved and recovered with high efficiency.
  • NK Natural Killer
  • T cells T cells
  • hematopoietic stem cells can be efficiently cryopreserved and recovered with high efficiency.
  • cells such as hematopoietic stem cells can be stored for a long period of time, and various treatment methods such as cord blood transplantation can be realized.
  • the contents of the present invention will be described in detail.
  • a predetermined medium containing a “hydrogel-forming polymer” is placed in a predetermined container.
  • the predetermined medium is appropriately selected according to the cell type. Serum can be added according to the purpose.
  • plasma separated from blood or blood itself can be used.
  • the container filled with the cells needs to have a mechanical strength that can withstand the organic solvent as well as, when using a centrifugal treatment as described later. is there.
  • an engineering plastic container such as polycarbonate.
  • autoclaving is performed at 121 to 150 ° C. for 20 minutes as necessary.
  • the cells are cooled to a predetermined temperature and stored frozen.
  • the temperature for cryopreservation is appropriately set depending on the cell type, the storage period, etc. Usually, it is preferable to use liquid nitrogen and store at this liquid nitrogen temperature of ⁇ 196 ° C. As a result, the number of cells that die can be reduced, and both the recovery rate and the survival rate can be improved.
  • cryopreserving at such a low temperature if the cells held at around room temperature are rapidly cooled to a temperature of -196 ° C, large freezing may occur in the cells. Therefore, in the case of cryopreservation, it is preferable to gradually cool slowly. Specifically, the cells are cooled at 3 ° C./min or less.
  • a storage medium containing dimethyl sulfoxide (DMSO) can also be used.
  • DMSO dimethyl sulfoxide
  • the cells can be cryopreserved under good conditions, and a high recovery rate can be achieved upon thawing.
  • the basic medium containing DMSO is appropriately selected and used according to the type of cells.
  • the cells cryopreserved as described above are used for the purpose of transplantation, for example, they are thawed by placing them in a water tank together with a predetermined medium container containing a “hydrogel-forming polymer” and shaking it. To do. Then, after the cells are grown to a predetermined number, they are used.
  • the cells in the present invention include microbial cells, plant cells, human or animal hematopoietic stem cells, NK (Natural Killer) cells, T cells, hepatocytes, umbilical cord blood, nucleated cells rich in umbilical cord blood-derived stem cells, pancreatic Langerhans Examples include islet cells, vascular endothelial cells, kidney cells, nerve cells, pituitary cells, thyroid cells, parathyroid cells, bone marrow cells, adrenal cortex cells, and animal free cells such as macrophages, and progeny cells. Furthermore, those obtained by stocking these cells and cells artificially modified by genetic recombination or cell fusion are included. In particular, by using the present invention for cord blood-derived stem cells, a novel therapeutic method such as cord blood transplantation can be realized.
  • the "hydrogel-forming polymer” (TGP) of the present invention is a reversible liquid such as water that forms a cross-linking structure or a network structure in a thermoreversible manner.
  • the “hydrogel” refers to a gel containing a crosslinked or network structure made of a polymer and water supported or held in the structure.
  • sol-gel transition temperature In the present invention, the definition and measurement of “sol state”, “gel state” and “sol-gel transition temperature” are described in the literature (H. Yoshioka et al., Journal of Macromolecular Science, A31 (1), 113 (1994)). That is, the dynamic elastic modulus of the sample at an observation frequency of 1 Hz is measured by gradually changing the temperature from the low temperature side to the high temperature side (1 ° C./1 min), and the storage elastic modulus ( The temperature at which G ′, the elasticity term) exceeds the loss modulus (G ′′, viscosity term) is defined as the sol-gel transition temperature. In general, the state of G ′′> G ′ is defined as sol, and the state of G ′′ ⁇ G ′ is defined as gel. In measuring the sol-gel transition temperature, the following measurement conditions can be preferably used.
  • Measuring instrument (trade name): Stress-controlled rheometer AR500, concentration of sample solution (or dispersion) manufactured by TA Instruments (however, as the concentration of “hydrogel-forming polymer having sol-gel transition temperature”) : 10 (weight)% Amount of sample solution: about 0.8 g Shape and dimensions of measurement cell: acrylic parallel disk (diameter: 4.0 cm), gap: 600 ⁇ m Measurement frequency: 1Hz Applied stress: in the linear region.
  • the sol-gel transition temperature is preferably higher than 0 ° C and not higher than 37 ° C, more preferably higher than 5 ° C and not higher than 35 ° C (especially not lower than 10 ° C and not higher than 33 ° C).
  • a TGP having such a suitable sol-gel transition temperature can be easily selected from the specific compounds described below according to the screening method (sol-gel transition temperature measurement method) described above.
  • the TGP of the present invention is not particularly limited as long as it exhibits a thermoreversible sol-gel transition as described above (that is, has a sol-gel transition temperature).
  • the polymer in which the aqueous solution has a sol-gel transition temperature and reversibly shows a sol state at a temperature lower than the transition temperature include, for example, a block copolymer of polypropylene oxide and polyethylene oxide.
  • a block copolymer of polypropylene oxide and polyethylene oxide include, for example, a block copolymer of polypropylene oxide and polyethylene oxide.
  • Known polyalkylene oxide block copolymers; etherified celluloses such as methyl cellulose and hydroxypropyl cellulose; chitosan derivatives (KRHolme. Et al. Macromolecules, 24, 3828 (1991)) and the like are known.
  • the hydrogel-forming polymer utilizing a hydrophobic bond for cross-linking that can be suitably used as the TGP of the present invention is preferably formed by bonding a plurality of blocks having a cloud point and a hydrophilic block.
  • the hydrophilic block is preferably present because the hydrogel becomes water-soluble at a temperature lower than the sol-gel transition temperature, and the plurality of blocks having a cloud point have a hydrogel having a sol-gel transition temperature. It is preferably present to change to a gel state at higher temperatures.
  • a block having a cloud point dissolves in water at a temperature lower than the cloud point and changes to insoluble in water at a temperature higher than the cloud point, so that at a temperature higher than the cloud point, the block has a gel. It serves as a cross-linking point consisting of a hydrophobic bond to form. That is, the cloud point derived from the hydrophobic bond corresponds to the sol-gel transition temperature of the hydrogel. However, the cloud point and the sol-gel transition temperature do not necessarily coincide. This is because the cloud point of the “block having a cloud point” described above is generally affected by the bond between the block and the hydrophilic block.
  • the hydrogel used in the present invention utilizes the property that not only the hydrophobic bond becomes stronger as the temperature increases, but also the change is reversible with respect to temperature.
  • the TGP preferably has a plurality of “blocks having cloud points”.
  • the hydrophilic block in the TGP has a function of changing the TGP to water-soluble at a temperature lower than the sol-gel transition temperature as described above, and has a hydrophobic binding force at a temperature higher than the transition temperature. Has a function of forming a hydrogel state while preventing the hydrogel from coagulating and precipitating.
  • the TGP used in the present invention is desirably decomposed and absorbed in vivo. That is, it is preferable that the TGP of the present invention is decomposed in a living body by a hydrolysis reaction or an enzymatic reaction to be absorbed and excreted as a low molecular weight body harmless to the living body.
  • the TGP of the present invention is formed by combining a plurality of blocks having a cloud point and a hydrophilic block, at least one of the block having a cloud point and the hydrophilic block, preferably both are in vivo. It is preferable that it is decomposed
  • the block having a cloud point is preferably a polymer block having a negative solubility-temperature coefficient in water, and more specifically, a polypropylene oxide, a copolymer of propylene oxide and another alkylene oxide, A polymer selected from the group consisting of poly N-substituted acrylamide derivatives, poly N-substituted methacrylamide derivatives, copolymers of N-substituted acrylamide derivatives and N-substituted methacrylamide derivatives, polyvinyl methyl ether, and polyvinyl alcohol partially acetylated products. Can be preferably used.
  • a polypeptide composed of a hydrophobic amino acid and a hydrophilic amino acid In order to decompose and absorb a block having a cloud point in vivo, it is effective to make the block having a cloud point a polypeptide composed of a hydrophobic amino acid and a hydrophilic amino acid.
  • a polyester-type biodegradable polymer such as polylactic acid or polyglycolic acid can be used as a block having a cloud point that is decomposed and absorbed in vivo.
  • the above polymer (block having a cloud point) has a cloud point higher than 4 ° C.
  • the polymer used in the present invention (a compound in which a plurality of blocks having a cloud point and a hydrophilic block are combined) )
  • a sol-gel transition temperature of from 0 ° C. to 37 ° C. or less.
  • the cloud point is measured by, for example, cooling an aqueous solution of about 1% by mass of the above polymer (block having a cloud point) to form a transparent uniform solution, and then gradually increasing the temperature (temperature increase rate of about 1). C./min), and the point at which the solution becomes cloudy for the first time is taken as the cloud point.
  • poly N-substituted acrylamide derivatives and poly N-substituted methacrylamide derivatives that can be used in the present invention are listed below.
  • Poly-N-acroylpiperidine poly-Nn-propylmethacrylamide; poly-N-isopropylacrylamide; poly-N, N-diethylacrylamide; poly-N-isopropylmethacrylamide; poly-N-cyclopropylacrylamide; Poly-N-acryloylpyrrolidine; poly-N, N-ethylmethylacrylamide; poly-N-cyclopropylmethacrylamide; poly-N-ethylacrylamide.
  • the polymer may be a homopolymer or a copolymer of a monomer constituting the polymer and another monomer.
  • a hydrophilic monomer or a hydrophobic monomer can be used as another monomer constituting such a copolymer.
  • copolymerization with a hydrophilic monomer raises the cloud point of the product and copolymerization with a hydrophobic monomer lowers the cloud point of the product. Therefore, a polymer having a desired cloud point (for example, a cloud point higher than 4 ° C. and lower than 40 ° C.) can be obtained also by selecting the monomer to be copolymerized.
  • hydrophilic monomer examples include N-vinyl pyrrolidone, vinyl pyridine, acrylamide, methacrylamide, N-methyl acrylamide, hydroxyethyl methacrylate, hydroxyethyl acrylate, hydroxymethyl methacrylate, hydroxymethyl acrylate, and acrylic having an acid group.
  • Acid methacrylic acid and salts thereof, vinyl sulfonic acid, styrene sulfonic acid and the like, and N, N-dimethylaminoethyl methacrylate, N, N-diethylaminoethyl methacrylate, N, N-dimethylaminopropyl having a basic group
  • examples include, but are not limited to, acrylamide and salts thereof.
  • hydrophobic monomer examples include acrylate derivatives and methacrylate derivatives such as ethyl acrylate, methyl methacrylate and glycidyl methacrylate, N-substituted alkylmethacrylamide derivatives such as Nn-butylmethacrylamide, vinyl chloride, acrylonitrile and styrene. And vinyl acetate and the like, but are not limited thereto.
  • hydrophilic block On the other hand, specific examples of the hydrophilic block to be combined with the above-described block having a cloud point include methyl cellulose, dextran, polyethylene oxide, polyvinyl alcohol, poly N-vinyl pyrrolidone, polyvinyl pyridine, polyacrylamide, and polymethacrylamide.
  • the hydrophilic block is desirably decomposed, metabolized and excreted in vivo, and hydrophilic biopolymers such as proteins such as albumin and gelatin, and polysaccharides such as hyaluronic acid, heparin, chitin and chitosan are preferably used. .
  • the method for bonding the block having a cloud point and the hydrophilic block is not particularly limited.
  • a polymerizable functional group for example, acryloyl group
  • acryloyl group is introduced into one of the blocks to give the other block. This can be done by copolymerizing monomers.
  • the combined product of a block having a cloud point and the hydrophilic block may be obtained by block copolymerization of a monomer that gives a block having a cloud point and a monomer that gives a hydrophilic block. Is possible.
  • the block having a cloud point and the hydrophilic block are bonded to each other by introducing a reactive functional group (for example, a hydroxyl group, an amino group, a carboxyl group, an isocyanate group, etc.) in advance and bonding them together by a chemical reaction. Can also be done. At this time, usually a plurality of reactive functional groups are introduced into the hydrophilic block.
  • the bond between the polypropylene oxide having a cloud point and the hydrophilic block is repeated, for example, by anionic polymerization or cationic polymerization by repeatedly repeating propylene oxide and a monomer (for example, ethylene oxide) constituting “another hydrophilic block”.
  • a block copolymer in which polypropylene oxide and a “hydrophilic block” (for example, polyethylene oxide) are bonded can be obtained.
  • Such a block copolymer can also be obtained by copolymerizing monomers constituting a hydrophilic block after introducing a polymerizable group (for example, acryloyl group) to the terminal of polypropylene oxide.
  • the polymer used in the present invention can also be obtained by introducing a functional group capable of binding reaction with a functional group (for example, hydroxyl group) at the end of polypropylene oxide into the hydrophilic block and reacting both. .
  • the TGP used in the present invention can also be obtained by connecting a material such as Pluronic F-127 (trade name, manufactured by Asahi Denka Kogyo Co., Ltd.) in which polyethylene glycol is bonded to both ends of polypropylene glycol.
  • Pluronic F-127 trade name, manufactured by Asahi Denka Kogyo Co., Ltd.
  • the polymer of the present invention in a mode including a block having a cloud point is water-soluble together with the hydrophilic block at the temperature lower than the cloud point, because the above-mentioned “block having a cloud point” is present in the molecule. It is completely dissolved in water and shows a sol state. However, when the temperature of the polymer aqueous solution is raised to a temperature higher than the above cloud point, the “block having a cloud point” present in the molecule becomes hydrophobic, and is associated between separate molecules by hydrophobic interaction. To do.
  • the polymer of the present invention is a hydrophobic association part between blocks having a cloud point in water.
  • a hydrogel having a three-dimensional network structure with a cross-linking point as a cross-linking point is generated.
  • the temperature of this hydrogel is cooled again to a temperature lower than the cloud point of the “block having cloud point” existing in the molecule, the block having the cloud point becomes water-soluble and the crosslinking point due to hydrophobic association is released.
  • the hydrogel structure disappears and the TGP of the present invention becomes a complete aqueous solution again.
  • the sol-gel transition of the polymer of the present invention in a preferred embodiment is based on a reversible hydrophilicity and hydrophobicity change in the cloud point of the block having the cloud point existing in the molecule. Therefore, it has complete reversibility in response to temperature changes. According to the study by the present inventors, it is considered that the delicate hydrophilic-hydrophobic balance of TGP in water contributes to the stability of cells when the cells are stored at low temperature in water.
  • the hydrogel-forming polymer of the present invention containing at least a polymer having a sol-gel transition temperature in an aqueous solution is substantially water-insoluble at a temperature (d ° C.) higher than the sol-gel transition temperature. It is reversibly water soluble at a temperature (e ° C.) lower than the sol-gel transition temperature.
  • the high temperature (d ° C.) is preferably a temperature that is 1 ° C. or more higher than the sol-gel transition temperature, and more preferably a temperature that is 2 ° C. or more (especially 5 ° C. or more) higher.
  • substantially water-insoluble means that the amount of the polymer dissolved in 100 mL of water at the temperature (d ° C.) is 5.0 g or less (more preferably 0.5 g or less, particularly 0.1 g or less). ) Is preferable.
  • the above-mentioned low temperature (e ° C.) is preferably 1 ° C. or more lower than the sol-gel transition temperature (in absolute value), more preferably 2 ° C. or higher (particularly 5 ° C. or higher). preferable.
  • the “water-soluble” means that the amount of the polymer dissolved in 100 mL of water at the temperature (e ° C.) is preferably 0.5 g or more (more preferably 1.0 g or more).
  • “reversibly water-soluble” means that the aqueous solution of TGP is once gelled (at a temperature higher than the sol-gel transition temperature) but at a temperature lower than the sol-gel transition temperature. It means showing the water solubility mentioned above.
  • the polymer preferably has a viscosity of 10 to 3,000 centipoise (more preferably 50 to 1,000 centipoise) at 10 ° C. in a 10% aqueous solution. Such viscosity is preferably measured under the following measurement conditions, for example. Viscometer: Stress-controlled rheometer (Model name: AR500, manufactured by TA Instruments) Rotor diameter: 60mm Rotor shape: parallel plate
  • the aqueous solution of TGP of the present invention is gelled at a temperature higher than the sol-gel transition temperature and then immersed in a large amount of water, the gel does not substantially dissolve.
  • the characteristics of the hydrogel formed by the TGP can be confirmed, for example, as follows. That is, 0.15 g of TGP was dissolved in 1.35 g of distilled water at a temperature lower than the sol-gel transition temperature (for example, under ice cooling) to prepare a 10 wt% aqueous solution, and the aqueous solution was made into a plastic petri dish having a diameter of 35 mm.
  • a gel having a thickness of about 1.5 mm is formed in the petri dish by being poured into the dish and heated to 37 ° C., and then the weight (f grams) of the entire petri dish containing the gel is measured. Subsequently, after the whole petri dish containing the gel was allowed to stand at 37 ° C. for 10 hours in 250 ml of water, the weight (g gram) of the whole petri dish containing the gel was measured, and the dissolution of the gel from the gel surface was measured. Evaluate presence or absence.
  • the weight reduction rate of the gel that is, (f ⁇ g) / f is preferably 5.0% or less, more preferably 1.0%. Or less (particularly 0.1% or less).
  • the aqueous solution of TGP of the present invention may be gelated at a temperature higher than the sol-gel transition temperature and then immersed in a large amount of water (by volume, about 0.1 to 100 times that of the gel). Over time, the gel does not dissolve.
  • a property of the polymer used in the present invention is achieved by, for example, the presence of two or more (plural) blocks having a cloud point in the polymer.
  • the concentration in water that is, ⁇ (polymer) / (polymer + water) ⁇ ⁇ 100 (%), 20% or less (and 15 It is preferable to use TGP which can be gelled at a concentration of not more than%, particularly not more than 10%.
  • the molecular weight of TGP used in the present invention is preferably from 30,000 to 30 million, more preferably from 100,000 to 10 million, still more preferably from 500,000 to 5 million.
  • the residue is dissolved in distilled water and ultrafiltered using an ultrafiltration membrane (Amicon PM-30) with a molecular weight cut off of 30,000 to obtain a high molecular weight polymer and a low molecular weight polymer. Fractionated. The obtained aqueous solution was frozen to obtain F-127 high polymer and F-127 low polymer.
  • the F-127 high polymer (hydrogel-forming polymer of the present invention, TGP-1) obtained as described above was dissolved in distilled water at a concentration of 8% by mass under ice cooling. When this aqueous solution was gently heated, the viscosity gradually increased from 21 ° C. and solidified at about 27 ° C. to form a hydrogel.
  • the solid matter was collected by filtration and then vacuum-dried, and the hydrogel-forming polymer (TGP-5) of the present invention in which a plurality of poly (N-isopropylacrylamide-co-n-butyl methacrylate) and polyethylene oxide were bonded.
  • the TGP-5 thus obtained was dissolved in distilled water at a concentration of 5% by mass under ice cooling, and its sol-gel transition temperature was measured to be about 21 ° C.
  • TEMED N, N, N ′, N′-tetramethylethylenediamine
  • APS ammonium persulfate
  • the concentrated solution was diluted by adding 4 L of cold distilled water, and the above ultrafiltration concentration operation was performed again. The above dilution and ultrafiltration concentration operations were further repeated 5 times to remove those having a molecular weight of 100,000 or less. What was not filtered by this ultrafiltration (remaining in the ultrafiltration membrane) was recovered and lyophilized to obtain 72 g of the hydrogel-forming polymer (TGP-5) of the present invention having a molecular weight of 100,000 or more. Obtained. 1 g of the hydrogel-forming polymer (TGP-5) of the present invention obtained above was dissolved in 9 g of distilled water under ice-cooling. When the sol-gel transition temperature of this aqueous solution was measured, the sol-gel transition temperature was 20 ° C.
  • the concentrated solution was diluted by adding 4 L of cold distilled water, and the above ultrafiltration concentration operation was performed again. The above dilution and ultrafiltration concentration operations were further repeated 5 times to remove those having a molecular weight of 100,000 or less. What was not filtered by this ultrafiltration (remaining in the ultrafiltration membrane) was collected and lyophilized to obtain 40 g of the hydrogel-forming polymer (TGP-6) of the present invention having a molecular weight of 100,000 or more. Obtained. 1 g of the hydrogel-forming polymer (TGP-6) of the present invention obtained above was dissolved in 9 g of distilled water under ice cooling. When the sol-gel transition temperature of this aqueous solution was measured, the sol-gel transition temperature was 7 ° C.
  • the concentrated solution was diluted by adding 4 L of cold distilled water, and the above ultrafiltration concentration operation was performed again. The above dilution and ultrafiltration concentration operations were further repeated 5 times to remove those having a molecular weight of 100,000 or less. What was not filtered by this ultrafiltration (remaining in the ultrafiltration membrane) was recovered and lyophilized to obtain 22 g of the hydrogel-forming polymer (TGP-7) of the present invention having a molecular weight of 100,000 or more. Obtained. 1 g of the hydrogel-forming polymer (TGP-7) of the present invention obtained as described above was dissolved in 9 g of distilled water under ice cooling. When the sol-gel transition temperature of this aqueous solution was measured, the sol-gel transition temperature was 37 ° C.
  • Bone marrow collected from humans was placed in a sterile centrifuge tube, centrifuged at 3,000 rpm for 10 minutes at room temperature, and the supernatant was removed with a pipette.
  • 15 ml of phosphate buffer (manufactured by LifeTechnologies, catalog number 70011-044) was added to 15 ml of the precipitated cells and dispersed, and 15 ml of ficoll solution (manufactured by GE Healthcare LifeSciences, catalog number 17030010) was overlaid.
  • the bone marrow mononuclear cell layer was transferred to another sterile container without disturbing the separation layer, and a phosphate buffer solution twice as much as the bone marrow mononuclear cell layer was added.
  • a phosphate buffer solution twice as much as the bone marrow mononuclear cell layer was added.
  • the supernatant was removed with a pipette.
  • 30 ml of phosphate buffer was added to the precipitated cells and gently stirred, and 20 ⁇ l was collected and the number of cells was counted. The number of cells was measured by adding 20 ⁇ l of Turk stain to 20 ⁇ l of cell dispersion and collecting 10 ⁇ l to count the number of viable cells.
  • Cell preservation method (I) The human bone marrow cells were dispersed in the cell preservation solution (I, II, III) in the cryopreservation tube so that the number of cells was 2 to 4 ⁇ 10 6, sealed, and placed at 4 ° C. for 1 hour. It moved to the 80 degreeC freezer (Thermo Penpol model number DF80U). After one week or one month, it was removed from the -80 ° C freezer and thawed at 37 ° C for 3 minutes.
  • Thermo Penpol model number DF80U Thermo Penpol model number DF80U
  • Cell preservation method (II) The human bone marrow cells are dispersed in the cell preservation solution (I, II, III) in the cryopreservation tube so that the number of cells is 2 to 4 ⁇ 10 6 , respectively, and tightly plugged. Immediately, a freezer (Thermo Penpol model number DF80U). Thereafter, the same test as in the cell preservation method (I) was conducted.
  • Cell preservation method (III) The human bone marrow cells were dispersed in the cell preservation solution (I, II, III) in the cryopreservation tube so that the number of cells was 2 to 4 ⁇ 10 6 , sealed, and placed at 4 ° C. for 1 hour. It was transferred to a liquid nitrogen tank at -196 ° C. Thereafter, the same test as in the cell preservation method (I) was conducted.
  • Cell preservation method (IV) The human bone marrow cells are dispersed in the cell preservation solution (I, II, III) in the cryopreservation tube so as to have a cell number of 2 to 4 ⁇ 10 6 , sealed tightly, and immediately in a liquid nitrogen tank at ⁇ 196 ° C. Moved to. Thereafter, the same test as in the cell preservation method (I) was conducted. Table 1 shows the results of 1-week cryopreservation using each cell preservation solution (I, II, III) and each cell preservation method (I, II, III, IV). 2 are listed together.
  • cell preservation solution III (2 mL of 10% TGP solution), leave it at 4 ° C for 1 hour, and store it frozen in a freezer at -80 ° C.
  • the time when the law (I) was adopted was the best.
  • the cell storage method (IV) in which the cell storage solution II (1 mL of 10% TGP solution, 0.9 ml of dextran solution, 0.1 ml of DMSO) was immediately transferred to a liquid nitrogen tank at ⁇ 196 ° C. was adopted. It was the best.
  • Human peripheral blood was placed in a sterile centrifuge tube, centrifuged at 3,000 rpm for 10 minutes at room temperature, and plasma (supernatant) was removed with a pipette and transferred to another sterile centrifuge tube.
  • the plasma was inactivated by heat treatment at 56 ° C. for 30 minutes, centrifuged at 3,000 rpm for 10 minutes at room temperature, and the supernatant was transferred to another sterile centrifuge tube and stored at ⁇ 20 ° C.
  • phosphate buffer solution manufactured by LifeTechnologies, USA, catalog number 70011-044
  • 15 ml of lymphoprep solution manufactured by Axis-Shield, Norway, catalog number.
  • LYS3773 was layered. After centrifugation at 1,500 rpm for 30 minutes at room temperature, transfer the human peripheral blood natural killer cell layer to another sterile container without disturbing the separation layer, and double the amount of phosphate buffer solution of human peripheral blood natural killer (NK) cell layer was added. After centrifugation at 1,200 rpm for 10 minutes at room temperature, the supernatant was removed with a pipette.
  • NK cell culture flasks (manufactured by Biotherapy Institute, Tokyo, Japan) were washed three times with sterile phosphate buffer, and NK cells dispersed in the culture solution at a cell number of 1 ⁇ 10 6 / ml were NK at 39 ° C. Placed in flask for cell culture. After culturing under 5% CO 2 for 24 hours, the temperature was changed to 37 ° C. and culturing was continued for 2 days. A cell cryopreservation test similar to Example 1 was conducted except that human peripheral blood natural killer cells were used instead of human bone marrow cells, and the CD56 positive cell fraction was measured instead of the CD34 positive cell fraction. The results of storage are summarized in Table 7, and the results of freezing for one month are summarized in Table 8, respectively.
  • cell preservation solution II (1 ml of 10% TGP solution, 0.9 ml of dextran solution, 0.1 ml of DMSO) is used for 1 hour at 4 ° C. for both short-term and long-term preservation.
  • the cell viability was better when the cell preservation method (I) in which the sample was cryopreserved in a freezer at ⁇ 80 ° C. or the cell preservation method (III) in which it was transferred to a liquid nitrogen tank at ⁇ 196 ° C. was employed.
  • the cell preservation solution I (1.8 ml of dextran solution and 0.2 ml of DMSO).
  • Human peripheral blood was placed in a sterile centrifuge tube, centrifuged at 3,000 rpm for 10 minutes at room temperature, and plasma (supernatant) was removed with a pipette and transferred to another sterile centrifuge tube.
  • the plasma was inactivated by heat treatment at 56 ° C. for 30 minutes, centrifuged at 3,000 rpm for 10 minutes at room temperature, and the supernatant was transferred to another sterile centrifuge tube and stored at ⁇ 20 ° C.
  • phosphate buffer solution manufactured by LifeTechnologies, USA, catalog number 70011-044
  • 10 ml of lymphoprep solution manufactured by Axis-Shield, Norway, catalog number.
  • LYS3773 was layered. After centrifugation at 1,500 rpm for 30 minutes at room temperature, the human peripheral blood leukocyte cell layer was transferred to another sterile container without disturbing the separation layer, and a phosphate buffer solution twice as much as the human leukocyte cell layer was added. After centrifugation at 1,200 rpm for 10 minutes at room temperature, the supernatant was removed with a pipette.
  • a T-cell culture flask (manufactured by Biotherapy Institute, Tokyo, Japan) was washed three times with sterile phosphate buffer, and the T cells dispersed in the culture solution at a cell number of 1 ⁇ 10 6 / ml were obtained at 39 ° C. Placed in flask for cell culture. After culturing under 5% CO 2 for 24 hours, the temperature was changed to 37 ° C. and culturing was continued for 2 days.
  • a cell cryopreservation test was conducted in the same manner as in Example 1 except that human peripheral blood T cells were used instead of human bone marrow cells, and the CD3 positive cell fraction was measured instead of the CD34 positive cell fraction. The results are shown in Table 9, and the results of freezing for 1 month are summarized in Table 10, respectively.
  • cell preservation solution II (1 ml of 10% TGP solution, 0.9 ml of dextran solution, 0.1 ml of DMSO) was used at 4 ° C.
  • cell storage method (I) which is stored in a freezer at ⁇ 80 ° C. for 1 hour
  • cell storage method (III) which is transferred to a liquid nitrogen tank at ⁇ 196 ° C.
  • cell storage method (III) which is transferred to a liquid nitrogen tank at ⁇ 196 ° C.
  • cell preservation solution II (1 mL of 10% TGP solution, 0.9 ml of dextran solution, 0.1 ml of DMSO) in any cell.
  • survival rate CD56%, CD3%, etc.
  • the survival rate of these immune cells reflects the amount of cells used in the flow cytometry analysis, the cell preservation solution II was still a good result when compared by viability x survival rate of immune cells. .
  • the invention's effect As described above, according to the present invention, a high recovery rate and survival rate can be achieved even after a predetermined cell is efficiently fixed and stored for a long time. Therefore, for example, umbilical cord blood-derived cells can be cryopreserved in large quantities, which can contribute to the realization of novel therapeutic methods such as umbilical cord blood transplantation.

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Abstract

【課題】 本発明は、造血幹細胞、NK(Natural Killer)細胞、T細胞などの細胞を効率よく凍結保存し、高い効率で回復させることのできる保存方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 細胞を、その水溶液が低温でゾル状態、高温でゲル状態となる熱可逆的なゾル-ゲル転移を示すハイドロゲル形成性の高分子を少なくとも含む水溶液中に低温ゾル状態で包埋した後、前記細胞を含む前記水溶液を所定温度まで冷却し、前記細胞を凍結保存する工程を少なくとも含むことを特徴とする細胞の保存方法。

Description

細胞の保存方法
 本発明は、細胞の保存方法に関し、詳しくは人あるいは所定の動物の骨髄、臍帯血又は末梢血から採取した幹細胞やNK(Natural Killer)細胞、Tリンパ球細胞などの免疫細胞の保存に適した、細胞の保存方法に関する。
 近年、NK(Natural Killer)細胞、T細胞などの免疫細胞を移植して癌などの疾患の治療に使うことが試みられている。そのために、これら免疫細胞を予め採取して、長期間保存しておく技術が求められている。
 また、各種の細胞に分化する能力(多分化能)を有する幹細胞を、目的の細胞に分化誘導し、各種の組織や臓器(軟骨、骨、神経、心臓、目など)を再生させて各種疾患の治療に用いる再生医療が注目されている。そのために、幹細胞の多分化能を維持したまま、長期間保存しておく技術が求められている。幹細胞の多分化能の指標としては、細胞表面に発現する抗原のCD(Cluster of Differentiation)マーカーが利用される。
再生不良性貧血や白血病などの造血機能が障害された疾患においては、骨髄や臍帯血、あるいは末梢血中に含まれる造血幹細胞を移植することにより治療することが可能である。この際、患者にはHLA(Human leukocyte associated:ヒト白血球付随)抗原が一致した細胞を移植する必要がある。ここで、骨髄移植においては、患者の近親者や骨髄バンク登録者からドナーの選定が行われているものの、HLA抗原の多様性からHLA抗原の一致したドナーを見出すことは極めて困難である。さらに、骨髄移植の場合にはドナーの負担がかなり大きいことが、骨髄バンクへの登録者数を大幅に増やすことができない原因にもなっている。
一方、臍帯血や末梢血は入手が容易であるとともにドナーへの負担もほとんど無いことから、多様なHLA抗原を持つ造血幹細胞をかなり容易に確保できる。但し、骨髄細胞移植の場合と比較すれば、臍帯血や末梢血から得られる造血幹細胞数が少ないために、臍帯血移植は、小児などの治療に限定されてきた。しかしながら、造血幹細胞の培養技術に関する近年の進歩は著しく、造血幹細胞を生体外で増殖させる技術が近い将来確立されると期待されている。
この場合においては、臍帯血や末梢血から採取した造血幹細胞を凍結保存させることが要求され、必要に応じて凍結保存された前記造血幹細胞を解凍し、培養系で増殖させた後に患者に移植されることになる。
上述のような細胞を保存する方法としては、例えば、「“Collection, separation and cryopreservation of umbilical cord blood for use in transplantation”in Bone Marrow Translation, 1994, No. 13, pp135-143」(非特許文献1参照)などにおいて、臍帯血単核細胞を所定の培地中に浮遊させた状態で直接的に冷却し、冷凍して保存することが記載されている。
また、「“Development of a Bioartificial Liver: Properties and Function of a Hollow-fiber Module Inoculated with Liver Cells”in HEPATOLOGY Vol. 17, No. 2, 1993」(非特許文献2参照)においては、肝細胞をマイクロキャリアに固定した後冷却し、冷凍保存することが記載されている。
しかしながら、いずれの方法においても細胞を効率よく凍結保存し、凍結保存した前記細胞を高い効率で回復させる(生きた細胞を高効率で回収する)には十分ではない。
本発明は、造血幹細胞、NK(Natural Killer)細胞、T細胞などの細胞を効率よく凍結保存し、高い効率で回復させることのできる保存方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成すべく細胞の新規な保存方法を見出すために鋭意検討を行った。その結果、細胞を、その水溶液が低温でゾル状態、高温でゲル状態となる熱可逆的なゾル-ゲル転移を示すハイドロゲル形成性の高分子を少なくとも含む水溶液中に低温ゾル状態で包埋した後、前記細胞を含む前記水溶液を所定温度まで冷却し、前記細胞を凍結保存する工程を少なくとも含むことを特徴とする細胞の保存方法によって、前記細胞の冷凍保存効率が増大するとともに、解凍後の回収率や生存率も著しく増大することを見出した。
したがって、本発明によれば、NK(Natural Killer)細胞、T細胞、造血幹細胞などの細胞を効率よく冷凍保存することができるとともに、高い効率で回復させることができる。この結果、造血幹細胞などの細胞の長期保存が可能となり、臍帯血移植などの種々の治療法を実現することができる。
以下、本発明の内容について詳細に説明する。
本発明の細胞の保存方法においては、最初に、「ハイドロゲル形成性高分子」を含有する所定の培地中に浮遊した細胞を、所定の容器内に入れる。前記所定の培地は、細胞の種類に応じて適宜に選択する。目的に応じて血清を加えることもできる。また、本発明の方法を臍帯血移植などに用いる場合は、血液から分離した血漿や血液そのものを用いることができる。
なお、前記細胞を充填する容器は、有機溶剤に対して耐性を示すとともに、後に示すような遠心処理を用いる場合においては、これに耐え得るような機械的強度を有していることが必要である。具体的には、ポリカーボネートなどのエンジニアリングプラスチック製の容器を用いることが好ましい。そして、上記細胞を含む培地を前記容器内に充填するに先立ち、必要に応じて121~150℃で、20分間高圧蒸気滅菌する。
次いで、前記細胞を所定温度まで冷却し、凍結保存する。凍結保存させる温度は、細胞の種類、並びに保存期間などによって適宜設定するが、通常は、液体窒素を用い、この液体窒素温度である-196℃で保存することが好ましい。これによって死滅する細胞の数を低減することができ、回収率及び生存率ともに向上させることができる。
このような低温度で凍結保存する場合、室温付近で保持された前記細胞を-196℃の温度まで急冷すると、細胞内に大きな氷結が生じる場合がある。したがって、凍結保存する場合においては、比較的緩やかに徐冷却することが好ましい。具体的には、3℃/分以下で前記細胞を冷却する。
しかしながら、例えば、-196℃の温度まで徐冷却すると、冷却に長時間を有するようになる。したがって、より好ましくは、細胞内の氷結を防止すべく、ある一定の温度、例えば-80℃まで徐冷却した後、凍結保存させる温度、例えば、-196℃の温度まで急冷却することが好ましい。急冷却速度はこの場合10℃/分以上である。
一方、本発明では通常の凍結温度より高温の-80℃での保存も可能である。-80℃であれば、一般的なフリーザーを使用可能で、高価な液体窒素を使用しないので低コストでの細胞保存が可能である。
前記細胞を冷却し、凍結保存させるに際しては、ジメチルスルフォキシド(DMSO)を含有した保存培地を用いることもできる。これによって、前記細胞を良好な状態の下に凍結保存させることができ、解凍時において高い回復率を達成することができる。なお、DMSOを含有させる基本培地には、上述したように、細胞の種類に応じて適宜選択し、使用する。
上述したようにして凍結保存された前記細胞を、例えば移植などの目的で使用する場合は、「ハイドロゲル形成性高分子」を含有する所定の培地容器ごと水槽内に入れ、振動させることによって解凍する。そして、前記細胞を所定数まで増殖させた後、使用する。
本発明における細胞には、微生物細胞、植物細胞、ヒト又は動物の造血幹細胞、NK(Natural Killer)細胞、T細胞、肝細胞、臍帯血、臍帯血由来の幹細胞を多く含む有核細胞、膵ランゲルハンス島細胞、血管内皮細胞、腎臓細胞、神経細胞、下垂体細胞、甲状腺細胞、副甲状腺細胞、骨髄細胞、副腎皮質細胞、及びマクロファージなどの動物遊離細胞や神代細胞などを例示することができる。さらに、これらの細胞を株化したものや、遺伝子組み換えや細胞融合などの操作により人為的に変成させた細胞などが含まれる。特に、本発明を臍帯血由来の幹細胞に対して用いることにより、臍帯血移植などの新規な治療法を実現することができる。
(ハイドロゲル形成性の高分子、TGP)
本発明の「ハイドロゲル形成性高分子」(Thermoreversible Gelation Polymer, TGP)とは、架橋(crosslinking)構造ないし網目構造を熱可逆的に生成し、該構造に基づき、その内部に水等の分散液体を保持するハイドロゲルを熱可逆的に形成可能な性質を有する高分子をいう。又、「ハイドロゲル」とは高分子からなる架橋ないし網目構造と該構造中に支持ないし保持された水を含むゲルをいう。
(ゾル-ゲル転移温度)
本発明において「ゾル状態」、「ゲル状態」および「ゾル-ゲル転移温度の定義および測定は、文献(H. Yoshioka ら、Journal of Macromolecular Science, A31(1), 113 (1994))に記載された定義および方法に基づく。即ち、観測周波数1Hzにおける試料の動的弾性率を低温側から高温側へ徐々に温度を変化(1℃/1分)させて測定し、該試料の貯蔵弾性率(G´、弾性項)が損失弾性率(G″、粘性項)を上回る点の温度をゾル-ゲル転移温度とする。一般に、G″>G´の状態がゾルであり、G″<G´の状態がゲルであると定義される。このゾル-ゲル転移温度の測定に際しては、下記の測定条件が好適に使用可能である。
<動的・損失弾性率の測定条件>
測定機器(商品名):ストレス制御式レオメーター AR500、TAインスツルメント社製
試料溶液(ないし分散液)の濃度(ただし「ゾル-ゲル転移温度を有するハイドロゲル形成性高分子」の濃度として):10(重量)%
試料溶液の量:約0.8 g
測定用セルの形状・寸法:アクリル製平行円盤(直径4.0cm)、ギャップ600μm
測定周波数:1Hz
適用ストレス:線形領域内。
本発明においては、上記ゾル-ゲル転移温度は0℃より高く、37℃以下であることが好ましく、更には、5℃より高く35℃以下(特に10℃以上33℃以下である)ことが好ましい。
このような好適なゾル-ゲル転移温度を有するTGPは、後述するような具体的な化合物の中から、上記したスクリーニング方法(ゾル-ゲル転移温度測定法)に従って容易に選択することができる。
上述したような熱可逆的なゾル-ゲル転移を示す(すなわち、ゾル-ゲル転移温度を有する)限り、本発明のTGPは特に制限されない。
その水溶液がゾル-ゲル転移温度を有し、該転移温度より低い温度で可逆的にゾル状態を示す高分子の具体例としては、例えば、ポリプロピレンオキサイドとポリエチレンオキサイドとのブロック共重合体等に代表されるポリアルキレンオキサイドブロック共重合体;メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等のエーテル化セルロース;キトサン誘導体(K.R.Holme.et al. Macromolecules,24,3828(1991))等が知られている。
(好適なハイドロゲル形成性高分子)
本発明のTGPとして好適に使用可能な、架橋形成に疎水結合を利用したハイドロゲル形成性高分子は、曇点を有する複数のブロックと親水性のブロックが結合してなることが好ましい。
該親水性のブロックは、ゾル-ゲル転移温度より低い温度で該ハイドロゲルが水溶性になるために存在することが好ましく、また曇点を有する複数のブロックは、ハイドロゲルがゾル-ゲル転移温度より高い温度でゲル状態に変化するために存在することが好ましい。
換言すれば、曇点を有するブロックは該曇点より低い温度では水に溶解し、該曇点より高い温度では水に不溶性に変化するために、曇点より高い温度で、該ブロックはゲルを形成するための疎水結合からなる架橋点としての役割を果たす。すなわち、疎水性結合に由来する曇点が、上記ハイドロゲルのゾル-ゲル転移温度に対応する。
ただし、該曇点とゾル-ゲル転移温度とは必ずしも一致しなくてもよい。これは、上記した「曇点を有するブロック」の曇点は、一般に、該ブロックと親水性ブロックとの結合によって影響を受けるためである。
本発明に用いるハイドロゲルは、疎水性結合が温度の上昇と共に強くなるのみならず、その変化が温度に対して可逆的であるという性質を利用したものである。1分子内に複数個の架橋点が形成され、安定性に優れたゲルが形成される点からは、TGPが「曇点を有するブロック」を複数個有することが好ましい。
一方、上記TGP中の親水性ブロックは、前述したように、該TGPがゾル-ゲル転移温度よりも低い温度で水溶性に変化させる機能を有し、上記転移温度より高い温度で疎水性結合力が増大しすぎて上記ハイドロゲルが凝集沈澱してしまうことを防止しつつ、含水ゲルの状態を形成させる機能を有する。
さらに本発明に用いるTGPは、生体内で分解、吸収されるものであることが望ましい。すなわち、本発明のTGPが生体内で加水分解反応や酵素反応により分解されて、生体に無害な低分子量体となって吸収、排泄されることが好ましい。
本発明のTGPが曇点を有する複数のブロックと親水性のブロックが結合してなるものである場合には、曇点を有するブロックと親水性のブロックの少なくともいずれか、好ましくは両方が生体内で分解、吸収されるものであることが好ましい。
(曇点を有する複数のブロック)
曇点を有するブロックとしては、水に対する溶解度-温度係数が負を示す高分子のブロックであることが好ましく、より具体的には、ポリプロピレンオキサイド、プロピレンオキサイドと他のアルキレンオキサイドとの共重合体、ポリN-置換アクリルアミド誘導体、ポリN-置換メタアクリルアミド誘導体、N-置換アクリルアミド誘導体とN-置換メタアクリルアミド誘導体との共重合体、ポリビニルメチルエーテル、ポリビニルアルコール部分酢化物からなる群より選ばれる高分子が好ましく使用可能である。
 曇点を有するブロックを生体内で分解、吸収されるものとするには、曇点を有するブロックを疎水性アミノ酸と親水性アミノ酸から成るポリペプチドとすることが有効である。あるいはポリ乳酸やポリグリコール酸などのポリエステル型生分解性ポリマーを生体内で分解、吸収される曇点を有するブロックとして利用することもできる。
上記の高分子(曇点を有するブロック)の曇点が4℃より高く40℃以下であることが、本発明に用いる高分子(曇点を有する複数のブロックと親水性のブロックが結合した化合物)のゾル-ゲル転移温度を0℃より高く37℃以下とする点から好ましい。
ここで曇点の測定は、例えば、上記の高分子(曇点を有するブロック)の約1質量%の水溶液を冷却して透明な均一溶液とした後、除々に昇温(昇温速度約1℃/min)して、該溶液がはじめて白濁する点を曇点とすることによって行うことが可能である。
本発明に使用可能なポリN-置換アクリルアミド誘導体、ポリN-置換メタアクリルアミド誘導体の具体的な例を以下に列挙する。
ポリ-N-アクロイルピペリジン;ポリ-N-n-プロピルメタアクリルアミド;ポリ-N-イソプロピルアクリルアミド;ポリ-N,N-ジエチルアクリルアミド;ポリ-N-イソプロピルメタアクリルアミド;ポリ-N-シクロプロピルアクリルアミド;ポリ-N-アクリロイルピロリジン;ポリ-N,N-エチルメチルアクリルアミド;ポリ-N-シクロプロピルメタアクリルアミド;ポリ-N-エチルアクリルアミド。
上記の高分子は単独重合体(ホモポリマー)であっても、上記重合体を構成する単量体と他の単量体との共重合体であってもよい。このような共重合体を構成する他の単量体としては、親水性単量体、疎水性単量体のいずれも用いることができる。一般的には、親水性単量体と共重合すると生成物の曇点は上昇し、疎水性単量体と共重合すると生成物の曇点は下降する。従って、これらの共重合すべき単量体を選択することによっても、所望の曇点(例えば4℃より高く40℃以下の曇点)を有する高分子を得ることができる。
(親水性単量体)
上記親水性単量体としては、N-ビニルピロリドン、ビニルピリジン、アクリルアミド、メタアクリルアミド、N-メチルアクリルアミド、ヒドロキシエチルメタアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシメチルメタアクリレート、ヒドロキシメチルアクリレート、酸性基を有するアクリル酸、メタアクリル酸およびそれらの塩、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸等、並びに塩基性基を有するN,N-ジメチルアミノエチルメタクリレート、N,N-ジエチルアミノエチルメタクリート、N,N-ジメチルアミノプロピルアクリルアミドおよびそれらの塩等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
(疎水性単量体)
一方、上記疎水性単量体としては、エチルアクリレート、メチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート等のアクリレート誘導体およびメタクリレート誘導体、N-n-ブチルメタアクリルアミド等のN-置換アルキルメタアクリルアミド誘導体、塩化ビニル、アクリロニトリル、スチレン、酢酸ビニル等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
(親水性のブロック)
一方、上記した曇点を有するブロックと結合すべき親水性のブロックとしては、具体的には、メチルセルロース、デキストラン、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルアルコール、ポリN-ビニルピロリドン、ポリビニルピリジン、ポリアクリルアミド、ポリメタアクリルアミド、ポリN-メチルアクリルアミド、ポリヒドロキシメチルアクリレート、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリビニルスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸およびそれらの塩;ポリN,N-ジメチルアミノエチルメタクリレート、ポリN,N-ジエチルアミノエチルメタクリレート、ポリN,N-ジメチルアミノプロピルアクリルアミドおよびそれらの塩等が挙げられる。
また親水性のブロックは生体内で分解、代謝、排泄されることが望ましく、アルブミン、ゼラチンなどのたんぱく質、ヒアルロン酸、ヘパリン、キチン、キトサンなどの多糖類などの親水性生体高分子が好ましく用いられる。
曇点を有するブロックと上記の親水性のブロックとを結合する方法は特に制限されないが、例えば、上記いずれかのブロック中に重合性官能基(例えばアクリロイル基)を導入し、他方のブロックを与える単量体を共重合させることによって行うことができる。また、曇点を有するブロックと上記の親水性のブロックとの結合物は、曇点を有するブロックを与える単量体と、親水性のブロックを与える単量体とのブロック共重合によって得ることも可能である。また、曇点を有するブロックと親水性のブロックとの結合は、予め両者に反応活性な官能基(例えば水酸基、アミノ基、カルボキシル基、イソシアネート基等)を導入し、両者を化学反応により結合させることによって行うこともできる。この際、親水性のブロック中には通常、反応活性な官能基を複数導入する。また、曇点を有するポリプロピレンオキサイドと親水性のブロックとの結合は、例えば、アニオン重合またはカチオン重合で、プロピレンオキサイドと「他の親水性ブロック」を構成するモノマー(例えばエチレンオキサイド)とを繰り返し逐次重合させることで、ポリプロピレンオキサイドと「親水性ブロック」(例えばポリエチレンオキサイド)が結合したブロック共重合体を得ることができる。このようなブロック共重合体は、ポリプロピレンオキサイドの末端に重合性基(例えばアクリロイル基)を導入後、親水性のブロックを構成するモノマーを共重合させることによっても得ることができる。更には、親水性のブロック中に、ポリプロピレンオキサイド末端の官能基(例えば水酸基)と結合反応し得る官能基を導入し、両者を反応させることによっても、本発明に用いる高分子を得ることができる。また、ポリプロピレングリコールの両端にポリエチレングリコールが結合した、プルロニック F-127(商品名、旭電化工業(株)製)等の材料を連結させることによっても、本発明に用いるTGPを得ることができる。
この曇点を有するブロックを含む態様における本発明の高分子は、曇点より低い温度においては、分子内に存在する上記「曇点を有するブロック」が親水性のブロックとともに水溶性であるので、完全に水に溶解し、ゾル状態を示す。しかし、この高分子の水溶液の温度を上記曇点より高い温度に加温すると、分子内に存在する「曇点を有するブロック」が疎水性となり、疎水的相互作用によって、別個の分子間で会合する。
一方、親水性のブロックは、この時(曇点より高い温度に加温された際)でも水溶性であるので、本発明の高分子は水中において、曇点を有するブロック間の疎水性会合部を架橋点とした三次元網目構造を持つハイドロゲルを生成する。このハイドロゲルの温度を再び、分子内に存在する「曇点を有するブロック」の曇点より低い温度に冷却すると、該曇点を有するブロックが水溶性となり、疎水性会合による架橋点が解放され、ハイドロゲル構造が消失して、本発明のTGPは、再び完全な水溶液となる。このように、好適な態様における本発明の高分子のゾル-ゲル転移は、分子内に存在する曇点を有するブロックの該曇点における可逆的な親水性、疎水性の変化に基づくものであるので、温度変化に対応して、完全な可逆性を有する。
本発明者らの検討によれば、上記したTGPの水中における微妙な親水性-疎水性のバランスが、細胞を水中で低温保存する際の細胞の安定性に寄与しているものと考えられる。
(ゲルの溶解性)
上述したように水溶液中でゾル-ゲル転移温度を有する高分子を少なくとも含む本発明のハイドロゲル形成性の高分子は、該ゾル-ゲル転移温度より高い温度(d℃)で実質的に水不溶性を示し、ゾル-ゲル転移温度より低い温度(e℃)で可逆的に水可溶性を示す。
上記した高い温度(d℃)は、ゾル-ゲル転移温度より1℃以上高い温度であることが好ましく、2℃以上(特に5℃以上)高い温度であることが更に好ましい。また、上記「実質的に水不溶性」とは、上記温度(d℃)において、水100mLに溶解する上記高分子の量が、5.0g以下(更には0.5g以下、特に0.1g以下)であることが好ましい。
一方、上記した低い温度(e℃)は、ゾル-ゲル転移温度より(絶対値で)1℃以上低い温度であることが好ましく、2℃以上(特に5℃以上)低い温度であることが更に好ましい。また、上記「水可溶性」とは、上記温度(e℃)において、水100mLに溶解する上記高分子の量が、0.5g以上(更には1.0g以上)であることが好ましい。更に「可逆的に水可溶性を示す」とは、上記TGPの水溶液が、一旦(ゾル-ゲル転移温度より高い温度において)ゲル化された後においても、ゾル-ゲル転移温度より低い温度においては、上記した水可溶性を示すことをいう。
上記高分子は、その10%水溶液が5℃で、10~3,000センチポイズ(更には50~1,000センチポイズ)の粘度を示すことが好ましい。このような粘度は、例えば以下のような測定条件下で測定することが好ましい。
  粘度計:ストレス制御式レオメータ(機種名:AR500、TAインスツルメンツ社製)
  ローター直径:60mm
  ローター形状:平行平板
本発明のTGPの水溶液は、上記ゾル-ゲル転移温度より高い温度でゲル化させた後、多量の水中に浸漬しても、該ゲルは実質的に溶解しない。上記TGPが形成するハイドロゲルの上記特性は、例えば、以下のようにして確認することが可能である。
すなわち、TGP0.15gを、上記ゾル-ゲル転移温度より低い温度(例えば氷冷下)で、蒸留水1.35gに溶解して10wt%の水溶液を作製し、該水溶液を径が35mmのプラスチックシャーレ中に注入し、37℃に加温することによって、厚さ約1.5mmのゲルを該シャーレ中に形成させた後、該ゲルを含むシャーレ全体の重量(fグラム)を測定する。次いで、該ゲルを含むシャーレ全体を250ml中の水中に37℃で10時間静置した後、該ゲルを含むシャーレ全体の重量(gグラム)を測定して、ゲル表面からの該ゲルの溶解の有無を評価する。この際、本発明のハイドロゲル形成性の高分子においては、上記ゲルの重量減少率、すなわち(f-g)/fが、5.0%以下であることが好ましく、更には1.0%以下(特に0.1%以下)であることが好ましい。
本発明のTGPの水溶液は、上記ゾル-ゲル転移温度より高い温度でゲル化させた後、多量(体積比で、ゲルの0.1~100倍程度)の水中に浸漬しても、長期間に亘って該ゲルは溶解することがない。このような本発明に用いる高分子の性質は、例えば、該高分子内に曇点を有するブロックが2個以上(複数個)存在することによって達成される。
これに対して、ポリプロピレンオキサイドの両端にポリエチレンオキサイドが結合してなる前述のプルロニックF-127を用いて同様のゲルを作成した場合には、数時間の静置で該ゲルは完全に水に溶解することを、本発明者らは見出している。
非ゲル化時の細胞毒性をできる限り低いレベルに抑える点からは、水に対する濃度、すなわち{(高分子)/(高分子+水)}×100(%)で、20%以下(更には15%以下、特に10%以下)の濃度でゲル化が可能なTGPを用いることが好ましい。
本発明に用いられるTGPの分子量は3万以上3,000万以下が好ましく、より好ましくは10万以上1,000万以下、さらに好ましくは50万以上500万以下である。
[実施例および比較例]
以下にTGPの製造例および本発明の実施例を示し、本発明を更に具体的に説明するが、本発明の範囲は特許請求の範囲により限定されるものであり、以下の実施例によって限定されるものではない。
[製造例1]
ポリプロピレンオキサイド-ポリエチレンオキサイド共重合体(プロピレンオキサイド/エチレンオキサイド平均重合度約60/180、旭電化工業(株)製:プルロニックF-127)10gを乾燥クロロホルム30mlに溶解し、五酸化リン共存下、ヘキサメチレンジイソシアネート0.13gを加え、沸点還流下に6時間反応させた。溶媒を減圧留去後、残渣を蒸留水に溶解し、分画分子量3万の限外濾過膜(アミコンPM-30)を用いて限外濾過を行い、高分子量重合体と低分子量重合体を分画した。得られた水溶液を凍結して、F-127高重合体およびF-127低重合体を得た。
上記により得たF-127高重合体(本発明のハイドロゲル形成性高分子、TGP-1)を、氷冷下、8質量%の濃度で蒸留水に溶解した。この水溶液をゆるやかに加温していくと、21℃から徐々に粘度が上昇し、約27℃で固化して、ハイドロゲルとなった。このハイドロゲルを冷却すると、21℃で水溶液に戻った。この変化は、可逆的に繰り返し観測された。一方、上記F-127低重合体を、氷点下8質量%の濃度で蒸留水に溶解したものは、60℃以上に加熱しても全くゲル化しなかった。
[製造例2]
トリメチロールプロパン1モルに対し、エチレンオキサイド160モルをカチオン重合により付加して、平均分子量約7000のポリエチレンオキサイドトリオールを得た。
上記により得たポリエチレンオキサイドトリオール100gを蒸留水1000mlに溶解した後、室温で過マンガン酸カリウム12gを徐々に加えて、そのまま約1時間、酸化反応させた。固形物を濾過により除いた後、生成物をクロロホルムで抽出し、溶媒(クロロホルム)を減圧留去してポリエチレンオキサイドトリカルボキシル体90gを得た。
上記により得たポリエチレンオキサイドトリカルボキシル体10gと、ポリプロピレンオキサイドジアミノ体(プロピレンオキサイド平均重合度約65、米国ジェファーソンケミカル社製、商品名:ジェファーミンD-4000、曇点:約9℃)10gとを四塩化炭素1000mlに溶解し、ジシクロヘキシルカルボジイミド1.2gを加えた後、沸点還流下に6時間反応させた。反応液を冷却し、固形物を濾過により除いた後、溶媒(四塩化炭素)を減圧留去し、残渣を真空乾燥して、複数のポリプロピレンオキサイドとポリエチレンオキサイドとが結合した本発明のハイドロゲル形成性高分子(TGP-2)を得た。これを氷冷下、5質量%の濃度で蒸留水に溶解し、そのゾル-ゲル転移温度を測定したところ、約16℃であった。
[製造例3]
N-イソプロピルアクリルアミド(イーストマンコダック社製)96g、N-アクリロキシスクシンイミド(国産化学(株)製)17g、およびn-ブチルメタクリレート(関東化学(株)製)7gをクロロホルム4000mlに溶解し、窒素置換後、N,N’-アゾビスイソブチロニトリル1.5gを加え、60℃で6時間重合させた。反応液を濃縮した後、ジエチルエーテルに再沈(再沈殿)した。濾過により固形物を回収した後、真空乾燥して、78gのポリ(N-イソプロピルアクリルアミド-コ-N-アクリロキシスクシンイミド-コ-n-ブチルメタクリレート)を得た。
上記により得たポリ(N-イソプロピルアクリルアミド-コ-N-アクリロキシスクシンイミド-コ-n-ブチルメタクリレート)に、過剰のイソプロピルアミンを加えてポリ(N-イソプロピルアクリルアミド-コ-n-ブチルメタクリレート)を得た。このポリ(N-イソプロピルアクリルアミド-コ-n-ブチルメタクリレート)の水溶液の曇点は19℃であった。
前記のポリ(N-イソプロピルアクリルアミド-コ-N-アクリロキシスクシンイミド-コ-n-ブチルメタクリレート)10g、および両末端アミノ化ポリエチレンオキサイド(分子量6,000、川研ファインケミカル(株)製)5gをクロロホルム1000mlに溶解し、50℃で3時間反応させた。室温まで冷却した後、イソプロピルアミン1gを加え、1時間放置した後、反応液を濃縮し、残渣をジエチルエーテル中に沈澱させた。濾過により固形物を回収した後、真空乾燥して、複数のポリ(N-イソプロピルアクリルアミド-コ-n-ブチルメタクリレート)とポリエチレンオキサイドとが結合した本発明のハイドロゲル形成性高分子(TGP-5)を得た。
このようにして得たTGP-5を氷冷下、5質量%の濃度で蒸留水に溶解し、そのゾル-ゲル転移温度を測定したところ、約21℃であった。
[製造例4]
(滅菌方法)
上記した本発明のハイドロゲル形成性高分子(TGP-5)の2.0gを、EOG(エチレンオキサイドガス)滅菌バッグ(ホギメディカル社製、商品名:ハイブリッド滅菌バッグ)に入れ、EOG滅菌装置(イージーパック、井内盛栄堂製)でEOGをバッグに充填し、室温にて一昼夜放置した。さらに40℃で半日放置した後、EOGをバッグから抜き、エアレーションを行った。バッグを真空乾燥器(40℃)に入れ、時々エアレーションしながら半日放置することにより滅菌した。
この滅菌操作により高分子のゾル-ゲル転移温度が変化しないことを、別途確認した。
[製造例5]
N-イソプロピルアクリルアミド37gと、n-ブチルメタクリレート3gと、ポリエチレンオキサイドモノアクリレート(分子量4,000、日本油脂(株)製:PME-4000)28gとを、ベンゼン340mlに溶解した後、2,2´-アゾビスイソブチロニトリル0.8gを加え、60℃で6時間反応させた。得られた反応生成物にクロロホルム600mlを加えて溶解し、該溶液をエーテル20L(リットル)に滴下して沈澱させた。得られた沈殿を濾過により回収し、該沈澱を約40℃で24時間真空乾燥した後、蒸留水6Lに再び溶解し、分画分子量10万のホローファイバー型限外濾過膜(アミコン社製H1P100-43)を用いて10℃で2Lまで濃縮した。該濃縮液に蒸留水4Lを加えて希釈し、上記希釈操作を再度行った。上記の希釈、限外濾過濃縮操作をさらに5回繰り返し、分子量10万以下のものを除去した。この限外濾過により濾過されなかったもの(限外濾過膜内に残留したもの)を回収して凍結乾燥し、分子量10万以上の本発明のハイドロゲル形成性高分子(TGP-4)60gを得た。
 上記により得た本発明のハイドロゲル形成性高分子(TGP-4)1gを、9gの蒸留水に氷冷下で溶解した。この水溶液のゾル-ゲル転移温度を測定したところ、該ゾル-ゲル転移温度は25℃であった。
[製造例6]
製造例3の本発明のハイドロゲル形成性高分子(TGP-5)を10質量%の濃度で蒸留水に溶解し、37℃におけるηを測定したところ、5.8×105 Pa・secであった。一方、寒天を2質量%の濃度で蒸留水に90℃で溶解して、10℃で1時間ゲル化させた後、37℃におけるηを測定したところ、そのηは機器の測定限界(1×107Pa・sec)を越えていた。
[製造例7]
N-イソプロピルアクリルアミド71.0gおよびn-ブチルメタクリレート4.4gをエタノール1117gに溶解した。これにポリエチレングリコールジメタクリレート(PDE6000、日本油脂株式会社製)22.6gを水773gに溶解した水溶液を加え、窒素気流下70℃に加温した。窒素気流下70℃を保ちながら、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン(TEMED)0.8mLと10%過硫酸アンモニウム(APS)水溶液8mLを加え30分間攪拌反応させた。さらにTEMED0.8mLと10%APS水溶液8mLを30分間隔で4回加えて重合反応を完結させた。反応液を10℃以下に冷却後、10℃の冷却蒸留水5Lを加えて希釈し、分画分子量10万の限外濾過膜を用いて10℃で2Lまで濃縮した。
該濃縮液に冷却蒸留水4Lを加えて希釈し、上記限外濾過濃縮操作を再度行った。上記の希釈、限外濾過濃縮操作を更に5回繰り返し、分子量10万以下のものを除去した。この限外濾過により濾過されなかったもの(限外濾過膜内に残留したもの)を回収して凍結乾燥し、分子量10万以上の本発明のハイドロゲル形成性高分子(TGP-5)72gを得た。
上記により得た本発明のハイドロゲル形成性高分子(TGP-5)1gを、9gの蒸留水に氷冷下で溶解した。この水溶液のゾル-ゲル転移温度を測定したところ、該ゾル-ゲル転移温度は20℃であった。
[製造例8]
N-イソプロピルアクリルアミド42.0gおよびn-ブチルメタクリレート4.0gをエタノール592gに溶解した。これにポリエチレングリコールジメタクリレート(PDE6000、日本油脂株式会社製)11.5gを水65.1gに溶解した水溶液を加え、窒素気流下70℃に加温した。窒素気流下70℃を保ちながら、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン(TEMED)0.4mLと10%過硫酸アンモニウム(APS)水溶液4mLを加え30分間攪拌反応させた。さらにTEMED0.4mLと10%APS水溶液4mLを30分間隔で4回加えて重合反応を完結させた。反応液を5℃以下に冷却後、5℃の冷却蒸留水5Lを加えて希釈し、分画分子量10万の限外濾過膜を用いて5℃で2Lまで濃縮した。
該濃縮液に冷却蒸留水4Lを加えて希釈し、上記限外濾過濃縮操作を再度行った。上記の希釈、限外濾過濃縮操作を更に5回繰り返し、分子量10万以下のものを除去した。この限外濾過により濾過されなかったもの(限外濾過膜内に残留したもの)を回収して凍結乾燥し、分子量10万以上の本発明のハイドロゲル形成性高分子(TGP-6)40gを得た。
上記により得た本発明のハイドロゲル形成性高分子(TGP-6)1gを、9gの蒸留水に氷冷下で溶解した。この水溶液のゾル-ゲル転移温度を測定したところ、該ゾル-ゲル転移温度は7℃であった。
[製造例9]
N-イソプロピルアクリルアミド45.5gおよびn-ブチルメタクリレート0.56gをエタノール592gに溶解した。これにポリエチレングリコールジメタクリレート(PDE6000、日本油脂株式会社製)11.5gを水65.1gに溶解した水溶液を加え、窒素気流下70℃に加温した。窒素気流下70℃を保ちながら、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン(TEMED)0.4mLと10%過硫酸アンモニウム(APS)水溶液4mLを加え30分間攪拌反応させた。さらにTEMED0.4mLと10%APS水溶液4mLを30分間隔で4回加えて重合反応を完結させた。反応液を10℃以下に冷却後、10℃の冷却蒸留水5Lを加えて希釈し、分画分子量10万の限外濾過膜を用いて10℃で2Lまで濃縮した。
該濃縮液に冷却蒸留水4Lを加えて希釈し、上記限外濾過濃縮操作を再度行った。上記の希釈、限外濾過濃縮操作を更に5回繰り返し、分子量10万以下のものを除去した。この限外濾過により濾過されなかったもの(限外濾過膜内に残留したもの)を回収して凍結乾燥し、分子量10万以上の本発明のハイドロゲル形成性高分子(TGP-7)22gを得た。
上記により得た本発明のハイドロゲル形成性高分子(TGP-7)1gを、9gの蒸留水に氷冷下で溶解した。この水溶液のゾル-ゲル転移温度を測定したところ、該ゾル-ゲル転移温度は37℃であった。
(ヒト骨髄単核球細胞の凍結保存)
ヒトから採取した骨髄を滅菌遠心管に入れ、室温で3,000rpm10分間遠心後、上澄みをピペットで除去した。15mlの沈殿細胞に15mlのリン酸緩衝液(米国LifeTechnologies社製、カタログ番号70011-044)を加えて分散させ、15mlのフィコール溶液(英国GE Healthcare LifeSciences社製、カタログ番号17030010)を重層させた。室温で1,500rpm30分間遠心後、分離層を撹乱しないようにしつつ骨髄単核球細胞層を別の滅菌容器に移し、骨髄単核球細胞層の2倍量のリン酸緩衝液を加えた。室温で1,200rpm10分間遠心後、上澄みをピペットで除去した。沈殿細胞に30mlのリン酸緩衝液を加えて穏やかに撹拌し、20μlを採取して細胞数を計測した。細胞数の計測は、20μlの細胞分散液に20μlのチュルク染色液を加え、10μlを採取して生細胞数を計測した。30mlの細胞分散液を室温で1,200rpmで8分間遠心後、上澄みをピペットで除去した。沈殿細胞を穏やかに撹拌し、凍結保存試験に供した。
(細胞保存液の調製)
3種類の細胞保存液(I,II,III)の調製には以下の材料を使用した。
a. 2ml容量の凍結保存用チューブ(Greiner bio-one社製、カタログ番号126263)
b. ジメチルスルホキシド(DMSO)(米国Sigma社製、カタログ番号RNBB3216)
c. デキストラン-40溶液:インド国Claris life Science社製、カタログ番号A127529) 
d. 熱可逆ハイドロゲル形成性高分子(TGP)溶液:10%の濃度で製造例7で合成したTGP-5を、実施例1~3についてはIMDM培養液(米国Invitrogen社製、カタログ番号12440)に溶解、実施例4,5についてはALyS培養液(日本国Cell Science & Technology Inst 社製、カタログ番号87-762)に溶解
e. ディスポーザブルピペット(10ml)(Thermo社製、カタログ番号159633)

細胞保存液(I)の調製
デキストラン-40溶液1.8mlとDMSO0.2mlを凍結保存用チューブ内で混合
細胞保存液(II)の調製
TGP溶液1ml、デキストラン-40溶液0.9ml、DMSO0.1mlを凍結保存用チューブ内で混合
細胞保存液(III)の調製
TGP溶液2mlを凍結保存用チューブ内に採取
細胞の凍結保存手法として以下の4種類の細胞保存方法(I,II,III,IV)を試験した。
細胞保存法(I)
前記ヒト骨髄細胞を、前記凍結保存用チューブ内の細胞保存液(I,II,III)にそれぞれ細胞数2~4x106となるように分散させて密栓し、4℃で1時間置いた後、-80℃のフリーザー(Thermo Penpol社 モデル番号DF80U)に移した。1週間後または1カ月後に-80℃のフリーザーから取り出し、37℃3分間で融解させた。融解後の細胞分散液に等量の、アルブミン(米国Baxter社製、カタログ番号LA12C101AA):デキストラン-40溶液の混合液(20:80)を加えて混合し、高速遠心機(日本国、国産社製、H30R)で1500rpm10分間遠心分離した。各細胞保存液(I,II,III)から得られた細胞について、トリパンブルー排出法による生細胞数計測と、フローサイトメトリー(FACS)によるCD34陽性細胞分率をそれぞれ測定した。
細胞保存法(II)
前記ヒト骨髄細胞を、前記凍結保存用チューブ内の細胞保存液(I,II,III)にそれぞれ細胞数2~4x106となるように分散させて密栓し、即座に-80℃のフリーザー(Thermo Penpol社 モデル番号DF80U)に移した。それ以降は細胞保存法(I)と同様の試験を行った。
細胞保存法(III)
前記ヒト骨髄細胞を、前記凍結保存用チューブ内の細胞保存液(I,II,III)にそれぞれ細胞数2~4x106となるように分散させて密栓し、4℃で1時間置いた後、-196℃の液体窒素タンクに移した。それ以降は細胞保存法(I)と同様の試験を行った。
細胞保存法(IV)
前記ヒト骨髄細胞を、前記凍結保存用チューブ内の細胞保存液(I,II,III)にそれぞれ細胞数2~4x106となるように分散させて密栓し、即座に-196℃の液体窒素タンクに移した。それ以降は細胞保存法(I)と同様の試験を行った。
各細胞保存液(I,II,III)を用い、各細胞保存方法(I,II,III,IV)を採用した、1週間凍結保存の結果を表1に、1カ月凍結保存の結果を表2にそれぞれまとめて記載した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 
ヒト骨髄単核球細胞の凍結保存について、細胞保存液II(10%TGP溶液1mL、デキストラン溶液0.9ml、DMSO0.1ml)を用いた場合がより良い細胞生存率を示した。
(ヒト臍帯血単核球細胞の凍結保存)
ヒトの臍帯血単核球細胞は、骨髄に代えてヒトから採取した臍帯血を使用する以外は実施例1と同様のフィコール比重勾配遠心法により単離した。
ヒト骨髄細胞に代えてヒトの臍帯血単核球細胞を用いる以外は実施例1と同様の細胞凍結保存試験を行い、1週間凍結保存の結果を表3に、1カ月凍結保存の結果を表4にそれぞれまとめて記載した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 
ヒト臍帯血単核球細胞の凍結保存について、短期保存では、細胞保存液II(10%TGP溶液1mL、デキストラン溶液0.9ml、DMSO0.1ml)を用い、即座に-80℃のフリーザーに移した細胞保存法(II)を採用した時が細胞生存率の観点からは最も良かったが、CD34陽性細胞保存率の観点からは、細胞保存液III(10%TGP溶液2mL)を用いた方が良かった。
(ヒト末梢血単核球細胞の凍結保存)
ヒトの末梢血単核球細胞は、骨髄に代えてヒトから採取した末梢血を使用する以外は実施例1と同様のフィコール比重勾配遠心法により単離した。
ヒト骨髄細胞に代えてヒトの末梢血単核球細胞を用いる以外は実施例1と同様の細胞凍結保存試験を行い、1週間凍結保存の結果を表5に、1カ月凍結保存の結果を表6にそれぞれまとめて記載した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 
ヒト末梢血単核球細胞の凍結保存について、短期保存では、細胞保存液III(10%TGP溶液2mL)を用い、4℃で1時間置いた後、-80℃のフリーザーで凍結保存する細胞保存法(I)を採用した時が最も良かった。長期保存では、細胞保存液II(10%TGP溶液1mL、デキストラン溶液0.9ml、DMSO0.1ml)を用い、即座に-196℃の液体窒素タンクに移した細胞保存法(IV)を採用した時が最も良かった。
(ヒト末梢血ナチュラルキラー細胞の凍結保存)
ヒトの末梢血を滅菌遠心管に入れ、室温で3,000rpm10分間遠心後、血漿(上澄み)をピペットで取り出し、別の滅菌遠心管に移した。血漿は56℃30分間熱処理して不活性化した後、室温で3,000rpm10分間遠心し、上澄みを別の滅菌遠心管に移して-20℃で保存した。一方、15mlの末梢血沈殿細胞に15mlのリン酸緩衝液(米国LifeTechnologies社製、カタログ番号70011-044)を加えて分散させ、15mlのリンフォプレップ溶液(ノルウェー国Axis-Shield社製、カタログ番号LYS3773)を重層させた。室温で1,500rpm30分間遠心後、分離層を撹乱しないようにしつつヒト末梢血ナチュラルキラー細胞層を別の滅菌容器に移し、ヒト末梢血ナチュラルキラー(NK)細胞層の2倍量のリン酸緩衝液を加えた。室温で1,200rpm10分間遠心後、上澄みをピペットで除去した。沈殿細胞に30mlのリン酸緩衝液を加えて穏やかに撹拌し、20μlを採取して細胞数を計測した。細胞数の計測は、20μlの細胞分散液に20μlのチュルク染色液を加え、10μlを採取して生細胞数を計測した。30mlの細胞分散液を室温で1,200rpm8分間遠心後、上澄みをピペットで除去した。沈殿細胞を穏やかに撹拌し、NK細胞培養に供した。
NK細胞培養用のフラスコ(日本国、東京、Biotherapy Institute社製)を滅菌リン酸緩衝液で3回洗浄し、1x106/mlの細胞数で培養液に分散させたNK細胞を39℃でNK細胞培養用のフラスコに入れた。5%CO2下24時間培養後、温度を37℃に変えて2日間培養した。
ヒト骨髄細胞に代えてヒトの末梢血ナチュラルキラー細胞を用い、CD34陽性細胞分率に代えてCD56陽性細胞分率を測定する以外は実施例1と同様の細胞凍結保存試験を行い、1週間凍結保存の結果を表7に、1カ月凍結保存の結果を表8にそれぞれまとめて記載した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 
ヒト末梢血ナチュラルキラー細胞(実施例4)の凍結保存について、短期および長期保存とも、細胞保存液II(10%TGP溶液1mL、デキストラン溶液0.9ml、DMSO0.1ml)を用い、4℃で1時間置いた後、-80℃のフリーザーで凍結保存する細胞保存法(I)または-196℃の液体窒素タンクに移す細胞保存法(III)を採用した場合がより良い細胞生存率を示した。しかしながら、CD56陽性細胞保存率の観点からは、細胞保存液I(デキストラン溶液1.8mlとDMSO0.2ml)を使用した方が良かった。
(ヒト末梢血T細胞の凍結保存)
ヒトの末梢血を滅菌遠心管に入れ、室温で3,000rpm10分間遠心後、血漿(上澄み)をピペットで取り出し、別の滅菌遠心管に移した。血漿は56℃30分間熱処理して不活性化した後、室温で3,000rpm10分間遠心し、上澄みを別の滅菌遠心管に移して-20℃で保存した。一方、10mlの末梢血沈殿細胞に10mlのリン酸緩衝液(米国LifeTechnologies社製、カタログ番号70011-044)を加えて分散させ、10mlのリンフォプレップ溶液(ノルウェー国Axis-Shield社製、カタログ番号LYS3773)を重層させた。室温で1,500rpm30分間遠心後、分離層を撹乱しないようにしつつヒト末梢血白血球細胞層を別の滅菌容器に移し、ヒト白血球細胞層の2倍量のリン酸緩衝液を加えた。室温で1,200rpm10分間遠心後、上澄みをピペットで除去した。沈殿細胞に30mlのリン酸緩衝液を加えて穏やかに撹拌し、20μlを採取して細胞数を計測した。細胞数の計測は、20μlの細胞分散液に20μlのチュルク染色液を加え、10μlを採取して生細胞数を計測した。30mlの細胞分散液を室温で1,200rpm8分間遠心後、上澄みをピペットで除去した。沈殿細胞を穏やかに撹拌し、T細胞培養に供した。
T細胞培養用のフラスコ(日本国、東京、Biotherapy Institute社製)を滅菌リン酸緩衝液で3回洗浄し、1x106/mlの細胞数で培養液に分散させたT細胞を39℃でT細胞培養用のフラスコに入れた。5%CO2下24時間培養後、温度を37℃に変えて2日間培養した。
ヒト骨髄細胞に代えてヒトの末梢血T細胞を用い、CD34陽性細胞分率に代えてCD3陽性細胞分率を測定する以外は実施例1と同様の細胞凍結保存試験を行い、1週間凍結保存の結果を表9に、1カ月凍結保存の結果を表10にそれぞれまとめて記載した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
 
T cell(ヒト末梢血T細胞、実施例5)の凍結保存についても、短期および長期保存とも、細胞保存液II(10%TGP溶液1mL、デキストラン溶液0.9ml、DMSO0.1ml)を用い、4℃で1時間置いた後、-80℃のフリーザーで凍結保存する細胞保存法(I)または-196℃の液体窒素タンクに移す細胞保存法(III)を採用した場合がより良い細胞生存率を示した。CD3陽性細胞保存率の観点からは、細胞保存液I(デキストラン溶液1.8mlとDMSO0.2ml)を使用し、即座に-80℃のフリーザーに移した細胞保存法(II)または4℃で1時間置いた後、-196℃の液体窒素タンクに移す細胞保存法(III)を採用した方が良かった。
全体として、いずれの細胞においても細胞保存液II(10%TGP溶液1mL、デキストラン溶液0.9ml、DMSO0.1ml)を用いた場合が細胞生存率において、より良い結果であった。注目している免疫細胞の生存率(CD56%、CD3%など)については、採用する細胞保存液の種類や凍結方法によって違いがみられた。しかしながら、これら免疫細胞の生存率は、フローサイトメトリー分析に使われた細胞量が反映されるので、生細胞率x免疫細胞の生存率で比較すると、やはり細胞保存液IIが良い結果であった。
[発明の効果]
以上説明したように、本発明によれば、所定の細胞を効率よく固定化し、長時間保存した後も高い回収率及び生存率を達成することができる。したがって、例えば、臍帯血由来の細胞を多量に凍結保存することができ、臍帯血移植などの新規な治療法の実現に寄与することができる。

Claims (9)

  1. 細胞を、その水溶液が低温でゾル状態、高温でゲル状態となる熱可逆的なゾル-ゲル転移を示すハイドロゲル形成性の高分子を少なくとも含む水溶液中に低温ゾル状態で包埋した後、前記細胞を含む前記水溶液を所定温度まで冷却し、前記細胞を凍結保存する工程を少なくとも含むことを特徴とする細胞の保存方法。
  2. 前記所定温度が液体窒素温度(-196℃)であることを特徴とする、請求項1に記載の細胞の保存方法。
  3. 前記所定温度が-80℃であることを特徴とする、請求項1に記載の細胞の保存方法。
  4. 前記細胞を含む前記水溶液は、ジメチルスルフォキシドを含むことを特徴とする、請求項1~3のいずれかに記載の細胞の保存方法。
  5. 前記細胞は、所定の動物の骨髄から採取した幹細胞であることを特徴とする、請求項1~4のいずれかに記載の細胞の保存方法。
  6. 前記細胞は、所定の動物の臍帯血から採取した幹細胞であることを特徴とする、請求項1~4のいずれかに記載の細胞の保存方法。
  7. 前記細胞は、所定の動物の末梢血から採取した幹細胞であることを特徴とする、請求項1~4のいずれかに記載の細胞の保存方法。
  8. 前記細胞は、所定の動物の末梢血から採取したNK細胞であることを特徴とする、請求項1~4のいずれかに記載の細胞の保存方法。
  9. 前記細胞は、所定の動物の末梢血から採取したT細胞(Tリンパ球)であることを特徴とする、請求項1~4のいずれかに記載の細胞の保存方法。
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