WO2017131241A1 - 細胞塊、細胞構造体及び立体組織体 - Google Patents

細胞塊、細胞構造体及び立体組織体 Download PDF

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良輔 岩井
根本 泰
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国立研究開発法人国立循環器病研究センター
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Definitions

  • the present invention relates to a method for efficiently producing a cell mass, a cell structure, or a three-dimensional tissue body using a culture surface coated with a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition, and a cell mass obtained by the method,
  • the present invention relates to a cell structure or a three-dimensional organization.
  • the present invention (I) relates to a method for producing a chondrocyte mass and a transplant material, a chondrocyte mass and a transplant material, and a composite material.
  • the present invention (II) also relates to a method for culturing epithelial cells, a method for producing a cell structure, and a cell culture device for epithelial cells.
  • the present invention (III) relates to a three-dimensional structure manufacturing apparatus and a three-dimensional structure manufacturing method.
  • the present invention (IV) also relates to a method for producing a cell structure.
  • the present invention (V) also relates to a method for producing a cell structure, a cell structure, and a cell culture vessel.
  • the present invention (VI) also relates to a method for producing a cell structure.
  • the present invention (VII) also relates to a method for producing a cell structure.
  • regenerative medicine plays a major role in regenerating tissues and organs that have fallen into dysfunction or deficiency using the patient's own cells.
  • regenerative medicine requires an operation of culturing cells collected from a patient's tissue in a cell culture vessel to form the tissue, and then transplanting the tissue to the patient. Therefore, a technique for culturing cells to form a cell structure such as a tissue and a technique for recovering the cell structure as it is are desired.
  • cells taken out of the body are often dedifferentiated under various stresses that cause disturbance in their gene regulation, and may be dedifferentiated to proliferate the cells. It is often necessary. As a result, even if cells collected from a patient are cultured under simple culture conditions, the cells often cannot maintain the original gene expression state, and thus cannot form a cell structure and thus a tissue. There is a problem that the advanced function of the cell cannot be exhibited. For example, when cell culture is carried out in a general polystyrene cell culture dish, the cells only form a monolayer structure, and the structures found in highly differentiated cells, such as chondrocytes, are in vivo. It is difficult to form a cell structure having a structure similar to a pellet-like structure, which is a shape when present in a cell, and many functions specific to chondrocytes are lost.
  • cell culture methods for constructing a three-dimensional structure imitating the structure of a tissue such as spheroid culture, cluster culture, pellet culture, and three-dimensional carrier culture, have been developed.
  • a cell culture method for producing cells having a three-dimensional structure by using an extracellular matrix having a three-dimensional structure as a scaffold for cell culture is known.
  • Non-Patent Documents 1 and 2 In recent years, in the field of biological tissue regeneration, in response to the increasing degree of completion of related technologies such as unmanned automated cell culture methods, discovery of drugs for differentiation control, and virus infection testing methods, Research has been actively conducted to freely design higher-order tangible structures that imitate the structure of the above (see Non-Patent Documents 1 and 2).
  • dedifferentiated chondrocytes are injected into a tangible template, and differentiation is induced by chemical stimulation using BMP2, b-FGF or the like to the cells, thereby obtaining a diameter of 10 mm and a thickness.
  • BMP2, b-FGF or the like Examples of successful preparation of 1 mm size cartilage discs are known.
  • the invention (III) as a conventional method for producing a three-dimensional cell structure or artificial tissue, in a simple cell structure such as a sphere or a sheet, a hanging drop method (see Non-Patent Document 3), A low-adhesive U-shaped bottom culture dish (see Patent Document 4) and the like are known.
  • a complex three-dimensional cell structure a cell structure using a 3D printer is known.
  • Non-Patent Document 4 The demand for 3D culture that forms a 3D structure close to the tissue structure in a living body, in particular, spheroid culture is expanding (see Non-Patent Document 4).
  • cells are embedded in a 3D gel formed by suspending cells in a protein-based sol and gelling the cell suspension with some trigger (heat, light, chemical cross-linking agent, etc.).
  • some trigger heat, light, chemical cross-linking agent, etc.
  • Technology for engrafting cells in a porous scaffold, technology for preparing a laminate of cell sheets using a culture dish on which NIPAM is immobilized, and the like have been actively developed.
  • a droplet of a cell suspension is prepared at the tip of a tubular member, and the droplet is kept for a predetermined period (for example, about two weeks) while keeping the shape of the droplet spherical by using the surface tension of the droplet.
  • a hanging drop method is also known in which a spheroid-like cell structure is produced in a droplet by holding.
  • regenerative medicine plays a major role in regenerating tissues and organs that have fallen into dysfunction or deficiency using the patient's own cells.
  • regenerative medicine requires an operation of culturing cells collected from a patient's tissue in a cell culture vessel to form the tissue, and then transplanting the tissue to the patient. Therefore, a technique for culturing cells to form a cell structure such as a tissue and a technique for recovering the cell structure as it is are desired.
  • cells taken out of the body are often dedifferentiated under various stresses that cause disturbance in their gene regulation, and may be dedifferentiated to proliferate the cells. It is often necessary. As a result, even if cells collected from a patient are cultured under simple culture conditions, the cells often cannot maintain the original gene expression state, and thus cannot form a cell structure and thus a tissue. There is a problem that the advanced function of the cell cannot be exhibited. For example, when cell culture is carried out in a general polystyrene cell culture dish, the cells only form a monolayer structure, and the structures found in highly differentiated cells, such as chondrocytes, are in vivo. It is difficult to form a cell structure having a structure similar to a pellet-like structure, which is a shape when present in a cell, and many functions specific to chondrocytes are lost.
  • cell culture methods for constructing a three-dimensional structure imitating the structure of a tissue such as spheroid culture, cluster culture, pellet culture, three-dimensional carrier culture, and the like have been developed.
  • a cell culture method for producing a cell structure having a three-dimensional structure by using an extracellular matrix having a three-dimensional structure as a scaffold for cell culture is known (see Patent Document 5).
  • a technique for producing a cell structure having a three-dimensional structure a technique using a U-shaped low adhesion culture dish and a hanging drop method have been developed.
  • VI in the study of cardiac dysfunction, heart disease models in which the animal's living heart is in a state such as heart failure include coronary artery occlusion, drug administration, intramuscular injection of myocardial myosin.
  • a model animal prepared by a method such as causing myocarditis to autoimmune is known.
  • the heart is an extremely important organ for the maintenance of life, and also affects the state of other organs, so it was difficult to reproducibly produce a heart disease model with reduced cardiac function.
  • a heart disease model with reduced cardiac function.
  • the degree of occlusion is light, there is almost no difference from the normal state, and if it is slightly heavy, the animal will be lost as soon as possible. there were.
  • the pathology of the myocardial tissue varies greatly depending on the degree of the immune reaction, and the cardiac function itself also greatly affects the state of other distant organs. It was extremely difficult to create a reproducible experimental system.
  • the prepared heart disease model organ is removed from the living body, it is difficult to maintain cardiomyocytes that require a lot of oxygen.
  • the use of experimental animals also had animal welfare and ethical issues.
  • tissue with heart failure is a state in which cardiomyocytes are necrotic due to partial occlusion of tubular arteries, virus / bacterial infection, autoimmune reaction, etc. It is known that Therefore, an attempt has been made to reproduce the tissue of a heart disease causing heart failure or the like in a test tube. This requires protecting the cardiomyocytes vulnerable to hypoxia and co-culturing with fast-growing fibroblasts to form a cell structure, which takes 1 to 2 weeks to produce the cell structure. It was difficult with the hanging drop method and the low-adhesion culture dish.
  • Patent Document 6 As a method for efficiently producing a cell mass in a short time, a method using a cell culture vessel coated with a specific temperature-responsive polymer is known (see Patent Document 6).
  • a liver failure model animal may be used in the study of liver regeneration therapy represented by transplantation of Muse cells (pluripotent stem cells).
  • Muse cells pluripotent stem cells
  • Known methods for producing a liver failure model animal include methods such as partial excision of the liver, portal vein and upstream blood vessel printing, and repeated administration of hepatotoxic agents such as carbon tetrachloride.
  • the diseased liver is used for in vivo experiments without being removed from the animal body.
  • hepatocyte culture Although hepatocyte culture is actively performed, fibroblasts and the like must be co-cultured in order to reproduce a liver failure model.
  • hepatocytes which are epithelial cells
  • fibroblasts which are mesenchymal cells
  • the conventional hanging drop method which requires one to two weeks for preparation, In a low adhesion culture dish, it was difficult to produce a three-dimensional cell structure including hepatocytes and fibroblasts.
  • Patent Document 6 As a method for efficiently producing a cell mass in a short time, a method using a cell culture vessel coated with a specific temperature-responsive polymer is known (see Patent Document 6).
  • JP 05-260950 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-014764 JP 08-173144 A JP 2009-050194 A JP 2010-524458 A Japanese Patent No. 5746240
  • An object of the present invention is to provide a method for efficiently producing a cell mass, a cell structure, or a three-dimensional tissue body by using a culture surface coated with a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition.
  • an object of the present invention (I) is to easily produce a chondrocyte mass, a transplant material and a composite material useful for treatment of joints, trachea, nose and the like.
  • the object of the present invention (II) is a method for culturing epithelial cells that are difficult to adhere to a cell culture device, a method for producing a cell structure containing epithelial cells that are difficult to adhere to a cell culture device, and culture of epithelial cells.
  • Another object of the present invention is to provide a cell culture device capable of producing the cell structure.
  • the present invention (III) in the method using a hanging drop method, a low-adhesion U-shaped bottom culture dish or the like, oxygen and nutrient supply to cells existing inside the cell structure depend on concentration gradient diffusion. For this reason, there is a limit to the size. Generally, a diameter of about 0.1 mm is the maximum, and the shape is limited to a sphere.
  • the cell structure is produced by discharging cells from a nozzle using a cell suspension in which cells are individually dispersed using an enzyme such as trypsin.
  • an adhesion factor or the like in order to combine discharged cells, it is necessary to simultaneously discharge an adhesion factor or the like from the outside to the periphery of each discharged cell. However, this adhesion factor was not secreted by cells, and the resulting three-dimensional cell structure was not sufficient in terms of cell-to-cell binding strength and cell activity.
  • an object of the present invention (III) is to provide a three-dimensional tissue body producing apparatus capable of easily obtaining a three-dimensional tissue body such as a ring shape or a lumen shape, and a three-dimensional tissue body such as a ring shape or a lumen shape.
  • the object of the present invention is to provide a method for producing a three-dimensional structure capable of obtaining the above.
  • the present invention (IV) when a spheroid-like cell structure is produced using the above-described conventional method, the viability of the cell structure is low, it is not easy to obtain a desired size, and the shape is adjusted. There was a problem that it was difficult. In particular, when the sizes and shapes of the cell structures are not uniform, classification work of the manufactured cell structures is required, which complicates the manufacturing process and increases the cost.
  • an object of the present invention (IV) is to easily produce a spheroid-like cell structure having a desired size.
  • the above spheroid culture method and the like have a problem that only spheroids (aggregates of many cells) having a diameter as small as about 10 ⁇ m and weak intercellular networks can be prepared. Yes.
  • the method using the U-shaped low-adhesion culture dish and the hanging drop method can only obtain a substantially spherical spheroid, and obtain a spheroid having a cell-specific form such as a paving stone form or a spindle form. I can't.
  • an object of the present invention (V) is to produce a cell structure of a desired form by controlling the cell aggregation mode.
  • an object of the present invention (VI) is to provide a method for producing a cell structure that easily forms a cell structure containing cardiomyocytes and fibroblasts that is useful as a heart disease model.
  • an object of the present invention is to provide a method for producing a cell structure that easily forms a cell structure containing hepatocytes and fibroblasts that is useful as a liver failure model.
  • the gist of the present invention (I) to (VII) is as follows.
  • cells capable of differentiating into chondrocytes are seeded on a coated culture surface coated with a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition in the presence of the cell mass.
  • a seeding culture step of preparing a chondrocyte mass by culturing the cell mass and a cell that can differentiate into the chondrocyte is preferably prepared by seeding cells that can differentiate into the chondrocytes and culturing them.
  • the coated culture surface is preferably surrounded by a non-cell-adhesive wall.
  • the width of the coated culture surface is 3 mm or less and the height of the wall is 3 mm or less.
  • the amount of the temperature-responsive polymer and the temperature-responsive polymer composition that the coated culture surface has per unit area is 0.1 to 3.0 ⁇ g / cm 2.
  • cells that can differentiate into the chondrocytes in the seeding culture step are 0.3 ⁇ 10 4 to 10.0 ⁇ 10 5 cells / cm 2 . It is preferable to sow in
  • the chondrocyte mass of the present invention (I) is produced by the method for producing a chondrocyte mass of the present invention.
  • the chondrocyte mass of the present invention (I) is preferably donut-shaped.
  • the method for producing a transplant material according to the present invention (I) comprises seeding a mesenchymal cell in the presence of the chondrocyte mass according to the present invention, and culturing the chondrocyte mass and the mesenchymal cell. Including the step of preparing.
  • the transplant material of the present invention (I) is manufactured by the method for manufacturing a transplant material of the present invention.
  • the composite material of the present invention (I) is characterized in that the chondrocyte mass of the present invention is provided on the outer surface of a tubular structure.
  • the core material is provided in the inside of a tubular structure.
  • the present invention (II) includes a preparation step of preparing a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition, and at least one of the culture surfaces of the cell culture vessel by the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition.
  • An epithelial cell culture method is provided. In the method for culturing epithelial cells of this embodiment (II), it is preferable that at least a part of the culture surface of the cell culture device has a dent, and the dent is in the coating region A.
  • the present invention (II) includes a preparation step of preparing a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition, and the culture surface of a cell culture vessel with the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition. Covering at least a part to form a coated region A, and preparing a coated cell culture device having the coated region A, and a seeding step of seeding epithelial cells in the coated cell culture device.
  • the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer in the coating region A Provided is a method for producing a cell structure, wherein the concentration of the composition is 0.3 pg / mm 2 or more.
  • the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition in the incubator preparation step, is at least part of the culture surface of the cell incubator.
  • the coating region B is formed at a position different from the coating region A, and the concentration of the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition in the coating region B is less than 200 pg / mm 2. .
  • this invention (II) has the coating area
  • the cell culture device for epithelial cells of this embodiment (II) is coated with a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition at a position that is at least a part of the culture surface and different from the coating region A.
  • the cell culture device for epithelial cells according to the present embodiment (II) preferably has a recess in at least a part of the culture surface of the cell culture device, and the recess in the coating region A. .
  • the present invention (III) is an apparatus for producing a three-dimensional structure comprising a culture surface having at least one through-hole and a mandrel through which the through-hole is inserted, wherein the culture surface has a temperature-responsive polymer or temperature response. At least one coated culture surface coated with an adhesive polymer composition, and having at least one through-hole inside one of the coated culture surfaces, the culture surface being movable in the extending direction of the mandrel An apparatus for producing a three-dimensional structure is provided. It is preferable that the apparatus for producing a three-dimensional tissue body includes a plurality of the culture surfaces, and one mandrel passes through the through holes of the plurality of culture surfaces.
  • the present invention (III) is a method for producing a three-dimensional structure using the three-dimensional structure producing apparatus, wherein a seeding step is performed in which at least one cell is seeded on the coated culture surface. And a culture step of culturing the cells to obtain a ring-shaped three-dimensional structure wound around the mandrel.
  • the method for producing the three-dimensional structure includes a culture surface moving step of moving the culture surface in the extending direction of the mandrel after the ring-shaped three-dimensional structure wound around the mandrel is obtained, Seeding at least one type of cells on the coated culture surface, culturing the seeded cells, and wrapping around the mandrel adjacent to the ring-shaped three-dimensional structure wrapped around the mandrel It is preferable to further include a repetition of a culture step for obtaining a ring-shaped three-dimensional structure. In the method for producing the three-dimensional tissue body, it is preferable to seed the cells on all the coated culture surfaces and culture the seeded cells to obtain a three-dimensional tissue body.
  • the method for producing the three-dimensional structure it is preferable to obtain a three-dimensional structure including the cells seeded in the seeding step.
  • the method for producing a three-dimensional tissue body it is preferable that after the culturing step, the cells are removed to obtain a three-dimensional tissue body containing a substance secreted from the cells.
  • the substance is preferably a protein.
  • a coating region coated with a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition is prepared on a culture surface, and a droplet of a cell suspension is applied to the coating region. And the cell culture is performed in the droplet, wherein the surface zeta potential of the coated region is set to 0 to 50 mV.
  • the contact angle of water with respect to the coating region is preferably 50 to 90 °.
  • the method for producing a cell structure of the present invention (IV) it is preferable to form a plurality of the droplets in the covered region. Furthermore, in the method for producing a cell structure of the present invention (IV), it is preferable that the bottom area of the droplet is smaller than the area of the coating region in each coating region. Furthermore, in the method for producing a cell structure of the present invention (IV), the number of cells contained in the droplet is preferably 3.0 ⁇ 10 5 cells / mL or less. Furthermore, in the method for producing a cell structure of the present invention (IV), the diameter of the droplet is preferably 1 ⁇ m to 8 mm. Furthermore, in the method for producing a cell structure of the present invention (IV), the amount of the droplet is preferably 0.5 to 50 ⁇ L.
  • the gist of the present invention (V) is as follows.
  • the method for producing a cell structure of the present invention (V) includes a first coated region coated with a temperature-responsive polymer and / or a temperature-responsive polymer composition on the culture surface of a cell culture vessel, and the first coated region. Preparing a plurality of second coating regions coated with a cell adhesive substance provided at the end of A seeding culture step of seeding cells in the first coating region and the second coating region and culturing the cells to prepare a cell structure.
  • the culture surface is preferably non-cell-adhesive.
  • the cell adhesive substance is preferably at least one selected from the group consisting of laminin, collagen, and fibronectin.
  • the region occupied by the first covering region and the second covering region is surrounded by a non-cell-adhesive wall.
  • the first covering region may have a shape extending in a predetermined direction, and the end portion of the first covering region may be an end portion in the predetermined direction. preferable.
  • the cell structure of the present invention (V) is characterized by being produced by any one of the cell structure production methods described above.
  • the cells of the present invention (V) were provided on the incubator culture surface at the first coating region coated with the temperature-responsive polymer and / or the temperature-responsive polymer composition, and at the end of the first coating region. And a plurality of second coated regions coated with a cell adhesive substance.
  • the present invention comprises a preparation step of preparing a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition, and coating the culture surface of a cell incubator with the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition.
  • immune system cells are preferably macrophages and / or T cells. It is preferable that the area of the portion covered with the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition is 200 mm 2 or less.
  • a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition is prepared, and the culture surface of the cell culture vessel is coated with the preparation step and the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition.
  • the seeding step it is preferable to further seed fat cells.
  • the seeding step it is preferable to seed 50 fat cells per 100 hepatocytes and 100 to 500 fat cells per 100 fibroblasts. It is preferable to further add immune system cells to the coated cell culture vessel after the seeding step and before the cell structure is obtained.
  • the immune system cell is preferably at least one selected from the group consisting of monocytes, granulocytes, lymphocytes, and macrophages.
  • a method for efficiently producing a cell mass, a cell structure, or a three-dimensional tissue can be provided.
  • a chondrocyte mass, a transplant material and a composite material useful for treatment of joints, trachea, nose and the like can be easily produced.
  • the epithelial cell culture method of the present invention (II) has the above configuration, epithelial cells that are difficult to adhere to the cell culture vessel can be easily cultured.
  • the manufacturing method of the cell structure of this invention (II) has the said structure, it can manufacture easily the cell structure containing the epithelial cell which is hard to adhere to a cell culture device.
  • the cell culture device for epithelial cells of the present invention (II) has the above-described configuration, it is possible to culture epithelial cells and produce their cell structures.
  • the apparatus for producing a three-dimensional structure of the present invention (III) since the apparatus for producing a three-dimensional structure of the present invention (III) has the above-described configuration, a three-dimensional structure such as a ring shape or a lumen shape can be easily produced.
  • the three-dimensional structure such as a ring shape or a luminal shape can be easily produced because of the above configuration.
  • a spheroid-like cell structure having a desired size can be easily produced.
  • a cell structure in a desired form can be produced by controlling the cell aggregation mode.
  • the manufacturing method of the cell structure of this invention (VI) has the said structure, the cell structure containing a cardiomyocyte and a fibroblast useful as a heart disease model can be formed easily.
  • the manufacturing method of the cell structure of this invention (VII) has the said structure, the cell structure containing a hepatocyte and a fibroblast useful as a liver failure model can be formed easily.
  • FIG. 1 (a) to 1 (v) are diagrams showing an outline of an example of a method for producing a chondrocyte mass in the embodiment (I).
  • 2 (i) to (vi) are diagrams showing an outline of an example of a method for producing a chondrocyte mass in the embodiment (I).
  • a cross-sectional view of the structure is shown in parentheses in (iv).
  • FIG. 3 is a diagram showing an outline of a modified example of the preparation process and the subsequent seeding culture process in the present embodiment (I).
  • (A) is a figure which shows the 1st modification of a preparatory process
  • (b) is a figure which shows the 2nd modification of a preparatory process.
  • FIG. 4 is a diagram showing an outline of the method for producing the transplant material of the present embodiment (I).
  • FIG. 5 is a diagram showing an overview of another example of the method for producing a chondrocyte mass in the embodiment (I).
  • 6 (i) to 6 (v) are diagrams showing an outline of an example composite material manufacturing method in the present embodiment (I).
  • FIG. 7 shows the state of cell structures 24 hours after the start of culture (1 day later), 2 days later, 6 days later, and 10 days later in Test IC-C-1 (Reference Example I) of this embodiment (I). It is a figure which shows a photograph when it observes using a fluorescence microscope. In particular, the lower figure shows an enlarged view of a part of a photograph of the cell structure after 10 days.
  • FIG 8 is a figure which shows a photograph when the cell structure obtained in test IC-1 (reference example I) of this embodiment (I) is cut
  • FIG. 9 shows the state of the cell structure after 27 hours, 44 hours, 70 hours, and 122 hours after the start of culture in the test IC-2 of this embodiment (I) using a fluorescence microscope. It is a figure which shows the photograph when it does.
  • the upper figure shows the state of the cell structure when using an insole having a donut-shaped cutout having a width of 2 mm, and the lower figure shows a case where an insole having a donut-shaped cutout having a width of 2.5 mm is used. It is a figure which shows the mode of a cell structure.
  • FIG. 10 shows the appearance of the cell structure after 8 hours, 20 hours, 32 hours, and 42 hours after the start of culture in the test IC-3 of this embodiment (I) using a fluorescence microscope. It is a figure which shows the photograph when it does. The upper figure shows the state of the cell structure when using an insole having a donut-shaped cutout having a width of 2 mm, and the lower figure shows a case where an insole having a donut-shaped cutout having a width of 2.5 mm is used. It is a figure which shows the mode of a cell structure. The lowermost figure is a view showing a photograph when the state of the cell structure after 42 hours is observed using a stereomicroscope. (A) of FIG.
  • FIG. 11 is a figure which shows the photograph when the mode of the composite material 6 days after the culture
  • FIG. 12 is an enlarged view of a photograph of a part of the composite material observed with the naked eye 21 days after the start of culture in Test ID of this embodiment (I).
  • FIG. 13 is a figure which shows a photograph when the mode when operating with the tweezers with respect to the composite material prepared in test ID of this embodiment (I) is observed with the naked eye.
  • FIG. 14 is a view showing a photograph of the composite material prepared in Test ID of this embodiment (I) when it is subjected to hematoxylin and eosin staining (HE staining) using a microscope. is there.
  • (A) shows an external appearance photograph of the composite material
  • (b) is a diagram showing a cross-sectional view when cut along a plane along line AA of (a)
  • (c) and (d) It is a figure which shows what expanded the photograph shown to (b) partially.
  • FIG. 15 is a schematic diagram for explaining a method for producing a cell structure according to an embodiment of the present invention (II).
  • FIG. 16 is a schematic diagram for explaining a method for producing a cell structure according to an embodiment of the present invention (II).
  • FIG. 17 is a photograph showing a state in which epithelial cells are cultured for 96 hours on the temperature-responsive polymer or temperature-responsive polymer composition used in the present invention (II). In the figure, a part surrounded by a broken line indicates a covered region A, a black frame arrow indicates a cell that is adhered / grown in the covered region A, and a black arrow indicates a cell that is adhered / grown in an uncoated region. .
  • FIG. 18 is a schematic view (perspective view) for explaining the apparatus for producing a three-dimensional tissue body according to one embodiment of the present invention (III).
  • FIG. 19 is a schematic diagram (perspective view) for explaining the apparatus for producing a three-dimensional tissue body according to one embodiment of the present invention (III).
  • FIG. 20 is a schematic view (perspective view) for explaining the apparatus for producing a three-dimensional tissue body according to one embodiment of the present invention (III).
  • FIG. 21 is a photograph of an apparatus for producing a three-dimensional structure according to an embodiment of the present invention (III).
  • FIG. 22 is a schematic diagram for explaining a method for producing a three-dimensional structure according to an embodiment of the present invention (III).
  • FIG. 23 is a schematic diagram for explaining a method for producing a three-dimensional structure according to an embodiment of the present invention (III).
  • FIG. 24 is a photograph of the ring-shaped three-dimensional structure obtained in Example III-4 of the present invention (III).
  • FIG. 25 is a photograph of the luminal three-dimensional tissue obtained in Example III-5 of the present invention (III).
  • FIG. 26 is a schematic diagram (perspective view) for explaining the apparatus for producing a three-dimensional tissue body according to one embodiment of the present invention (III).
  • FIG. 27 is a schematic diagram for explaining a method for producing a three-dimensional structure according to an embodiment of the present invention (III).
  • FIG. 28 (A) is a photograph of a luminal three-dimensional tissue obtained in Example III-8 of the present invention (III).
  • FIG. 28 (B) is a HE-stained section image of a luminal solid tissue obtained in Example III-8 of the present invention (III).
  • FIG. 29 is a photograph of the artificial blood vessel obtained in Example III-9 of the present invention (III).
  • FIG. 30 is a photograph of the artificial trachea obtained in Example III-10 of the present invention (III).
  • FIG. 31 is a photograph of a three-dimensional tissue comprising a protein as a main component obtained in Example III-11 of the present invention (III).
  • FIG. 32 is a diagram showing an outline of an example of a method for producing a cell culture body according to the embodiment of the present invention (IV). (I) to (iii) of FIG.
  • FIGS. 34A to 34C are diagrams showing the results of investigating the correlation between the amount of droplets on the culture surface and the diameter of the droplets in the example of the present invention (IV).
  • (I)-(viii) is a figure shown about the outline
  • (A)-(c) is a figure shown about the arrangement
  • (A) shows the results after culturing ADSCs of GFP recombinant Lewis rats for 2 hours in the first coated region and the second coated region prepared in Test V-B in Test VC in this embodiment (V). It is a figure which shows the photograph when a mode is observed using a microscope.
  • (B) shows the state after culturing ADSC of a GFP recombinant Lewis rat for 20 hours in the first coated region and the second coated region prepared in Test VB in Test VC, using a microscope. It is a figure which shows the photograph when it does.
  • (C) is a figure which shows a photograph when the cell structure shown in (b) is observed at a reduced magnification.
  • FIG. 39 is a schematic diagram for explaining a method for producing a cell structure according to an embodiment of the present invention (VI).
  • FIG. 40 is a schematic diagram for explaining a method for producing a cell structure according to one embodiment of the present invention (VI).
  • FIG. 41 is a schematic diagram for explaining a method for producing a cell structure according to an embodiment of the present invention (VII).
  • FIG. 42 is a schematic diagram for explaining a method for producing a cell structure according to an embodiment of the present invention (VII).
  • the present invention is characterized in that cells are seeded and cultured on a culture surface coated with a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition.
  • a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition include the following inventions (I) to (VII).
  • the method for producing a chondrocyte mass according to an embodiment of the present invention (I) is a coated culture surface coated with a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition.
  • a seeding culture step of seeding cells that can differentiate into chondrocytes and co-culturing the cell mass and cells that can differentiate into chondrocytes to prepare a chondrocyte mass is a coated culture surface coated with a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition.
  • the manufacturing method of the present embodiment (I) includes a preparation step of preparing a temperature-responsive polymer and / or a temperature-responsive polymer composition, and the temperature-responsive polymer and / or the temperature-responsive polymer composition.
  • a part of the culture surface is coated with a product to prepare a coated culture surface, and in the coated culture surface, cells that can differentiate into chondrocytes are seeded in the presence of the cell mass, and the cell mass and cartilage are seeded.
  • FIGS. 2 (i) to (vi) show an outline of an example of a method for producing a chondrocyte mass in the embodiment (I).
  • thermoelectric process In an example manufacturing method, first, a temperature-responsive polymer and / or a temperature-responsive polymer composition is prepared (preparation step).
  • a temperature containing (A) 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) unit and an anionic monomer unit.
  • Responsive polymer (B) Temperature-responsive polymer comprising N-isopropylacrylamide (NIPAM) units, cationic monomer units, and anionic monomer units, (C) 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) ) And / or its derivatives, 2-amino-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol (Tris), nucleic acid, heparin, hyaluronic acid, dextran sulfate, polystyrene sulfonic acid, polyacrylic acid, poly Methacrylic acid, polyphosphoric acid, sulfated polysaccharide, curdlan and poly Alginic acid and the temperature-responsive poly
  • (A) a temperature-responsive polymer obtained by a method of polymerizing DMAEMA in the presence of water
  • A-2 a polymer block mainly containing DMAEMA (polymer chain ⁇ -terminal)
  • a copolymer block (polymer chain ⁇ terminal) mainly containing DMAEMA and an anionic monomer.
  • these may be used individually by 1 type and may be used in combination of 2 or more type.
  • the method for producing a temperature-responsive polymer of (A-1) includes a preparation step of preparing a mixture containing 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA), and an irradiation step of irradiating the mixture with ultraviolet rays.
  • the preparation step the mixture further includes a polymerization inhibitor and water, and in the irradiation step, the ultraviolet rays are irradiated in an inert atmosphere.
  • A-1 In the method for producing a temperature-responsive polymer, first, a mixture containing 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) is prepared (preparation step).
  • DMAEMA 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate
  • the mixture further includes a polymerization inhibitor and water.
  • DMAEMA 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate
  • examples of the polymerization inhibitor include methylhydroquinone (MEHQ), hydroquinone, p-benzoquinoline, N, N-diethylhydroxylamine, N-nitroso-N-phenylhydroxylamine (Cupperron), t-butylhydroquinone, and the like.
  • MEHQ or the like contained in commercially available DMAEMA may be used as it is.
  • water include ultrapure water.
  • the mass ratio of the polymerization inhibitor to the above mixture is preferably 0.01 to 1.5%, and more preferably 0.1 to 0.5%. If it is the said range, the runaway of radical polymerization reaction can be suppressed, the uncontrollable bridge
  • the mass ratio of water to the mixture is preferably 1.0 to 50%, and more preferably 9.0 to 33%. If it is the said range, the reaction rate of the hydrolysis reaction of a side chain and the reaction rate of the growth reaction of the polymer chain to superpose
  • the mixture is irradiated with ultraviolet rays (irradiation step).
  • ultraviolet rays are irradiated in an inert atmosphere.
  • DMAEMA undergoes radical polymerization upon irradiation with ultraviolet rays to form a polymer.
  • ultraviolet rays are irradiated from the outside of the vial using an ultraviolet irradiation device.
  • the wavelength of the ultraviolet light is preferably 210 to 600 nm, and more preferably 360 to 380 nm. If it is the said range, a polymerization reaction can be advanced efficiently and the polymeric material which has a desired copolymerization ratio can be obtained stably. In addition, the manufactured polymer material can be prevented from being colored.
  • the inert gas include nitrogen, argon, helium, neon and the like.
  • the temperature conditions are preferably 15 to 50 ° C., more preferably 20 to 30 ° C. If it is set as the said range, the start reaction by heat
  • the reaction time is preferably 7 to 24 hours, and more preferably 17 to 21 hours. If it is the said range, the temperature-responsive polymer of (A-1) can be obtained with a high yield, and radical polymerization can be performed, suppressing a photodecomposition reaction and an unnecessary crosslinking reaction.
  • the time from the completion of the preparation of the mixture in the preparation step to the start of ultraviolet irradiation in the irradiation step is 10 minutes to 1 hour.
  • both the cationic functional group that the polymer has, that is, the dimethylamino group, and the anionic functional group that the polymer has, that is, the carboxyl group that is formed by hydrolyzing the ester bond of the side chain must be provided in a balanced manner. it can.
  • the manufacturing method of the temperature-responsive polymer of (A-1) there are few polymers derived from poly (2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate) having a cationic functional group and an anionic functional group. It can be easily manufactured in the process.
  • the present invention (The same effect as the above-described effect of the method for producing a temperature-responsive polymer of I) can be obtained.
  • a mixture containing DMAEMA and a polymerization inhibitor and water are prepared separately, and then an inert gas is bubbled into the mixture and water, and then the mixture and water are mixed under an inert atmosphere and at the same time UV
  • the method for producing a temperature-responsive polymer in which A is irradiated can also be included in the temperature-responsive polymer of (A-1).
  • the temperature-responsive polymer (A-1) is produced by the production method (A-1).
  • the temperature-responsive polymer (A-1) is preferably a molecule having a number average molecular weight (Mn) of 10 to 500 kDa. Further, a molecule having a ratio (Mw / Mn) of the weight average molecular weight (Mw) to the number average molecular weight (Mn) is preferably 1.1 to 10.0.
  • the molecular weight of the temperature-responsive polymer (A-1) can be appropriately adjusted according to the conditions of the ultraviolet irradiation time and irradiation intensity.
  • the cloud point can be lowered to, for example, room temperature (25 ° C.) or lower.
  • the time until the insolubilized product of the temperature-responsive polymer formed at a temperature equal to or higher than the cloud point is redissolved under room temperature (about 25 ° C.) conditions is remarkably delayed. To do. This is presumed to be because the obtained temperature-responsive polymer (A-1) has a high self-aggregation property because a cationic functional group and an anionic functional group exist in the molecule.
  • thermoresponsive polymer of (A-1) As described later, a cell culture vessel in which the culture surface is coated with this temperature-responsive polymer can be prepared.
  • a structure such as a tubular shape (tube shape) or a massive shape (pellet shape) can be obtained.
  • the cell structure which has can be formed.
  • the ratio of the number of functional groups of the cationic functional group (2-N, N-dimethylamino group) and the number of functional groups of the anionic functional group (carboxyl group) of the temperature-responsive polymer of (A-1) (C / A ratio) is preferably 0.5 to 32, and more preferably 4 to 16.
  • the above effect of reducing the cloud point can be easily obtained.
  • the cationic functional group and the anionic functional group act on the intermolecular and / or intramolecular aggregation in an ionic bond in the temperature-responsive polymer, This is presumed to be a result of increasing the cohesive force of the temperature-responsive polymer.
  • the balance between the positive charge and the negative charge in the temperature-responsive polymer can be particularly suitable, and the cytotoxicity due to the positive charge can be suppressed. It is presumed that the balance between hydrophilicity and hydrophobicity of the temperature-responsive polymer can be made particularly suitable to facilitate cell migration and orientation.
  • the method for producing the temperature-responsive polymer of (A-2) includes the first polymerization step of irradiating the first mixture containing 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) with ultraviolet rays, and the polymerization in the first polymerization step.
  • DMAEMA N-dimethylaminoethyl methacrylate
  • an addition step of adding an anionic monomer to the first mixture to prepare a second mixture and a second polymerization step of irradiating the second mixture with ultraviolet rays are included. It is characterized by that.
  • first, ultraviolet light is irradiated to a first mixture containing 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) (first polymerization step).
  • DMAEMA 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate
  • the first mixture may optionally include, for example, other monomers, solvents, and the like.
  • ultraviolet rays may be irradiated in an inert atmosphere.
  • DMAEMA may be a commercially available product.
  • examples of other monomers that can be included in the first mixture include N, N-dimethylacrylamide, acrylic acid and methacrylic acid esters having a polyethylene glycol side chain, N-isopropylacrylamide, and 3-N, N-dimethylaminopropyl.
  • examples include acrylamide, 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylamide and the like, and in particular, from the viewpoint of enabling stable adjustment of ion balance, N, N-dimethylacrylamide and polyethylene glycol side chains.
  • the ratio (molar ratio) of the usage amount of the other monomer to the usage amount of DMAEMA is preferably 0.001 to 1, and more preferably 0.01 to 0.5.
  • solvent examples include toluene, benzene, chloroform, methanol, ethanol and the like.
  • toluene and benzene are preferable because they are inactive with respect to the ester bond of DMAEMA. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the first mixture is added to a transparent sealed vial and the inside of the vial is made an inert atmosphere by bubbling an inert gas, and then irradiated with ultraviolet rays from the outside of the vial using an ultraviolet irradiation device. To do.
  • the wavelength of the ultraviolet light is preferably 210 to 600 nm, and more preferably 360 to 380 nm. If it is the said range, a polymerization reaction can be advanced efficiently and the polymeric material which has a desired copolymerization ratio can be obtained stably. In addition, the manufactured polymer material can be prevented from being colored.
  • the irradiation intensity of ultraviolet light preferably from 0.01 ⁇ 50mW / cm 2, further preferably 0.1 ⁇ 5mW / cm 2. If it is the said range, a polymerization reaction can be advanced stably at a suitable speed (time), suppressing decomposition
  • the inert gas include nitrogen, argon, helium, neon and the like.
  • the temperature condition is preferably 10 to 40 ° C, more preferably 20 to 30 ° C. If it is the said range, reaction can be performed at room temperature of a normal laboratory, and it becomes possible to suppress reaction by means (heating etc.) different from light.
  • the reaction time is preferably 10 minutes to 48 hours, and more preferably 60 minutes to 24 hours.
  • DMAEMA undergoes radical polymerization by irradiation with ultraviolet rays to form a polymer (poly (2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate) (PDMAEMA)), which contains 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate.
  • PDMAEMA poly (2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate)
  • a homopolymer block is formed.
  • a polymer block containing DMAEMA and other monomers is formed.
  • the number average molecular weight of the polymer (specifically, polymerized 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate) in the first polymerization step is predetermined.
  • an anionic monomer is added to the first mixture to prepare a second mixture (addition step).
  • the second mixture is, for example, another monomer, a solvent (toluene, benzene, methanol, etc.) that can be included in the first mixture, and the like. May be included.
  • the anionic monomer may be added under an inert atmosphere.
  • anionic monomer examples include acrylic derivatives, methacrylic acid, vinyl derivatives having at least one group selected from the group consisting of a carboxyl group, a sulfonic acid group, and a phosphoric acid group in the side chain. From the viewpoint of chemical stability, acrylic acid and methacrylic acid are preferred. These may be used alone or in combination of two or more.
  • Examples of other monomers that can be included in the second mixture include N, N-dimethylacrylamide, acrylic acid and methacrylic acid esters having a polyethylene glycol side chain, N-isopropylacrylamide, and 3-N, N-dimethylaminopropyl.
  • Examples thereof include acrylamide and 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylamide, and particularly, N, N-dimethylacrylamide which is electrically neutral and hydrophilic is preferable. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the ratio (mole) of the use amount of other monomers to the use amount of DMAEMA is preferably 0.01 to 10, and more preferably 0.1 to 5.
  • the second mixture is added while keeping the inside of the vial in an inert atmosphere by flowing an inert gas through the vial.
  • the predetermined value of the number average molecular weight is preferably 5,000, more preferably 20,000, and particularly preferably 100,000 from the viewpoint of sufficiently obtaining the effect of reducing the cloud point.
  • the number average molecular weight of the polymerized PDMAEMA in the first mixture after the first polymerization step is obtained by collecting a small amount of the reaction mixture from the polymerization system at a predetermined time, and performing gel permeation chromatography (GPC) or light scattering method. It can be measured by a method well known to those skilled in the art such as (SLS).
  • an anionic monomer is also included in the polymerization system, and the polymerization system in the vial is changed from the DMAEMA homopolymerization system to the co-polymerization of DMAEMA and the anionic monomer. It will change to a polymerization system.
  • a 2nd mixture is irradiated with an ultraviolet-ray (2nd polymerization process).
  • the ultraviolet rays may be irradiated in an inert atmosphere.
  • ultraviolet rays are irradiated from the outside of the vial after adding the second mixture using an ultraviolet irradiation device.
  • the conditions such as the wavelength of ultraviolet rays, the irradiation intensity of ultraviolet rays, the inert gas used, the reaction temperature, and the reaction time may be the same as the conditions in the first polymerization step.
  • DMAEMA and anionic monomer are radically polymerized by irradiation with ultraviolet rays, and DMAEMA and anionic are continuously formed in the polymer chain ⁇ -terminal of the homopolymer block containing DMAEMA formed in the first polymerization step.
  • a copolymer block containing monomers is formed.
  • a copolymer block containing DMAEMA, an anionic monomer, and other monomers is formed.
  • a temperature-responsive polymer including a homopolymer block containing DMAEMA and a copolymer block of DMAEMA and an anionic monomer is obtained.
  • the temperature-responsive polymer (A-2) is produced by the production method (A-2).
  • the temperature-responsive polymer of (A-2) mainly contains 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate, and optionally a hydrophilic monomer such as acrylic acid or methacrylic acid having dimethylacrylamide and polyethylene glycol side chains.
  • Polymer block containing other monomer units (polymer chain ⁇ -terminal), mainly comprising 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate and anionic monomer (polymer chain ⁇ -terminal), optionally other monomer units
  • a copolymer block containing a copolymer block containing.
  • the temperature-responsive polymer of (A-2) comprises a DMAEMA homopolymer block and a copolymer block of DMAEMA and an anionic monomer, and more preferably consists of these blocks.
  • the number average molecular weight of the polymer block at the polymer chain ⁇ -terminal is preferably 5000 Da or more, and 20000 Da or more. Is more preferable.
  • the temperature-responsive polymer (A-2) is preferably a molecule having a number average molecular weight (Mn) of 10 to 500 kDa. Further, a molecule having a ratio (Mw / Mn) of the weight average molecular weight (Mw) to the number average molecular weight (Mn) is preferably 1.1 to 10.0.
  • the molecular weight of the temperature-responsive polymer can be adjusted as appropriate depending on the conditions of irradiation time and irradiation intensity of ultraviolet rays.
  • the cloud point can be lowered to, for example, room temperature (25 ° C.) or lower.
  • the time until the insolubilized product of the temperature-responsive polymer formed at a temperature higher than the cloud point is redissolved at room temperature (about 25 ° C.) is remarkably delayed. To do. It is presumed that this is because the obtained temperature-responsive polymer has high self-aggregation properties because of the presence of a cationic functional group and an anionic functional group in the molecule.
  • the temperature-responsive polymer of (A-2) has a DMAEMA homopolymer block having a high molecular weight (for example, 5000 Da or more) at the ⁇ -terminal of the polymer chain, so that the temperature-dependent globule transition of the side chain of DMAEMA Therefore, it is considered that the cloud point can be effectively reduced.
  • a cell culture vessel in which the culture surface is coated with this temperature-responsive polymer can be prepared.
  • a structure such as a lumen (tube shape) or a lump shape (pellet shape) can be obtained.
  • the cell structure which has can be formed.
  • the ratio of the number of functional groups of the cationic functional group (2-N, N-dimethylamino group) and the number of functional groups of the anionic functional group (carboxyl group) of the temperature-responsive polymer of (A-2) (C / A ratio) is preferably 0.5 to 32, and more preferably 4 to 16.
  • the above effect of reducing the cloud point can be easily obtained.
  • the cationic functional group and the anionic functional group act on the intermolecular and / or intramolecular aggregation in an ionic bond in the temperature-responsive polymer, This is presumed to be a result of increasing the cohesive force of the temperature-responsive polymer.
  • the balance between the positive charge and the negative charge in the temperature-responsive polymer can be particularly suitable, and the cytotoxicity due to the positive charge can be suppressed. It is presumed that the balance between hydrophilicity and hydrophobicity of the temperature-responsive polymer can be made particularly suitable to facilitate cell migration and orientation.
  • the method for producing the temperature-responsive polymer (B) is also referred to as N-isopropylacrylamide (NIPAM) (hereinafter also referred to as “monomer (A)”) and a cationic monomer (hereinafter referred to as “monomer (B)”). ) And an anionic monomer (hereinafter also referred to as “monomer (C)”).
  • NIPAM N-isopropylacrylamide
  • A a cationic monomer
  • C an anionic monomer
  • other monomers may be added to the above three types of monomers for polymerization.
  • NIPAM N-isopropylacrylamide
  • Examples of the cationic monomer include monomers having a cationic functional group.
  • Examples of the cationic functional group include amino groups such as primary to quaternary amino groups, guanidine groups, and the like. Tertiary amino groups are preferred from the viewpoints of the properties, low cytotoxicity, sterilization stability, and strong positive chargeability. More specifically, the cationic monomer preferably has a high stability even when it supports a physiologically active substance or is subjected to alkaline conditions.
  • 3- (N, N-dimethylaminopropyl) -(Meth) acrylamide 3- (N, N-dimethylaminopropyl)-(meth) acrylate, aminostyrene, 2- (N, N-dimethylaminoethyl)-(meth) acrylamide, 2- (N, N- Dimethylaminoethyl)-(meth) acrylate and the like.
  • 3- (N, N-dimethylaminopropyl) acrylamide is particularly preferable because it has a high positive charge strength and facilitates loading of an anionic substance.
  • aminostyrene has a high positive charge strength, so that it is easy to support an anionic substance and the aromatic ring in the molecule interacts with the hydrophobic structure of other substances in an aqueous solution. This is preferable because it expands the variation of possible anionic substances.
  • 2- (N, N-dimethylaminoethyl) -methacrylamide has a weak positive charge at a neutral pH, and its solubility in water is not affected by temperature, so it was supported once. This is preferable because it facilitates release of the anionic substance. These may be used alone or in combination of two or more.
  • anionic monomer examples include monomers having an anionic functional group, and examples of the anionic functional group include a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, a sulfuric acid group, a phosphoric acid group, and a boronic acid group. From the viewpoints of physical stability, cell affinity, and high purity, carboxylic acid groups, sulfonic acid groups, and phosphoric acid groups are preferred. More specifically, acrylic acid, methacrylic acid, vinyl benzoic acid and the like can be mentioned, and methacrylic acid and vinyl benzoic acid are particularly preferable from the viewpoint of chemical stability and cell affinity. These may be used alone or in combination of two or more.
  • Examples of the other monomer include neutral hydrophilic monomers such as dimethylacrylamide and acrylic acid or methacrylic acid having a polyethylene glycol side chain. These may be used alone or in combination of two or more. Other monomers can be used to adjust the balance of hydrophilicity / hydrophobicity other than electric charge, and variations can be expanded.
  • the amount of NIPAM used, the amount of cationic monomer used, and the amount of other monomers used in the method for producing a temperature-responsive polymer (B) with respect to the total amount of monomers (A) to (C) used can be appropriately adjusted by those skilled in the art so as to obtain a desired ratio of the monomer component in consideration of the reactivity in the polymerization reaction of the monomer.
  • radical polymerization ionic polymerization, etc. are mentioned as a polymerization method.
  • living radical polymerization is preferable, and as living radical polymerization, reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization, atom transfer radical polymerization (ATRP), iniferter polymerization and the like can be mentioned, and iniferter polymerization is preferable.
  • RAFT reversible addition-fragmentation chain transfer
  • ATRP atom transfer radical polymerization
  • iniferter polymerization iniferter polymerization
  • ionic polymerization living anionic polymerization is preferred.
  • An example of a method for producing the temperature-responsive polymer (B) is a method using radical polymerization.
  • An example of this production method includes a first polymerization step of irradiating a first mixture containing N-isopropylacrylamide (NIPAM) with ultraviolet rays, and adding a cationic monomer and an anionic monomer to the first mixture to add a second mixture. And a second polymerization step of irradiating the second mixture with ultraviolet rays.
  • NIPAM N-isopropylacrylamide
  • a first mixture containing N-isopropylacrylamide is irradiated with ultraviolet rays (first polymerization step).
  • the first mixture may optionally contain, for example, other monomers, solvents, chain transfer agents, stabilizers, surfactants, and the like.
  • ultraviolet rays may be irradiated in an inert atmosphere.
  • the first mixture is added to a transparent sealed vial and the inside of the vial is made an inert atmosphere by bubbling an inert gas, and then irradiated with ultraviolet rays from the outside of the vial using an ultraviolet irradiation device. To do.
  • the solvent examples include benzene, toluene, chloroform, methanol, water, and the like. Particularly, benzene and toluene are preferable from the viewpoint of solubility and inertness to polymerization. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the first mixture is added to a transparent sealed vial and the inside of the vial is made an inert atmosphere by bubbling an inert gas, and then irradiated with ultraviolet rays from the outside of the vial using an ultraviolet irradiation device. To do.
  • the wavelength of the ultraviolet light is preferably 210 to 600 nm, and more preferably 360 to 380 nm. If it is the said range, a polymerization reaction can be advanced efficiently and the polymeric material which has a desired copolymerization ratio can be obtained stably. In addition, the manufactured polymer material can be prevented from being colored.
  • the irradiation intensity of ultraviolet light preferably from 0.01 ⁇ 50mW / cm 2, further preferably 0.1 ⁇ 5mW / cm 2.
  • the inert gas include nitrogen, argon, helium, neon and the like.
  • the temperature condition is preferably 10 to 40 ° C, more preferably 20 to 30 ° C. With the above range, it is possible to perform the polymerization reaction at room temperature in a normal laboratory, and it is also possible to control the reaction by means of heating different from the means of light irradiation. .
  • the reaction time is preferably 10 minutes to 48 hours, more preferably 60 minutes to 24 hours.
  • NIPAM undergoes radical polymerization by irradiation with ultraviolet rays to become a polymer (poly (N-isopropylacrylamide) (PNIPAM)), and a homopolymer block containing N-isopropylacrylamide is formed.
  • PNIPAM poly (N-isopropylacrylamide)
  • a polymer block containing NIPAM and other monomers is formed.
  • a cationic monomer and an anionic monomer are added to the first mixture after the first polymerization step to prepare a second mixture (addition step).
  • the second mixture contains, in addition to the first mixture after the first polymerization step, the cationic monomer, and the anionic monomer, for example, other monomers, a solvent, a chain transfer agent, a stabilizer, a surfactant, and the like. It's okay.
  • the cationic monomer and the anionic monomer may be added under an inert atmosphere.
  • the cationic monomer and the anionic monomer are added while keeping the inside of the vial in an inert atmosphere by flowing an inert gas through the vial.
  • a cationic monomer and an anionic monomer are also included in the polymerization system, and the polymerization system in the vial is changed from NIPAM homopolymerization system to NIPAM and cationic polymer. It will change to the copolymerization system of a monomer and an anionic monomer.
  • an ultraviolet-ray is irradiated to a 2nd mixture (2nd polymerization process).
  • the ultraviolet rays may be irradiated in an inert atmosphere.
  • ultraviolet rays are irradiated from the outside of the vial after adding the cationic monomer and the anionic monomer using an ultraviolet irradiation device.
  • the wavelength of the ultraviolet light is preferably 210 to 600 nm, and more preferably 360 to 380 nm. If it is the said range, a polymerization reaction can be advanced efficiently and the polymeric material which has a desired copolymerization ratio can be obtained stably. In addition, the manufactured polymer material can be prevented from being colored.
  • the irradiation intensity of ultraviolet light preferably from 0.01 ⁇ 50mW / cm 2, further preferably 0.1 ⁇ 5mW / cm 2.
  • the inert gas include nitrogen, argon, helium, neon and the like.
  • the temperature condition is preferably 10 to 40 ° C, more preferably 20 to 30 ° C. With the above range, it is possible to perform the polymerization reaction at room temperature in a normal laboratory, and it is also possible to control the reaction by means of heating different from the means of light irradiation. .
  • the reaction time is preferably 10 minutes to 48 hours, more preferably 60 minutes to 24 hours.
  • NIPAM, the cationic monomer, and the anionic monomer are radically polymerized by irradiation with ultraviolet rays, and are continuous with the polymer chain ⁇ -terminal of the homopolymer block containing NIPAM formed in the first polymerization step.
  • a copolymer block comprising NIPAM, a cationic monomer and an anionic monomer is formed.
  • a polymer block containing NIPAM and other monomers and / or a copolymer block containing NIPAM, cationic monomers, anionic monomers and other monomers are formed.
  • a temperature-responsive polymer containing a homopolymer block containing NIPAM and a copolymer block of NIPAM, a cationic monomer and an anionic monomer is obtained.
  • Another example of the method for producing the temperature-responsive polymer of (B) is a method using radical polymerization, and N-isopropylacrylamide (NIPAM), a cationic monomer, an anionic monomer, and optionally other
  • NIPAM N-isopropylacrylamide
  • the mixture containing the monomer is irradiated with ultraviolet rays.
  • the said mixture may contain a solvent, a chain transfer agent, a stabilizer, surfactant, etc., for example.
  • ultraviolet rays may be irradiated in an inert atmosphere. Other conditions may be the same as in the above-described example manufacturing method.
  • benzyl- (N, N-diethyl) dithiocarbamate may be used as an iniferter, toluene or the like may be used as a solvent, and living polymerization may be performed by irradiation with near ultraviolet rays.
  • the block copolymer can be obtained by performing the polymerization with the second monomer through the isolation operation.
  • an aprotic solvent may be used as a catalyst with NaOH powder as a solvent and a reprecipitation solvent used for purification.
  • a block copolymer After the polymerization with the first monomer, a block copolymer can be obtained by performing the reprecipitation operation (the ionic species remain at the ⁇ end even after this operation) and the polymerization with the second monomer.
  • the temperature-responsive polymer (B) is produced by the production method (B).
  • the temperature-responsive polymer of (B) includes N-isopropylacrylamide (NIPAM) units, cationic monomer units, and anionic monomer units, and optionally other monomer units.
  • NIPAM N-isopropylacrylamide
  • This polymer can be manufactured by the manufacturing method of the above-mentioned example and another example.
  • the temperature responsive polymer of (B) comprises mainly a polymer block (polymer chain ⁇ -terminal) comprising N-isopropylacrylamide (NIPAM) units and optionally other monomer units, and a cationic monomer. And a copolymer block containing anionic monomer units and optionally other monomer units.
  • the temperature-responsive polymer of (B) includes a homopolymer block of NIPAM and a copolymer block of NIPAM, a cationic monomer and an anionic monomer, and particularly preferably comprises these blocks.
  • This polymer can be manufactured by the manufacturing method of the above-mentioned example.
  • DMAEMA that imparts temperature responsiveness to the polymer is simultaneously required for the formation of cell structures (along with anionic monomers).
  • DMAEMA which is a cationic monomer and involved in temperature responsiveness, is contained as a polymer block at the ⁇ -terminal of the polymer chain.
  • a cationic monomer always exists at the ⁇ -terminal of the polymer chain, so that the degree of freedom in adjusting the position of the cationic site in the polymer chain is not high, and the cationic monomer is mainly contained in DMAEMA.
  • the temperature-responsive polymer for example, a temperature-responsive polymer is used for drug delivery (DDS)
  • DDS drug delivery
  • the kind and amount of the drug that can be carried are limited.
  • DDS drug delivery
  • a technique of DDS for example, by applying a temperature-responsive polymer carrying a drug in a cell culture vessel and culturing cells or tissues in the cell culture vessel after application, For example, a method of gradual release of the drug can be mentioned.
  • the conventional temperature-responsive polymer includes DMAEMA having a small positive charge intensity, it is not always easy to load the drug of the anionic substance, and the kind and amount of the drug that can be loaded may be limited. was there.
  • NIPAM that imparts temperature responsiveness to the polymer
  • the cationic monomer necessary for the formation of the cell structure (along with the anionic monomer) is NIPAM.
  • Different monomers In the temperature-responsive polymer (B), it is not always necessary to have a cationic monomer at the ⁇ -terminal of the polymer chain, the position of the cationic site in the polymer chain can be freely adjusted, Since a cationic monomer can be used, it is possible to easily adjust the positive charge intensity at the cationic site and the pH of the temperature-responsive polymer aqueous solution.
  • the temperature-responsive polymer of (B) for example, when the temperature-responsive polymer is used for drug delivery (DDS), it becomes possible to increase the amount of the drug that can be carried while expanding the type of drug, As a result, the application range of a temperature-responsive polymer can be expanded.
  • DDS drug delivery
  • the ratio (mole) of the NIPAM unit to the total of the NIPAM unit, the cationic monomer unit, and the anionic monomer unit is preferably 0.6 to 0.9. It is more preferably 7 to 0.9, and particularly preferably 0.9.
  • the ratio (mole) of the other monomer units to the total of NIPAM units, cationic monomer units, anionic monomer units is preferably 0.001 to 0.2, More preferably, it is 0.01 to 0.1.
  • the polymer block ⁇ -terminal polymer block (for example, NIPAM homopolymer block) preferably has a number average molecular weight of 5000 Da or more, and more preferably 20000 Da or more.
  • the temperature-responsive polymer (B) is preferably a molecule having a number average molecular weight (Mn) of 10 to 500 kDa. Further, a molecule having a ratio (Mw / Mn) of the weight average molecular weight (Mw) to the number average molecular weight (Mn) is preferably 1.1 to 10.0.
  • the molecular weight of the temperature-responsive polymer can be appropriately adjusted depending on the polymerization conditions.
  • the cloud point can be lowered to, for example, room temperature (25 ° C.) or lower.
  • the time until the insolubilized product of the temperature-responsive polymer formed at a temperature higher than the cloud point is redissolved at room temperature (about 25 ° C.) is significantly delayed. It is presumed that this is because the obtained temperature-responsive polymer has high self-aggregation properties because of the presence of a cationic functional group and an anionic functional group in the molecule.
  • the temperature-responsive polymer (B) described above has a high molecular weight NIPAM homopolymer block at the polymer chain ⁇ -terminal, and therefore, the temperature-dependent globule transition of the side chain of NIPAM is likely to occur, and the cloud point It is considered possible to effectively reduce.
  • a cell culture vessel in which the culture surface is coated with this temperature-responsive polymer can be prepared.
  • the ratio of the number of functional groups of the cationic functional group to the number of functional groups of the anionic functional group (C / A ratio) of the temperature-responsive polymer (B) is preferably 0.5 to 32. More preferably, it is ⁇ 16.
  • the above effect of reducing the cloud point can be easily obtained.
  • the cationic functional group and the anionic functional group act on the intermolecular and / or intramolecular aggregation in an ionic bond in the temperature-responsive polymer, This is presumed to be a result of increasing the cohesive force of the temperature-responsive polymer.
  • the balance between the positive charge and the negative charge in the temperature-responsive polymer can be particularly suitable, and the cytotoxicity due to the positive charge can be suppressed. It is presumed that the balance between hydrophilicity and hydrophobicity of the temperature-responsive polymer can be made particularly suitable to facilitate cell migration and orientation.
  • a mixed-type temperature-responsive polymer composition is prepared (mixture preparation step). Specifically, (C1) 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) and / or a derivative polymer thereof, and (C2) 2-amino-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol ( Tris), (C3) nucleic acid, heparin, hyaluronic acid, dextran sulfate, polystyrene sulfonic acid, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyphosphoric acid, sulfated polysaccharide, curdlan and polyalginic acid, and alkali metal salts thereof. One or more anionic substances selected from the group are mixed. (C2) Tris is an optional component.
  • the temperature-responsive polymer composition of (C) includes a polymer of 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate and / or a derivative thereof, and 2-amino-2-hydroxymethyl-1,3-propane. Selected from the group consisting of diols, nucleic acids, heparin, hyaluronic acid, dextran sulfate, polystyrene sulfonic acid, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyphosphoric acid, sulfated polysaccharides, curdlan and polyalginic acid and their alkali metal salts One or more anionic substances.
  • the polymer of DMAEMA and / or its derivative is a temperature-responsive polymer, and its cloud point is 32 ° C.
  • the tris of (C2) serves to reduce the cloud point slightly, and / or reduce the rate at which a polymer formed at a temperature higher than the cloud point re-dissolves when cooled below the cloud point, and In addition, it is presumed to play a role of stimulating cells by positive charges derived from amino groups while maintaining hydrophilicity even in the hydrophobic polymer layer.
  • the anionic substance (C3) is presumed to play a role of enabling migration and orientation of cells to be cultured and a role of suppressing cytotoxicity.
  • the cloud point can be reduced to room temperature (25 ° C.) or lower.
  • the side chain of the polymer of DMAEMA and / or its derivative and Tris interact with each other (for example, a cross-linking action), and the polymer is likely to aggregate.
  • a molecule having a number average molecular weight (Mn) of 10 to 500 kDa is preferable.
  • a molecule having a ratio (Mw / Mn) of the weight average molecular weight (Mw) to the number average molecular weight (Mn) of 1.1 to 6.0 is preferable.
  • Examples of the DMAEMA derivative of (C1) include, for example, a derivative in which a hydrogen atom of a methyl group of methacrylate is substituted with a halogen, a derivative in which a methyl group of methacrylate is substituted with a lower alkyl group, and a hydrogen atom of a methyl group in a dimethylamino group.
  • Examples include halogen-substituted derivatives and derivatives in which the methyl group of the dimethylamino group is substituted with a lower alkyl group.
  • Tris is a pure substance having a purity of 99.9% or more, or that the Tris aqueous solution is made neutral or basic at the time of use by adding an alkaline substance or the like.
  • Tris is commercially available in the form of a hydrochloride. When this is used, the pH of the aqueous Tris solution is lowered, so that the cloud point of the composition rises to about 70 ° C. Therefore, tris hydrochloride is not preferred.
  • examples of the nucleic acid include DNA, RNA, and other artificial nucleic acids such as single-stranded, double-stranded, oligo, and hairpin.
  • the anionic substances listed in the above (C3) preferably have a certain size, for example, a molecular weight (M) of 1 to 5,000 kDa. If the molecular weight is within the above range, the anionic substance can ionically bond with the cationic substance to capture the cationic substance for a long time, and can form stable ionic complex fine particles. Moreover, the cytotoxicity which a cationic substance generally has by the electrostatic interaction with respect to the cell membrane surface of a cell can also be relieved.
  • M molecular weight
  • anionic substances listed in (C3) for example, by dehydrating condensation of a dicarboxylic acid such as oxalic acid to the 4-position amino group of poly (4-aminostyrene) which is a cationic polymer.
  • a polymer derivative having an anionic functional group introduced and substantially functioning as an anionic substance can also be used.
  • DMAEMA N-dimethylaminoethyl methacrylate
  • a mixed temperature-responsive polymer composition having a ratio ((C2) / (C1)) of 1.0 or less.
  • the ratio ((C2) / (C1)) is a mass ratio.
  • the mixed temperature-responsive polymer composition in the above ratio When the mixed temperature-responsive polymer composition in the above ratio is used, a cell structure can be easily formed in the culture step described later. According to this composition, the balance between the hydrophilicity and the hydrophobicity of the composition can be further improved. And it is estimated that this suitable balance has adjusted the adhesiveness of the cell to a culture surface suitably, and has activated the migration and orientation of a cell.
  • the ratio ((C2) / (C1)) is preferably 0.1 or more.
  • the ratio is preferably 0.1 or more.
  • the ratio ((C2) / (C1)) is more preferably 0.1 to 0.5.
  • the C / A ratio (positive charge / negative charge) in the mixed temperature-responsive polymer composition is preferably 0.5 to 16.
  • the C / A ratio refers to the ratio of the positive charge of a substance contained in the composition to the negative charge of the substance contained in the composition.
  • the C / A ratio is as follows: (C1) When the number of moles of the polymer of DMAEMA and / or its derivative is N1, and (C3) the number of moles of the anionic substance is N3, ⁇ (Polymer 1 The positive charge per molecule) ⁇ N1 ⁇ / ⁇ (negative charge per molecule of anionic substance) ⁇ N3 ⁇ .
  • the number of negative charges per molecule of the anionic substance is calculated by the number of DNA base pairs (bp number) ⁇ 2, and the molecular weight (Da) is , Bp number ⁇ 660 (average molecular weight of AT pair and CG pair).
  • the above effect of facilitating the formation of a tubular cell structure can be easily obtained. It is presumed that the cytotoxicity due to the positive charge can be suppressed by suitably balancing the positive charge and the negative charge in the composition. In addition, it is presumed that the balance between hydrophilicity and hydrophobicity of the composition can be further improved to facilitate cell migration and orientation.
  • the C / A ratio is more preferably 2 to 10, and the C / A ratio is most preferably around 8.
  • Preparation process -In the manufacturing method of the example, a part of the culture surface is then coated with the temperature-responsive polymer and / or the temperature-responsive polymer composition to prepare a coated culture surface (preparation step) (FIG. 1 (i ) To (iii)).
  • the culture surface other than the coated culture surface may be cell-adhesive or non-cell-adhesive, but is preferably cell-non-adhesive from the viewpoint of easily obtaining a cell mass having a desired shape.
  • the method for preparing the non-cell-adhesive culture surface is not particularly limited.
  • a cell culture device having a non-cell-adhesive culture surface for example, PrimeSurface (registered trademark) manufactured by SUMILON, or for Escherichia coli culture
  • Those not subjected to surface treatment for cell adhesion, such as a cell culture device may be used, or a non-cell-adhesive sheet or insole may be used.
  • the coated culture surface is preferably provided so as to be surrounded by the uncoated culture surface from the viewpoint of suppressing the contact with the cell wall and adjusting the shape of the cell mass ( (Refer FIG. 1 (ii) and (iii)).
  • the shape of the coated culture surface may be appropriately adjusted according to the desired shape of the chondrocyte mass, and examples thereof include a circle, a rectangle, and a donut shape (ring shape) in plan view.
  • a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition is dissolved in a solvent to form a temperature-responsive polymer solution, which is then applied onto the culture surface of a cell culture vessel, dried, and coated cells.
  • It may be a step of preparing an incubator (preparation step I), and an aqueous solution (temperature-responsive polymer aqueous solution) containing a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition is cooled below the cloud point of the temperature-responsive polymer.
  • the cooled temperature-responsive polymer aqueous solution may be cast on the culture surface of the cell culture vessel and heated to a temperature above the cloud point to prepare the coated cell culture vessel (preparation step II).
  • Examples of the solvent in the temperature-responsive polymer solution in the preparation step I include water; physiological saline; buffer; methanol, ethanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, 1-butanol, isobutyl alcohol, 2-butanol, t -Butyl alcohol, 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 2-methyl-1-butanol, 3-methyl-1-butanol, 2-methyl-2-butanol, 3-methyl-2-butanol 2,2-dimethyl-1-propanol, 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 2-methyl-1-butanol, 3-methyl-1-butanol, 2-methyl-2-butanol, 3-methyl-2-butanol, 2,2-dimethyl-1-propanol, 1-hexanol Alcohols such as 2-methyl-2-pentanol, allyl alcohol, benzyl alcohol, salicyl alcohol; acetone
  • methanol, ethanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, 2-butanol, t-butyl alcohol, allyl alcohol, etc. are easy to coat uniformly on the culture surface and are excellent in solubility of the temperature-responsive polymer.
  • Alcohols such as acetone, ethyl methyl ketone, diethyl ketone, methyl vinyl ketone, etc .; esters such as methyl acetate, ethyl acetate, isopropyl acetate, tert-butyl acetate, vinyl acetate; chloroform; benzene; toluene; diethyl ether; preferable.
  • an organic solvent having a low boiling point for example, a lower alcohol having 1 to 4 carbon atoms, a lower ketone having 3 to 5 carbon atoms, And at least one selected from the group consisting of acetic acid alkyl esters having an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, in particular, lower alcohols having 1 to 4 carbon atoms, lower ketones having 3 to 5 carbon atoms having a boiling point lower than water, And at least one selected from the group consisting of acetic acid alkyl esters having an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms) are more preferred, and methanol and ethanol are particularly preferred from the viewpoint of excellent cost and operability.
  • a lower alcohol having 1 to 4 carbon atoms, a lower ketone having 3 to 5 carbon atoms at least one selected from the group consisting of acetic acid alkyl esters having an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms
  • methanol and ethanol are particularly preferred from the viewpoint of excellent cost and operability.
  • the said solvent may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. Since the solvent is excellent in solubility of the temperature-responsive polymer, the temperature-responsive polymer is insoluble and hardly precipitated even at a temperature higher than the cloud point (for example, room temperature or 37 ° C.). Therefore, when applying the temperature-responsive polymer, it is possible to save time and effort for temperature management of the temperature-responsive polymer solution, and it is possible to easily prepare a coated cell culture device.
  • the cloud point for example, room temperature or 37 ° C.
  • the temperature-responsive polymer solution contains a hydrophilic molecule from the viewpoint of easy cell aggregation.
  • the hydrophilic molecule include nonionic and hydrophilic molecules that do not affect the C / A ratio of the temperature-responsive polymer, such as polyethylene glycol (PEG), dimethylacrylamide (DMAA), glycerin, Triton X, and polypropylene glycol. Can be mentioned.
  • the content of the temperature-responsive polymer in the temperature-responsive polymer solution is such that the temperature-responsive polymer solution (100% by weight) is from the viewpoint that the temperature-responsive polymer is easily coated on the culture surface. Is preferably 0.00075 to 0.015% by weight, more preferably 0.001 to 0.01% by weight.
  • the content of the hydrophilic molecule in the temperature-responsive polymer solution is 0.00001 to 0 with respect to the temperature-responsive polymer (100% by weight) from the viewpoint that the cells are likely to self-aggregate.
  • the amount is preferably 0.0015% by weight, more preferably 0.00003 to 0.0001% by weight.
  • the temperature-responsive polymer solution is preferably free from water from the viewpoint that the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition is likely to be uniformly coated on the culture surface.
  • the weight ratio of water in the polymer solution (100% by weight) is more preferably 0.5% by weight or less, and further preferably 0.1% by weight or less.
  • the weight ratio of water can be measured by methods well known to those skilled in the art, such as gas chromatography and Karl Fischer method.
  • the temperature-responsive polymer solution may be applied to the entire culture surface or a part of the culture surface. Especially, it is preferable to apply
  • the conditions for drying the applied temperature-responsive polymer solution are as follows. From the viewpoint of uniformly coating the culture surface with the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition, the temperature is 10 to 70 at atmospheric pressure. C. and a time of 1 to 3000 minutes are preferred. By quickly drying the applied temperature-responsive polymer solution, the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition is easily applied uniformly on the culture surface.
  • the applied temperature-responsive polymer solution may be dried, for example, by allowing the cell culture vessel to stand in a 37 ° C. incubator.
  • examples of the solvent that dissolves the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition include water; physiological saline; phosphate buffer, phosphate buffered saline (PBS), and tris buffer. And the like; and the like.
  • examples of the method of cooling the temperature-responsive polymer aqueous solution include a method of cooling the temperature-responsive polymer aqueous solution into a refrigerator at about 4 ° C. and cooling it to a temperature below the cloud point.
  • the temperature-responsive polymer aqueous solution having a temperature below the cloud point is extended by tilting the culture surface of the cell culture vessel.
  • the method, the method of extending temperature-responsive polymer aqueous solution using a spatula, etc. are mentioned.
  • Examples of the method for heating the cast temperature-responsive polymer aqueous solution up to the cloud point in the preparation step II include a method of allowing the cell culture vessel after the casting step to stand in a 37 ° C. incubator. .
  • the preparatory step is performed by drawing the temperature-responsive polymer and the above-mentioned temperature-responsive polymer while drawing a desired shape on the central portion of the culture surface of the cell culture vessel (see FIG.
  • the temperature-responsive polymer composition is applied (see FIG. 1 (ii)) and the applied portion is dried (see FIG. 1 (iii)).
  • a masking sheet (not shown) having a hole (cutout) having a desired shape is laid on the culture surface of the cell incubator, and the temperature response is applied from above the sheet. This can also be done by placing the functional polymer and / or the temperature-responsive polymer composition and then removing the sheet.
  • a material of such a masking sheet a material well known to those skilled in the art can be used.
  • a material having a contact angle of 70 ° or less specifically, polyethylene terephthalate modified with a hydrophilic group, polystyrene, polycarbonate, glass
  • polystyrene or the like in which N, N-dimethylacrylylamide is introduced and fixed by radiation graft polymerization is preferable.
  • the shape, size, thickness and the like of the sheet are not particularly limited, but the thickness is preferably 0.05 to 2.0 mm.
  • the area of the coated culture surface is not particularly limited. It may be 5 to 300 mm 2 .
  • the amount of the thermoresponsive polymer and thermoresponsive polymer composition coated culture surface has per unit area is preferably in the 0.1 ⁇ 3.0 ⁇ g / cm 2, 0.5 ⁇ 2.5 ⁇ g / cm 2 More preferably.
  • the zeta potential of the coated culture surface is preferably 0 to 50 mV, more preferably 0 to 35 mV, and still more preferably 10 to 25 mV.
  • the zeta potential is 0 mV or more, negatively charged cells are likely to adhere. Further, when the zeta potential is 50 mV or less, cytotoxicity can be reduced.
  • a cell structure having a massive (pellet-like) structure can be produced more simply by culturing cells under appropriate culture conditions. This is because, by setting the surface zeta potential within the above range, a weak positive charge that does not cause cytotoxicity can be given to the surface of the coated culture surface.
  • the zeta potential is a zeta potential meter (for example, model number “ELSZ” manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) using particles obtained by coating polystyrene latex with hydroxypropylcellulose (zeta potential: ⁇ 5 to +5 mV) as standard monitor particles. The value calculated by the Smoluchowski equation measured in (1).
  • the contact angle of water with the surface of the coated culture surface is preferably 50 to 90 °, more preferably 60 to 80 °, and still more preferably 62 to 78 °.
  • the contact angle of water with respect to the coated culture surface means an average value of contact angles measured in accordance with JIS R3257 at an arbitrary number of points in the coated culture surface.
  • FIG. 3 shows an outline of a modified example of the preparation process and the subsequent seeding culture process.
  • FIG. 3A shows a first modification of the preparation process.
  • the cell non-adhesiveness has a planar shape that fits within the culture surface of the cell culture vessel, has a predetermined thickness, and the central portion is hollowed into the desired planar shape
  • An insole (pad) is used (see FIGS. 3A and 3I).
  • Cell non-adhesive means that cells do not adhere or are difficult to adhere.
  • the temperature-responsive polymer and / or the temperature-responsive polymer composition is disposed on the entire culture surface of the cell culture vessel, and then, the polymer and / or the polymer composition is arranged.
  • the cell non-adhesive sheet is laid on the top.
  • the coated culture surface is surrounded by the wall, that is, provided on the bottom surface of the recess.
  • the shape of the cell mass can be controlled three-dimensionally in the seeding culture process described later, and a chondrocyte mass having a desired shape can be more precisely manufactured. .
  • the material of the cell non-adhesive insole that can be used in the first modification a material well known to those skilled in the art can be used.
  • a material having a contact angle of 70 ° or less specifically, hydrophilic Examples thereof include polyethylene terephthalate modified with a group, polystyrene, polycarbonate, glass, polypropylene, etc.
  • N, N-dimethylacrylylamide is radiation graft polymerization.
  • Polystyrene or the like introduced and fixed by is preferable.
  • the shape, size, thickness, etc. of the insole are not particularly limited. For example, when a cell culture vessel having a diameter of 35 mm is used, the diameter (maximum diameter) is preferably 0.1 to 10 mm.
  • a cell non-adhesive insole having a size that fits within the culture surface of the cell incubator and having a recess having a desired planar shape at the center may be used (not shown). ).
  • the temperature-responsive polymer and / or the temperature-responsive polymer composition is disposed only on the bottom surface of the recess of the insole, and the surface other than the bottom surface of the recess, that is, the wall surface of the recess and the insole other than the recess.
  • the polymer and / or the polymer composition is not disposed on the surface (not shown).
  • Such an example also makes it possible to more precisely manufacture a chondrocyte mass having a desired shape in the concave portion in the seeding culture process described later.
  • a cell non-adhesive insole having a different size may be used.
  • a chondrocyte mass whose size has been expanded through a seeding culture step is converted into a cell non-adhesive of a larger size. It can also move to the recessed part of an insole, and can perform the following seed culture
  • the size of the coated culture surface relative to the size of the chondrocyte mass in each seeding culture step can be maintained at a certain level, and the shape of the chondrocyte mass can be made closer to a desired shape. Become.
  • FIG. 3B shows a second modification of the preparation process.
  • a concave portion having a desired planar view shape is engraved on the culture surface of the cell culture device (see FIG. 3B).
  • the temperature-responsive polymer and / or the temperature-responsive polymer composition is disposed only on the bottom surface of the engraved recess, and the surface other than the bottom surface of the recess, that is, the recess The polymer and / or the polymer composition is not disposed on the surface of the sheet other than the wall surface and the recess (see FIGS. 3B and 3I).
  • the shape of the cell mass can be three-dimensionally controlled in the seeding culture process described later, and a chondrocyte mass having a desired shape can be manufactured more precisely. .
  • the first modified example and the second modified example of the preparation step described above from the viewpoint of adjusting the shape of the cell mass obtained by suppressing the adhesion between the seeded cells and the wall surface of the recessed portion, It is preferable to be non-cell-adhesive.
  • chondrocyte mass is prepared (seeding culture step).
  • FIG. 1 in the manufacturing method of an example in this embodiment (I), it is cartilage on the coating culture surface prepared in the above-mentioned preparatory process after the above-mentioned preparatory process and before the seeding culture process mentioned later.
  • a cell mass used in a seeding culture step described later is prepared (see FIGS. 1 (iv) to (viii)).
  • the production method of the present embodiment (I) is not limited to this, and the cell mass used in the seeding culture step may be separately prepared (for example, in another cell culture vessel) (see FIG. Not shown).
  • cells and a cell culture medium are added to the cell culture vessel in a state where the cell mass is present on the coated culture surface (see FIG. 2 (i)).
  • Place the cell incubator in a general 37 ° C. cell incubator see FIG. 2 (ii)
  • add a new cell culture medium by exchanging the medium see FIG. 2 (iii)
  • add the cell incubator to the cell incubator See FIGS. 2 (iv) and 2 (v)). Note that a cross-sectional view of the structure is shown in parentheses in FIG.
  • the cell mass is present in the central portion of the coated culture surface from the viewpoint of adjusting the overall shape of the chondrocyte mass.
  • the cell culture medium used before the medium exchange and the cell culture medium used after the medium exchange may be appropriately selected according to the purpose and application.
  • the previous medium is used as a growth medium, and the subsequent medium is differentiated.
  • a redifferentiation medium is used as a growth medium.
  • Examples of cells that can differentiate into chondrocytes include chondrocytes, fat, synovium, fascia, periosteum, periodontal ligament, pulp, bone marrow-derived mesenchymal stem cells, and iPS cells.
  • the cells capable of differentiating into chondrocytes may be used alone or in combination of two or more.
  • the cell density when seeding the cells in the seeding culture step is 0.3 ⁇ 10 4 cells / cm 2 or more, preferably 0.3 ⁇ 10 5 cells / cm 2 or more, more preferably 0.5 ⁇ 10 5 cells. / Cm 2 or more, and more preferably 10.0 ⁇ 10 5 cells / cm 2 or less in order to make it difficult to cause problems related to the cell cycle such as growth arrest caused by contact between cells in culture.
  • it is 4.5 ⁇ 10 5 pieces / cm 2 or less.
  • the culture conditions can be appropriately determined by those skilled in the art based on the cell type to be used and the purpose of the experiment, and may be determined as appropriate, for example, 37 ° C., 5% CO 2 atmosphere or the like.
  • the phenomenon that occurs in the seeding culture step is described below with reference to FIG.
  • the seeded cells settle on a coated culture surface where a cell mass is present in the central part and on an uncoated culture surface.
  • the cells settled on the coated culture surface adhere and survive on the coated culture surface, while the cells settled on the uncoated culture surface exist without adhering on the uncoated culture surface.
  • the cells that did not adhere are removed by suction by the first medium exchange after seeding (see FIG. 2 (iii)).
  • the cells located near the boundary between the coated culture surface and the uncoated culture surface are accompanied by cells located closer to the center of the coated culture surface than the cells.
  • it begins to aggregate from the coated culture surface so as to wrap around the cell mass in the central part (see FIG. 2 (iv)).
  • the adhered cells are peeled toward the central portion of the coated culture surface so as to move away from the culture surface, and the entire sheet-like cell is warped at the periphery.
  • the previously arranged cell mass and the seeded cells are integrated so as to form a laminated structure in a cross-sectional view (see FIG. 2 (v)).
  • Cells capable of differentiating into cartilage used in the seeding culture step of the present invention are differentiated and matured into chondrocytes through the above-mentioned aggregation process, and chondrocytes become mature as known to those skilled in the art. It is a cell with special properties that allow hypoxia. Accordingly, the chondrocytes in the cell mass obtained through the aggregation process can survive even in a hypoxic state, and are encapsulated in cells that can be differentiated into new cartilage in the subsequent seeding culture process. Even if placed in a state, it can continue to survive.
  • the seeded cells settle on the cell mass itself in addition to the coated culture surface, they are integrated together when the cells aggregate.
  • the above-mentioned seeding culture process is performed in multiple times (refer to Drawing 2 (vi)).
  • the seeding culture process a plurality of times, a large chondrocyte mass can be obtained, and the size can be adjusted according to the purpose and application.
  • immature cells cells that proliferate but have insufficient cartilage properties
  • mature cells cells that did not proliferate but acquired the properties of chondrocytes; highly elastic that can tolerate a hypoxic environment
  • Control with a characteristic such as having flexibility can be performed by appropriately selecting a medium.
  • cell differentiation can be promoted by mixing a differentiation inducer such as TGF- ⁇ 1 in the medium to be used.
  • the time from when the cell mass is formed in the central part of the coated culture surface in the previous seeding culture process to when the cells are seeded in the next seeding culture process is not particularly limited, but the formed cell mass is converted into the chondrocyte mass.
  • the type and concentration of the redifferentiation medium to be used may be comprehensively considered and may be appropriately set by those skilled in the art.
  • the chondrocyte mass of this embodiment (I) is produced by the chondrocyte mass production method of this embodiment (I).
  • the size of the chondrocyte mass is not particularly limited, but the diameter (maximum diameter) may be 1 to 100 mm.
  • the outer diameter may be 3 to 50 mm, and the inner diameter is 0.3 to It may be 49 mm.
  • Method for producing transplant material In the method for producing a transplant material of this embodiment (I), mesenchymal cells are seeded in the presence of the chondrocyte mass produced by the method for producing a chondrocyte mass of this embodiment (I), and the chondrocyte mass and Preparing a transplant material by co-culturing mesenchymal cells.
  • FIG. 4 the outline
  • the above steps in the method for producing a transplant material of the present embodiment (I) are the same as the seeding and culturing steps in the method for producing a chondrocyte mass described above in the present embodiment (I), except that the cells to be used are mesenchymal cells. You may go to
  • mesenchymal cells include chondrocytes, fibroblasts, ADSC and the like.
  • transplant material The transplant material of this embodiment (I) is manufactured by the method for manufacturing the transplant material of this embodiment (I). Since the transplant material of this embodiment (I) has mesenchymal cells, particularly fibroblasts, arranged on the outermost side of the chondrocyte mass, when transplanted into a living body, There is a tendency to stick firmly and easily. For this reason, the effect of the healing in a transplant site
  • FIG. 5 shows an outline of another example of the method for producing a chondrocyte mass in the embodiment (I).
  • Another example of the method for producing a chondrocyte mass in the embodiment (I) includes the first modification of the above-described preparation step.
  • another example of the manufacturing method is a cell non-adhesiveness in which a hollow portion of a donut shape (for example, an outer diameter ( ⁇ o) of 8 mm, an inner diameter ( ⁇ i) of 4 mm, and a width of 2 mm) is provided in a central portion in a plan view.
  • Insole for example, 1 mm thick
  • the line formed by the outer contour line of the coated culture surface and the line formed by the outer contour line of the coated culture surface form concentric circles in terms of adjusting the donut shape of the chondrocyte mass.
  • each step in the chondrocyte mass production method of another example in the present embodiment (I) may be the same as those in the chondrocyte mass production method of the example in the above-described present embodiment (I) (FIG. 5 (i) to (ix)).
  • the width of the coated culture surface is set to 3 mm or less from the viewpoint of obtaining a more well-shaped donut-shaped (ring-shaped) chondrocyte mass.
  • the wall height is preferably 3 mm or less, more preferably 2.5 mm or less.
  • the manufacturing method of the composite material of this embodiment (I) is a composite in which a composite is prepared by fitting the chondrocyte mass of the embodiment (I), in particular, a donut-shaped chondrocyte mass into a tubular structure. A body preparation step and a culture step of culturing the composite to prepare a composite material.
  • the core material is one of the hollow portions of the tubular structure body.
  • a composite is prepared by inserting from the end toward the other end (see FIG. 6 (ii)) and fitting the donut-shaped chondrocyte mass of this embodiment (I) into the tubular structure.
  • the composite preparation step see FIG. 6 (iii)
  • the composite is cultured to prepare the composite material (see FIG. 6 (iv)), and the core material is taken out from the composite material (see FIG. 6 (v) ) Reference) process.
  • FIGS. 6 (i) to (v) show an outline of an example composite material manufacturing method in the present embodiment (I).
  • the tubular structure may have a hollow portion, and may be a biotube (artificial blood vessel), a collagen tube, an elastin tube, a polygluconic acid tube, a polylactic acid tube, or the like.
  • the biotube may have collagen as a main component, and may be created by, for example, a method described in an example of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-261260.
  • the outer diameter of the tubular structure may be the same as the inner diameter of the donut-shaped cell structure of the present embodiment (I), for example, 1 to 100 mm.
  • the inner diameter of the tubular structure is not particularly limited, For example, the thickness may be 0.1 to 50 mm.
  • the length of the tubular structure may be appropriately determined according to the purpose and application, and is not particularly limited, but may be, for example, 1 to 300 mm.
  • the core material can be solid or porous, and specifically, silicon rod-like structures, acrylic rod-like structures, metal rod-like structures, unglazed, metal mesh compression structures, etc. If the porous body is used, it is possible to diffuse the medium and oxygen from the lumen side of the composite.
  • the outer diameter of the core material may be the same as the inner diameter of the tubular structure, for example, 0.1 to 50 mm.
  • the length of the core material may be the same as the length of the tubular structure, and may be longer or shorter by, for example, 0.1 to 10 mm than the length of the tubular structure.
  • the tubular structure (prepared with a core material) prepared in the above-described step while fixing the donut-shaped chondrocyte mass of the embodiment (I) with tweezers is used. This can be done by passing through a ring of chondrocyte masses.
  • the number of donut-shaped chondrocyte masses used for one tubular structure may be appropriately determined according to the purpose and application, and is not particularly limited, but may be, for example, 1 to 1,000.
  • the distance between two adjacent chondrocyte masses may be appropriately determined according to the purpose and application, and is not particularly limited.
  • the thickness Before the culturing step, the thickness may be 0.1 to 100 mm.
  • the time from the end of fitting of the tubular structure in the above-described composite preparation step to the start of culture of the composite in the below-described culture step is 1 to 180 minutes from the viewpoint of maintaining cell activity. Preferably, it is 1 to 120 minutes.
  • the complex prepared in the above-described complex preparation step is subjected to a predetermined time (for example, 12 hours to 150 hours) under appropriate conditions (for example, 37 ° C., 5% CO 2 atmosphere, etc.). Days) can be done by placing.
  • the culture step can also be performed in vivo.
  • the above-described complex is embedded in the living body and placed for a predetermined time so as to surround the outer surface of the complex. It can also be performed by integrating the living tissue and the composite.
  • the extraction of the core material from the composite material can be appropriately performed using tweezers or the like.
  • each operation in the said process may be performed manually and may be performed using a machine or an apparatus, and is not specifically limited.
  • the donut-shaped chondrocyte mass in the chondrocyte mass of this embodiment (I) is provided on the outer surface of the tubular structure (FIG. 6 (v) )reference).
  • the material, outer diameter, inner diameter, length, etc. of the tubular structure; the number of donut-shaped chondrocyte masses used for one tubular structure, etc. are described above for the method of manufacturing the composite material of this embodiment (I). It may be as you did.
  • the distance between two adjacent chondrocyte masses (cartilage tissue) may be appropriately determined according to the purpose and application, and is not particularly limited. It may be 1 to 100 mm, and two adjacent chondrocyte masses (cartilage tissue) may overlap (that is, the distance is 0 mm).
  • a core material may be provided inside the tubular structure (see FIG. 6 (v)).
  • the material, outer diameter, length, etc. of the core material may be as described above for the method of manufacturing the composite material of this embodiment (I).
  • the composite material of the present embodiment (I) may be manufactured by the composite material manufacturing method of the present embodiment.
  • the chondrocyte mass, transplant material, and composite material of this embodiment (I) are useful for the treatment of joints, trachea, nose, etc. More specifically, meniscus, tracheal cartilage, nasal cartilage, otic cartilage, intervertebral disc It can be suitably used for the treatment of articular cartilage, ligament, Achilles tendon, and the like.
  • a CT image of a diseased part of a patient is converted into a CAD drawing, and the shape of the chondrocyte mass and the transplant material is adjusted according to the drawing. Therefore, the method for producing a chondrocyte mass, a transplant material, and a composite material according to this embodiment has the potential to greatly contribute to the realization of tailor-made medicine.
  • Epithelial cells are difficult to adhere to the cell culture vessel, and insufficient adhesion to the culture vessel may cause problems such as unstable cell morphology after growth. was difficult.
  • epithelial cells do not develop actin filaments and weakly bond between cells, they were easily detached from the cell culture surface when the adhesion to the cell culture vessel was weak.
  • spheroids formed from epithelial cells are difficult to adhere to the cell culture vessel and easily float in the cell culture vessel, there is a great risk of erroneous suction when the medium is changed.
  • a cell culture vessel coated with a temperature-responsive polymer is extremely excellent in the adhesion of epithelial cells.
  • cells other than epithelial cells are temperature-responsive. It adheres to polymer-coated cell culture vessels with an appropriate force, and often has the property of self-aggregation when the density exceeds a certain level, but when epithelial cells and cell-culture vessels coated with temperature-responsive polymers are combined Unlike other cells, it was found to adhere strongly to the culture surface. Then, it was found that by using a cell culture vessel coated with a temperature-responsive polymer, epithelial cells can be easily cultured and the morphology of proliferating cells is excellent.
  • the present inventors have found a method in which cell structures are less likely to be peeled off from the coated cell culture surface, are less likely to be mistakenly sucked during medium exchange, and can efficiently form epithelial cell structures.
  • the epithelial cell culturing method of the present invention comprises a preparation step of preparing a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition, and cell culture using the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition. Covering at least part of the culture surface of the vessel to form a covered region A, and preparing a coated cell culture device having the covered region A, and seeding the epithelial cells in the coated cell culture device A seeding step and a culturing step of culturing the epithelial cells adhered to the coating region A, wherein the concentration of the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition in the coating region A is 0.
  • the entire culture surface may be the coating region A, or a part of the culture surface may be the coating region A. Moreover, you may have one coating area
  • preparation process As a preparation process in embodiment (II), the process similar to the preparation process in the said invention (I) is mentioned, The same thing is mentioned also as a suitable example.
  • the temperature-responsive polymer and the temperature-responsive polymer composition used in the culture method are preferably (A) from the viewpoint of further excellent epithelial cell adhesion.
  • the preparation step for preparing a mixture containing 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) may be referred to as a mixture preparation step.
  • the incubator preparation step is the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition.
  • the culture surface of the cell culture device is coated to form a coated region A, and a coated cell culture device having the coated region A is prepared.
  • a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition is dissolved in a solvent to form a temperature-responsive polymer solution, which is then applied onto the culture surface of the cell incubator and dried.
  • the step may be a step of preparing a coated cell culture vessel (incubator preparation step I), and an aqueous solution (temperature-responsive polymer aqueous solution) containing a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition may be used as a cloud point of the temperature-responsive polymer.
  • Step of preparing a coated cell culture device by cooling to below, casting the cooled temperature-responsive polymer aqueous solution on the culture surface of the cell culture device, and heating to a temperature above the cloud point (Incubator preparation step II) It is good.
  • the temperature-responsive polymer solution used when forming the coating region A is the temperature-responsive polymer solution A
  • the temperature-responsive polymer aqueous solution used when forming the coating region A is the temperature-responsive polymer aqueous solution A. May be called.
  • Examples of the solvent in the temperature-responsive polymer solution in the incubator preparation step I include water; physiological saline; buffer; methanol, ethanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, 1-butanol, isobutyl alcohol, and 2-butanol.
  • water, methanol, ethanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, 2-butanol, t-butyl alcohol, allyl are easily coated uniformly on the culture surface and excellent in solubility of the temperature-responsive polymer.
  • Alcohols such as alcohol; ketones such as acetone, ethyl methyl ketone, diethyl ketone, and methyl vinyl ketone; esters such as methyl acetate, ethyl acetate, isopropyl acetate, tert-butyl acetate, and vinyl acetate; chloroform; benzene; toluene; Dichloromethane is preferred.
  • an organic solvent having a low boiling point for example, a lower alcohol having 1 to 4 carbon atoms, a lower ketone having 3 to 5 carbon atoms, And at least one selected from the group consisting of acetic acid alkyl esters having an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, in particular, lower alcohols having 1 to 4 carbon atoms, lower ketones having 3 to 5 carbon atoms having a boiling point lower than water, And at least one selected from the group consisting of acetic acid alkyl esters having an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms) are more preferred, and methanol and ethanol are particularly preferred from the viewpoint of excellent cost and operability.
  • a lower alcohol having 1 to 4 carbon atoms, a lower ketone having 3 to 5 carbon atoms at least one selected from the group consisting of acetic acid alkyl esters having an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms
  • methanol and ethanol are particularly preferred from the viewpoint of excellent cost and operability.
  • the said solvent may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. Since the solvent is excellent in solubility of the temperature-responsive polymer, the temperature-responsive polymer is insoluble and hardly precipitated even at a temperature higher than the cloud point (for example, room temperature or 37 ° C.). Therefore, when applying the temperature-responsive polymer, it is possible to save time and effort for temperature management of the temperature-responsive polymer solution, and it is possible to easily prepare a coated cell culture device.
  • the cloud point for example, room temperature or 37 ° C.
  • hydrophilic molecules may be added to the temperature-responsive polymer solution as appropriate for the purpose of adjusting the adhesion of epithelial cells.
  • the hydrophilic molecule include nonionic and hydrophilic molecules that do not affect the C / A ratio of the temperature-responsive polymer, such as polyethylene glycol (PEG), dimethylacrylamide (DMAA), glycerin, Triton X, and polypropylene glycol. Can be mentioned.
  • the content of the temperature-responsive polymer in the temperature-responsive polymer solution A is such that the temperature-responsive polymer solution (100 % By mass) is preferably 0.000000009 to 0.01% by mass, and more preferably 0.0000009 to 0.01% by mass.
  • the content of the hydrophilic molecule in the temperature-responsive polymer solution A is set to 0. 0% with respect to the temperature-responsive polymer (100% by mass) from the viewpoint of easy cell aggregation. It is preferably 00001-0.00015% by mass, more preferably 0.00003-0.0001% by mass.
  • the temperature-responsive polymer solution A may be applied to the entire culture surface, or may be applied to a part of the culture surface.
  • the temperature-responsive polymer solution is applied to a part of the culture surface, one coating region or a plurality of coating regions may be provided on the culture surface.
  • cultivation surface it is preferable to use the cell culture device whose culture
  • the temperature-responsive polymer solution may be applied so as to have a uniform concentration over the entire coating region A, or may be applied thickly in one part and thinly in the other part.
  • Cell non-adhesiveness refers to the property that adherent cells (for example, fibroblasts, cardiomyocytes, vascular endothelial cells, etc.) do not adhere or are difficult to adhere under normal culture conditions. Also includes “low adhesion”.
  • the conditions for drying the applied temperature-responsive polymer solution are as follows. ⁇ 70 ° C and a time of 1 to 3,000 minutes are preferable. By quickly drying the applied temperature-responsive polymer solution, the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition is easily applied uniformly on the culture surface.
  • the applied temperature-responsive polymer solution may be dried, for example, by allowing the cell culture vessel to stand in a 37 ° C. incubator.
  • examples of the solvent for dissolving the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition include water; physiological saline; phosphate buffer, phosphate buffered saline (PBS), Tris. Buffer solutions such as buffer solutions; and the like.
  • examples of the method for cooling the temperature-responsive polymer aqueous solution include a method in which the temperature-responsive polymer aqueous solution is placed in a refrigerator at about 4 ° C. and cooled to a temperature below the cloud point.
  • the incubator preparation step II as a method of casting the temperature-responsive polymer aqueous solution on the culture surface, for example, the temperature-responsive polymer aqueous solution having a temperature below the cloud point is tilted on the culture surface of the cell culture device.
  • stretching by temperature, the method of extending temperature-responsive polymer aqueous solution using a spatula, etc. are mentioned.
  • the incubator preparation step II as a method of heating the cast temperature-responsive polymer aqueous solution to the cloud point or higher, for example, a method of allowing the cell incubator after the casting step to stand in a 37 ° C. incubator, etc. Can be mentioned.
  • Examples of the cell culture vessel include commercially available multiwell plates, dishes, and flasks.
  • Examples of the material of the cell culture device include polystyrene, polyethylene terephthalate (PET), polypropylene, polybutene, polyethylene, polycarbonate, and glass. Among them, polystyrene and polyethylene terephthalate (PET) are preferable from the viewpoint that precise molding is easy, various sterilization methods can be applied, and transparency is suitable for microscopic observation.
  • the cell culture vessel may be one in which the surface of the culture surface has been subjected to treatment such as cell adhesion treatment, or the surface may be untreated.
  • the surface of the culture surface may be subjected to coating treatment, processing treatment, etc. in order to adjust cell adhesion.
  • the shape of the culture surface in plan view is not particularly limited, and examples thereof include a substantially polygonal shape such as a substantially rectangular shape and a substantially circular shape. Among these, a substantially circular shape is preferable from the viewpoint that a more uniform cell structure can be easily obtained.
  • the bottom shape (cross-sectional shape of the bottom surface) of the culture surface is not particularly limited, and examples thereof include a flat bottom, a round bottom (U bottom), a V bottom, and an uneven bottom.
  • the epithelial cell may have a dent in at least a part of the spheroid cell structure.
  • a hollow part is provided in the center part of the coating area
  • the depth of the recess is preferably 0.001 to 10.0 mm, and more preferably 0.01 to 1 mm.
  • the planar view area of the recess is preferably, for example, 0.01 to 10.0 mm 2 , and more preferably 0.1 to 1 mm 2 .
  • the area of the culture surface of the cell culture device is preferably 150 cm 2 or less, more preferably 21 cm 2 or less, and even more preferably 200 mm 2 or less.
  • the lower limit of the area of the culture surface of the said cell culture device can be used if it is a commercially available size, and is not specifically limited.
  • the area of the covering region A is preferably 150 cm 2 or less, more preferably 21 cm 2 or less, and further preferably 200 mm 2 or less.
  • the area of the coating region A with respect to the total area (100%) of the culture surface of the cell culture device is preferably 50 to 100%, more preferably 80 to 100%.
  • the amount of temperature-responsive polymer having a per unit area is a 0.3 pg / mm 2 or more, preferably 3.0pg / mm 2 or more, is 30 pg / mm 2 or more Is more preferable, and 200 ng / mm 2 or less is preferable. If it is the said range, an epithelial cell will adhere
  • the zeta potential of the coated region A is preferably 0 to 50 mV, more preferably 0 to 35 mV, and still more preferably 10 to 25 mV.
  • the zeta potential is 0 mV or more, negatively charged cells are likely to adhere.
  • the zeta potential is 50 mV or less, cytotoxicity can be reduced.
  • region A improves further by making zeta potential into the said range.
  • the zeta potential is a zeta potential meter (for example, model number “ELSZ” manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) using particles obtained by coating polystyrene latex with hydroxypropylcellulose (zeta potential: ⁇ 5 to +5 mV) as standard monitor particles. The value calculated by the Smoluchowski equation measured in (1).
  • the contact angle of water with the coating region A is preferably 50 to 90 °, more preferably 60 to 80 °, and still more preferably 62 to 78 °, from the viewpoint of enhancing the effect of the present invention (II).
  • the contact angle of water with respect to the covering region A refers to an average value of contact angles measured at an arbitrary number of points in the covering region A according to JIS R3257.
  • the seeding step is a step of seeding epithelial cells in the coated cell culture vessel.
  • the cells may be seeded in multiple batches.
  • epithelial cells examples include hepatoma-derived cultured cells such as HepG2, HepaRG, and HepaRA frequently used in drug discovery tests, pancreatic cancer-derived cells such as hepatocytes and BxPC-3, and these primary cultured cells collected from living organisms. Can be mentioned. Among them, hepatoma-derived cultured cells such as HepaRG and HepaRA cells, which are average in all of the inherent properties of cells and are well known to those skilled in the art, are preferred for drug discovery tests, and primary cells are preferred for anticancer drug development and clinical trials. Suitable for inspection.
  • the epithelial cells may be used alone or in combination of two or more.
  • epithelial cells in addition to the epithelial cells, other cells such as mesenchymal stem cells and stromal cells may be contained.
  • the density of the epithelial cells after the seeding on the covering region A is not particularly limited as long as the density is so thin that the epithelial cells do not die. On the other hand, it is preferably 5 to 100% confluent, more preferably 50 to 100% confluent, and still more preferably 80 to 100% confluent. When the cell density to be seeded is within the above range, epithelial cells can be cultured more easily.
  • the density on the coated area A of the cells after seeding is not particularly limited as long as it is too thin so that the epithelial cells do not die, and is preferably 20 to 15,000 cells / mm 2 , for example, 50 to 1,500 pieces / mm 2 is more preferable.
  • the number of cells in the cell solution is preferably 7 to 5040 cells / ⁇ L.
  • the cells to be seeded are living cells.
  • Cell seeding can be performed, for example, by removing a coated cell culture vessel that has been allowed to stand in an incubator at 37 ° C. to a clean bench at room temperature.
  • the cells are preferably seeded after dilution in a medium.
  • the medium to be diluted is not particularly limited as long as it can culture epithelial cells.
  • the culturing step is a step of culturing the epithelial cells adhered to the coating region A.
  • the culture of epithelial cells can be performed using, for example, a general 37 ° C. cell incubator. Cultured epithelial cells can be passaged by washing with PBS or the like, then using a trypsin, trypsin-EDTA, a commercially available cell detachment solution, or the like to dilute and dilute.
  • the present invention (II) relates to an epithelial-mesenchymal metastasis-inducing agent, and the epithelial-mesenchymal metastasis-inducing agent is a temperature-responsive polymer and a temperature-responsive polymer used in the culture method of the above-described embodiment of the present invention (II).
  • the composition preferably comprises the above temperature responsive polymer and temperature responsive polymer composition.
  • Examples of conventional techniques for inducing epithelial-mesenchymal metastasis include techniques for inducing EMT using growth factors such as TGF (Transforming Growth Factor) - ⁇ and EGF (Epidermal Growth Factor), and type IV epithelial cancer cells.
  • TGF Transforming Growth Factor
  • EGF Epimal Growth Factor
  • type IV epithelial cancer cells type IV epithelial cancer cells.
  • a technique for inducing EMT by culturing on collagen is known.
  • TGF- ⁇ or EGF a natural product-derived growth factor
  • the possibility that an unknown substance or a pathogenic substance is contained in the growth factor cannot be denied. There is a possibility that the reproducibility of the experiment may be adversely affected due to variations between the two.
  • the growth factor when using a growth factor prepared by genetic recombination technology, the growth factor is contaminated with E. coli-derived endotoxin, and the resulting protein is subjected to sugar chain modification unique to the host E. coli, resulting in growth from natural products.
  • the structure and properties of the factor are different.
  • the epithelial-mesenchymal transition inducer of the present invention II
  • the mechanism is unknown, but a growth factor is not required, and a culture in which a temperature-responsive polymer and a temperature-responsive polymer composition by 100% chemical synthesis are applied is applied.
  • Epithelial-mesenchymal metastasis can be induced simply by culturing epithelial cells on the surface.
  • epithelial-mesenchymal transition inducer of the present invention (II) epithelial-mesenchymal transition can be realized inexpensively and easily.
  • the temperature-responsive polymer and temperature-responsive polymer composition in the present embodiment (II) As the temperature-responsive polymer and temperature-responsive polymer composition in the present embodiment (II), the above-mentioned (A) 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) unit in the present embodiment (II), A temperature-responsive polymer comprising an anionic monomer unit, (B) a temperature-responsive polymer comprising an N-isopropylacrylamide (NIPAM) unit, a cationic monomer unit, and an anionic monomer unit, (C) 2-N, Polymer of N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) and / or its derivative, 2-amino-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol (Tris), nucleic acid, heparin, hyaluronic acid, dextran sulfate, polystyrene Sulfonic acid, polyacrylic acid, polymeth
  • (A) is preferable from the viewpoint of further improving the properties.
  • (A) for example, (A-1) a temperature-responsive polymer obtained by a method of polymerizing DMAEMA in the presence of water, (A-2) a polymer block mainly containing DMAEMA (polymer chain ⁇ -terminal) ) And a copolymer block (polymer chain ⁇ terminal) mainly containing DMAEMA and an anionic monomer.
  • (A-1 ) Is preferred.
  • the details of the temperature-responsive polymer and temperature-responsive polymer composition of (A) to (C) may be as described above.
  • the temperature-responsive polymer or the above-mentioned temperature-responsive polymer composition covers at least a part of the culture surface of the cell culture vessel to form the coated region A, and the coated cell having the coated region A
  • An incubator is prepared, and then epithelial cells are seeded in the coated cell culture vessel, and then the epithelial cells adhered to the coated region A are cultured, whereby the epithelial-mesenchymal transition inducer The effect of leaf transfer can be obtained.
  • the details of preparation of the incubator, cell seeding, and cell culture are not particularly limited, and the method for culturing epithelial cells of this embodiment (II) and the production of the cell structure of this embodiment (II) It may be the same as in the case of the method.
  • the method for producing a cell structure of the present invention (II) comprises a preparation step of preparing a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition, and cell culture using the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition.
  • preparation step in the method for producing a cell structure of the present embodiment (II) include the same steps as the preparation step in the epithelial cell culture method of the above-described embodiment (II).
  • Examples of the preparation step in the method for producing a cell structure of the present embodiment (II) include the same steps as the preparation step in the epithelial cell culture method of the above-described embodiment (II).
  • the temperature-responsive polymer content in the temperature-responsive polymer solution A is such that the temperature-responsive polymer is on the culture surface. From the viewpoint of facilitating uniform coating, it is preferably 0.000000009 to 0.0001% by mass, and 0.000000009 to 0.0000009% by mass with respect to the temperature-responsive polymer solution (100% by mass). It is more preferable.
  • the area of the culture surface of the cell culture vessel in the preparation step in the method for producing a cell structure of the present embodiment (II) is 200 mm 2 or less from the viewpoint of easier production of a cell structure containing epithelial cells. Preferably, it is 50 mm 2 or less, more preferably 10 mm 2 or less.
  • the lower limit of the area of the culture surface of the said cell culture device can be used if it is a commercially available size, and is not specifically limited.
  • the area of the coating region A in the preparation step in the manufacturing method of the cell structure of the present embodiment (II) is such that the cell structure including epithelial cells adheres firmly to the coating region A, and the cell structure is obtained by an operation such as pipetting. From the viewpoint of preventing the body from peeling off, it is preferably 10 mm 2 or less, more preferably 1.0 mm 2 or less, and further preferably 0.1 mm 2 or less.
  • the area of the coating region A is 0.1 to 50% with respect to the total area (100%) of the culture surface of the cell culture vessel in the preparation step in the method for producing the cell structure of the present embodiment (II). Is preferable, and 0.1 to 10% is more preferable. Furthermore, it is preferable that the covering region A extends not only to the bottom of the cell culture vessel but also to the side surface from the viewpoint of easily forming a cell structure.
  • the amount of the temperature-responsive polymer per unit area in the coating region A in the preparation step in the manufacturing method of the cell structure of the present embodiment (II) is 0.3 pg / mm 2 or more, and 0.3 to it is preferably 200 pg / mm 2, more preferably from 0.3 ⁇ 150pg / mm 2, further preferably 0.3 ⁇ 9pg / mm 2. If it is the said range, a cell structure will adhere
  • a temperature-responsive polymer In the preparation step in the method for producing a cell structure of the present embodiment (II), from the viewpoint of obtaining a cell structure that is abundant in extracellular matrix and has high cell activity, a temperature-responsive polymer or It is preferable to apply a temperature-responsive polymer composition.
  • the cell culture operation is performed by an automatic incubator. There are many cases. However, in the operation with an automatic incubator, it is difficult to adjust the position of the suction port for sucking the medium for each well so as not to accidentally aspirate the floating cell structure. The cell structure culture efficiency was poor. In particular, since the cell structure of epithelial cells hardly adheres to the culture surface, erroneous suction is likely to occur.
  • the concentration of the temperature-responsive polymer or temperature-responsive polymer composition at the bottom of the culture surface is high and the concentration of the temperature-responsive polymer or temperature-responsive polymer composition on the side surface is low or 0.
  • the epithelial cells temporarily adhere to the side surfaces, but are easily peeled off due to the effect of gravity, and the bottom surface is easy to manufacture because the cell structure formed by the collection of epithelial cells that have fallen off the side surfaces adheres strongly. At the same time, it is possible to form a cell structure of epithelial cells that is difficult to be mistakenly aspirated during medium exchange.
  • a cell culture device having a coating region A in a part and at least a part of the culture surface and a coating region B at a position different from the coating region A can be mentioned.
  • the covering region B is preferably formed so as to surround the periphery of the covering region A.
  • the epithelial cells on the covering region B fall under the influence of gravity.
  • the cell structures are more easily formed by gathering in the coating region A in the center.
  • the formed cell structure adheres firmly in the covering region A, it is difficult to peel off by an operation such as pipetting.
  • the concentration of the thermoresponsive polymer or the temperature-responsive polymer compositions in the coating region B is preferably lower than the coating region A, more preferably less than 200 pg / mm 2, it is less than 100 pg / mm 2 Is more preferable, and it is further more preferable that it is 50 pg / mm ⁇ 2 > or less.
  • the concentration of the temperature-responsive polymer or temperature-responsive polymer composition in the coating region B is 5 to 90% of the concentration of the temperature-responsive polymer or temperature-responsive polymer composition in the coating region A.
  • the concentration is preferably 10 to 50%.
  • the concentration of the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition in the coating region B may be a uniform concentration in the entire region, may be thick in a part, or thin in another part. Further, in the coating region B, there may be a portion where the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition is not present.
  • the bottom shape of the culture surface (the cross-sectional shape of the bottom surface) is such that epithelial cells tend to gather at the deepest part of the culture surface to form a cell structure.
  • it is preferably a round bottom (U bottom), a V bottom, or a concave bottom, and from the viewpoint of easily forming a spheroid-like cell structure, a round bottom (U bottom, spindle bottom) is particularly preferable. preferable.
  • the radius of curvature R of the contour of the bottom of the culture surface in the cross section along the depth direction of the cell incubator is preferably 50 mm or less, more preferably 10 mm, on the average of the entire round bottom (U bottom, spindle bottom). Or less, more preferably 5 mm or less, particularly preferably 2 mm or less, preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.2 mm or more, further preferably 0.4 mm or more. Yes, particularly preferably 0.8 mm or more.
  • the maximum width L of the cell culture device is preferably 100 mm or less, more preferably 50 mm or less, further preferably 20 mm or less, particularly preferably 10 mm or less, and preferably 1 mm or more. More preferably, it is 2 mm or more, More preferably, it is 3 mm or more, Especially preferably, it is 4 mm or more.
  • the deepest part of the round bottom (U bottom, spindle bottom) is not limited to the shape shown in FIG. 15, and may be a plane having a predetermined width.
  • the temperature-responsive polymer solution is added, and the temperature-responsive polymer solution in the recess is increased.
  • Examples include a method of drying in a state where the temperature-responsive polymer solution on the side surface is reduced.
  • the above-mentioned shape is mentioned as a shape of a hollow part.
  • Examples of the seeding step in the method for producing a cell structure of the present embodiment (II) include the same steps as the seeding step in the above-described epithelial cell culture method of the present embodiment (II).
  • the density on the covered region A of the epithelial cells after seeding is particularly thin so long as the epithelial cells do not die due to being too thin.
  • 5 to 100% confluent with respect to the surface area of the coating region A is preferable, more preferably 50 to 100% confluent, and still more preferably 80 to 100% confluent.
  • the cell structure of epithelial cells can be more easily prepared.
  • the number of cells to be seeded is preferably 20 cells / mm 2 or more, more preferably 50 cells / mm 2 or more from the viewpoint of easier formation of a cell structure.
  • the number of cells in the cell solution is preferably 7 to 5040 cells / ⁇ L.
  • the cells to be seeded are living cells.
  • the culturing step is a step of forming a massive cell structure from the epithelial cells and obtaining a cell structure adhered to the coating region A.
  • the seeded cells are preferably left still.
  • the temperature at which the seeded cells are allowed to stand is not particularly limited, but is preferably 30 ° C. or higher, more preferably 35 to 38 ° C., and still more preferably 37 ° C.
  • the time for allowing the seeded cells to stand still is not particularly limited, but for example, the culture is preferably performed for 1 to 240 hours, more preferably 10 to 96 hours.
  • FIG. 15 is an example of a method for producing a cell structure including epithelial cells.
  • a cell culture vessel having a round bottom culture surface for example, a 384-well plate, a 1536-well plate, etc.
  • coated cell culture device having a coating region A Is prepared (see FIGS. 15 (i) and (ii)).
  • a cell solution containing epithelial cells diluted with a medium is added to the coated cell culture vessel (see FIG. 15 (iii)).
  • the seeded epithelial cells adhere to the entire coated area A (see FIG. 15 (iv)).
  • the density of epithelial cells is 100% confluent (see FIG.
  • Epithelial cells can adhere to the coating region A once to secrete extracellular matrix components and keep the cell activity high.
  • the epithelial cells on the side surface adhered to the coating region A are detached from the coating region A under the influence of gravity and gather on the bottom surface of the culture surface.
  • the epithelial cells gathered on the bottom surface adhere to form a cell structure (see FIG. 15 (v)).
  • the formed cell structure is adhered to the coated cell culture vessel at the bottom of the culture surface (see FIG. 15 (v)).
  • the concentration of the temperature-responsive polymer or temperature-responsive polymer composition in the coating region A is such that epithelial cells adhered to the side surface are peeled off due to the effect of gravity, but epithelial cells adhered to the bottom portion are peeled off. It is firmly bonded to such an extent that it cannot be easily peeled off by operations such as petting.
  • FIG. 16 is an example of a method for producing a cell structure including epithelial cells.
  • a solution containing a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition is added to a cell culture vessel (for example, a 384-well plate, 1536-well plate, etc.) having a round-bottomed culture surface having a depression (recess) on the bottom surface.
  • the solution collects in a depression on the bottom surface, and a coating region A having a high concentration of the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition is formed in the depression.
  • a coating region B in which the concentration of the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition is lower than the coating region A is formed on the side surface.
  • the coated cell culture device which has the coating area
  • epithelial cells adhere temporarily, but easily peel off due to the influence of gravity. Adhere strongly. Thereby, the erroneous suction
  • a cell solution containing epithelial cells diluted with a medium is added to the coated cell culture vessel (see FIG.
  • the seeded epithelial cells adhere to the covering region A and the covering region B (see FIG. 16 (iv)).
  • the density of epithelial cells is 100% confluent (see FIG. 16 (iv)).
  • the epithelial cells can once adhere to the covering region A and the covering region B to secrete extracellular matrix components and keep the cell activity high.
  • the epithelial cells on the side surfaces adhered to the coating region B are detached from the coating region B under the influence of gravity and gather on the bottom surface of the culture surface.
  • the epithelial cells gathered on the bottom surface adhere to form a cell structure (see FIG. 16 (v)).
  • the formed cell structure is adhered to the coated cell culture vessel in the coated region A (see FIG. 16 (v)).
  • the cell culture device for epithelial cells of the present invention has a coating region A coated with a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition on at least a part of the culture surface.
  • the concentration of the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition is 0.3 pg / mm 2 or more. According to the cell culturing apparatus for epithelial cells of the present invention (II), epithelial cells are hardly detached during culturing, and epithelial cells can be easily cultured. In addition, a cell structure containing epithelial cells can be easily produced.
  • Examples of the temperature-responsive polymer and the temperature-responsive polymer composition in the cell culture device for epithelial cells of the present embodiment (II) include those described above.
  • Examples of the cell culture device for epithelial cells of the present embodiment (II) include the above-described coated cell culture device.
  • the cell culture device for epithelial cells of the present embodiment (II) can be produced, for example, by the above-described preparation step and incubator preparation step.
  • the apparatus for producing a three-dimensional tissue body according to the embodiment (III) is a three-dimensional tissue body producing apparatus including a culture surface having at least one through-hole and a mandrel through which the through-hole is inserted. Including at least one coated culture surface coated with a temperature-responsive polymer or the above-described temperature-responsive polymer composition, and having at least one through-hole inside one of the coated culture surfaces, Is movable in the extending direction of the mandrel.
  • the “cloud point” of the polymer is not necessarily a strict meaning, and refers to “the temperature at which the polymer dissolves at a temperature lower than a predetermined temperature but becomes insoluble and precipitates at a temperature higher than the predetermined temperature”. Instead, it also refers to “the temperature at which the time required for dissolution is 10 minutes or more when the insolubilized and precipitated polymer is dissolved under a condition lower than a predetermined temperature”.
  • the three-dimensional structure production apparatus of the present embodiment (III) has few components and is relatively easy to apply as a medical product, and has a low risk of infection. Moreover, it can install in the sealed plastic container and can manufacture a solid structure
  • the mandrel is not particularly limited as long as the dimensional stability of the resulting three-dimensional structure can be secured.
  • the material of the mandrel include polystyrene, polyethylene terephthalate (PET), polypropylene, polybutene, polyethylene, acrylic Plastics such as resins, polyurethane resins, urea resins, polycarbonates; rubbers and elastomers such as silicon rubber, chloroprene rubber (neoprene (registered trademark), etc.), SBR; ceramics; glass; metals such as stainless steel, titanium, nitinol (registered trademark) -Examples include inorganic materials.
  • Plastics such as polystyrene, polyurethane resin, acrylic resin, polycarbonate, stainless steel, Nitinol (registered trademark) Etc. are preferred.
  • the surface of the mandrel may be cell-adhesive or non-cell-adhesive. Especially, it is preferable that the surface of a mandrel is cell non-adhesive from a viewpoint that it is easy to hold
  • Cell adhesion on the surface of the mandrel is based on the method of coating the surface of the mandrel with a cell adhesive substance, the method of coating the surface of the mandrel with a film of cell adhesive substance, the cell adhesion molecule by radiation / plasma discharge, etc. It can be adjusted by, for example, a method of introducing the group to the surface of the mandrel.
  • the cell adhesive substance include laminin, collagen, fibronectin, peptide, cationic polymer, polystyrene and the like.
  • the peptide include a peptide having an arginine-glycine-aspartic acid sequence, a peptide having a sequence of 8 or more arginine residues, and the like.
  • the cationic polymer examples include aminostyrene. Among these, laminin, collagen, and fibronectin having high cell adhesion are preferable. Moreover, the reagent containing the cell adhesion substance of the said enumeration can also be used suitably, A serum etc. are mentioned as this reagent.
  • the ring-shaped three-dimensional structure that wraps around the mandrel is covered with the extracellular matrix that is secreted by itself. it can.
  • Cell adhesion refers to the property that adherent cells (for example, vascular endothelial cells, vascular cells, chondrocytes, fibroblasts, etc.) adhere under normal culture conditions. Including "sex".
  • a three-dimensional structure such as a ring shape or a lumen formed so as to be wound around the mandrel can be peeled off from the mandrel surface.
  • a three-dimensional structure such as a ring shape or a lumen formed so as to be wound around the mandrel can be peeled off from the mandrel surface.
  • the surface of the mandrel is non-cell-adhesive such as Teflon (registered trademark), silicone rubber, hydrophilic coating, etc., for example, by covering the mandrel surface with a collagen tube, A three-dimensional tissue body such as a lumen can be extracted.
  • Examples of the cross-sectional shape of the surface perpendicular to the extending direction (length direction) of the mandrel include a substantially circular shape, a substantially polygonal shape, a half moon shape, a crescent shape, a chord shape, and a tear shape.
  • a substantially circular shape is preferable from the viewpoint of obtaining a three-dimensional tissue body close to the shape of a cartilage ring, blood vessel, trachea, or the like. That is, the mandrel is preferably substantially cylindrical.
  • the cross-sectional shape of the surface perpendicular to the extending direction of the mandrel may be the same shape or different shape in the extending direction.
  • the shape of the mandrel in the extending direction may be linear (see FIGS. 18 to 20), or may be a curved shape such as a C shape, a U shape, or a spiral shape.
  • the dimensions of the mandrel are not particularly limited, for example, the length is preferably 0.1 to 600 mm, more preferably 1 to 300 mm. Further, when the cross-sectional shape of the surface perpendicular to the extending direction of the mandrel is substantially circular, the maximum diameter is preferably 0.01 to 150 mm, and more preferably 0.1 to 50 mm.
  • the surface of the mandrel may be smooth or uneven. Further, the surface may have pores, and may be a mesh shape, a porous shape provided with a large number of pores, or the like.
  • the mandrel may be hollow inside. Among them, the medium components and oxygen can be stably supplied to the entire cells contained in the three-dimensional tissue wound around the mandrel, so that the activity of the cells can be maintained high, and the metabolic products of the cells can be eliminated quickly. From the viewpoint of being able to do so, it is preferable that the inside of the mandrel is hollow and the surface of the mandrel is porous.
  • the mandrel is a porous body made of open-celled material such as a sponge, the cells may infiltrate the mandrel and the cells reaching the deep part may be necrotized. Therefore, it is preferable that the maximum hole diameter on the surface of the mandrel is 200 ⁇ m or less because peeling may be difficult.
  • the mandrel is made of a fiber assembly such as a woven fabric of metal fibers, the cells are likely to adhere to the mandrel surface and may affect the differentiation of the cells.
  • the materials, dimensions, shapes, etc. of the mandrels may be the same or different. Further, the distance between the mandrels is not particularly limited. For example, a plurality of mandrels may be in contact with each other.
  • the culture surface has at least one coated culture surface coated with a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition on at least a part of the surface.
  • the culture surface may be provided with one coated culture surface or a plurality of coated culture surfaces.
  • the entire culture surface may be a coated culture surface (see FIGS. 18 and 20), or a part thereof may be a coated culture surface (FIG. 19). reference).
  • the entire culture surface is preferably a coated culture surface.
  • the culture surface has a shape having two surfaces such as a plate shape and a disk shape, the culture surface may have a coated culture surface only on one surface, or may have a coated culture surface on both surfaces. .
  • Examples of the material for the culture surface include polystyrene, polyethylene terephthalate (PET), polypropylene, polybutene, polyethylene, polycarbonate, glass, silicon resin, acrylic resin, polyurethane resin, and the like.
  • PET polyethylene terephthalate
  • polypropylene polypropylene
  • polybutene polyethylene
  • polycarbonate glass
  • silicon resin acrylic resin
  • polyurethane resin polyurethane resin
  • polystyrene, polyethylene terephthalate, glass, silicon resin, and acrylic resin are preferable from the viewpoint that precise molding is easy and various sterilization methods can be applied.
  • the culture surface may have a surface that has been subjected to treatment such as cell adhesion treatment, or the surface may be untreated.
  • the surface of the culture surface may be subjected to coating treatment, processing treatment, etc. in order to adjust cell adhesion.
  • the shape of the culture surface in plan view is not particularly limited, but for example, a shape such as a substantially polygon (substantially polygon having a through hole) such as a substantially quadrangle, a substantially circular (substantially circular having a through hole such as a ring), Is mentioned.
  • the area of the culture surface is preferably 0.1 mm 2 to 150 cm 2 from the viewpoint that a three-dimensional tissue body such as a ring shape or a lumen shape can be more easily produced, and is preferably 8.4 mm 2 to 21 cm. 2 is more preferable.
  • the bottom shape (cross-sectional shape of the bottom surface) of the culture surface is not particularly limited, and examples thereof include a flat bottom, a round bottom, and an uneven bottom. Among these, a flat bottom is preferable from the viewpoint of easily obtaining a three-dimensional structure such as a ring shape or a lumen shape.
  • the culture surface can form a plurality of three-dimensional structures at the same time, and can form a luminal three-dimensional structure more efficiently in a shorter time.
  • a plurality of (for example, two or more, five, five, etc.) 10 or more) may be provided.
  • the upper limit of the number of culture surfaces is not particularly limited as long as cells can be seeded and cultured, and a three-dimensional tissue can be produced.
  • it is preferable that one of the mandrels is inserted through the through holes of at least two of the culture surfaces, and one mandrel is the above of all of the culture surfaces. More preferably, the through hole is inserted.
  • a production apparatus of the three-dimensional tissue body of the present embodiment (III) for example, a plurality of culture surfaces through which one mandrel is inserted (culture surfaces are arranged in a shelf shape in the extending direction of the mandrel, There may be one member (a member composed of a mandrel and a plurality of culture surfaces), or a plurality of members.
  • the distance between the culture surfaces in the extending direction of the mandrel may be the same or different.
  • the distance between the culture surfaces in the extending direction of the mandrel is, for example, the extension of the mandrel of the cell to be used from the viewpoint that the ring-shaped or luminal three-dimensional tissue produced on each culture surface is easily connected. It is preferable that it is 10 times or less with respect to the length of a direction, and it is more preferable that it is 7.5 times or less.
  • the distance between the culture surfaces in the extending direction of the mandrel is preferably 0.1 to 10 mm, more preferably 0.2 to 2.0 mm.
  • the ring-shaped or luminal three-dimensional tissue bodies produced on each culture surface are connected to each other, except that the cells constituting the ring-shaped or luminal three-dimensional tissue bodies produced on each culture surface are bonded to each other.
  • a protein for example, a protein constituting an extracellular matrix, etc.
  • secreted from a cell constituting each ring-shaped or luminal three-dimensional tissue produced on each culture surface is used for each culture surface.
  • the case where the produced ring-shaped or luminal three-dimensional structures are connected is also included.
  • the temperature-responsive polymer or temperature-responsive polymer composition on the coated culture surface examples include those described in the preparation step described later.
  • the content of the temperature-responsive polymer or temperature-responsive polymer composition contained per unit area is from the viewpoint that a three-dimensional tissue body such as a ring shape or a lumen shape can be obtained more easily. preferably 5 ⁇ 50ng / mm 2, more preferably 15 ⁇ 40ng / mm 2.
  • the content of the temperature-responsive polymer or temperature-responsive polymer composition contained per unit area of each coated culture surface may be the same or different. Also good.
  • the shape of the coated culture surface in plan view is not particularly limited, and examples thereof include a substantially polygonal shape (approximately polygonal shape having a through hole) such as a substantially rectangular shape, a substantially circular shape (approximately circular shape having a through hole such as a ring shape), and the like. Shape. Among these, a substantially circular shape is preferable from the viewpoint that a three-dimensional tissue body with a more uniform cell distribution can be easily obtained.
  • the planar view shape of each coating culture surface may be the same, and may differ.
  • the surface area of the coated culture surface is preferably 0.1 mm 2 to 150 cm 2 and more preferably 8.4 mm 2 to 21 cm 2 from the viewpoint that a three-dimensional tissue body with a more uniform cell distribution can be easily obtained.
  • the surface area of each coated culture surface may be the same or different.
  • the area of the coated culture surface is small, the number of cells wound around the mandrel is reduced, and a three-dimensional tissue having a cell matrix as a main component is easily formed.
  • Examples of the area of the coated culture surface when forming a three-dimensional tissue having a cell matrix as a main component include 0.1 to 50 mm 2 .
  • the surface area of the coated culture surface can be measured by methods well known to those skilled in the art, such as image analysis of micrographs.
  • the zeta potential on the surface of the coated culture surface is preferably 0 to 50 mV, more preferably 0 to 35 mV, and still more preferably 10 to 25 mV.
  • the zeta potential is 0 mV or more, negatively charged cells are likely to adhere.
  • the zeta potential is 50 mV or less, cytotoxicity can be reduced.
  • the seeded cells can be made into a ring-shaped three-dimensional tissue wound around the mandrel only by culturing the cells under appropriate culture conditions. By setting the surface zeta potential within the above range, it is possible to give a weak positive charge that does not cause cytotoxicity to the surface of the coated culture surface.
  • the zeta potential of each coated culture surface may be the same or different.
  • the zeta potential is a zeta potential meter (for example, model number “ELSZ” manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) using particles obtained by coating polystyrene latex with hydroxypropylcellulose (zeta potential: ⁇ 5 to +5 mV) as standard monitor particles. The value calculated by the Smoluchowski equation measured in (1).
  • the contact angle of water with the coated culture surface is preferably 50 to 90 °, more preferably 60 to 80 °, and still more preferably 62 to 78 °.
  • the contact angle of water with respect to each coated culture surface may be the same or different.
  • the contact angle of water with respect to the coated culture surface means an average value of contact angles measured in accordance with JIS R3257 at an arbitrary number of points in the coated culture surface.
  • the culture surface has at least one through hole.
  • the number of the through holes is one, it is preferable to be in the center of the culture surface.
  • the shape of the through-hole in plan view is not particularly limited, and examples thereof include a substantially polygonal shape and a substantially circular shape. From the viewpoint that a three-dimensional tissue body in which cells are more uniformly distributed can be easily obtained, It is preferable that it is the same shape as the cross-sectional shape of the surface perpendicular to the extending direction. In particular, it is preferable that the cross-sectional shape of the surface perpendicular to the extending direction of the mandrel and the shape of the through hole in plan view are both substantially circular (see FIGS. 18 to 20).
  • the through hole may have the same shape as the cross-sectional shape of the surface perpendicular to the extending direction of the mandrel as long as the mandrel is inserted, or may have a different shape.
  • the shape of each through hole in plan view may be the same or different.
  • At least one through hole is provided on the inner side of the coated culture surface, and preferably one is provided.
  • the through-hole is provided on the inner side of the coated culture surface, and it is preferable that one through-hole is provided at the center of the coated culture surface, and is provided in a portion including the center of gravity of the coated culture surface. More preferably.
  • a through hole is preferably provided in a region within 0.75 r (r is the radius of the coated culture surface) from the center of the coated culture surface.
  • r is the radius of the coated culture surface
  • the through-hole is provided in the central portion of the coated culture surface, the direction in which the cells aggregate can be concentrated in the central portion, and a three-dimensional tissue body with a more uniform cell distribution can be produced.
  • wheel ring can be produced by shifting and providing a through-hole from the center part of a coating culture surface.
  • one through hole is provided inside one of the coated culture surfaces.
  • the preparation apparatus of the present embodiment (III) when a plurality of coated culture surfaces are provided, at least one penetrating culture surface on the inner side of the coated culture surface in at least one coated culture surface among all the coated culture surfaces.
  • the number of the coating culture surfaces and the number of through holes may be the same, and one through hole may be provided inside each coating culture surface.
  • five coating culture surfaces are provided on the culture surface, and five coatings in which one through-hole is provided inside one of the coating culture surfaces.
  • the surface area of the through hole is preferably 0.1mm 2 ⁇ 150cm 2, 8.4mm 2 ⁇ 21cm 2 is more preferable.
  • the maximum diameter is preferably 0.01 to 150 mm.
  • the surface area of each through hole may be the same or different.
  • the ratio of the surface area of the through-hole to the surface area (100%) of the coated culture surface is 0.1 to 50%. Preferably, it is 1 to 30%. When the ratio is in the above range, a three-dimensional structure wound around the mandrel can be obtained more easily.
  • the mandrel only needs to be inserted through the through hole, and the mandrel and the culture surface may be in contact (see FIGS. 18 and 19), or there may be a gap between the mandrel and the culture surface (FIG. 20). reference).
  • the aggregated cells can jump over the gap and wrap around the mandrel and / or wrap around the mandrel when the culture surface is moved in the extension direction of the mandrel
  • the distance is preferably such that the three-dimensional structure does not peel off, more preferably within 5.0 mm, and even more preferably within 0.5 mm.
  • cells can be easily distributed uniformly on each culture surface, and from the viewpoint of easily connecting ring-shaped or luminal three-dimensional tissue bodies produced on each culture surface, It is preferred that there is a gap between the mandrel and the culture surface.
  • the culture surface is movable in the extending direction of the mandrel, and among them, there is less risk of giving physical stress to the three-dimensional tissue wound around the mandrel due to the flow of the medium that occurs when moving the culture surface. From the viewpoint of easily obtaining a three-dimensional tissue body such as a ring shape or a lumen shape, it is preferably movable in the direction from the coated culture surface to the culture surface.
  • the angle formed by the culture surface and the extending direction of the mandrel is not particularly limited, but is preferably vertical.
  • the mandrel may be inserted through all the through holes, or the mandrel may be inserted through some of the through holes.
  • the mandrels are inserted through all the through holes.
  • FIGS. 18 to 21 and 26 are preferable from the viewpoint that it has few components and is relatively easy to apply as a medical product, has a low risk of infection, and easy to produce a biotube.
  • the three-dimensional structure preparation apparatus shown in FIGS. FIG. 18 is a schematic view of an apparatus for producing a three-dimensional structure as an example of the present embodiment (III).
  • a coated culture surface coated with a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition is provided on the entire surface of one of the disk-shaped culture surfaces.
  • the culture surface is perpendicular to the extending direction of the mandrel and is movable in the extending direction of the mandrel.
  • 18 to 21 are movable both in the upward direction (the direction from the culture surface to the coated culture surface) and in the downward direction (the direction from the coated culture surface to the culture surface).
  • the direction in which the culture surface moves, the distance moved, and / or the timing to move may be automatically controlled by controlling with a computer or the like, for example.
  • FIG. 19 is a schematic view of an apparatus for producing a three-dimensional structure as an example of the present embodiment (III).
  • a coated culture surface coated with a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition is provided on a part of one surface of the disc-shaped culture surface.
  • FIG. 20 is a schematic view of an apparatus for producing a three-dimensional structure as an example of the present embodiment (III).
  • a coated culture surface coated with a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition is provided on the entire surface of one of the disk-shaped culture surfaces.
  • FIG. 21 is a photograph of an apparatus for producing a three-dimensional structure as an example of this embodiment (III).
  • a coated culture surface coated with a temperature-responsive polymer is provided on the entire surface of one of the disc-shaped plastic culture surfaces.
  • the inside of the mandrel is hollow and the surface of the mandrel is mesh-like, and the production device is fixed through a metal rod inside the mandrel.
  • the culture surface is perpendicular to the extending direction of the mandrel and is movable in the extending direction of the mandrel.
  • the three-dimensional tissue body preparation apparatus of the present embodiment (III) is placed in a container having an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the culture surface. Accordingly, the cells seeded from the upper part of FIG. 21 are less likely to fall below the culture surface, and the seeded cells can be adhered to the coated culture surface.
  • FIG. 26 is a schematic view of an apparatus for producing a three-dimensional structure as an example of the present embodiment (III).
  • two culture surfaces each provided with a coated culture surface coated with a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition are provided on the entire surface of one surface of the disc-shaped culture surface.
  • One mandrel is inserted through the through holes of the two culture surfaces, and a ring-shaped or luminal three-dimensional tissue can be formed simultaneously on the two culture surfaces. There is a gap between the coated culture surface and the mandrel.
  • each of the ring-shaped or luminal three-dimensional structures produced on the two culture surfaces is bonded to cells contained in each three-dimensional structure or each three-dimensional structure. It can be easily connected via a protein secreted by cells contained in the tissue.
  • Manufacturing method of a manufacturing apparatus of a solid structure As a manufacturing method of the manufacturing apparatus of the three-dimensional organization object of this embodiment (III), for example, Preparing a temperature-responsive polymer or temperature-responsive polymer composition; and A coated culture surface preparation step of coating the culture surface with the temperature responsive polymer or the temperature responsive polymer composition to prepare a coated culture surface; And the like.
  • a preparation process in embodiment (III) the process similar to the preparation process in the said invention (I) is mentioned, The same thing is mentioned also as a suitable example.
  • the temperature-responsive polymer and the temperature-responsive polymer composition used in the culture method from the viewpoint that a three-dimensional tissue body such as a ring shape or a lumen shape can be obtained more easily.
  • A is preferred.
  • the preparation step for preparing a mixture containing 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) may be referred to as a mixture preparation step.
  • the coated culture surface preparation step is a step of preparing a coated culture surface by coating the culture surface with the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition.
  • a temperature responsive polymer or a temperature responsive polymer composition is dissolved in a solvent to form a temperature responsive polymer solution, which is then applied onto the culture surface and dried to form a coated culture surface. It is also possible to prepare an aqueous solution (temperature-responsive polymer aqueous solution) containing a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition below the cloud point of the temperature-responsive polymer. Then, the cooled temperature-responsive polymer aqueous solution may be cast on a culture surface and heated to a temperature above the cloud point to prepare a coated culture surface (coated culture surface preparation step II).
  • Examples of the solvent in the temperature-responsive polymer solution in the coated culture surface preparation step I include water; physiological saline; buffer; methanol, ethanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, 1-butanol, isobutyl alcohol, 2- Butanol, t-butyl alcohol, 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 2-methyl-1-butanol, 3-methyl-1-butanol, 2-methyl-2-butanol, 3-methyl- 2-butanol, 2,2-dimethyl-1-propanol, 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 2-methyl-1-butanol, 3-methyl-1-butanol, 2-methyl-2 -Butanol, 3-methyl-2-butanol, 2,2-dimethyl-1-propanol, 1-he Alcohols such as sanol, 2-methyl-2-pentanol, allyl alcohol, benzyl alcohol, salicy
  • Alcohols such as alcohol; ketones such as acetone, ethyl methyl ketone, diethyl ketone, and methyl vinyl ketone; esters such as methyl acetate, ethyl acetate, isopropyl acetate, tert-butyl acetate, and vinyl acetate; chloroform; benzene; toluene; Dichloromethane is preferred.
  • an organic solvent having a low boiling point for example, a lower alcohol having 1 to 4 carbon atoms, a lower ketone having 3 to 5 carbon atoms, And at least one selected from the group consisting of acetic acid alkyl esters having an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, in particular, lower alcohols having 1 to 4 carbon atoms, lower ketones having 3 to 5 carbon atoms having a boiling point lower than water, And at least one selected from the group consisting of acetic acid alkyl esters having an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms) are more preferred, and methanol and ethanol are particularly preferred from the viewpoint of excellent cost and operability.
  • a lower alcohol having 1 to 4 carbon atoms, a lower ketone having 3 to 5 carbon atoms at least one selected from the group consisting of acetic acid alkyl esters having an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms
  • methanol and ethanol are particularly preferred from the viewpoint of excellent cost and operability.
  • the said solvent may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. Since the solvent is excellent in solubility of the temperature-responsive polymer, the temperature-responsive polymer is insoluble and hardly precipitated even at a temperature higher than the cloud point (for example, room temperature or 37 ° C.). Therefore, when applying the temperature-responsive polymer, it is possible to save the trouble of controlling the temperature of the temperature-responsive polymer solution and easily prepare a coated culture surface.
  • the cloud point for example, room temperature or 37 ° C.
  • the temperature-responsive polymer solution is likely to self-aggregate in the case of, for example, mesenchymal cells with strong adhesiveness or cancer cells with low cohesive force, depending on the cell type used.
  • a hydrophilic molecule is contained.
  • the hydrophilic molecule include nonionic and hydrophilic molecules that do not affect the C / A ratio of the temperature-responsive polymer, such as polyethylene glycol (PEG), dimethylacrylamide (DMAA), glycerin, Triton X, and polypropylene glycol. Can be mentioned.
  • the content of the temperature responsive polymer in the temperature responsive polymer solution is such that the temperature responsive polymer solution (100 % By mass) is preferably 0.0010 to 3.0% by mass, and more preferably 0.0012 to 2.5% by mass.
  • the content of the hydrophilic molecule in the temperature-responsive polymer solution is set to 0. 0% with respect to the temperature-responsive polymer (100% by mass) from the viewpoint that cells easily aggregate. It is preferably 00001-0.00015% by mass, more preferably 0.00003-0.0001% by mass.
  • the temperature-responsive polymer solution may be applied to the entire culture surface or a part of the culture surface.
  • the temperature-responsive polymer solution is applied to a part of the culture surface, one coated culture surface or a plurality of coated culture surfaces may be provided on the culture surface.
  • cultivation surface it is preferable to use the cell culture device whose culture
  • the condition for drying the applied temperature-responsive polymer solution is as follows: from the viewpoint of uniformly coating the culture surface with the temperature-responsive polymer or temperature-responsive polymer composition, 10 to 70 ° C. and a time of 1 to 3,000 minutes are preferable.
  • the applied temperature-responsive polymer solution may be dried, for example, by allowing the cell culture vessel to stand in a 37 ° C. or 40 ° C. incubator.
  • examples of the solvent for dissolving the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition include water; physiological saline; phosphate buffer, phosphate buffered saline (PBS), Buffer solutions such as Tris buffer; and the like.
  • Examples of the method of cooling the temperature-responsive polymer aqueous solution in the coated culture surface preparation step II include a method of cooling the temperature-responsive polymer aqueous solution into a refrigerator at about 4 ° C. and cooling it to a temperature below the cloud point. .
  • the coated culture surface preparation step II as a method of casting the temperature-responsive polymer aqueous solution on the culture surface, for example, a method of extending the temperature-responsive polymer aqueous solution having a temperature below the cloud point by tilting the culture surface And a method of extending the temperature-responsive polymer aqueous solution using a spatula.
  • the coated culture surface preparation step II as a method of heating the cast temperature-responsive polymer aqueous solution to a cloud point higher than, for example, a method of allowing the culture surface after the casting step to stand in a 37 ° C. incubator, etc. Can be mentioned.
  • the above-described three-dimensional structure production apparatus of the present embodiment (III) is used.
  • the method for producing a three-dimensional tissue body of the present embodiment (III) may be referred to as a seeding process (referred to as “first seeding process” in the present invention (III)) in which at least one cell is seeded on the coated culture surface. And culturing the seeded cells to obtain a ring-shaped three-dimensional tissue wound around the mandrel (sometimes referred to as “first culture step” in the present invention (III)). ) And.
  • the three-dimensional structure wound around the mandrel obtained by one seeding and culturing process is a “ring-shaped three-dimensional structure”, and a plurality of ring-shaped three-dimensional structures are stacked.
  • the three-dimensional organization may be referred to as a “luminal three-dimensional organization”.
  • the operations of the first seeding process and the first culture process are controlled using a computer or the like from the viewpoint that they may be operated more aseptically and hygienically without being operated by human hands. It may be done automatically.
  • Examples of cells to be seeded in the seeding step include vascular cells such as vascular endothelial cells and vascular smooth muscle cells, cardiomyocytes, chondrocytes, nerve cells, adipocytes, adipose stem cells, hepatocytes, fibroblasts, kidney cells, and smooth cells.
  • vascular cells such as vascular endothelial cells and vascular smooth muscle cells, cardiomyocytes, chondrocytes, nerve cells, adipocytes, adipose stem cells, hepatocytes, fibroblasts, kidney cells, and smooth cells.
  • cardiomyocytes such as vascular endothelial cells and vascular smooth muscle cells
  • chondrocytes such as vascular endothelial cells and vascular smooth muscle cells
  • cardiomyocytes such as vascular endothelial cells and vascular smooth muscle cells
  • chondrocytes such as vascular endothelial cells and vascular smooth muscle cells
  • chondrocytes such as
  • vascular cells such as vascular endothelial cells and vascular smooth muscle cells, cardiomyocytes, chondrocytes, nerve cells, fat cells, adipose stem cells, hepatocytes, fibroblasts Kidney cells and smooth muscle cells are preferred, and fibroblasts and mesenchymal cells are more preferred.
  • the said cell may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
  • an artificial blood vessel can be obtained by using vascular endothelial cells and smooth muscle cells.
  • An artificial trachea can be obtained by using chondrocytes and fibroblasts.
  • a protein having a promoter such as SV40 promoter and constituting an extracellular matrix such as elastin and collagen is expressed.
  • An established cell expressing a LargeT antigen for example, a COS cell
  • a copy of the introduced gene can be supported, and a three-dimensional tissue having an extracellular matrix as a main component can be produced efficiently by a large amount of gene expression.
  • the density of all cells after seeding on the coated culture surface is preferably 90 to 100% confluent, more preferably 95 to 100% confluent, and still more preferably 99% with respect to the surface area of the coated culture surface. ⁇ 100% confluent.
  • the seeded cells may change properties when proliferating. When the cell density to be seeded is in the above range, the seeded cells are difficult to proliferate and can form a ring-shaped three-dimensional structure wrapped around the mandrel before the cells proliferate, so the same as at the time of seeding A three-dimensional structure containing cells of the nature can be formed.
  • the density on the coated culture surface of all cells after seeding is preferably 20 to 15,000 cells / mm 2 .
  • the cells to be seeded are living cells.
  • a wall surface may be provided at the outer end of the culture surface from the viewpoint that the seeded cells do not disperse below the culture surface and the cells can easily adhere to the coated culture surface.
  • the difference between the outer diameter of the culture surface and the inner diameter of the vessel is preferably 15.0 mm or less from the viewpoint that the seeded cells are less likely to fall from the gap and do not inhibit the diffusion of the medium.
  • Cell seeding can be performed, for example, by taking out a three-dimensional tissue preparation apparatus that has been allowed to stand in an incubator at 37 ° C. to a clean bench at room temperature.
  • the cells are preferably seeded after dilution in a medium.
  • the medium to be diluted is not particularly limited as long as it is a medium in which cells can be cultured.
  • First culture step As conditions for culturing the seeded cells, for example, a general cell incubator at 37 ° C. can be used. The cell culture is preferably continued until a ring-shaped three-dimensional structure wound around the mandrel is obtained. Specifically, the culture is preferably performed for 10 to 96 hours, more preferably for 15 to 48 hours. preferable.
  • the ring-shaped three-dimensional structure wound around the mandrel has cells that live in the three-dimensional structure.
  • Examples of the ring-shaped three-dimensional structure wound around the mandrel include a three-dimensional structure composed mainly of cells, and may be a three-dimensional structure composed of cells.
  • the ring-shaped three-dimensional structure wound around the mandrel is a three-dimensional structure mainly composed of the extracellular matrix by secreting proteins constituting the extracellular matrix to construct the extracellular matrix. Good.
  • the ring-shaped three-dimensional structure wound around the mandrel may be a three-dimensional structure containing a substance secreted from the cell (for example, a protein such as a protein constituting an extracellular matrix). It is preferably a three-dimensional tissue having a secreted substance as a main component, and may be a three-dimensional tissue consisting only of a substance secreted from cells. Examples of the substance secreted from the cells include proteins, sugars, lipids and the like, and proteins are preferred.
  • “main component” refers to more than 50% by mass, preferably 60% by mass or more, and more preferably 70% by mass or more with respect to the mass (100% by mass) of the three-dimensional structure.
  • the culture surface is moved so that the culture surface is moved in the extending direction of the mandrel after the ring-shaped three-dimensional structure wound around the mandrel is obtained.
  • a seeding process in the present invention (III), sometimes referred to as a “second seeding process”), and the seeded seeding process.
  • the cells are cultured to obtain a ring-shaped three-dimensional structure wound around the mandrel adjacent to the ring-shaped three-dimensional structure wound around the mandrel. It may be further referred to as “culturing step after the first time”).
  • the culture surface moving step, the second and subsequent seeding steps, and the second and subsequent culture steps are repeated. May be included.
  • the second and subsequent culture steps may be operated more aseptically and hygienically without being operated by human hands, It may be controlled automatically using a computer or the like.
  • the culture surface moving step is a step provided after the ring-shaped three-dimensional structure wound around the mandrel is obtained in the previous seeding step.
  • the culture surface transfer step may be provided immediately after the ring-shaped three-dimensional structure wound around the mandrel is obtained in the previous culture step, or at intervals (for example, intervals of 1 minute to 96 hours, etc.) ) May be provided.
  • the distance for moving the culture surface in the extending direction of the mandrel is preferably 0.01 to 50 mm, more preferably 0.1 to 10 mm.
  • the ring-shaped three-dimensional body obtained through the first seeding step and the first culture step and the ring-shaped three-dimensional body obtained through the second seeding step and the second culture step are:
  • the cells may adhere to each other or may be separated from each other. Examples of the distance between two ring-shaped three-dimensional structures separated from each other include the above-described distance that moves the culture surface in the extending direction of the mandrel.
  • Cells in the ring-shaped three-dimensional structure expand and contract, migrate, etc., and the cells in the two ring-shaped three-dimensional structures adhere to each other to connect the two ring-shaped three-dimensional structures; two ring-shaped three-dimensional structures
  • Two ring-shaped three-dimensional structures are connected via substances secreted by cells in the body (for example, proteins); two rings are created by adding separately prepared proteins, cells, etc. between the two ring-shaped three-dimensional structures.
  • two ring-shaped three-dimensional structures can be easily connected, and so on.
  • the second and subsequent seeding steps and the second and subsequent culture steps, or the second and subsequent seeding steps and the second and subsequent times are provided.
  • another ring-shaped three-dimensional structure is wound around the ring-shaped three-dimensional structure wound around the mandrel obtained in the previous seeding process, and the three-dimensional structure It is also possible to thicken part of the body.
  • Examples of the second and subsequent seeding steps include the same steps as the first seeding step.
  • the kind, concentration, etc. of cells used in the second and subsequent seeding steps may be the same as or different from those in the first seeding step.
  • the type and concentration of cells used in the second and subsequent seeding steps may be the same or different in the second and subsequent seeding steps.
  • the conditions for culturing the seeded cells include the same conditions as in the first culture step described above.
  • the conditions for the second and subsequent culturing steps may be the same as or different from the first culturing step.
  • the conditions for the second and subsequent culturing steps may be the same or different in the second and subsequent culturing steps.
  • a wound ring-shaped three-dimensional structure (new ring-shaped three-dimensional structure) is formed.
  • the previous ring-shaped three-dimensional structure and the new ring-shaped three-dimensional structure are adhered to each other by, for example, culturing at 37 ° C. for 1 hour to 30 days, and a luminal three-dimensional structure is obtained.
  • the number of repetitions of the culture surface transfer step, the second and subsequent seeding steps, and the second and subsequent culture steps can be appropriately selected depending on the thickness and length of the luminal three-dimensional tissue body. It is preferable to repeat 20 times, more preferably 1 to 10 times.
  • a three-dimensional tissue including a substance (particularly a protein) secreted from cells seeded in a seeding process such as a three-dimensional tissue including an extracellular matrix for example, after the culturing step, cells contained in the three-dimensional tissue are A step of removing may be provided.
  • the method for removing cells contained in the three-dimensional tissue include methods such as high-pressure treatment, alcohol treatment, and surfactant treatment, and methods for killing cells by culturing under conditions where the cells are difficult to survive. It is done.
  • a three-dimensional structure is produced using a plurality of types of cells, and only specific cells are removed (for example, a three-dimensional structure including chondrocytes and COS cells incorporating a gene that expresses a protein constituting an extracellular matrix. Only COS cells may be removed from the body).
  • a method of removing only specific cells for example, by increasing the sensitivity of cells to antibiotics and culturing them in a medium containing antibiotics, resistance to antibiotics only to cells that are desired to remain in the resulting three-dimensional tissue And culturing on a condition in which only specific cells are viable or difficult to survive, such as culturing in a medium containing antibiotics.
  • the three-dimensional structure obtained by the method for producing a three-dimensional structure in the present embodiment (III) may be a ring-shaped three-dimensional structure or a luminal three-dimensional structure.
  • the inner diameter of the three-dimensional tissue body is preferably 0.01 to 100 mm, and more preferably 0.1 to 50 mm.
  • the outer diameter of the three-dimensional structure is preferably 0.1 to 120 mm, and more preferably 0.2 to 70 mm.
  • the length of the luminal three-dimensional tissue is preferably 0.1 to 300 mm, more preferably 1 to 250 mm.
  • the three-dimensional structure obtained by the method for producing a three-dimensional structure in the present embodiment (III) may be a three-dimensional structure whose main component is a cell, or a three-dimensional structure whose main component is an extracellular matrix. It may be a three-dimensional tissue containing a substance secreted from cells.
  • Preferred conditions for the preparation of a three-dimensional tissue having an extracellular matrix as a main component include, for example, i) cells having high cell matrix production ability such as collagen, laminin, fibronectin, and elastin (for example, fibroblasts, mesenchymal cells) Ii) adding ascorbic acid to promote the production of extracellular matrix to the medium, iii) reducing the seeding density of cells and increasing the ratio of extracellular matrix to cells, iv) around the mandrel Increase the time for cultivating a three-dimensional tissue body such as a ring or a lumen wound around (for example, 24 to 350 hours (preferably 48 to 170 hours in the first culture step and / or the second culture step) ) Culture) to increase the production (secretion) of extracellular matrix and bind extracellular matrix (eg collagen V) matures fiber binding), v) uses a mandrel with pores on the surface to provide a stable supply of nutrients and oxygen to cells and facilitate the diffusion of cellular metabolites into the
  • Examples include conditions that promote the production of the outer matrix, vi) lower the cell density in the extending direction of the mandrel by increasing the moving distance of the culture surface in the culture surface moving step.
  • Examples of the resulting three-dimensional tissue having an extracellular matrix as a main component include collagenous luminal biotubes that can be used for artificial blood vessels, artificial trachea, and the like.
  • the three-dimensional tissue body of this embodiment (III) can be used for, for example, an artificial blood vessel, an artificial trachea, etc., and a three-dimensional tissue body containing cells seeded in a seeding process; a three-dimensional body mainly composed of proteins secreted from the cells And a three-dimensional structure including a substance secreted from a cell, such as a three-dimensional structure including an extracellular matrix, a three-dimensional structure including an extracellular matrix, and the like.
  • Examples of the three-dimensional tissue that can be used for the artificial blood vessel include a three-dimensional tissue obtained by the following method.
  • the ring-shaped three-dimensional tissue body of the vascular endothelial cells (for example, 2-3 times, the vascular endothelial cell seeding process and the culture process are continued around the mandrel to increase the thickness.
  • smooth muscle cells are formed around the ring-shaped three-dimensional tissue body of the vascular endothelial cells in the second seeding step and second culture step.
  • a ring-shaped three-dimensional tissue body (for example, a smooth muscle cell three-dimensional tissue body may be obtained by continuing the smooth muscle cell seeding process and the culture process three to thirty times) is wrapped around the blood vessel around the mandrel
  • a two-layered ring-shaped three-dimensional tissue structure having an endothelial cell layer and a smooth muscle cell layer outside the vascular endothelial cell layer may be used.
  • a culture surface moving step and performing the same operation a two-layer structure having a structure similar to a blood vessel in a living body having a layer of vascular endothelial cells on the inner wall and a layer of smooth muscle cells on the outer periphery thereof
  • a ring-shaped or lumen-shaped three-dimensional structure can be obtained.
  • a step of forming a layer of vascular endothelial cells, and a layer of smooth muscle cells A step of seeding and culturing cells that secrete collagen and elastin such as mesenchymal stem cells and fibroblasts, and the like;
  • a layer of a vascular endothelial cell and a smooth muscle cell are coated with a three-dimensional tissue including a protein secreted from a cell produced by the method for producing a three-dimensional tissue of the embodiment (III).
  • a barrier which contains collagen, elastin, etc.
  • the main component especially elastin as the main component
  • a layer having the ability By arranging the above-mentioned layer having a function as a barrier, such as an internal elastic plate found in a blood vessel of a living body, it is possible to prevent cells having migration from moving between the layers after forming a three-dimensional tissue body, A three-dimensional tissue having a structure closer to a blood vessel of a living body can be obtained.
  • Examples of the three-dimensional structure that can be used for the artificial trachea include a three-dimensional structure obtained by the following method. After obtaining the ring-shaped three-dimensional tissue body (a) of chondrocytes by the first seeding step and the first culture step, a culture surface moving step is provided, and the second seeding step and the second culture step are performed. A new fibroblast ring-shaped three-dimensional structure (b) is formed adjacent to the ring-shaped three-dimensional structure of chondrocytes.
  • a tubular three-dimensional structure in which ring-shaped three-dimensional structures are overlapped in the order of abbbabb and the like in the extending direction of the mandrel is obtained. Can do.
  • a ring-shaped three-dimensional structure whose main component is the extracellular matrix, a three-dimensional structure containing substances secreted from cells, and substances such as components constituting the extracellular matrix.
  • a ring-shaped three-dimensional tissue body including cells to be secreted may be provided.
  • the obtained luminal three-dimensional tissue is obtained from a collagen tube or an elastin tube (for example, a cell produced by the method for producing a three-dimensional tissue of the present embodiment (III)). You may coat
  • the ring-shaped three-dimensional structures of chondrocytes are connected by an extracellular matrix secreted from chondrocytes to form an artificial trachea. it can.
  • the artificial trachea preferably includes a ring-shaped three-dimensional structure of chondrocytes and a ring-shaped three-dimensional structure of fibroblasts. .
  • Examples of the three-dimensional tissue including a substance secreted from cells include a three-dimensional tissue including a substance such as a protein (for example, a protein constituting an extracellular matrix) obtained by the following method. Forming a ring-shaped or luminal three-dimensional tissue structure using COS cells into which an expression vector having an SV40 promoter sequence and incorporating a gene expressing a protein constituting an extracellular matrix such as elastin and collagen is introduced. Then, proteins and the like are secreted from COS cells.
  • a protein for example, a protein constituting an extracellular matrix
  • tissue of this embodiment (III) may be a three-dimensional organization
  • the obtained three-dimensional tissue including the protein constituting the extracellular matrix is, for example, a coating material, artificial blood vessel, myocardial patch, or defect part that reinforces the strength of the three-dimensional tissue obtained by the production method of the present embodiment (III) It can be used as a filling material.
  • FIG. 22 is a schematic view of a method for producing a three-dimensional structure as an example of this embodiment (III).
  • a temperature-responsive polymer is applied to and coated on the culture surface of a three-dimensional tissue preparation device (see FIG. 22 (i)) through which a mandrel is inserted into the through-hole of the culture surface to prepare a coated culture surface. (See FIG. 22 (ii)).
  • the culture surface and the mandrel are in contact.
  • the three-dimensional tissue preparation apparatus is placed in a container having an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the culture surface, immersed in a culture medium, and seeded with cells (first seeding step, see FIG. 22 (iii)).
  • the seeded cells adhere to the coated culture surface (see FIG. 22 (iv)).
  • the cell density is 100% confluent.
  • the cells adhering to the coated culture surface begin to aggregate toward the central portion of the coated culture surface, and the end portion begins to warp away from the coated culture surface, resulting in a cell structure in which the end portion is warped (FIG. 22 (v )reference).
  • the agglomeration is continued to form a ring shape, and a ring-shaped three-dimensional structure wound around the mandrel is obtained (see FIG. 22 (vi)).
  • the ring-shaped three-dimensional structure wound around the mandrel is wound around the mandrel to the extent that it does not fall off the mandrel, even if the mandrel is not cell-adhesive, the position wound during the preparation of the three-dimensional structure Will not change significantly.
  • the culture surface is moved downward in the extending direction of the mandrel, and a gap is formed to form another ring-shaped three-dimensional structure adjacent to the lower side of the obtained ring-shaped three-dimensional structure (culture surface movement). Step, see FIG.
  • the cells are seeded again (second seeding step, see FIG. 22 (viii)), and cultured to obtain a tubular three-dimensional tissue structure in which ring-shaped three-dimensional structures are laminated.
  • second seeding step see FIG. 22 (viii)
  • a long tubular solid tissue is obtained (see FIG. 22 (ix)).
  • the number of cells to be seeded is decreased, or after the ring-shaped three-dimensional tissue wound around the mandrel is obtained, it is allowed to stand and wait for secretion of the protein constituting the extracellular matrix.
  • All or a part of the above steps may be controlled automatically using a computer or the like.
  • FIG. 23 is a schematic view of a method for producing a three-dimensional tissue body as an example of the present embodiment (III) using a three-dimensional tissue body producing apparatus having a gap between a culture surface and a mandrel.
  • a temperature-responsive polymer is applied to and coated on the culture surface of a three-dimensional tissue body preparation apparatus (see FIG. 23 (i)) through which a mandrel is inserted into the through-hole of the culture surface to prepare a coated culture surface. (See FIG. 23 (ii)).
  • the diameter of the mandrel is smaller than the diameter of the through hole, and there is a gap between the culture surface and the mandrel.
  • the three-dimensional tissue preparation apparatus is placed in a container having an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the culture surface, immersed in a culture medium, and seeded with cells (first seeding step, see FIG. 23 (iii)).
  • the seeded cells adhere to the coated culture surface (see FIG. 23 (iv)).
  • the cell density is 100% confluent.
  • the cells adhering to the coated culture surface begin to aggregate toward the center of the coated culture surface, and the end portion begins to warp away from the coated culture surface, resulting in a cell structure in which the end portion warps (FIG. 23 (v )reference).
  • aggregation further continues to form a ring shape, and the aggregated cell structure is wound around the mandrel so as to jump over the gap between the culture surface and the mandrel to form a ring-shaped three-dimensional structure ( (See FIG. 23 (vi)).
  • the culture surface is moved upward in the extending direction of the mandrel, and a gap is formed adjacent to the upper side of the obtained ring-shaped three-dimensional structure to form another ring-shaped three-dimensional structure (culture surface moving step, (See FIG. 23 (vii)).
  • cells are seeded again (second seeding step, see FIG. 23 (viii)), and cultured to obtain a tubular three-dimensional tissue structure in which ring-shaped three-dimensional structures are laminated.
  • a long tubular solid tissue is obtained (see FIG. 23 (ix)). All or a part of the above steps may be controlled automatically using a computer or the like.
  • FIG. 27 is a schematic view of a method for producing a three-dimensional structure according to an embodiment (III) of the present invention (III) using a three-dimensional structure producing apparatus having a plurality of culture surfaces and a gap between the culture surface and a mandrel. It is.
  • a temperature-responsive polymer is applied to and coated on two culture surfaces of a three-dimensional body preparation apparatus (see FIG. 27 (i)) in which one mandrel is inserted into the through holes of the two culture surfaces.
  • a coated culture surface is prepared (see FIG. 27 (ii)).
  • the diameter of the mandrel is smaller than the diameter of the through hole, and there is a gap between the culture surface and the mandrel.
  • the apparatus for producing a three-dimensional tissue body is placed in a container having an inner diameter larger than the outer diameter of the culture surface, immersed in a culture medium, and seeded with cells (first seeding step, see FIG. 27 (iii)).
  • the seeded cells adhere to the coated culture surface (see FIG. 27 (iv)).
  • the cell density is 100% confluent.
  • the cells adhering to the coated culture surface start to aggregate toward the center of the coated culture surface, and the end portion begins to warp away from the coated culture surface, resulting in a cell structure with the end warped (FIG. 27 (v )reference).
  • aggregation further continues to form a ring shape, and the aggregated cell structure is wound around the mandrel so as to jump over the gap between the culture surface and the mandrel to form a ring-shaped three-dimensional structure ( (See FIG. 27 (vi)).
  • two ring-shaped three-dimensional structures are connected to obtain a luminal three-dimensional structure (see FIG. 27 (vii)).
  • the culture surface is not shown in order to make it easy to see the tubular solid tissue.
  • the two ring-shaped three-dimensional structures are connected to each other regardless of whether the culture surface is present or the culture surface is removed. Is obtained.
  • a longer tubular three-dimensional tissue body can be obtained by a method such as increasing the number of culture surfaces, providing a culture surface moving step, a second and subsequent seeding steps, and a second and subsequent culture steps. All or a part of the above steps may be controlled automatically using a computer or the like.
  • the cell structure production method of the embodiment of the present invention (IV) (hereinafter also referred to as “production method of the present embodiment (IV)”) is a temperature-responsive polymer or temperature-responsive polymer composition on the culture surface.
  • a coated coated region is prepared, a droplet of a cell suspension is formed in the coated region, and cell culture is performed in the droplet.
  • a culture surface is prepared (see FIG. 32 (i)), and a temperature-responsive polymer is formed on the culture surface.
  • a temperature-responsive polymer composition is placed (see FIG. 32 (ii)), and the coated surface is prepared by coating the culture surface with the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition (see FIG. 32 (iii)).
  • a droplet of a cell suspension is formed in the coated region (see FIG. 32 (iv)), cell culture is performed in the droplet (see FIG. 32 (v)), and a cell structure is formed (FIG. 32 ( vi)).
  • the surface zeta potential of the coated region prepared on the culture surface is set to 0 to 50 mV from the viewpoint of obtaining the effect of spontaneously forming the cell structure as described later. It is important to do.
  • a droplet of a cell suspension is prepared at the tip of a tubular member, and the droplet is maintained in a spherical shape by utilizing the surface tension of the droplet. Is maintained for a predetermined period (for example, about two weeks) to produce a spheroid-like cell structure in the droplet.
  • the operation is complicated to hold the droplets, and it is difficult to easily produce spheroid-like cell structures.
  • the production method of the present embodiment (IV) since the droplets can be held in a state of being placed on the culture surface, a spheroid-like cell structure can be easily produced.
  • a culture region of the well is prepared with a coated region and a non-coated region that is not a coated region
  • a method of adding a cell suspension to a well is also conceivable, but the manufacturing method of the present embodiment (IV) has the following effects for such a method.
  • the cells seeded in the uncoated region may adhere.
  • the cells in the uncoated region may inhibit the formation of a spheroid-like cell structure having a well-shaped shape in the coated region. Therefore, when using a cell culture vessel having a wall surface, it may be necessary to perform a treatment for imparting cell non-adhesiveness to all or part of the culture surface. In some cases, substances that are toxic to cells may be eluted into the medium due to such treatment.
  • the cells adhere to the coated region, and the cells do not adhere to the non-coated region that has been treated to give cell non-adhesiveness. Become. Cells that have not adhered in the uncoated area can cause apoptosis or produce heat shock proteins, which can adversely affect the growth of cells adhered in the coated area. Therefore, in this method, it may be necessary to remove cells in the uncoated region from the wells by an operation such as medium replacement.
  • the coated region that has been provided with cell adhesiveness by being coated with the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition is isolated from the non-coated region.
  • the manufacturing cost can be reduced.
  • an automatic culture apparatus used for a 384-well cell culture plate or the like for example, a program for injecting a cell suspension into a multiplate with a 16-unit nozzle
  • a droplet of a cell suspension can be discharged onto a culture surface coated with a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition), and an analytical device for cell culture plates is also commonly used in the art. Can be used. Therefore, according to the manufacturing method of this embodiment (IV), the manufacturing cost of a cell structure can be suppressed, and an economic effect can be produced in the sense of expanding the uses of the above-described devices and devices.
  • the surface zeta potential of the coated region is 0 to 50 mV. If the surface zeta potential is 0 mV or more, negatively charged cells can be adhered, and if it is 50 mV or less, cytotoxicity can be reduced. For the same reason as described above, the surface zeta potential is preferably 0 to 35 mV, and more preferably 10 to 25 mV.
  • the surface zeta potential can be adjusted by adjusting the C / A ratio in the temperature-responsive polymer or temperature-responsive polymer composition.
  • a cell structure (spheroid) having a massive (pellet-like) structure can be easily formed simply by culturing cells under appropriate culture conditions. it can.
  • the surface zeta potential within the above specific range, it is possible to give a weak positive charge that does not cause cytotoxicity to the culture surface, and also to ensure rapid adhesion of the seeded cells, It is presumed that the improvement of the cell growth and the secretion of the extracellular matrix can be promoted, and further, the cell migration can be moderately suppressed and the binding between cells can be strengthened.
  • the reproducibility of the phenomenon of forming the cell structure on the culture surface having the surface zeta potential in the specific range is extremely high, and it becomes possible to produce a homogeneous cell structure.
  • the cell mass produced using a conventional cell culture device is merely a collection of cells that cannot adhere to the non-cell-adhesive culture surface, so the viability of the cells constituting the cell mass is low. There was a problem.
  • the cell structure (spheroid) produced by the production method of the present embodiment (IV) is formed after a process of rapidly adhering to the culture surface and extending while proliferating. There is abundant extracellular matrix produced between cells. Therefore, the viability (activity) of the cell structure itself is extremely high.
  • the size of the cell structure can be appropriately determined by the experimenter according to the purpose, and the size can be distributed or the size can be made uniform. It becomes.
  • the size of the cell structure can be a very small size (for example, a size of several hundred ⁇ m or less), may have a diameter of 50 to 1,500 ⁇ m, and preferably has a diameter of 50 to 200 ⁇ m.
  • a culture surface is prepared (see FIG. 32 (i)).
  • the culture surface may be a culture surface of a cell culture device or a culture surface of a member other than the cell culture device, for example, a commercially available plate, dish, flask, glass plate, silicon sheet. Etc.
  • the culture surface may be cell-adhesive or non-cell-adhesive.
  • Cell non-adhesiveness refers to the property that adherent cells (eg, fibroblasts, hepatocytes, vascular endothelial cells, etc.) do not adhere or are difficult to adhere under normal culture conditions.
  • Examples of the material for the culture surface include polystyrene, polyethylene terephthalate (PET), polypropylene, polybutene, polyethylene, polycarbonate, etc., precise molding is easy, and various sterilization methods can be applied.
  • Polystyrene and polyethylene terephthalate (PET) are preferred from the viewpoint that they are suitable for microscopic observation because of their properties.
  • a general cell culture plate is made of plastic such as polystyrene, but is subjected to a surface treatment (for example, plasma treatment), which makes it easy for cells to adhere to the culture surface.
  • a surface treatment for example, plasma treatment
  • a culture surface should just be prepared and it is not necessary to use a cell culture device.
  • a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition is placed on the culture surface (see FIG. 32 (ii)).
  • the temperature-responsive polymer and the temperature-responsive polymer composition disposed on the culture surface in the production method of the embodiment of the present invention (IV) will be described in detail.
  • Examples of the temperature responsive polymer and the temperature responsive polymer composition in the embodiment (IV) include the same as the temperature responsive polymer and the temperature responsive polymer composition in the above-mentioned invention (I), and the same applies as a suitable example. Can be mentioned.
  • the manufacturing method of the temperature-responsive polymer of (A-1) includes a preparation step for preparing a mixture containing 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA), and a mixture.
  • DMAEMA N-dimethylaminoethyl methacrylate
  • An irradiation step of irradiating with ultraviolet rays wherein in the preparation step, the mixture further comprises a polymerization inhibitor and water, and in the irradiation step, the ultraviolet rays are irradiated in an inert atmosphere. It is not limited and other methods may be used.
  • this embodiment (IV) according to the temperature-responsive polymer of (A-1), as described later, by culturing cells under appropriate culture conditions, a tubular shape (tube shape) and a bulk shape are obtained. A cell structure having a (pellet-like) structure can be formed.
  • the manufacturing method of the temperature-responsive polymer of (A-2) is 1st which irradiates a 1st mixture containing 2-N, N- dimethylamino ethyl methacrylate (DMAEMA) with an ultraviolet-ray.
  • DMAEMA dimethylamino ethyl methacrylate
  • an addition step of adding an anionic monomer to the first mixture to prepare a second mixture, and UV irradiation to the second mixture It is not limited to the method characterized by including the 2nd superposition
  • the temperature-responsive polymer composition of (C) is, as described above, a polymer of 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate and / or a derivative thereof, and 2-amino- 2-hydroxymethyl-1,3-propanediol, nucleic acids, heparin, hyaluronic acid, dextran sulfate, polystyrene sulfonic acid, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyphosphoric acid, sulfated polysaccharides, curdlan and polyalginic acid and these And one or more anionic substances selected from the group consisting of alkali metal salts.
  • stem cells such as iPS cells, ES cells, mesenchymal stem cells are differentiated cells, in particular, cardiomyocytes, hepatocytes, DNA capable of inducing differentiation into nerve cells and vascular endothelial cells is preferred.
  • a coating region may be prepared on the entire culture surface (see FIGS. 33 (i) and (ii)), and a plurality of coating regions are prepared on the culture surface. (See FIG. 33 (iii)).
  • a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition solution may be cast on the culture surface.
  • a method for arranging (spotting) a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition for example, a technique using an eight-micropipette, a spotter printing method in which a solution is quantitatively discharged And a rotating screen drum printing method.
  • the area of the covering region is preferably 0.1 to 30 mm 2 . If it is the said range, the target micro-sized spheroid will be easy to be obtained.
  • the distance between the coated regions is preferably 0.1 to 10 mm.
  • the “distance between the coating regions” refers to the shortest distance on the culture surface between the coating regions. If it is set to 0.1 mm or more, it can suppress that the cell seed
  • the number of coated regions may be appropriately determined according to the purpose of the experimenter, may be 2 or more, may be 10 or more, and may be 1,000 or more.
  • the planar view shape of the coating region is preferably a circle, an ellipse, or a shape having a center of curvature inside the outer contour line.
  • the radius of curvature is preferably 0.1 to 50 mm, and more preferably 1 to 10 mm.
  • the diameter of the circular covered region is preferably 10 ⁇ m to 10 mm, and more preferably 30 ⁇ m to 1500 ⁇ m. These shapes may be used alone or in combination of two or more.
  • the amount of the temperature-responsive polymer that the coating region of the culture surface has per unit area is preferably 5.0 to 50 ng / mm 2 , More preferably, it is 40 ng / mm 2 . If it is the said range, the effect of making it easy to form a cell structure will be easy to be acquired.
  • the temperature-responsive polymer is formed by precipitation from an aqueous solution, application of the solution and drying of the solvent, irradiation with radiation, low-temperature plasma irradiation, corona discharge, glow discharge, ultraviolet light, radical.
  • the culture surface of the cell culture vessel may be coated by a technique such as graft polymerization using a generator.
  • a method for coating the culture surface with a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition and a method for arranging the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition at positions on a plurality of culture surfaces serving as a coating region will be described later. To do.
  • the culture surface in the production method of this embodiment (IV) may be produced based on a cell culture plate (for example, a 35 mm dish), and can be suitably used, for example, in the field of regenerative medicine.
  • the culture surface may be prepared based on a microplate (for example, a 96-well plate), and can be suitably used, for example, in the field of drug discovery (particularly drug screening).
  • the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition may be dissolved in an organic solvent such as alcohol, ketone, ester or the like such as methanol, ethanol, etc. by removing moisture by heat drying, freeze drying, vacuum distillation or the like. Good. Among these, it is preferable to dissolve in methanol from the viewpoint that the surface tension and boiling point are low and quick drying is possible and the temperature-responsive polymer can be coated more uniformly.
  • nonionic and hydrophilic hydrophilic molecules such as polyethylene glycol (PEG), dimethylacrylamide (DMAA), glycerin, Triton X, and polypropylene glycol may be added. .
  • the culture area is coated with a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition to prepare a coated region (see FIG. 32 (iii)).
  • the surface zeta potential of the coating region is 0 to 50 mV, preferably 0 to 35 mV, and preferably 10 to 25 mV. Further preferred.
  • the contact angle of water with respect to the coated region of the culture surface is preferably 50 to 90 °, and 60 to 80 More preferably, the angle is from 62 to 78 °.
  • the contact angle of water with respect to the coating region refers to an average value of contact angles measured at an arbitrary number of points in the coating region in accordance with JIS R3257.
  • the coated region is preferably a region having a hydrophobicity of a predetermined level or more from the viewpoint of enhancing the interaction with the cell surface and enhancing the adhesion of the cell to the coated region.
  • the contact angle of water with the coating region on the culture surface can be adjusted by adjusting the structure and amount of the hydrophobic group in the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition.
  • the bottom area of a droplet smaller than the area of a coating region in each coating region.
  • the amount of the temperature-responsive polymer or temperature-responsive polymer composition per unit area is larger at the edge of the coating region than the central portion of the coating region, and sometimes the coating region The edge of the swell may rise with respect to the central part. In this case, there is a tendency that the shape of the cell structure formed by the cells adhered to the coating region is difficult to arrange.
  • the upper limit of the ratio of the bottom area of the droplet to the area of the covering region may be 99% or less, and the upper limit is 97%, 95%, 90%, 80%, 70%, 60%, and 50% are also preferable.
  • the lower limit of the above ratio may be 10% or more, and the lower limit is preferably 20% or 30%. When the ratio is 10% or more, it becomes possible to efficiently prepare a cell structure having a sufficient size.
  • droplets of the cell suspension are formed in the coated region (see FIG. 32 (iv)).
  • cells that require extremely high homogeneity in the diameter of the produced cell structure for example, cells used for drug discovery tests, multipotent stem cells, etc.
  • differentiation states Cells that require high culture costs for precise control (specifically, stem cells such as iPS cells, ES cells, mesenchymal stem cells, cancer stem cells, and differentiation differentiation cells thereof; vascular endothelial cells, adipocytes) And mesenchymal cells such as adipose stem cells, fibroblasts, cardiomyocytes, and myoblasts; epithelial cells such as HepaRA, HepaRG, HepG2, and BxPC-3; it can.
  • adherent cells that form colonies may be selected and can be appropriately selected by those skilled in the art.
  • the shape of the bottom surface is preferably circular when forming the droplet of the cell suspension in the coated region. According to such a technique, it becomes easy to obtain a spheroid-like cell structure having a well-formed shape.
  • the number of cells contained in the droplet is 3.0 ⁇ 10 5 cells / mL or less.
  • the cells are precipitated in an overlapping state, resulting in cells that do not come into contact with the temperature-responsive polymer or temperature-responsive polymer composition.
  • cells that are not in contact with such a polymer or polymer composition may have deleterious effects such as, for example, changing their properties due to fusion with other cells.
  • the number of cells contained in the droplet is 3.0 ⁇ 10 5 cells / mL or less, the cells can be precipitated in a nearly monolayer in the coated region, and the cells can be cultured under suitable conditions. It becomes.
  • the number of cells contained in the droplets is preferably 1.0 ⁇ 10 4 cells / mL or more from the viewpoint of preparing a sufficiently sized cell structure.
  • the number of cells contained in the droplet is more preferably 1.0 ⁇ 10 5 to 3.0 ⁇ 10 5 / mL, and particularly preferably 2.0 ⁇ 10 5.
  • the number is 5 to 3.0 ⁇ 10 5 cells / mL, and can be appropriately adjusted by those skilled in the art in consideration of the morphology and size of the seeded cells. Note that the number of cells means the number of living cells.
  • the diameter of the droplet is 1 ⁇ m to 8 mm. If the diameter of the droplet is less than 1 ⁇ m, the amount of the medium becomes too small, which may cause an inappropriate environment in cell culture such as drying. When the diameter of the droplet exceeds 8 mm, when the cells settle on the polymer or polymer composition in the droplet, the cell density of the cells arranged on the polymer varies, and spheroid formation occurs at multiple locations. (There are a plurality of stress generation points serving as nucleus of cell aggregation), and there is a possibility that the spheroids are less likely to be spherical. For the same reason as described above, the diameter of the droplet is more preferably 100 ⁇ m to 4 mm, and particularly preferably 300 ⁇ m to 3 mm.
  • the amount of droplets is preferably 0.5 to 50 ⁇ L, and preferably 1.0 to 40 ⁇ L from the viewpoint of easy preparation of a well-shaped cell structure. More preferably, it is particularly preferably 5.0 to 25 ⁇ L.
  • one droplet may be formed in one covering region, or a plurality of droplets may be formed.
  • the interval between the droplets is preferably 1 to 500 ⁇ m. If it is less than 1 ⁇ m, the droplets may be combined. If it exceeds 500 ⁇ m, the object of efficiently mass-producing spheroids may not be achieved.
  • the interval between the droplets is more preferably 2 to 250 ⁇ m, and particularly preferably 5 to 100 ⁇ m.
  • cell culture is performed in a droplet (see FIG. 32 (v)).
  • the culture conditions may be appropriately determined according to the cells to be used, and may be, for example, 37 ° C., 5% CO 2 atmosphere or the like.
  • the cell suspension is coated with a low specific gravity and inert oil component such as phospholipid, higher carboxylic acid, liquid paraffin, etc.
  • a method of suppressing the volatilization of moisture in the droplets by covering the surface of the droplets may be used. Such a method is particularly effective for maintaining droplets, particularly when the cell suspension droplet volume is less than 10 ⁇ L.
  • the cell structure is formed by further culturing (see FIG. 32 (vi)).
  • the culture conditions may be appropriately determined according to the cells to be used, and may be, for example, 37 ° C., 5% CO 2 atmosphere or the like.
  • a cell structure having a massive (pellet-like) structure can be easily formed in the covered region having specific characteristics.
  • a suitable culture surface includes a glass culture surface and a temperature-responsive polymer used in the method for producing a cell structure according to the embodiment of the present invention (IV) starting from the culture surface.
  • this culture surface since the glass itself has resistance to an organic solvent, it is possible to wash the culture surface with an organic solvent and to further reduce cytotoxic substances.
  • this culture surface can be produced without using a conventionally used method of graft polymerization with irradiation (described later), and also because of the degradation of the polymer caused by irradiation. The amount of substances can be reduced, and a favorable environment for cell growth can be provided.
  • the culture surface made of glass may be the culture surface of a glass cell culture vessel, the surface of a glass plate, or the like.
  • a temperature-responsive polymer a temperature-responsive polymer containing the above-mentioned (A) 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) unit and an anionic monomer unit, (B) N-isopropylacrylamide (NIPAM) Examples thereof include a temperature responsive polymer containing a unit, a cationic monomer unit, and an anionic monomer unit.
  • a glass culture surface is treated with a silane coupling agent having a vinyl group, and then on the treated culture surface, 2- A method of polymerizing N, N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) in the presence of water while irradiating with ultraviolet rays;
  • DMAEMA N-dimethylaminoethyl methacrylate
  • a glass culture surface is treated with a silane coupling agent having a halogenated alkyl group, and N, N-dialkyl-substituted by a substitution reaction between the halogenated alkyl group and N, N-dialkyl-substituted dithiocabamylic acid.
  • Dithiocarbamoyl group was introduced into the culture surface, and on this culture surface, N, N-dialkyl-substituted dithiocarbamoyl group was used as the radical polymerization initiation point and 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) was irradiated with ultraviolet light in the presence of water. Iniferter polymerization while irradiating Is mentioned.
  • a silane coupling agent having a vinyl group as a reactive functional group (Y) having a function of reacting with or interacting with an organic substance, a vinyl group, a styryl group, a methacryl group, an acrylic group At least one selected from the group consisting of an alkoxy group and halogen as the reactive functional group (X) having at least one selected from the group consisting of groups and having a function of reacting with and interacting with glass
  • a reactive functional group (Y) having a function of reacting with or interacting with an organic substance
  • a vinyl group a styryl group, a methacryl group
  • an acrylic group At least one selected from the group consisting of an alkoxy group and halogen as the reactive functional group (X) having at least one selected from the group consisting of groups and having a function of reacting with and interacting with glass
  • Specific examples include vinyltrimethoxysilane, p-styryltrimethoxysilane, 3-methacryloyloxypropyltrimethoxysilane, and 3-acryloyloxypropyltriethoxysilane.
  • the conditions for the treatment with the silane coupling agent may be as usual.
  • (A) As described for the temperature-responsive polymer containing 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) units and anionic monomer units. Good.
  • DMAEMA N-dimethylaminoethyl methacrylate
  • the following conditions are preferable.
  • the wavelength of ultraviolet light in the ultraviolet irradiation is preferably near-ultraviolet wavelength, more preferably 330 to 400 nm, and 350 to 390 nm, from the viewpoint of reducing the amount of polymer degradation products. Particularly preferred.
  • the short-wave ultraviolet light contained in the light source is cut off, and light with a wavelength in the near ultraviolet region is selectively selected. Irradiation is also possible, and it is possible to prioritize the polymerization reaction over the monomer decomposition and the like by irradiating light from the silane coupling agent side having a vinyl group toward the DMAEMA side.
  • the silane coupling agent having a halogenated alkyl group includes a halogenated alkyl group, more specifically a reactive functional group (Y) having a function of reacting with or interacting with an organic substance.
  • a reactive functional group (Y) having a function of reacting with or interacting with an organic substance has at least one selected from the group consisting of a p-chloromethylbenzyl group, a 3-chloropropyl group, a p-bromomethylbenzyl group, and a 3-bromopropyl group, and has a reaction and interaction with glass.
  • the reaction conditions for iniferter polymerization of 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) using the N, N-dialkyl-substituted dithiocarbamoyl group introduced on the glass surface (culture surface) as the radical polymerization initiation point are the usual methods. It may be as follows. In particular, it is preferable to satisfy the following conditions in the method (b). -The wavelength of ultraviolet light in the ultraviolet irradiation is preferably near-ultraviolet wavelength, more preferably 330 to 400 nm, and 350 to 390 nm, from the viewpoint of reducing the amount of polymer degradation products. Particularly preferred.
  • the short-wave ultraviolet light contained in the light source is cut off, and light with a wavelength in the near ultraviolet region is selectively selected. Irradiation is also possible, and light irradiation from the silane coupling agent side to the DMAEMA side can be performed, so that the polymerization reaction can be prioritized over the decomposition of the monomer and the like, which is preferable.
  • the method for producing a cell structure of an embodiment of the present invention (hereinafter also referred to as “present embodiment (V)”)
  • a culture surface of a cell incubator is coated with a first coating region coated with a temperature-responsive polymer and / or a temperature-responsive polymer composition, and a cell adhesive substance provided at an end of the first coating region.
  • the example manufacturing method in the present embodiment (V) includes a preparation step, the above-described preparation step, and the above-described seeding culture step of preparing a temperature-responsive polymer and / or a temperature-responsive polymer composition.
  • FIGS. 35 (i) to (viii) show an outline of an example of a method for manufacturing a cell structure in the present embodiment (V).
  • the cell coating device was then provided on the culture surface of the cell incubator with a first coating region coated with a temperature-responsive polymer and / or a temperature-responsive polymer composition, and an end of the first coating region.
  • a plurality of second coating regions coated with the cell adhesive substance are prepared (preparation step) (see FIGS. 35 (i) to (iii)).
  • the culture surface other than the first coating region and the second coating region may be cell-adhesive or non-cell-adhesive, but from the viewpoint of easily obtaining a cell structure having a desired shape, It is preferable to have adhesiveness.
  • the method for preparing the non-cell-adhesive culture surface is not particularly limited.
  • a cell culture device having a non-cell-adhesive culture surface for example, PrimeSurface (registered trademark) manufactured by SUMILON may be used.
  • a non-cell-adhesive sheet or insole may be used, or a cell culture vessel equipped with an untreated polystyrene culture surface may be used.
  • the first covered region and the second covered region are uncovered regions (culture surfaces) from the viewpoint of adjusting the shape of the cell structure by suppressing contact with the wall of the cell culture vessel. It is preferable to be provided so as to be surrounded by a region that is not particularly coated (see FIGS. 35 (ii) and (iii)).
  • the area of the first covering region is not particularly limited.
  • a cell structure having a size of 1 to 30 mm is produced using a culture surface of a cell culture vessel having a diameter of 35 mm, it may be 1 to 750 mm 2 , preferably 10 it is a ⁇ 700mm 2.
  • the shape of the first covering region is not particularly limited, and may be circular (circle, ellipse, etc.), rectangle (square, rectangle, triangle, etc.), or linear in plan view, and the rectangle has rounded corners. Also good.
  • the above shape is a shape extending in a predetermined direction, more specifically, a shape having a major axis direction and a minor axis direction, and between any two points on the outer contour line. A shape having a maximum and minimum distance is preferable, and a rectangle is more preferable.
  • the aspect ratio (long side length: short side length) may be 1 to 50, preferably 5 to 50, and more preferably 10 to 50.
  • the width is preferably 0.1 to 50 mm, more preferably 0.1 to 30 mm, and the length thereof from the viewpoint of controlling the shape of the cell structure.
  • the thickness is preferably from 0.1 to 150 mm, more preferably from 0.1 to 100 mm.
  • the zeta potential on the surface of the first coating region is preferably 0 to 50 mV, more preferably 0 to 35 mV, and still more preferably 10 to 25 mV.
  • the zeta potential is 0 mV or more, negatively charged cells are likely to adhere. Further, when the zeta potential is 50 mV or less, cytotoxicity can be reduced.
  • a cell structure having a massive (pellet-like) structure can be produced more simply by culturing cells under appropriate culture conditions.
  • the zeta potential is a zeta potential meter (for example, model number “ELSZ” manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) using particles obtained by coating polystyrene latex with hydroxypropylcellulose (zeta potential: ⁇ 5 to +5 mV) as standard monitor particles. The value calculated by the Smoluchowski equation measured in (1).
  • the contact angle of water with respect to the surface of the first coating region is preferably 50 to 90 °, more preferably 60 to 80 °, and still more preferably 62 to 78 °, from the viewpoint of enhancing the effect of the present invention (V).
  • region means the average value of the contact angle measured based on JIS R3257 in arbitrary several points in a coverage area
  • Examples of the cell adhesion substance coated on the second coating region include laminin, collagen, fibronectin, peptide, cationic polymer, polystyrene and the like.
  • Examples of the peptide include a peptide having an arginine-glycine-aspartic acid sequence, a peptide having a sequence of 8 or more arginine residues, and the like.
  • Examples of the cationic polymer include aminostyrene.
  • laminin, collagen, and fibronectin having high cell adhesion are preferable.
  • the reagent containing the cell adhesion substance of the said enumeration can also be used suitably, A serum etc. are mentioned as this reagent.
  • the cell adhesive substance may be used alone or in combination of two or more.
  • the area of the second coating region is not particularly limited.
  • a cell structure having a size of 1 to 30 mm is produced using a culture surface of a cell culture vessel having a diameter of 35 mm, it may be 0.1 to 75 mm 2 , preferably Is 0.1 to 10 mm 2 .
  • the shape of the second covering region is not particularly limited, and may be a circle (circle, ellipse, etc.) or a rectangle (square, rectangle, triangle, etc.) in plan view, and the rectangle may have rounded corners. .
  • the said shape has a preferable circular shape from a viewpoint of relieving the force concerning the cell adhere
  • the diameter is preferably 0.1 to 50 mm, more preferably 0.1 to 10 mm, from the viewpoint of controlling the shape of the cell structure.
  • the ratio (S2 / S1) of the area (S2) of the second coating region to the area (S1) of the first coating region is not particularly limited, but is 0.001 from the viewpoint of easily controlling the cell aggregation mode. Is preferably from 1.0 to 1.0, more preferably from 0.01 to 0.5.
  • the first covering region and the second covering region may be overlapped with each other, the outer contour lines may be in contact with each other, and the shortest distance from each other is only 0.1 to 10 mm. It may be separated. Note that the position of the first coating region on the culture surface and the position of the second coating region on the culture surface may be the positions of the respective centers of gravity.
  • the second covering region only needs to be provided at the end portion of the first covering region, and here, the end portion is 0.01 inward from the outer contour line of the first covering region.
  • the number of second coating regions provided at the end of the first coating region is not particularly limited as long as it is plural, and may be 3 or more, 4 or more, and the like.
  • regions may be the same, and may differ.
  • FIGS. 36A to 36C show the arrangement of the first covered region and the first covered region in this embodiment (V).
  • the first covering region is circular in plan view, and the second covering region is provided at both ends of the circular first covering region.
  • the first covering region is arranged while being overlapped.
  • three second covering regions may be arranged at the end of the circular first covering region while overlapping the first covering region (see FIGS. 36A and ii). ) You may arrange four places (refer Fig.36 (a) (iii)).
  • FIG. 36 (a) (iii) In the present embodiment (V), as shown in FIG.
  • the second covering region is overlapped with the first covering region at both ends of the rectangular first covering region having rounded corners. , May be arranged. Furthermore, in this embodiment (V), as shown in FIG. 36 (c), the second covering region is provided at the plurality of ends (five places in the drawing) of the first covering region having a desired shape. You may arrange
  • the preparation step is performed while drawing a circular shape in a plan view on the central portion of the culture surface of the cell culture vessel (see FIG. 35 (i)).
  • the first coating region is provided, and then The cell-adhesive substance is applied while drawing a circular shape in plan view at two locations located on the straight line passing through the center of the circular first coating region and at the end of the first coating region ( The second coating region is provided by drying the application portion (see FIG. 35 (iii)).
  • a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition is dissolved in a solvent to obtain a solution (temperature-responsive polymer solution) containing the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition
  • a process which prepares a coated cell culture device by applying on a culture surface of a cell culture device and drying, and also an aqueous solution (temperature response) containing a temperature responsive polymer or a temperature responsive polymer composition.
  • the temperature-responsive polymer aqueous solution is cooled below the cloud point of the temperature-responsive polymer, and the cooled temperature-responsive polymer aqueous solution is cast on the culture surface of the cell incubator and heated to a temperature above the cloud point to coat the cell culture. It is good also as a process (preparation process II) of preparing a container.
  • Examples of the solvent in the temperature-responsive polymer solution in the preparation step I include water; physiological saline; buffer; methanol, ethanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, 1-butanol, isobutyl alcohol, 2-butanol, t -Butyl alcohol, 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 2-methyl-1-butanol, 3-methyl-1-butanol, 2-methyl-2-butanol, 3-methyl-2-butanol 2,2-dimethyl-1-propanol, 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 2-methyl-1-butanol, 3-methyl-1-butanol, 2-methyl-2-butanol, 3-methyl-2-butanol, 2,2-dimethyl-1-propanol, 1-hexanol Alcohols such as 2-methyl-2-pentanol, allyl alcohol, benzyl alcohol, salicyl alcohol; acetone
  • methanol, ethanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, 2-butanol, t-butyl alcohol, allyl alcohol, etc. are easy to coat uniformly on the culture surface and are excellent in solubility of the temperature-responsive polymer.
  • Alcohols such as acetone, ethyl methyl ketone, diethyl ketone, methyl vinyl ketone, etc .; esters such as methyl acetate, ethyl acetate, isopropyl acetate, tert-butyl acetate, vinyl acetate; chloroform; benzene; toluene; diethyl ether; preferable.
  • an organic solvent having a low boiling point for example, a lower alcohol having 1 to 4 carbon atoms, a lower ketone having 3 to 5 carbon atoms, And at least one selected from the group consisting of acetic acid alkyl esters having an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, in particular, lower alcohols having 1 to 4 carbon atoms, lower ketones having 3 to 5 carbon atoms having a boiling point lower than water, And at least one selected from the group consisting of acetic acid alkyl esters having an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms) are more preferred, and methanol and ethanol are particularly preferred from the viewpoint of excellent cost and operability.
  • a lower alcohol having 1 to 4 carbon atoms, a lower ketone having 3 to 5 carbon atoms at least one selected from the group consisting of acetic acid alkyl esters having an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms
  • methanol and ethanol are particularly preferred from the viewpoint of excellent cost and operability.
  • the said solvent may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. Since the solvent is excellent in solubility of the temperature-responsive polymer, the temperature-responsive polymer is insoluble and hardly precipitated even at a temperature higher than the cloud point (for example, room temperature or 37 ° C.). Therefore, when applying the temperature-responsive polymer, it is possible to save time and effort for temperature management of the temperature-responsive polymer solution, and it is possible to easily prepare a coated cell culture device.
  • the cloud point for example, room temperature or 37 ° C.
  • the temperature-responsive polymer solution contains a hydrophilic molecule from the viewpoint of easy cell aggregation.
  • the hydrophilic molecule include nonionic and hydrophilic molecules that do not affect the C / A ratio of the temperature-responsive polymer, such as polyethylene glycol (PEG), dimethylacrylamide (DMAA), glycerin, Triton X, and polypropylene glycol. Can be mentioned.
  • the content of the temperature-responsive polymer in the temperature-responsive polymer solution is such that the temperature-responsive polymer solution (100% by weight) is from the viewpoint that the temperature-responsive polymer is easily coated on the culture surface. Is preferably 0.00075 to 0.015% by weight, more preferably 0.001 to 0.01% by weight.
  • the content of the hydrophilic molecule in the temperature-responsive polymer solution is 0.00001 to 0 with respect to the temperature-responsive polymer (100% by weight) from the viewpoint that the cells are likely to self-aggregate.
  • the amount is preferably 0.0015% by weight, more preferably 0.00003 to 0.0001% by weight.
  • the temperature-responsive polymer solution is preferably free from water from the viewpoint that the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition is likely to be uniformly coated on the culture surface.
  • the weight ratio of water in the polymer solution (100% by weight) is more preferably 0.5% by weight or less, and further preferably 0.1% by weight or less.
  • the weight ratio of water can be measured by methods well known to those skilled in the art, such as gas chromatography and Karl Fischer method.
  • the temperature-responsive polymer solution may be applied to the entire culture surface or a part of the culture surface. Especially, it is preferable to apply
  • the conditions for drying the applied temperature-responsive polymer solution are as follows. From the viewpoint of uniformly coating the culture surface with the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition, the temperature is 10 to 70 at atmospheric pressure. C. and a time of 1 to 3000 minutes are preferred. By quickly drying the applied temperature-responsive polymer solution, the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition is easily applied uniformly on the culture surface.
  • the applied temperature-responsive polymer solution may be dried, for example, by allowing the cell culture vessel to stand in a 37 ° C. incubator.
  • examples of the solvent that dissolves the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition include water; physiological saline; phosphate buffer, phosphate buffered saline (PBS), and tris buffer. And the like; and the like.
  • examples of the method of cooling the temperature-responsive polymer aqueous solution include a method of cooling the temperature-responsive polymer aqueous solution into a refrigerator at about 4 ° C. and cooling it to a temperature below the cloud point.
  • the temperature-responsive polymer aqueous solution having a temperature below the cloud point is extended by tilting the culture surface of the cell culture vessel.
  • the method, the method of extending temperature-responsive polymer aqueous solution using a spatula, etc. are mentioned.
  • Examples of the method for heating the cast temperature-responsive polymer aqueous solution up to the cloud point in the preparation step II include a method of allowing the cell culture vessel after the casting step to stand in a 37 ° C. incubator. .
  • cell culture method of the present embodiment (V) in the preparation step, it is preferable to surround the region occupied by the first coating region and the second coating region with a non-cell-adhesive wall.
  • a non-cell-adhesive wall An example is given.
  • cell non-adhesive means that adherent cells do not adhere or are difficult to adhere.
  • FIG. 37 the modified example of a preparation process and the outline of a seeding culture process following this are shown.
  • a planar view shape (a large-sized circle and two end portions thereof) are formed on the culture surface of the cell incubator so as to form the first covered region and the second covered region in FIG. A concave portion of a small size circle is engraved (see FIG. 37).
  • the temperature-responsive polymer and / or the temperature-responsive polymer composition and the cell-adhesive substance are disposed only on the bottom surface of the engraved recess, and the surface other than the bottom surface of the recess, That is, the polymer and / or the polymer composition and the cell adhesive substance are not disposed on the surface of the wall surface of the recess (see FIG. 37 (i)).
  • a cell structure having a desired orientation can be manufactured more precisely (see FIG. 37 (ii)).
  • a cell structure is then prepared by seed
  • cells and a cell culture medium are added to the cell culture vessel (see FIG. 35 (iv)), and then the cell culture vessel is placed in a general 37 ° C. cell incubator. (See FIG. 35 (v)), a new cell culture medium is added by exchanging the medium (see FIG. 35 (vi)), and the cell culture device is further placed in the cell incubator (see FIGS. 35 (vii) and (viii)). By doing that.
  • Examples of cells that can be used in the cell culture method of this embodiment (V) include ADSC, cardiomyocytes, myocardial fibroblasts, neurons, neuroblasts, fibroblasts, chondrocytes, vascular endothelial cells, and blood vessels.
  • Examples include stromal cells and smooth muscle cells. The said cell may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
  • the cell density at the time of seeding cells in the seeding culture step is preferably 0.3 ⁇ 10 4 cells / cm 2 or more, more preferably 1.0 ⁇ 10 4 cells / cm 2 or more, In order to make it difficult to cause problems related to the cell cycle such as growth arrest caused by contact between cells in culture, it is preferably 5.0 ⁇ 10 4 cells / cm 2 or less, more preferably 4.5 ⁇ 10 4 cells. / Cm 2 or less.
  • each cell can form a cell structure by aggregating while maintaining a uniformly dispersed state without forming a colony.
  • the seeded cells are difficult to proliferate, and a massive cell structure can be formed before the cells proliferate.
  • the seeded cells may change in properties when proliferating. However, if the cells are difficult to proliferate, a cell structure including cells having the same properties as those at the time of seeding can be formed.
  • the culture conditions can be appropriately determined by those skilled in the art based on the cell type to be used and the purpose of the experiment, and may be determined as appropriate, for example, 37 ° C., 5% CO 2 atmosphere or the like.
  • the phenomenon that occurs in the seeding culture step will be described below with reference to FIG.
  • the seeded cells settle on the first coating region and the second coating region.
  • the cells settled on the first coated region and the second coated region adhere to the coated region and survive, while the cells settled on the uncoated region do not adhere to the uncoated region. Die (see FIG. 35 (v)).
  • cells that did not adhere to the culture surface are removed from the cell culture vessel by medium exchange (see FIG. 35 (vi)).
  • the cells adhered to the first coated region and the second coated region are further cultured, the cells located near the boundary between the first coated region and the non-coated region are closer to the central portion side of the first coated region than the cells.
  • the adhered cells are detached so as to move away from the first coating region, and warp toward the central portion of the first coating region.
  • the cells adhered to the second coating region continue to adhere to the original position without being detached from the second coating region (see FIG. 35 (vii)).
  • the cells that have adhered to the first coated region have a linear structure in the central portion of the first coated region so as to connect between the two cell populations that continue to adhere to the second coated region. A cell structure is formed (see FIG. 35 (viii)).
  • the cells are stretched along the extending direction of the linear structure. And has an orientation in a direction along a line connecting the two second covering regions.
  • the obtained cell structure is preferably used for experiments and the like as soon as possible, and more preferably within 24 hours.
  • the orientation of cells It is possible to align the same properties as in vivo (for example, in the case of cardiomyocytes, the spindle shape in a predetermined direction).
  • the electrocardiographic waveform of cultured cardiomyocytes is evaluated in order to detect the presence or absence of cardiotoxicity such as arrhythmia.
  • the measurement accuracy (S / N ratio) is increased.
  • the method for producing a cell structure of the present embodiment (V) as described above, a large-sized cell structure can be obtained in a state of having a natural orientation, and thus is alive in a living body. A specimen imitating cardiomyocytes can be obtained. For this reason, it becomes possible to raise the precision of the drug discovery test regarding a cardiac muscle cell.
  • the method for producing a cell structure of the present invention comprises a preparation step of preparing a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition, and cell culture using the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition. Coating the culture surface of the vessel to prepare a coated cell culture device, a culture vessel preparation step, cardiomyocytes, and fibroblasts in a ratio of 200 to 300 to 100 cardiomyocytes. A seeding process for seeding the vessel, and a culture process for culturing the seeded cells to obtain a massive cell structure in this order.
  • a coated cell culture device is a cell culture device having a coated culture surface.
  • the entire culture surface may be a coated culture surface, or a part of the culture surface may be a coated culture surface.
  • the culture surface may have one coated culture surface or a plurality of coated culture surfaces.
  • Cell structures containing cardiomyocytes and fibroblasts can be formed in a known U-shaped low-adhesion culture dish or the hanging drop method over a period of 1 to 2 weeks. Since it takes time, there are problems that it is difficult to maintain myocardial cells that are extremely weak in hypoxia, and it is difficult to co-culture cells with different growth rates.
  • the present inventors surprisingly inoculated cardiomyocytes and fibroblasts in a coated cell culture vessel in which the culture surface of the cell culture vessel was coated with a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition. Thus, it was found that a cell structure imitating a tissue of a heart disease causing heart failure can be easily formed.
  • the method for producing a cell structure of the present embodiment (VI) it is possible to maintain the cardiomyocytes and fibroblasts in a homogeneously dispersed state and aggregate them, including cardiomyocytes and fibroblasts. It is possible to reproduce a tissue with heart failure that is close to the state existing in the living body.
  • the seeded mixed cells adhere to the coated culture surface, and when further cultured, the mixed cells self-aggregate and contract to expand into a sheet shape.
  • the cell ends are aggregated so as to bend away from the coated culture surface to form a clumped cell structure.
  • the culture surface is coated with the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition, and the adhesive force between the coated culture surface and the cells is in an appropriate range. Therefore, even in the case of mixed cells including cardiomyocytes having the property of being difficult to aggregate, a massive cell structure can be formed. Further, by combining with fibroblasts that tend to aggregate, a massive cell structure can be easily formed.
  • the conventional method of forming a cell structure by culturing for a long time could not form a cell structure containing many cardiomyocytes.
  • the method for producing a cell structure of this embodiment (VI) since a cell structure can be formed without proliferating cardiomyocytes and fibroblasts, cardiomyocytes and fibroblasts at the time of seeding A cell structure composed of cells having a cell ratio substantially similar to that of the cell ratio can be obtained. Therefore, the mixing ratio of the cells constituting the cell structure can be easily adjusted.
  • the coated cell culture vessel in which the adhesive force between the coated culture surface and the cells is in an appropriate range is used, cell proliferation is required.
  • the mixed cells of cardiomyocytes and fibroblasts aggregate and round in a short time such as within 24 hours after seeding, the cardiomyocytes are in a state of living with two or more types of cells with different proliferation rates. It is possible to easily form a massive cell structure including and pulsating.
  • Examples of the preparation step for preparing the temperature-responsive polymer and the temperature-responsive polymer composition used in the cell culture vessel of the embodiment (VI) include the same steps as the preparation step in the invention (I), and a preferable example is as follows. The same can be mentioned.
  • a preferable example is as follows. The same can be mentioned.
  • the preparation step for preparing a mixture containing 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) may be referred to as a mixture preparation step.
  • the incubator preparing step includes coating the cell culture device with the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition, and then coating the cell culture device. Is a step of preparing
  • a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition is dissolved in a solvent to form a temperature-responsive polymer solution, which is then applied onto the culture surface of the cell incubator and dried.
  • the step may be a step of preparing a coated cell culture vessel (incubator preparation step I), and an aqueous solution (temperature-responsive polymer aqueous solution) containing a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition may be used as a cloud point of the temperature-responsive polymer.
  • Step of preparing a coated cell culture device by cooling to below, casting the cooled temperature-responsive polymer aqueous solution on the culture surface of the cell culture device, and heating to a temperature above the cloud point Incubator preparation step II) It is good.
  • Examples of the solvent in the temperature-responsive polymer solution in the incubator preparation step I include water; physiological saline; buffer; methanol, ethanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, 1-butanol, isobutyl alcohol, and 2-butanol.
  • water, methanol, ethanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, 2-butanol, t-butyl alcohol, allyl are easily coated uniformly on the culture surface and excellent in solubility of the temperature-responsive polymer.
  • Alcohols such as alcohol; ketones such as acetone, ethyl methyl ketone, diethyl ketone, and methyl vinyl ketone; esters such as methyl acetate, ethyl acetate, isopropyl acetate, tert-butyl acetate, and vinyl acetate; chloroform; benzene; toluene; Dichloromethane is preferred.
  • an organic solvent having a low boiling point for example, a lower alcohol having 1 to 4 carbon atoms, a lower ketone having 3 to 5 carbon atoms, And at least one selected from the group consisting of acetic acid alkyl esters having an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, in particular, lower alcohols having 1 to 4 carbon atoms, lower ketones having 3 to 5 carbon atoms having a boiling point lower than water, And at least one selected from the group consisting of acetic acid alkyl esters having an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms) are more preferred, and methanol and ethanol are particularly preferred from the viewpoint of excellent cost and operability.
  • a lower alcohol having 1 to 4 carbon atoms, a lower ketone having 3 to 5 carbon atoms at least one selected from the group consisting of acetic acid alkyl esters having an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms
  • methanol and ethanol are particularly preferred from the viewpoint of excellent cost and operability.
  • the said solvent may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. Since the solvent is excellent in solubility of the temperature-responsive polymer, the temperature-responsive polymer is insoluble and hardly precipitated even at a temperature higher than the cloud point (for example, room temperature or 37 ° C.). Therefore, when applying the temperature-responsive polymer, it is possible to save time and effort for temperature management of the temperature-responsive polymer solution, and it is possible to easily prepare a coated cell culture device.
  • the cloud point for example, room temperature or 37 ° C.
  • the temperature-responsive polymer solution preferably contains a hydrophilic molecule from the viewpoint that cells easily aggregate.
  • the hydrophilic molecule include nonionic and hydrophilic molecules that do not affect the C / A ratio of the temperature-responsive polymer, such as polyethylene glycol (PEG), dimethylacrylamide (DMAA), glycerin, Triton X, and polypropylene glycol. Can be mentioned.
  • the content of the temperature-responsive polymer in the temperature-responsive polymer solution is such that the temperature-responsive polymer solution (100 mass) %) To 0.05 to 2.0% by mass, and more preferably 0.1 to 1.5% by mass.
  • the content of the hydrophilic molecule in the temperature-responsive polymer solution is 0.00001 with respect to the temperature-responsive polymer (100% by mass) from the viewpoint of easy cell aggregation.
  • the content is preferably 0.00.00015% by mass, more preferably 0.00003-0.0001% by mass.
  • the temperature-responsive polymer solution is preferably free of water from the viewpoint that the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition is likely to be uniformly coated on the culture surface.
  • the mass ratio of water in the responsive polymer solution (100 mass%) is more preferably 0.5 mass% or less, and further preferably 0.1 mass% or less.
  • the mass ratio of water can be measured by methods well known to those skilled in the art, such as gas chromatography and Karl Fischer method.
  • the temperature-responsive polymer solution may be applied to the entire culture surface or may be applied to a part of the culture surface.
  • the temperature-responsive polymer solution is applied to a part of the culture surface, one coated culture surface or a plurality of coated culture surfaces may be provided on the culture surface.
  • cultivation surface it is preferable to use the cell culture device whose culture
  • the conditions for drying the applied temperature-responsive polymer solution are as follows. ⁇ 70 ° C and a time of 1 to 3,000 minutes are preferable. By quickly drying the applied temperature-responsive polymer solution, the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition is easily applied uniformly on the culture surface.
  • the applied temperature-responsive polymer solution may be dried, for example, by allowing the cell culture vessel to stand in a 37 ° C. incubator.
  • examples of the solvent for dissolving the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition include water; physiological saline; phosphate buffer, phosphate buffered saline (PBS), Tris. Buffer solutions such as buffer solutions; and the like.
  • examples of the method for cooling the temperature-responsive polymer aqueous solution include a method in which the temperature-responsive polymer aqueous solution is placed in a refrigerator at about 4 ° C. and cooled to a temperature below the cloud point.
  • the incubator preparation step II as a method of casting the temperature-responsive polymer aqueous solution on the culture surface, for example, the temperature-responsive polymer aqueous solution having a temperature below the cloud point is tilted on the culture surface of the cell culture device.
  • stretching by temperature, the method of extending temperature-responsive polymer aqueous solution using a spatula, etc. are mentioned.
  • the incubator preparation step II as a method of heating the cast temperature-responsive polymer aqueous solution to the cloud point or higher, for example, a method of allowing the cell incubator after the casting step to stand in a 37 ° C. incubator, etc. Can be mentioned.
  • Examples of the cell culture vessel include commercially available multiwell plates, dishes, and flasks.
  • Examples of the material of the cell culture device include polystyrene, polyethylene terephthalate (PET), polypropylene, polybutene, polyethylene, polycarbonate, and glass. Among them, polystyrene and polyethylene terephthalate (PET) are preferable from the viewpoint that precise molding is easy, various sterilization methods can be applied, and transparency is suitable for microscopic observation.
  • the cell culture vessel may be one in which the surface of the culture surface has been subjected to treatment such as cell adhesion treatment, or the surface may be untreated.
  • the surface of the culture surface may be subjected to coating treatment, processing treatment, etc. in order to adjust cell adhesion.
  • the shape of the culture surface in plan view is not particularly limited, and examples thereof include a substantially polygonal shape such as a substantially rectangular shape and a substantially circular shape. Among these, a substantially circular shape is preferable from the viewpoint that a more uniform cell structure can be easily obtained.
  • the bottom shape (cross-sectional shape of the bottom surface) of the culture surface is not particularly limited, and examples thereof include a flat bottom, a round bottom, and an uneven bottom. Among these, a flat bottom or a concave bottom with some R is preferable from the viewpoint that a more uniform and spherical cell structure can be easily obtained.
  • the area of the culture surface of the cell culture device is preferably 200 mm 2 or less, more preferably 75 mm 2 or less, and even more preferably 32 mm 2 or less, from the viewpoint of supplying oxygen to cardiomyocytes.
  • the lower limit of the area of the culture surface of the said cell culture device can be used if it is a commercially available size, and is not specifically limited.
  • Each area of the coated culture surface is preferably 200 mm 2 or less from the viewpoint of supplying oxygen to cardiomyocytes, and is 75 mm. more preferably 2 or less, and still more preferably 32 mm 2 or less.
  • the amount of the temperature-responsive polymer that the coated culture surface has per unit area is preferably 0.1 to 10.0 ng / mm 2 , and preferably 0.5 to 5.0 ng / mm 2. More preferably. If it is the said range, the effect of making it easy to form a block-shaped cell structure will be easy to be acquired.
  • the zeta potential on the coated culture surface in the coated cell culture vessel is preferably 0 to 50 mV, more preferably 0 to 35 mV, and still more preferably 10 to 25 mV.
  • the zeta potential is 0 mV or more, negatively charged cells are likely to adhere. Further, when the zeta potential is 50 mV or less, cytotoxicity can be reduced.
  • the zeta potential within the above range, it becomes easier to produce a massive (pellet-like) cell structure simply by culturing cells under appropriate culture conditions. By setting the surface zeta potential in the above range, it is possible to give a weak positive charge that does not cause cytotoxicity to the coated culture surface.
  • the zeta potential is a zeta potential meter (for example, model number “ELSZ” manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) using particles obtained by coating polystyrene latex with hydroxypropylcellulose (zeta potential: ⁇ 5 to +5 mV) as standard monitor particles. The value calculated by the Smoluchowski equation measured in (1).
  • the contact angle of water with the coated culture surface is preferably 50 to 90 °, more preferably 60 to 80 °, and still more preferably 62 to 78 °, from the viewpoint of enhancing the effect of the present invention (VI).
  • the contact angle of water with respect to the coated culture surface refers to an average value of contact angles measured in accordance with JIS R3257 at an arbitrary number of points within the coated culture surface.
  • the seeding step is a step of seeding the coated cell culture vessel with cardiomyocytes and a ratio of 200 to 300 fibroblasts per 100 cardiomyocytes.
  • all cells may be mixed and seeded at once, or seeded in multiple times.
  • each cell may be seeded at once, or may be seeded in multiple times.
  • the cells to be seeded on the coated culture surface of the coated cell culture device include at least cardiomyocytes and fibroblasts.
  • cardiomyocytes cardiomyocytes, myocardial stem cells, iPS cells at the differentiation induction stage, ES cells, and the like are preferable from the viewpoint that a cell structure in which cardiomyocytes and fibroblasts are more uniformly dispersed is easily obtained.
  • the cardiomyocytes may be used alone or in combination of two or more.
  • fibroblasts examples include myocardial fibroblasts, subcutaneous fat, fascia, synovium, and periosteum-derived mesenchymal stem cells.
  • myocardial fibroblasts and subcutaneous fat-derived mesenchymal stem cells are preferable from the viewpoint that a cell structure in which cardiomyocytes and fibroblasts are more uniformly dispersed is easily obtained.
  • the said fibroblast may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
  • vascular endothelial cells and vascular stromal cells may be further seeded. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
  • immune system cells may be further seeded.
  • the immune system cells include macrophages, T cells such as CD4 positive T cells, monocytes and the like. Among them, it is preferable that macrophages and / or T cells are included from the viewpoint that a cell structure closer to a tissue causing heart disease such as heart failure can be obtained.
  • the said immune system cell may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
  • the ratio of fibroblasts to 100 cardiomyocytes is 200 to 300, preferably 200 to 250, and more preferably 200 to 230.
  • the ratio of fibroblasts to 200 or more with respect to 100 cardiomyocytes the mixed cells are easily rounded to form a massive cell structure.
  • a cell structure closer to a tissue in which a heart disease such as heart failure has occurred can be obtained.
  • the ratio of cardiomyocytes in the total cells to be seeded is 25 to 25% of the total number of cells (100%) from the viewpoint of obtaining a cell structure closer to the tissue in which heart disease such as heart failure has occurred. It is preferably 50%, more preferably 25 to 30%.
  • the ratio of vascular endothelial cells to 100 cardiomyocytes is preferably 5 to 50 from the viewpoint of obtaining a cell structure closer to a tissue in which heart disease such as heart failure has occurred. More preferably.
  • the ratio of immune system cells to 100 cardiomyocytes is preferably 5 to 50 cells from the viewpoint of obtaining a cell structure closer to a tissue having heart disease such as heart failure. More preferably.
  • the density of all cells after seeding on the coated culture surface is preferably 90 to 100% confluent, more preferably 95 to 100% confluent, and still more preferably 99% with respect to the surface area of the coated culture surface. ⁇ 100% confluent.
  • each cell does not form a colony, but maintains a homogeneously dispersed state and aggregates to form a cell structure.
  • the density of the cells is high, the seeded cells are difficult to proliferate, and a massive cell structure can be formed before the cells proliferate. Therefore, the cell structure having the same ratio of the number of cells as the seeded cells. Can be formed. In addition, it is less susceptible to differences in cell growth rate.
  • the seeded cells may change in properties when proliferating. However, if the cells are difficult to proliferate, a cell structure including cells having the same properties as those at the time of seeding can be formed.
  • the density on the coated culture surface of all cells after seeding is preferably 20 to 15,000 cells / mm 2 .
  • 4 ⁇ 10 4 to 30 ⁇ 10 4 cells / mL are preferable when 1.0 mL of cell solution is added to a 24-well cell culture plate having a coated culture surface area of 200 mm 2 and seeded.
  • the cells to be seeded are living cells.
  • Cell seeding can be performed, for example, by removing a coated cell culture vessel that has been allowed to stand in an incubator at 37 ° C. to a clean bench at room temperature.
  • the cells are preferably seeded after dilution in a medium.
  • the medium to be diluted is not particularly limited as long as it is a medium in which cells can be cultured.
  • the culturing step is a step of culturing the seeded cells to obtain a massive cell structure.
  • myocarditis-induced tissue it is known that cardiomyocytes are necrotized and replaced with necrotic cardiomyocytes, and fibroblasts are hyperproliferated, and many inflammatory immune cells are infiltrated. Yes.
  • immune system cells may be further added to the coated cell culture vessel in the culture step.
  • the timing for adding immune system cells is preferably after the seeding step (after the seeding of cells) and before the cell structure is obtained, and the seeded cells adhere to the coated culture surface.
  • the sheet-like cell structure After the formation of the sheet-like cell structure (see (iii) in FIG. 40), the sheet-like cell structure starts to aggregate toward the center of the coated culture surface, and the end portion begins to warp away from the coated culture surface. More preferably, before the end of the cell structure is warped. That is, immune system cells may be added during the seeding process or after the seeding process. Specifically, it is preferable to add immune system cells within 48 hours after seeding of cells (for example, cells to be seeded last) after the seeding of cells.
  • the immune system cells that are floating cells settle due to the action of gravity, and when the cells that adhere to the coated culture surface aggregate into a drawstring bag, the immune system cells are brought inside.
  • a cell structure that is taken in and thereby contains immune system cells can be formed, and a cell structure closer to a tissue of a heart disease model that has caused myocarditis, heart failure, or the like can be obtained (see FIG. 40). ).
  • a general cell incubator at 37 ° C. can be used as conditions for culturing the seeded cells.
  • Cell culture is preferably continued until a massive cell structure is formed. Specifically, culture is preferably performed for 10 to 96 hours, more preferably for 15 to 50 hours.
  • adherent cells eg, cardiomyocytes
  • floating cells eg, immune system cells
  • adherent cells eg, cardiomyocytes
  • a cell structure can be obtained by simultaneously seeding and culturing cells and floating cells.
  • the resulting cell structure has cells surviving in the massive structure.
  • the size of the cell structure is, for example, preferably 30 to 200 ⁇ m in outer diameter, and 40 to 150 ⁇ m from the viewpoint that a beaten cell structure is obtained including living cardiomyocytes inside. More preferably, the thickness is more preferably 50 to 100 ⁇ m.
  • the cell structure obtained by the method for producing a cell structure of the present embodiment (VI) is a heart disease model that reproduces a tissue in which heart disease such as heart failure has occurred, such as myocardial infarction, heart failure, myocarditis, etc. It can be used for heart disease research, heart disease drug development, and heart disease treatment development.
  • FIG. 39 is an example of a method for producing a cell structure including cardiomyocytes and fibroblasts.
  • a temperature-responsive polymer is applied and coated on the culture surface of the cell culture device to prepare a coated cell culture device having a coated culture surface (see FIGS. 39 (i) and (ii)).
  • mixed cells of cardiomyocytes and fibroblasts diluted with a medium are added to the coated culture surface, and the mixed cells are seeded (see FIG. 39 (ii)).
  • the seeded mixed cells adhere to the entire coated culture surface (see FIG. 39 (iii)).
  • the density of the mixed cells is 100% confluent (see FIG. 39 (iii)).
  • the mixed cells adhering to the coated culture surface start to aggregate toward the center of the coated culture surface, and the end portion begins to warp away from the coated culture surface, resulting in a cell structure with the end warped (FIG. 39 ( see iv)). Thereafter, aggregation is further continued to form a massive cell structure, which floats from the coated culture surface (see FIG. 39 (v)).
  • FIG. 40 is an example of a method for producing a cell structure including immune system cells (floating cells) such as cardiomyocytes, fibroblasts, and macrophages.
  • a temperature-responsive polymer is applied and coated on the culture surface of the cell culture device to prepare a coated cell culture device having a coated culture surface (see FIGS. 40 (i) (iii)).
  • mixed cells of cardiomyocytes and fibroblasts diluted with a medium are added to the coated culture surface, and the mixed cells are seeded (see FIG. 40 (ii)).
  • the seeded mixed cells adhere to the entire coated culture surface to form a sheet-like cell structure (single layer) (see FIG. 40 (iii)).
  • the density of the mixed cells is 100% confluent (see FIG. 40 (iii)).
  • immune system cells such as macrophages are added (FIG. 40 (iv)).
  • the mixed cells adhering to the coated culture surface begin to aggregate toward the center of the coated culture surface, and the end portion begins to warp away from the coated culture surface, resulting in a cell structure in which the end portion is warped (FIG. 40 ( v)).
  • the immune system cell which has adhered to the sheet-like cell structure or floated in the culture dish is wrapped up.
  • aggregation is further continued to form a massive cell structure containing cardiomyocytes, fibroblasts and immune system cells, which floats from the coated culture surface (see FIG. 40 (vi)).
  • the method for producing a cell structure of the present invention includes a preparation step of preparing a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition, and cell culture using the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition.
  • the culture surface of the vessel is coated to prepare a coated cell culture vessel, a culture vessel preparation step, hepatocytes, and fibroblasts in a ratio of 10 to 50 per 100 hepatocytes.
  • a coated cell culture device is a cell culture device having a coated culture surface.
  • the entire culture surface may be a coated culture surface, or a part of the culture surface may be a coated culture surface.
  • the culture surface may have one coated culture surface or a plurality of coated culture surfaces.
  • Cell structures containing hepatocytes and fibroblasts can form spherods over a period of one to two weeks using the well-known U-shaped low adhesion culture dish or the hanging drop method. Since it takes time, there are problems such as difficulty in co-culturing cells with different growth rates, adhesion to the culture surface, and preferred culture conditions.
  • the present inventors surprisingly inoculated hepatocytes and fibroblasts in a coated cell culture vessel in which a culture surface of a cell culture vessel was coated with a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition. Thus, it was found that a cell structure imitating a tissue in which liver failure occurred can be easily formed.
  • hepatocytes and fibroblasts can be aggregated while maintaining a homogeneous dispersion state, and include hepatocytes and fibroblasts. It is possible to reproduce a tissue in which hepatic failure has occurred, which is close to the state existing in the living body.
  • the conventional method of culturing for a long time to form a cell structure is the same as hepatocytes and fibroblasts. It was extremely difficult to form a cell structure containing According to the method for producing a cell structure of the present embodiment (VII), since the coated cell culture vessel in which the adhesive force between the coated culture surface and the cells is in an appropriate range is used, cell growth is not required, For example, since hepatocytes and fibroblasts aggregate and round in a short time, such as within 24 hours after seeding, a massive cell structure containing hepatocytes and fibroblasts can be easily formed.
  • Examples of the preparation step for preparing the temperature-responsive polymer and the temperature-responsive polymer composition used in the cell culture vessel of the embodiment (VII) include the same steps as the preparation step in the above invention (I). The same can be mentioned.
  • the preparation step for preparing a mixture containing 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) may be referred to as a mixture preparation step.
  • the incubator preparation step includes coating the culture surface of the cell incubator with the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition, and coating the cell incubator. Is a step of preparing
  • a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition is dissolved in a solvent to form a temperature-responsive polymer solution, which is then applied onto the culture surface of the cell incubator and dried.
  • the step may be a step of preparing a coated cell culture vessel (incubator preparation step I), and an aqueous solution (temperature-responsive polymer aqueous solution) containing a temperature-responsive polymer or a temperature-responsive polymer composition may be used as a cloud point of the temperature-responsive polymer.
  • Step of preparing a coated cell culture device by cooling to below, casting the cooled temperature-responsive polymer aqueous solution on the culture surface of the cell culture device, and heating to a temperature above the cloud point Incubator preparation step II) It is good.
  • Examples of the solvent in the temperature-responsive polymer solution in the incubator preparation step I include water; physiological saline; buffer; methanol, ethanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, 1-butanol, isobutyl alcohol, and 2-butanol.
  • water, methanol, ethanol, n-propyl alcohol, isopropyl alcohol, 2-butanol, t-butyl alcohol, allyl are easily coated uniformly on the culture surface and excellent in solubility of the temperature-responsive polymer.
  • Alcohols such as alcohol; ketones such as acetone, ethyl methyl ketone, diethyl ketone, and methyl vinyl ketone; esters such as methyl acetate, ethyl acetate, isopropyl acetate, tert-butyl acetate, and vinyl acetate; chloroform; benzene; toluene; Dichloromethane is preferred.
  • an organic solvent having a low boiling point for example, a lower alcohol having 1 to 4 carbon atoms, a lower ketone having 3 to 5 carbon atoms, And at least one selected from the group consisting of acetic acid alkyl esters having an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, in particular, lower alcohols having 1 to 4 carbon atoms, lower ketones having 3 to 5 carbon atoms having a boiling point lower than water, And at least one selected from the group consisting of acetic acid alkyl esters having an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms) are more preferred, and methanol and ethanol are particularly preferred from the viewpoint of excellent cost and operability.
  • a lower alcohol having 1 to 4 carbon atoms, a lower ketone having 3 to 5 carbon atoms at least one selected from the group consisting of acetic acid alkyl esters having an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms
  • methanol and ethanol are particularly preferred from the viewpoint of excellent cost and operability.
  • the said solvent may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. Since the solvent is excellent in solubility of the temperature-responsive polymer, the temperature-responsive polymer is insoluble and hardly precipitated even at a temperature higher than the cloud point (for example, room temperature or 37 ° C.). Therefore, when applying the temperature-responsive polymer, it is possible to save time and effort for temperature management of the temperature-responsive polymer solution, and it is possible to easily prepare a coated cell culture device.
  • the cloud point for example, room temperature or 37 ° C.
  • the temperature-responsive polymer solution preferably contains a hydrophilic molecule from the viewpoint that cells easily aggregate.
  • the hydrophilic molecule include nonionic and hydrophilic molecules that do not affect the C / A ratio of the temperature-responsive polymer, such as polyethylene glycol (PEG), dimethylacrylamide (DMAA), glycerin, Triton X, and polypropylene glycol. Can be mentioned.
  • the content of the temperature-responsive polymer in the temperature-responsive polymer solution is such that the temperature-responsive polymer solution (100 mass) %) To 0.01 to 3.0% by mass, and more preferably 0.25 to 2.5% by mass.
  • the content of the hydrophilic molecule in the temperature-responsive polymer solution is 0.00001 with respect to the temperature-responsive polymer (100% by mass) from the viewpoint of easy cell aggregation.
  • the content is preferably 0.00.00015% by mass, more preferably 0.00003-0.0001% by mass.
  • the temperature-responsive polymer solution is preferably free of water from the viewpoint that the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition is likely to be uniformly coated on the culture surface.
  • the mass ratio of water in the responsive polymer solution (100 mass%) is more preferably 0.5 mass% or less, and further preferably 0.1 mass% or less.
  • the mass ratio of water can be measured by methods well known to those skilled in the art, such as gas chromatography and Karl Fischer method.
  • the temperature-responsive polymer solution may be applied to the entire culture surface or may be applied to a part of the culture surface.
  • the temperature-responsive polymer solution is applied to a part of the culture surface, one coated culture surface or a plurality of coated culture surfaces may be provided on the culture surface.
  • cultivation surface it is preferable to use the cell culture device whose culture
  • the conditions for drying the applied temperature-responsive polymer solution are as follows. ⁇ 70 ° C and a time of 1 to 3,000 minutes are preferable. By quickly drying the applied temperature-responsive polymer solution, the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition is easily applied uniformly on the culture surface.
  • the applied temperature-responsive polymer solution may be dried, for example, by allowing the cell culture vessel to stand in a 37 ° C. incubator.
  • examples of the solvent for dissolving the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition include water; physiological saline; phosphate buffer, phosphate buffered saline (PBS), Tris. Buffer solutions such as buffer solutions; and the like.
  • examples of the method for cooling the temperature-responsive polymer aqueous solution include a method in which the temperature-responsive polymer aqueous solution is placed in a refrigerator at about 4 ° C. and cooled to a temperature below the cloud point.
  • the incubator preparation step II as a method of casting the temperature-responsive polymer aqueous solution on the culture surface, for example, the temperature-responsive polymer aqueous solution having a temperature below the cloud point is tilted on the culture surface of the cell culture device.
  • stretching by temperature, the method of extending temperature-responsive polymer aqueous solution using a spatula, etc. are mentioned.
  • the incubator preparation step II as a method of heating the cast temperature-responsive polymer aqueous solution to the cloud point or higher, for example, a method of allowing the cell incubator after the casting step to stand in a 37 ° C. incubator, etc. Can be mentioned.
  • Examples of the cell culture vessel include commercially available multiwell plates, dishes, and flasks.
  • Examples of the material of the cell culture device include polystyrene, polyethylene terephthalate (PET), polypropylene, polybutene, polyethylene, polycarbonate, and glass. Among them, polystyrene and polyethylene terephthalate (PET) are preferable from the viewpoint that precise molding is easy, various sterilization methods can be applied, and transparency is suitable for microscopic observation.
  • the cell culture vessel may be one in which the surface of the culture surface has been subjected to treatment such as cell adhesion treatment, or the surface may be untreated.
  • the surface of the culture surface may be subjected to coating treatment, processing treatment, etc. in order to adjust cell adhesion.
  • the shape of the culture surface in plan view is not particularly limited, and examples thereof include a substantially polygonal shape such as a substantially rectangular shape and a substantially circular shape. Among these, a substantially circular shape is preferable from the viewpoint that a more uniform cell structure can be easily obtained.
  • the bottom shape (cross-sectional shape of the bottom surface) of the culture surface is not particularly limited, and examples thereof include a flat bottom, a round bottom, and an uneven bottom. Among these, a flat bottom or a concave bottom with some R is preferable from the viewpoint that a more uniform and spherical cell structure can be easily obtained.
  • Area of the culture surface of the cell culture instrument is preferably 32 mm 2 or less, more preferably 10 mm 2 or less, 8 mm 2 More preferably, it is as follows.
  • the lower limit of the area of the culture surface of the said cell culture device can be used if it is a commercially available size, and is not specifically limited.
  • Each area of the coated culture surface (each area of the portion coated with the temperature-responsive polymer or the temperature-responsive polymer composition) is 32 mm 2 from the viewpoint that a massive cell structure can be more easily produced. Is preferably 10 mm 2 or less, and more preferably 8 mm 2 or less.
  • the amount of the temperature-responsive polymer that the coated culture surface has per unit area is preferably 0.15 to 15.0 ng / mm 2 , and 1.0 to 5.0 ng / mm 2. More preferably. If it is the said range, the effect of making it easy to form a block-shaped cell structure will be easy to be acquired.
  • the zeta potential on the coated culture surface in the coated cell culture vessel is preferably 0 to 50 mV, more preferably 0 to 35 mV, and still more preferably 10 to 25 mV.
  • the zeta potential is 0 mV or more, negatively charged cells are likely to adhere. Further, when the zeta potential is 50 mV or less, cytotoxicity can be reduced.
  • the zeta potential within the above range, it becomes easier to produce a massive (pellet-like) cell structure simply by culturing cells under appropriate culture conditions. By setting the surface zeta potential in the above range, it is possible to give a weak positive charge that does not cause cytotoxicity to the coated culture surface.
  • the zeta potential is a zeta potential meter (for example, model number “ELSZ” manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) using particles obtained by coating polystyrene latex with hydroxypropylcellulose (zeta potential: ⁇ 5 to +5 mV) as standard monitor particles. The value calculated by the Smoluchowski equation measured in (1).
  • the contact angle of water with the coated culture surface is preferably 50 to 90 °, more preferably 60 to 80 °, and still more preferably 62 to 78 °, from the viewpoint of enhancing the effect of the present invention (VII).
  • the contact angle of water with respect to the coated culture surface refers to an average value of contact angles measured in accordance with JIS R3257 at an arbitrary number of points within the coated culture surface.
  • the seeding step is a step of seeding the coated cell culture vessel with hepatocytes and a ratio of 10 to 50 fibroblasts per 100 hepatocytes.
  • all cells may be mixed and seeded at once, or seeded in multiple times.
  • each cell may be seeded at once, or may be seeded in multiple times.
  • the cells to be seeded on the coated culture surface of the coated cell culture device include at least hepatocytes and fibroblasts.
  • the hepatocytes include primary cells collected from living bodies, hepatocytes derived from iPS cells and ES cells, hepatoma cells such as HepG2 cells, HepRA cells, and the like. HepG2 cells and HepRA cells are preferred from the viewpoints that hepatocyte functions such as albumin production are average and cell structures that are homogeneously dispersed with fibroblasts can be easily obtained.
  • the said hepatocytes may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
  • fibroblasts examples include subcutaneous tissue-derived fibroblasts, synovium, dental pulp, bone marrow, and subcutaneous fat-derived mesenchymal stem cells. Above all, from the point of view that it is less affected on cells co-cultured with immune tolerance, has strong adhesion, and can easily obtain a cell structure in which hepatocytes and fibroblasts are more uniformly dispersed. Leaf stem cells are preferred.
  • the said fibroblast may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
  • vascular endothelial cells may be further seeded.
  • the said vascular endothelial cell may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
  • fat cells may be further seeded.
  • adipocytes include adipose tissue-derived adhesive adipocytes.
  • the fat cells may be used alone or in combination of two or more.
  • immune system cells may be further seeded.
  • the immune system cells include at least one selected from the group consisting of monocytes, granulocytes, lymphocytes, and macrophages from the viewpoint of obtaining a cell structure closer to a tissue with liver failure. Is preferred.
  • the said immune system cell may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
  • the ratio of fibroblasts to 100 hepatocytes is 10 to 50, preferably 10 to 45.
  • the ratio of fibroblasts to 10 or more with respect to 100 hepatocytes the mixed cells are easily rounded to form a massive cell structure.
  • the number is 50 or less, a cell structure closer to the tissue in which liver failure has occurred can be obtained.
  • the proportion of hepatocytes in the total cells to be seeded is 50 to 95% with respect to the total number of cells (100%) from the viewpoint of obtaining a cell structure closer to the tissue in which hepatic failure has occurred.
  • the proportion of hepatocytes in the total cells to be seeded is 50 to 95% with respect to the total number of cells (100%) from the viewpoint of obtaining a cell structure closer to the tissue in which hepatic failure has occurred.
  • the ratio of vascular endothelial cells to 100 hepatocytes is preferably 10 to 100 from the viewpoint of obtaining a cell structure closer to the tissue in which hepatic failure has occurred.
  • the ratio of adipocytes to 100 hepatocytes is preferably 10 to 100, more preferably 50 from the viewpoint of obtaining a cell structure closer to the tissue in which hepatic failure has occurred.
  • the ratio of adipocytes to 100 fibroblasts is preferably 100 to 500 from the viewpoint of obtaining a cell structure closer to a tissue in which liver failure has occurred.
  • the ratio of immune system cells to 100 hepatocytes is preferably 10 to 100 from the viewpoint of obtaining a cell structure closer to the tissue in which hepatic failure has occurred.
  • the density of the seeded cells on the coated culture surface is preferably 90 to 100% confluent, more preferably 95 to 100% confluent, and still more preferably 99 to 99% with respect to the surface area of the coated culture surface. 100% confluent.
  • each cell does not form a colony, but maintains a homogeneously dispersed state and aggregates to form a cell structure.
  • the density of the cells is high, the seeded mixed cells are difficult to proliferate and can form a clumped cell structure before the cells proliferate. A structure can be formed. In addition, it is less susceptible to differences in cell growth rate.
  • the seeded cells may change in properties when proliferating.
  • the density on the coated culture surface of the cells after seeding is preferably 20 to 15,000 cells / mm 2 .
  • 4 ⁇ 10 4 to 30 ⁇ 10 4 cells / mL are preferable when 1.0 mL of cell solution is added to a 24-well cell culture plate having a coated culture surface area of 200 mm 2 and seeded.
  • the cells to be seeded are living cells.
  • Cell seeding can be performed, for example, by removing a coated cell culture vessel that has been allowed to stand in an incubator at 37 ° C. to a clean bench at room temperature.
  • the cells are preferably seeded after dilution in a medium.
  • the medium to be diluted is not particularly limited as long as it is a medium in which cells can be cultured.
  • the culturing step is a step of culturing the seeded cells to obtain a massive cell structure.
  • immune system cells may be further added to the coated cell culture vessel in the culture step.
  • the timing for adding immune system cells is preferably after the seeding step (after the seeding of cells) and before the cell structure is obtained, and the seeded cells adhere to the coated culture surface.
  • the sheet-like cell structure After the formation of the sheet-like cell structure (see (iii) of FIG. 42), the sheet-like cell structure starts to aggregate toward the center of the coated culture surface, and the end portion begins to warp away from the coated culture surface. More preferably, it is before the end of the cell structure having a warped end. That is, immune system cells may be seeded at the seeding step or added after the seeding step.
  • immune system cells within 48 hours after seeding of cells (for example, cells to be seeded last) after the seeding of cells.
  • the immune system cells that are floating cells settle due to the action of gravity, and when the cells that adhere to the coated culture surface aggregate into a drawstring bag, the immune system cells are brought inside. It is taken up, and thereby a cell structure containing immune system cells can be formed, and a cell structure closer to the tissue of the liver failure model can be obtained (see FIG. 42).
  • a general 37 ° C. cell incubator can be used as conditions for culturing the seeded mixed cells.
  • the cell culture is preferably continued until a massive cell structure is formed. Specifically, it is preferably cultured for 5 to 96 hours, more preferably 9 to 50 hours.
  • adherent cells eg, hepatocytes
  • floating cells eg, immune system cells
  • a cell structure can be obtained by simultaneously seeding and culturing cells and floating cells.
  • the resulting cell structure has cells surviving in the massive structure.
  • the size of the cell structure is preferably, for example, an outer diameter of 50 to 2,500 ⁇ m, and preferably 50 to 500 ⁇ m from the viewpoint that a cell structure in which hepatocytes and fibroblasts are uniformly distributed can be obtained. More preferably, the thickness is more preferably 50 to 150 ⁇ m.
  • the cell structure obtained by the method for producing a cell structure of the present embodiment (VII) is a liver failure model that reproduces a tissue in which liver failure has occurred.
  • a liver failure model that reproduces a tissue in which liver failure has occurred.
  • drugs for liver failure It can be used for development and development of treatment methods for liver failure.
  • FIG. 41 is an example of a method for producing a cell structure including hepatocytes and fibroblasts.
  • a temperature-responsive polymer is applied to and coated on the culture surface of the cell culture device to prepare a coated cell culture device having a coated culture surface (see FIGS. 41 (i) (ii)).
  • mixed cells of hepatocytes and fibroblasts diluted with a medium are added to the coated culture surface, and the mixed cells are seeded (see FIG. 41 (ii)).
  • the seeded mixed cells adhere to the entire coated culture surface (see FIG. 41 (iii)).
  • the density of the mixed cells is 100% confluent (see FIG. 41 (iii)).
  • the mixed cells adhering to the coated culture surface begin to aggregate toward the center of the coated culture surface, and the end portion begins to warp away from the coated culture surface, resulting in a cell structure with the end warped (FIG. 41 ( see iv)). Thereafter, aggregation is further continued to form a massive cell structure, which floats from the coated culture surface (see FIG. 41 (v)).
  • FIG. 42 shows an example of a method for producing a cell structure including immune system cells (floating cells) such as hepatocytes, fibroblasts, and macrophages.
  • a temperature-responsive polymer is applied to and coated on the culture surface of the cell culture device to prepare a coated cell culture device having a coated culture surface (see FIGS. 42 (i) and (ii)). Thereafter, mixed cells of hepatocytes and fibroblasts diluted with a medium are added to the coated culture surface, and the mixed cells are seeded (see FIG. 42 (ii)). The seeded mixed cells adhere to the entire coated culture surface to form a sheet-like cell structure (single layer) (see FIG. 42 (iii)).
  • the density of the mixed cells is 100% confluent (see FIG. 42 (iii)).
  • immune system cells such as macrophages are added (FIG. 42 (iv)).
  • the mixed cells adhering to the coated culture surface begin to aggregate toward the center of the coated culture surface, and the end portion begins to warp away from the coated culture surface, resulting in a cell structure in which the end portion is warped (FIG. 42 ( v)).
  • the immune system cell which has adhered to the sheet-like cell structure or floated in the culture dish is wrapped up.
  • the cells continue to aggregate and become a massive cell structure containing hepatocytes, fibroblasts and immune system cells, and float from the coated culture surface (see FIG. 42 (vi)).
  • Test IA Preparation of temperature-responsive polymer
  • a transparent vial made of soft glass having a capacity of 50 mL 10.0 g of 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) and 5,000 ⁇ L of water were added. And stirred using a magnetic stirrer. The mixture (liquid) was deoxygenated by purging the G1 grade high purity (purity: 99.99995%) nitrogen for 10 minutes (flow rate: 2.0 L / min). .
  • the DMAEMA used contained 0.5% by weight of methylhydroquinone (MEHQ) which is a polymerization inhibitor.
  • MEHQ methylhydroquinone
  • reaction product was polymerized by irradiating the reaction product with ultraviolet rays for 22 hours using a round black fluorescent lamp (manufactured by NEC, model number: FCL20BL, 18W).
  • the reaction product became viscous after 5 hours and solidified after 15 hours to obtain a polymer as a reaction product.
  • the reaction product was dissolved in 2-propanol and the solution was transferred to a dialysis tube. Then, dialysis was performed for 72 hours to purify the reaction product.
  • the solution containing the reaction product is filtered through a 0.2 ⁇ m filter (manufactured by Toyo Roshi Kaisha, model number: 25AS020) made of cellulose mixed ester, and the resulting filtrate is freeze-dried to give an intramolecular ion complex type temperature response. (Yield: 6.8 g, conversion: 68%).
  • Test IB Preparation of coated culture surface
  • Test IB-1 Preparation of coated culture surface using masking sheet
  • a ⁇ 35 mm plate (Prime Surface (registered trademark), manufactured by SUMILON) (cell low Adsorbent plate) was used.
  • a silicon member (Tigers Polymer Co., Ltd., K-125) (thickness: 1.0 mm) modified with a hydrophilic group was prepared, and a donut shape (outer diameter ( ⁇ o) 8 mm) in a plan view at the center of this sheet.
  • An inner diameter ( ⁇ i) of 4 mm, a width of 2 mm) was provided.
  • a sheet having a donut-shaped hole was used as a masking sheet.
  • the masking sheet is laid on the culture surface of the plate, and 22.5 ⁇ L of the aqueous polymer solution (concentration: 3 ng / ⁇ L) prepared in the above-described Test IA is added thereto at room temperature. Was dried at 45 ° C. for 3 hours. After drying, the silicon sheet was peeled off.
  • Test IB-2 Preparation of coated culture surface using non-cell-adhesive sheet
  • a ⁇ 35 mm plate (Prime Surface (registered trademark), manufactured by SUMILON) (cell low adsorption plate) was used.
  • a silicon member modified with a hydrophilic group is prepared, and a donut shape (outer diameter ( ⁇ o) 8 mm, inner diameter ( ⁇ i) 4 mm or 3 mm, width 2 mm or 2.5 mm) is cut out in the center of the sheet in a plan view.
  • a sheet having a donut-shaped hole was used as an insole.
  • aqueous polymer solution (concentration: 3 ng / ⁇ L) prepared in Test IA described above was added at room temperature, and then the aqueous solution was dried at 45 ° C. for 3 hours. It was. After drying, the insole was laid on the coated culture surface.
  • the zeta potential on the surface of the coated culture surface was measured using a zeta electrometer (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd., model number: ELSZ) and a cell unit for flat plate samples.
  • the zeta potential was calculated by the Smoluchowski equation.
  • the zeta potential of the surface of the first coated region coated with the temperature responsive polymer was +20 mV.
  • the measured value of the zeta potential has a variation of about ⁇ 10%.
  • Test I-C Cell seeding and culture (Test I-C-1) (Reference Example I)
  • the cell culture vessel prepared in the above test IB-1 was used.
  • GFP recombinant rat chondrocyte A (Rat Chrondrocyte-A (GFP)) was added to a growth medium (RPMI-1640 + 10% fetal bovine serum (FBS) +10 ng / ⁇ L FGF-2; DMEM: manufactured by Gibco; FBS: biological industry Cell suspension was prepared by suspending in a lot number 715929; FGF-2: Peprotech, catalog number 400-29).
  • FBS fetal bovine serum
  • a cell suspension was added to the plate so that the cell density was 1.0 ⁇ 10 5 cells / cm 2 or more at room temperature.
  • the cells were cultured in a cell culture incubator at 37 ° C. and 5% CO 2 . About 15 hours after the start of the culture, chondrocytes started to aggregate from the coated culture surface, and after 24 hours from the start of the culture, a donut-shaped (ring-shaped) cell structure was formed.
  • the medium for regeneration (Dulbecco's modified Eagle medium (DMEM) + 10% fetal bovine serum (FBS) +10 ng / ⁇ L recombinant rat TGF- ⁇ 1 (Rat TGF- ⁇ 1 recombinant) +50 ⁇ g / mL diphosphorus ascorbate Acid; DMEM: Gibco, model 11965; FBS: Biorad, lot number 715929; Recombinant rat TGF- ⁇ 1: Peprotech, catalog number 100-21; Ascorbic acid diphosphate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) , Catalog number 196-01252)).
  • DMEM Gibco, model 11965
  • FBS Biorad, lot number 715929
  • Recombinant rat TGF- ⁇ 1 Peprotech, catalog number 100-21; Ascorbic acid diphosphate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) , Catalog number 196-01252)
  • FIG. 7 the state of the cell structure 24 hours after the start of culture in Test I-C-1 (Reference Example I) (1 day later), 2 days later, 6 days later, and 10 days later was observed using a fluorescence microscope. Show a picture of when. In particular, the lower figure shows an enlarged view of a part of a photograph of the cell structure after 10 days. From the photograph shown in FIG. 7, it was found that the cells constituting the obtained cell structure had a cartilage-like circular cell shape.
  • FIG. 8 shows a photograph of the cell structure obtained in Test IC-1 (Reference Example I) cut along the short-axis cross section. From the photograph shown in FIG. 8, the cells constituting the obtained cell structure have a unique cartilage lumen structure that is round and has a bowl-like room, and in the portion without the surrounding nucleus, It was revealed that extracellular matrix such as chondroitin and collagen was present, and the cell structure was found to be cartilage-like tissue.
  • Test I-C-2 The cell culture vessel prepared in the above test IB-2 was used.
  • GFP recombinant rat chondrocyte A (Rat Chondrocyte-A (GFP)) was added to a growth medium (RPMI-1640 + 10% fetal bovine serum (FBS) +10 ng / ⁇ L FGF-2; DMEM: manufactured by Gibco; FBS: BioRad Product, lot number 715929; FGF-2: manufactured by Peprotech, catalog number 400-29) to prepare a cell suspension.
  • FBS fetal bovine serum
  • DMEM fetal bovine serum
  • FBS BioRad Product, lot number 715929
  • FGF-2 manufactured by Peprotech, catalog number 400-29
  • chondrocytes began to aggregate from the coated culture surface, and after 24 hours from the start of culture, a donut-shaped (ring-shaped) cell structure was formed. The cell structure was settled and remained at the center in the width direction of the bottom surface of the insole recess.
  • Regeneration medium Dulbecco's modified Eagle medium (DMEM) + 10% fetal bovine serum (FBS) +10 ng / ⁇ L recombinant rat TGF- ⁇ 1 (Rat TGF- ⁇ 1 recombinant) +50 ⁇ g / mL ascorbic acid 3-5 hours after the start of culture Phosphoric acid; DMEM: Gibco, model number 11965; FBS: Biorad, lot number 715929; Recombinant rat TGF- ⁇ 1: Peprotech, catalog number 100-21; Ascorbic acid diphosphate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) Manufactured and catalog number 196-01252)). After the medium change, cell culture was continued for another 24 hours.
  • DMEM Dulbecco's modified Eagle medium
  • FBS fetal bovine serum
  • FBS fetal bovine serum
  • Recombinant rat TGF- ⁇ 1 Peprotech, catalog number 100-21; Ascorbic acid diphosphate (Wako Pure Chemical Industries
  • the medium was returned to the growth medium again, and a cell suspension was added in the presence of the cell structure so that the cell density was 1.0 ⁇ 10 5 cells / cm 2 or more under room temperature conditions.
  • the cells were cultured in a cell culture incubator at 37 ° C. and 5% CO 2 . After 15 hours from the start of the culture, the seeded chondrocytes begin to aggregate from the coated culture surface, aggregate so as to wrap around the donut-shaped (ring-shaped) cell structure, and donut-shaped (ring-shaped) whose size has been expanded once. Cell structures were formed. The cell structure was settled and remained at the center in the width direction of the bottom surface of the insole recess. The state of the cell structure after 27 hours from the start of the culture is shown in FIG. The seeding culture in the presence of the cell structure was repeated three times. The state of the cell structure after 1 to 3 repetitions is shown in FIG.
  • FIG. 9 the photograph when the state of the cell structure after 27 hours, 44 hours, 70 hours, and 122 hours after the start of culture in the test IC-2 is observed using a fluorescence microscope is shown.
  • the upper figure shows the state of the cell structure when using an insole having a donut-shaped cutout with a width of 2 mm
  • the lower figure shows the cell structure when using an insole with a donut-shaped cutout having a width of 2.5 mm
  • the state of is shown. From the photograph shown in FIG. 9, it was found that the size of the donut-shaped (ring-shaped) chondrocyte mass increased through seeding and culture of new cells.
  • Test I-C-3 The cell culture vessel prepared in the above test IB-2 was used.
  • GFP recombinant Lewis rat adipose tissue-derived mesenchymal stem cells (ADSC (Adipose-derived basal stromal cell)) were used for growth medium (Dulbecco's modified Eagle medium (DMEM) + 10% fetal bovine serum (FBS); DMEM: Gibco Manufactured, model No. 11965; FBS: manufactured by Bio-Rad, lot number 715929) to prepare a cell suspension.
  • a cell suspension was added to the plate so that the cell density was 1.0 ⁇ 10 5 cells / cm 2 or more at room temperature.
  • the cells were cultured in a cell culture incubator at 37 ° C.
  • chondrocytes began to aggregate from the coated culture surface, and after 8 hours from the start of culture, a donut-shaped (ring-shaped) cell structure was formed. The cell structure was settled and remained at the center in the width direction of the bottom surface of the insole recess.
  • a medium for cartilage differentiation (Dulbecco's modified Eagle medium (DMEM) + 10% fetal bovine serum (FBS) + 1% ITS Premix + 50 ⁇ g / mL ascorbic acid diphosphate + 10 ng / ⁇ L recombinant rat TGF- ⁇ 1 ( Rat TGF- ⁇ 1 recombinant) + 10M dexamethasone; DMEM: manufactured by Gibco, model No.
  • the medium was returned to the growth medium again, and a cell suspension was added so that the cell density was 1.0 ⁇ 10 5 cells / cm 2 or more in the presence of the cell structure at room temperature.
  • the cells were cultured in a cell culture incubator at 37 ° C. and 5% CO 2 .
  • the seeded chondrocytes begin to aggregate from the coated culture surface, aggregate so as to wrap around the donut-shaped (ring-shaped) cell structure, and donut-shaped (ring-shaped) whose size has been expanded once.
  • Cell structures were formed.
  • the state of the cell structure after 8 hours from the start of culture is shown in FIG.
  • the seeding culture in the presence of the cell structure was repeated three times. The appearance of the cell structure after one to three repetitions is shown in FIG.
  • FIG. 10 shows photographs of the cell structures observed in Test IC-3 at 8 hours, 20 hours, 32 hours, and 42 hours after the start of culture using a fluorescence microscope.
  • the upper figure shows the state of the cell structure when using an insole having a donut-shaped cutout with a width of 2 mm
  • the lower figure shows the cell structure when using an insole with a donut-shaped cutout having a width of 2.5 mm
  • the state of is shown.
  • the bottom figure shows a photograph when the state of the cell structure after 42 hours is observed using a stereomicroscope. From the photograph shown in FIG. 10, it was found that the size of the donut-shaped (ring-shaped) chondrocyte mass increased through seeding and culture of new cells. In particular, it can be seen that the donut-shaped (ring-shaped) chondrocyte mass protruded out of the recess of the insole after three times of seeding culture repetition (42 hours after the start of culture).
  • the donut-shaped (ring-shaped) chondrocyte mass obtained in Tests IC-2 and IC-3 is further subjected to a seeding culture process using ADSC cells that are mesenchymal cells.
  • the transplant material could be prepared in a round (not shown).
  • a biotube containing collagen as a main component (for example, refer to the method described in Examples of JP-A-2004-261260) (outer diameter: 3 mm, (Inner diameter: 2 mm, length: 20 mm) was prepared. Moreover, a silicon rod-like structure (columnar shape, length: 20 mm, outer diameter: 1.8 mm) was prepared as a core material (see FIG. 6 (i)). Next, the rod-like structure was inserted from one end of the hollow portion of the biotube toward the other end (see FIG. 6 (ii)).
  • FIG. 11 (a) shows a photograph when the state of the composite material 6 days after the start of culture in Test ID is observed with the naked eye.
  • FIG.11 (b) the photograph when the mode of the composite material 21 days after the culture
  • FIG. 12 shows an enlarged photograph of a part of the composite material observed with the naked eye 21 days after the start of culture in Test ID.
  • cartilage tissue was formed on the outer surface of the biotube.
  • complex was prepared was about 1 mm.
  • FIG. 13 shows a photograph of the composite material prepared in Test ID when it is observed with the tweezers when it is operated with tweezers.
  • A is an outer peripheral surface when not operated
  • (b) is a lumen surface when not operated
  • (c) is when collapsed to the whole
  • (d) is when pulled to a part of the side surface, The state of is shown.
  • FIGS. 13 (a) to (d) it was found that the composite material had mechanical strength that could withstand the above-described normal operation, and the cartilage tissue remained firmly adhered to the biotube.
  • FIG. 14 shows a photograph when the composite material prepared in Test ID is subjected to hematoxylin / eosin staining (HE staining) and observed using a microscope.
  • A shows a photograph of the appearance of the composite material
  • (b) shows a cross-sectional view taken along the plane AA of (a)
  • (c) and (d) show (b) ) Shows a partially enlarged version of the photo shown in FIGS. 14 (c) and 14 (d)
  • the portions stained in pink are collagen
  • the portions stained in blue-violet are cells.
  • the collagen fibers of the biotube and the extracellular matrix of chondrocytes are integrated.
  • reaction product was polymerized by irradiating the reaction product with ultraviolet rays for 22 hours using a round black fluorescent lamp (manufactured by NEC, model number: FCL20BL, 18W).
  • the reaction product became viscous after 5 hours and solidified after 15 hours to obtain a polymer as a reaction product.
  • the reaction product was dissolved in 2-propanol and the solution was transferred to a dialysis tube. Then, dialysis was performed for 72 hours to purify the reaction product.
  • the solution containing the reaction product is filtered through a 0.2 ⁇ m filter made of cellulose mixed ester (manufactured by Toyo Roshi Kaisha, model number: 25AS020), and the resulting filtrate is freeze-dried to obtain a temperature-responsive (homo) polymer. Obtained (yield: 6.8 g, conversion: 68%).
  • the nuclear magnetic resonance spectrum (NMR) of the above-described temperature-responsive polymer was measured using a nuclear magnetic resonance apparatus (manufactured by Varian, model number: Gemini 300) using heavy water (D 2 O) as a standard substance. Below, representative peaks are shown.
  • 1 H-NMR (in D 2 O) ⁇ 0.8-1.2 (br, —CH 2 —C (CH 3 ) —), 1.6-2.0 (br, —CH 2 —C (CH 3) -), 2.2-2.4 (br , -N (CH 3) 2), 2.5-2.7 (br, -CH 2 -N (CH 3) 2), 4.0- 4.2 (br, -O-CH 2 -).
  • the ratio with the number of functional groups of the carboxyl group in the side chain generated by the hydrolysis reaction of the bond was calculated.
  • the cloud point of the above temperature-responsive polymer was measured by the following method.
  • a 3% aqueous solution of a temperature-responsive polymer was prepared, and the absorbance at 660 nm of this aqueous solution was measured between 20 and 40 ° C.
  • the aqueous solution was transparent at 20 to 30 ° C. and the absorbance was almost 0, but white turbidity was observed in the aqueous solution from around 31 ° C., and the absorbance rapidly increased at 32 ° C. This confirmed that the temperature-responsive polymer had a cloud point of about 32 ° C.
  • the temperature-responsive polymer was heated to 37 ° C., the polymer aqueous solution was suspended with good responsiveness, and then the entire aqueous solution was solidified.
  • the temperature-responsive polymer was dissolved in pure water to prepare a temperature-responsive polymer solution.
  • concentration of the temperature-responsive polymer in each temperature-responsive polymer solution was as follows: temperature-responsive polymer a: 0.125 ng / ⁇ L, temperature-responsive polymer b: 0.25 ng / ⁇ L, temperature-responsive polymer c: 0.5 ng / ⁇ L, temperature-responsive polymer d: 1.0 ng / ⁇ L.
  • temperature-responsive polymer solutions a to d 25 ⁇ L were added to wells of a 384 well plate (manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd., product name “PrimeSurface” (registered trademark), MS-9384U). Then, the coated aqueous solution of the temperature-responsive polymer was dried by leaving it in an incubator (40 ° C.) for 6 hours to prepare coated cell culture devices a to d having a coated region A.
  • the above-mentioned temperature-responsive polymer was dissolved in physiological saline to prepare a temperature-responsive polymer solution.
  • concentration of the temperature-responsive polymer in each temperature-responsive polymer solution was as follows: temperature-responsive polymer e: 6 ng / ⁇ L, temperature-responsive polymer f: 12 ng / ⁇ L, and temperature-responsive polymer g: 24 ng / ⁇ L. 25 ⁇ L of a temperature-responsive polymer solution e to g was added to a well of a 384 well plate (manufactured by Sumitomo Bakelite, product name “PrimeSurface” (registered trademark), MS-9384U).
  • the radius of curvature (average) R of the round bottom was about 1.6 mm, and the maximum width L was about 2.5 mm. Then, the cells were allowed to stand in an incubator (37 ° C.) for 3 hours to prepare coated cell incubators eg having a coated region A. In the coated cell incubators eg, the temperature-responsive polymer solution added to the wells is not dried.
  • the temperature-responsive polymer was dissolved in pure water to prepare a temperature-responsive polymer solution.
  • concentration of the temperature-responsive polymer in each temperature-responsive polymer solution was as follows: temperature-responsive polymer h: 0.9 pg / ⁇ L, temperature-responsive polymer i: 1.8 pg / ⁇ L, temperature-responsive polymer j: 7.5 pg / ⁇ L, temperature-responsive polymer k: 15 pg / ⁇ L, temperature-responsive polymer 1: 31 pg / ⁇ L, temperature-responsive polymer m: 67 pg / ⁇ L, temperature-responsive polymer n: 125 pg / ⁇ L, temperature-responsive polymer o: 500 pg / ⁇ L.
  • the cell culture device p is a cell culture device that is not coated with a temperature-responsive polymer.
  • Example II-1 to II-35 Human hepatoma cells (Cosmo Bio, product number “HepG2-500”) were mixed in a medium (DMAEM + 10% FBS (manufactured by Gibco, lot number: 715929)), and 0.5 ⁇ 10 3 cells / 50 ⁇ L (cell solution I) ), 1.0 ⁇ 10 3 cells / 50 ⁇ L (cell solution II), 2.0 ⁇ 10 3 cells / 50 ⁇ L (cell solution III), 4.0 ⁇ 10 3 cells / 50 ⁇ L (cell solution IV), 8.0 A cell solution having a concentration of ⁇ 10 3 cells / 50 ⁇ L (cell solution V) was prepared.
  • DMAEM + 10% FBS manufactured by Gibco, lot number: 715929
  • Human hepatoma cells (Cosmo Bio, product number “HepG2-500”) were mixed in a medium (DMAEM + 10% FBS (manufactured by Gibco, lot number: 715929)), and 0.5 ⁇ 10 3 cells / 25 ⁇ L (cell solution VI ), 1.0 ⁇ 10 3 cells / 25 ⁇ L (cell solution VII), 2.0 ⁇ 10 3 cells / 25 ⁇ L (cell solution VIII), 4.0 ⁇ 10 3 cells / 25 ⁇ L (cell solution IX), 8.0 A cell solution having a concentration of ⁇ 10 3 cells / 25 ⁇ L (cell solution X) was prepared.
  • DMAEM + 10% FBS manufactured by Gibco, lot number: 715929
  • the cell solutions VI to X were added to each well of the coated cell incubator ho to seed the cells.
  • the combinations of the coated cell culture vessel and the cell solution in each example are as shown in Table 1. Thereafter, the cells were cultured for 24 hours in a cell incubator (37 ° C., 5% CO 2 ). Then, it observed with the microscope (Nikon Corporation make, ECLIPSE-Ti).
  • Examples II-76 to II-80 50 ⁇ L of cell solutions I to V were added to the wells of the coated cell incubator e, and the cells were seeded.
  • the combinations of the coated cell culture vessel and the cell solution in each example are as shown in Table 2.
  • the cells were cultured in a cell incubator (37 ° C., 5% CO 2 ) for 24 hours and observed with a microscope (Nikon Corporation, ECLIPSE-Ti). And it confirmed that the massive cell structure was formed in the bottom face of all the wells.
  • the following cell structure was evaluated for difficulty in peeling. The results are shown in Table 2.
  • Examples II-81 to II-100 25 ⁇ L of the cell solutions VI to X were added to the wells of the coated cell culture vessels h to k, and the cells were seeded.
  • the combinations of the coated cell culture vessel and the cell solution in each example are as shown in Table 2. Thereafter, the cells were cultured in a cell incubator (37 ° C., 5% CO 2 ) for 24 hours and observed with a microscope (Nikon Corporation, ECLIPSE-Ti). And it confirmed that the massive cell structure was formed in the bottom face of all the wells. In addition, the following cell structure was evaluated for difficulty in peeling. The results are shown in Table 2.
  • Example II-101 Human hepatoma cells (Cosmo Bio, product number “HepG2-500”) are mixed in a medium (DMAEM + 10% FBS (Gibco, Lot No .: 715929)) to give a cell having a concentration of 4.0 ⁇ 10 3 cells / 25 ⁇ L. A solution was prepared. The above-mentioned temperature-responsive polymer d (1.0 ng / ⁇ L) is placed in the center of the well of a 24-well plate (manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd., product name “Sumilon Celtite”, MS-9024X).
  • 0.5 ⁇ L was dropped as a droplet using (Fit). Then, the coated aqueous solution of the temperature-responsive polymer was dried by leaving it in an incubator (37 ° C.) for 3 hours to prepare a coated cell culture device q having a coated region A. Then, 1,000 ⁇ L of the cell solution I was added to the well of the coated cell culture device q, and the cells were seeded. Thereafter, the cells were cultured for 96 hours in a cell incubator (37 ° C., 5% CO 2 ). Then, it observed with the microscope (Nikon Corporation make, ECLIPSE-Ti).
  • HepG2 cultured in Example II-101 was observed with a microscope (Nikon Corporation, ECLIPSE-Ti). Then, the state of adhesion of HepG2 adhered to the covered region was evaluated, and the presence or absence of metastasis from epithelial cells to stromal cells was determined.
  • FIG. 17 shows a photograph of the epithelial cells cultured for 96 hours on the temperature-responsive polymer or temperature-responsive polymer composition used in the present invention.
  • a part surrounded by a broken line indicates a covered region A
  • a black frame arrow indicates a cell that is adhered / grown in the covered region A
  • a black arrow indicates a cell that is adhered / grown in an uncoated region.
  • the cells cultured on the coated area A have reached confluence and have a fibroblast-like morphology, while being cultured on the uncoated area.
  • the cells were scattered in paving stones (islands) and were found to retain the characteristics of epithelial cells. From this result, it was shown that the temperature-responsive polymer or temperature-responsive polymer composition used in the present invention has an effect of epithelial-stromal transition.
  • Example III-1 Manufacture of a production apparatus for a solid structure
  • a stainless steel tube manufactured by Fuji Filter Industrial Co., Ltd., 3 ⁇
  • a mesh structure as the mandrel
  • a part of the trade name “PrimeSurface” registered trademark
  • MS-9024X manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd., product number “MS-9024X”
  • a device provided with a through-hole was used to manufacture a device in which the culture surface and the through-hole were in contact.
  • the culture surface was substantially circular and the outer diameter was about 25 mm.
  • the shape of the apparatus was the shape shown in FIG.
  • DMAEMA 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate
  • 5 mL of water was added, and the mixture was stirred using a magnetic stirrer.
  • the mixture (liquid) was deoxygenated by purging nitrogen gas of G1 grade high purity (purity: 99.99995%) for 10 minutes (flow rate: 2.0 L / min).
  • the DMAEMA used contained 0.5% by mass of methylhydroquinone (MEHQ) which is a polymerization inhibitor.
  • reaction product was polymerized by irradiating the reaction product with ultraviolet rays for 22 hours using a round black fluorescent lamp (manufactured by NEC, model number: FCL20BL, 18W).
  • the reaction product became viscous after 5 hours and solidified after 15 hours to obtain a polymer as a reaction product.
  • the reaction product was dissolved in 2-propanol and the solution was transferred to a dialysis tube. Then, dialysis was performed for 72 hours to purify the reaction product.
  • the solution containing the reaction product is filtered through a 0.2 ⁇ m filter made of cellulose mixed ester (manufactured by Toyo Roshi Kaisha, model number: 25AS020), and the resulting filtrate is freeze-dried to obtain a temperature-responsive (homo) polymer. Obtained (yield: 6.8 g, conversion: 68%).
  • NMR nuclear magnetic resonance spectrum
  • the cloud point of the above temperature-responsive polymer was measured by the following method.
  • a 3% aqueous solution of a temperature-responsive polymer was prepared, and the absorbance at 660 nm of this aqueous solution was measured between 20 and 40 ° C.
  • the aqueous solution was transparent at 20 to 30 ° C. and the absorbance was almost 0, but white turbidity was observed in the aqueous solution from around 31 ° C., and the absorbance rapidly increased at 32 ° C. This confirmed that the temperature-responsive polymer had a cloud point of about 32 ° C.
  • the temperature-responsive polymer was heated to 37 ° C., the polymer aqueous solution was suspended with good responsiveness, and then the entire aqueous solution was solidified.
  • the above temperature-responsive polymer was dissolved in pure water to prepare a temperature-responsive polymer solution (final concentration 15 ng / ⁇ L). This solution is applied to the entire culture surface of the above-mentioned apparatus and left in an incubator (40 ° C.) for 1 hour to dry the applied aqueous solution of the temperature-responsive polymer. A manufacturing apparatus was prepared.
  • Example III-2 Cut out a stainless steel tube (manufactured by Fuji Filter Industrial Co., Ltd., 3 ⁇ ) as the mandrel and a part of the product name “PrimeSurface” (registered trademark) (manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd., product number “MS-9024X”) as the culture surface. Then, a device provided with a through hole (approximately 3.2 mm diameter) was used to manufacture a device having a gap between the culture surface and the through hole. The culture surface was substantially circular, its outer diameter was about 25 mm, and the gap between the culture surface and the through hole was 0.2 mm. The shape of the apparatus was the shape shown in FIG. In the same manner as in Example III-1, a culture surface was coated with a temperature-responsive polymer, and a three-dimensional tissue body preparation apparatus having a coated culture surface was prepared.
  • Example III-3 (Production of ring-shaped three-dimensional structure)
  • the apparatus for producing a three-dimensional tissue body produced in Example III-1 was placed in a conical tube having an inner diameter of 30 mm (manufactured by Iwaki, product code “2345-050”), and a medium (DMEM + 10% FBS (manufactured by Biological Industries, lot number) : 715929) +50 ⁇ g / mL ascorbic acid diphosphate (manufactured by Wako Pure Chemicals, product number: 196-1252)).
  • GFP recombinant Lewis rat adipose tissue-derived mesenchymal stem cells were mixed in a medium similar to the medium in which the production apparatus was immersed to prepare a cell suspension. Thereafter, 2 mL of a cell suspension of 60 ⁇ 10 5 cells / mL was added, and the cells were seeded. Thereafter, the cells were cultured in a cell incubator (37 ° C., 5% CO 2 ) for 24 hours, and it was confirmed that a ring-shaped three-dimensional structure wound around the mandrel was obtained. The obtained ring-shaped three-dimensional structure was almost the same as FIG. The obtained ring-shaped three-dimensional structure was a three-dimensional structure mainly composed of ADSC.
  • Example III-4 (Production of ring-shaped three-dimensional structure) A ring-shaped three-dimensional structure was prepared in the same manner as in Example III-3 except that the three-dimensional structure manufacturing apparatus prepared in Example III-2 was used. It was confirmed that a ring-shaped three-dimensional structure wound around the mandrel was obtained by jumping over the gap between the two.
  • FIG. 24 shows the ring-shaped three-dimensional structure obtained in Example III-4.
  • the obtained ring-shaped three-dimensional structure was a three-dimensional structure mainly composed of ADSC.
  • Example III-5 (Production of luminal solid body)
  • the apparatus for producing a three-dimensional tissue body produced in Example III-1 was placed in a conical tube (product code “2345-050” manufactured by Iwaki Co., Ltd.) having an inner diameter of 30 mm, and a medium (RPMI-1640 + 10% FBS (manufactured by Biological Industries, manufactured by lot) No .: 715929) +10 ng / ⁇ L rat TGF- ⁇ 1 recombinant (manufactured by PEPROTECH, product number: 100-21) +50 ⁇ g / mL ascorbic acid diphosphate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., product number: 196-01252)) Soaked in.
  • a conical tube product code “2345-050” manufactured by Iwaki Co., Ltd.
  • a medium RPMI-1640 + 10% FBS (manufactured by Biological Industries, manufactured by lot) No .: 715929) +10 ng
  • chondrocytes collected from a GFP recombinant Lewis rat knee joint according to a conventional method were mixed in a medium similar to the medium in which the production apparatus was immersed to prepare a cell suspension. Thereafter, 2 mL of a cell suspension of 60 ⁇ 10 5 cells / mL was added, the cells were seeded, cultured in a cell incubator (37 ° C., 5% CO 2 ) for 48 hours, and wrapped around a mandrel. It was confirmed that a three-dimensional structure was obtained.
  • FIG. 25 shows a luminal solid body obtained in Example III-5.
  • FIG. 25 is a photograph taken after a stainless steel tube, which is a mandrel, is extracted and replaced with a silicone resin tube.
  • Example III-6 (Production of luminal solid body) Using the apparatus for producing a three-dimensional tissue body produced in Example III-2, a luminal shape was obtained in the same manner as in Example III-5, except that the culture surface was moved 0.2 mm upward in the extending direction of the mandrel. A three-dimensional structure was prepared, and it was confirmed that a tubular three-dimensional structure in which nine ring-shaped three-dimensional structures were bonded to each other was obtained. The obtained luminal three-dimensional tissue was almost the same as that shown in FIG.
  • Example III-7 Manufacture of a production apparatus for a three-dimensional tissue having a plurality of culture surfaces Cut out a stainless steel tube (manufactured by Fuji Filter Industrial Co., Ltd., 3 ⁇ ) as the mandrel and a part of the product name “PrimeSurface” (registered trademark) (manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd., product number “MS-9024X”) as the culture surface. Then, a device having nine culture surfaces with a gap between the culture surface and the through hole was manufactured using a device having through holes (approximately 3.2 mm diameter).
  • All culture surfaces were substantially circular, the outer diameter was about 24 mm, and the gap between the culture surface and the through-hole was 0.2 mm.
  • the shape of the apparatus was set to the shape which has nine culture
  • all the culture surfaces were covered with a temperature-responsive polymer, and a three-dimensional tissue production apparatus having a coated culture surface was prepared. The interval between the culture surfaces was 1 mm.
  • Example III-8 Production of luminal solid body
  • the apparatus for producing a three-dimensional tissue body produced in Example III-7 was placed in a conical tube (manufactured by Iwaki, product code “2345-050”) having an inner diameter of 30 mm, and a medium (DMEM + 10% FBS (manufactured by Biological Industries, lot number: Then, the rat subcutaneous fat-derived mesenchymal stem cells were mixed in the same medium as the medium in which the preparation apparatus was immersed to prepare a cell suspension, and then 60 ⁇ 10 6 cells / mL.
  • FIG. 28A shows a luminal three-dimensional tissue obtained in Example III-8 (photo after fixation with 3.8% glutaraldehyde), and FIG. 28B shows a HE-stained section image.
  • Example III-9 (Artificial blood vessel) Umbilical cord blood-derived vascular endothelial cells labeled with red fluorescence with a cell linker kit were placed on nine culture surfaces of the three-dimensional tissue preparation apparatus produced in Example III-7, and medium (DMEM + 10% FBS (manufactured by Biological Industries, Lot) No .: 715929) and cell seeding was performed by adding 1 mL each at a density of 60 ⁇ 10 5 cells / mL, and this was a conical tube having an inner diameter of 30 mm (product code “2345-050” manufactured by Iwaki).
  • medium DMEM + 10% FBS (Biological Industries, Lot No .: 715929)
  • FIG. 29 shows a fluorescence microscopic image of the artificial blood vessel obtained in Example III-9.
  • Example III-10 (Artificial trachea) The apparatus for producing a three-dimensional tissue body produced in Example III-1 was placed in a conical tube having an inner diameter of 30 mm (manufactured by Iwaki Co., Ltd., product code “2345-050”), and a medium (DMEM + 10% FBS (manufactured by Biological Industries, lot number) : 715929) +50 ⁇ g / mL ascorbic acid diphosphate (manufactured by Wako Pure Chemicals, product number: 196-1252)). Thereafter, chondrocytes derived from the beagle dog knee joint were mixed in a medium similar to the medium in which the preparation apparatus was immersed to prepare a chondrocyte suspension.
  • chondrocyte suspension 2 mL of 60 ⁇ 10 5 cells / mL chondrocyte suspension was added, the cells were seeded, cultured in a cell incubator (37 ° C., 5% CO 2 ) for 48 hours, and cartilage wound around the mandrel It was confirmed that a ring-shaped three-dimensional organization of cells was obtained. Thereafter, the culture surface was moved 0.5 mm downward in the extending direction of the mandrel, and the rat adipose tissue-derived mesenchymal stem cells (ADSC) were mixed in a medium similar to the medium in which the preparation apparatus was immersed, and the fibroblast prepared.
  • ADSC rat adipose tissue-derived mesenchymal stem cells
  • FIG. 30 shows the artificial trachea obtained in Example III-10.
  • FIG. 30 is a photograph taken after a stainless steel tube, which is a mandrel, is extracted and replaced with a silicone resin tube.
  • Example III-11 (3D structure consisting mainly of protein)
  • the apparatus for producing a three-dimensional tissue body produced in Example III-1 was placed in a conical tube having an inner diameter of 30 mm (manufactured by Iwaki, product code “2345-050”), and a medium (DMEM + 10% FBS (manufactured by Biological Industries, lot number) : 715929) +50 ⁇ g / mL ascorbic acid diphosphate (manufactured by Wako Pure Chemicals, product number: 196-1252)).
  • DMEM + 10% FBS manufactured by Biological Industries, lot number
  • FBS manufactured by Biological Industries, lot number
  • ascorbic acid diphosphate manufactured by Wako Pure Chemicals, product number: 196-1252
  • ADSC rat adipose tissue-derived mesenchymal stem cells
  • FIG. 31 shows a three-dimensional tissue comprising the protein obtained in Example III-11 as a main component.
  • Example IV-A1 Test IV-A1 Production of Polymer
  • a transparent vial made of soft glass having a capacity of 50 mL 10.0 g of 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) and 5 mL of water were added, and a magnetic stirrer was added. And stirred.
  • the mixture (liquid) was deoxygenated by purging nitrogen gas of G1 grade high purity (purity: 99.99995%) for 10 minutes (flow rate: 2.0 L / min).
  • the DMAEMA used contained 0.5% by mass of methylhydroquinone (MEHQ) which is a polymerization inhibitor.
  • MEHQ methylhydroquinone
  • reaction product was polymerized by irradiating the reaction product with ultraviolet rays for 22 hours using a round black fluorescent lamp (manufactured by NEC, model number: FCL20BL, 18W).
  • the reaction product became viscous after 5 hours and solidified after 15 hours to obtain a polymer as a reaction product.
  • the reaction product was dissolved in 2-propanol and the solution was transferred to a dialysis tube. Then, dialysis was performed for 72 hours to purify the reaction product.
  • the solution containing the reaction product is filtered through a 0.2 ⁇ m filter made of cellulose mixed ester (manufactured by Toyo Roshi Kaisha, model number: 25AS020), and the resulting filtrate is freeze-dried to obtain a temperature-responsive (homo) polymer. Obtained (yield: 6.8 g, conversion: 68%).
  • the nuclear magnetic resonance spectrum (NMR) of the above-described temperature-responsive polymer was measured using a nuclear magnetic resonance apparatus (manufactured by Varian, model number: Gemini 300) using heavy water (D 2 O) as a standard substance. Below, representative peaks are shown.
  • 1 H-NMR (in D 2 O) ⁇ 0.8-1.2 (br, —CH 2 —C (CH 3 ) —), 1.6-2.0 (br, —CH 2 —C (CH 3) -), 2.2-2.4 (br , -N (CH 3) 2), 2.5-2.7 (br, -CH 2 -N (CH 3) 2), 4.0- 4.2 (br, -O-CH 2 -).
  • the ratio with the number of functional groups of the carboxyl group in the side chain generated by the hydrolysis reaction of the bond was calculated.
  • Example Polymer 1 A 3% aqueous solution of Example Polymer 1 was prepared, and the absorbance at 660 nm of this aqueous solution was measured between 20 ° C. and 40 ° C. As a result, the aqueous solution was transparent at 20 ° C. to 30 ° C. and the absorbance was almost 0. However, white turbidity was observed in the aqueous solution from around 31 ° C., and the absorbance rapidly increased at 32 ° C. This confirmed that the polymer had a cloud point of about 32 ° C. When the example polymer was heated to 37 ° C., the polymer aqueous solution was suspended with good responsiveness, and then the entire aqueous solution was solidified.
  • Example IV-A2 Production of Cell Structure
  • a cell structure was produced using a culture surface prepared by coating and drying.
  • a 35 mm cell culture plate made of polystyrene manufactured by Iwaki, model number: 3000-035-MYP, bottom area per well: 9 cm 2
  • 40 ⁇ L of a temperature-responsive polymer aqueous solution (concentration: 15 ⁇ g / mL) cooled to below the cloud point was applied over the entire surface of the culture surface.
  • the aqueous solution of the applied temperature-responsive polymer was dried by leaving it in a clean bench.
  • a coating region coated with a temperature-responsive polymer was provided on the culture surface of the cell culture plate.
  • Test IV-A3 Measurement of zeta potential
  • the zeta potential meter manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd., model number
  • ELSZ zeta potential meter
  • a flat sample cell unit Specifically, a small sample was brought into close contact with the lower surface of the quartz cell, and a monitor particle suspension was injected into the cell.
  • particles zeta potential: ⁇ 5 mV to +5 mV
  • the zeta potential was calculated using the Smoluchowski equation.
  • the zeta potential of the surface of the small piece of the uncoated cell culture plate was -68 mV, a value well known to those skilled in the art as the zeta potential of a general thermoplastic resin solid surface.
  • the zeta potential of the surface of the small piece of the cell culture plate coated with the temperature-responsive polymer was +20 mV.
  • the measured value of the zeta potential on the solid surface has a variation of about ⁇ 10%, and also in the sample preparation process, the coating operation itself varies. Therefore, the measured value of the zeta potential may have a certain amount of error.
  • Test IV-A4 Measurement of contact angle Using a contact angle meter (trade name: DMs-400, manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.) in accordance with JIS R3257, the contact angle of water with respect to the coated area of the cell culture plate. The measured value was 70 ° ⁇ 10 °.
  • the shape of the droplet was almost a perfect circle, and the diameter of the droplet was 1 mm for 0.5 ⁇ L, 2 mm for 2 ⁇ L, 3 mm for 4 ⁇ L, and 5.5 mm for 20 ⁇ L.
  • the interval between the droplets was set to 200 ⁇ m or more for every droplet.
  • the ratio of the bottom area of the droplet to the area of the coating region was about 75%.
  • the seeded adipose stem cells derived from rat subcutaneous fat were cultured in a cell culture incubator at 37 ° C. and 5% CO 2 atmosphere for 8 hours. After 0 hours from the start of culture (immediately after dropping), adipose stem cells were adhered to the entire surface of the coated region (see FIG. 32 (v)).
  • Example IV-A2 to IV-A5 For Example IV-A2, an experiment was conducted in the same manner as in Example IV-A1 except that the surface zeta potential of the coated region was changed from +20 mV to +15 mV by adjusting the conditions for polymer production. As in Example IV-A1, a cell structure having a spheroid-like structure with a desired size was obtained.
  • Example IV-A3 an experiment was conducted in the same manner as in Example IV-A1 except that the surface zeta potential of the coated region was changed from +20 mV to +35 mV by adjusting the polymer production conditions. As in Example IV-A1, a cell structure having a spheroid-like structure with a desired size was obtained.
  • Example IV-A4 is the same as Example IV-A1 except that the contact angle of water with respect to the coated region was changed from 70 ° ⁇ 10 ° to 65 ° ⁇ 7 ° by adjusting the polymer production conditions. Similarly, when an experiment was conducted, a cell structure having a spheroid-like structure with a desired size was obtained in the same manner as in Example IV-A1.
  • Example IV-A5 is the same as Example IV-A1 except that the contact angle of water with respect to the coated region was changed from 70 ° ⁇ 10 ° to 75 ° ⁇ 5 ° by adjusting the conditions for polymer production. Similarly, when an experiment was conducted, a cell structure having a spheroid-like structure with a desired size was obtained in the same manner as in Example IV-A1.
  • Example IV-B1 Test IV-B1 Preparation of Culture Surface
  • Matsunami Glass: MICRO COVER GLASS (30 mm ⁇ 40 mm ⁇ 0.15 mm thickness) was washed with diethyl ether and dried. This was carried out for the purpose of cleaning oily components and foreign matters for preventing sticking between glass plates.
  • the glass plate introduced with the vinyl group prepared in the above (1) is placed in a 100 mm diameter petri dish, 10 mL of the monomer aqueous solution deoxygenated by nitrogen gas bubbling is added and the glass plate is immersed, and the inside becomes a nitrogen atmosphere. Sealed.
  • a 375 nm black light was irradiated from the bottom of the petri dish for 10 hours, and the glass plate was washed with RO water and 2-propalol and dried to obtain a cell culture device (1).
  • the amount of droplets and the diameter of the droplets did not have a first-order correlation in the entire range of the droplet volume of 0.5 ⁇ L to 50 ⁇ L.
  • FIGS. 34 (B) and 34 (C) when separated into a range of 0.5 ⁇ L to 5.0 ⁇ L and a range of 5.0 ⁇ L to 50 ⁇ L, a linear correlation was confirmed in each region, and the liquid volume was reduced by the droplet volume. It was suggested that the droplet diameter could be controlled.
  • 34A to 34C show the results of examining the correlation between the amount of droplets on the culture surface and the diameter of the droplets in Examples.
  • the droplets were sucked with a capillary, washed with water and methanol, and then dried to obtain a cell culture device (2). Graft polymerization was performed as in Test IV-B1-1. It was confirmed by IR analysis that the copolymer was fixed only on the droplets (dots) into which the silane coupling agent Vinyltrimethylsilane solution was dropped.
  • Example IV-B2 Production of Cell Structure
  • Example IV-B2 a cell structure was produced using a culture surface prepared by graft polymerization.
  • Test IV-B2-1 Rat mesenchymal stem cell suspension (cell density: 3.0 ⁇ 10 5 cells / mL, complete medium (Dulbecco) on the surface of the glass plate on which the copolymer produced in Test IV-B1-1 was fixed.
  • DMEM Modified Eagle's Medium
  • FBS fetal bovine serum
  • Example V-1 Preparation of temperature-responsive polymer
  • DMAEMA 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate
  • MEHQ methylhydroquinone
  • reaction product was polymerized by irradiating the reaction product with ultraviolet rays for 22 hours using a round black fluorescent lamp (manufactured by NEC, model number: FCL20BL, 18W).
  • the reaction product became viscous after 5 hours and solidified after 15 hours to obtain a polymer as a reaction product.
  • the reaction product was dissolved in 2-propanol and the solution was transferred to a dialysis tube. Then, dialysis was performed for 72 hours to purify the reaction product.
  • the solution containing the reaction product is filtered through a 0.2 ⁇ m filter (manufactured by Toyo Roshi Kaisha, model number: 25AS020) made of cellulose mixed ester, and the resulting filtrate is freeze-dried to give an intramolecular ion complex type temperature response. (Yield: 6.8 g, conversion: 68%).
  • the nuclear magnetic resonance spectrum (NMR) of the temperature-responsive polymer was measured using a nuclear magnetic resonance apparatus (manufactured by Varian, model number: Gemini 300) with heavy water (D 2 O) as a standard substance.
  • the following shows typical peaks common to Example polymer V-1.
  • a 3% aqueous solution of the obtained temperature-responsive polymer was prepared, and the absorbance at 660 nm of this aqueous solution was measured between 20 ° C. and 40 ° C., and it was about 32 ° C.
  • Test V-B Preparation of first coated region and second coated region
  • a ⁇ 35 mm plate (Prime Surface (registered trademark), manufactured by SUMILON) (cell low-adsorbing plate) was used.
  • the aqueous solution (concentration: 15 ng / ⁇ L) of the polymer prepared in the test VA described above was spotted at 6 locations on the culture surface of the plate at room temperature under conditions of 4.0 ⁇ L each. It dried at 30 degreeC for 30 minute (s), and each circular 1st coating area
  • the first covering region After drying, in one of the six circular first covering regions, the first covering region is located on a straight line passing through the center of the first covering region and is located at two ends of the first covering region.
  • a fibronectin solution (derived from human plasma) (concentration: 200 ng / ⁇ L) (BD Biosciences, lot number 3353563) was spotted 0.2 ⁇ L at a time so as to overlap with the region, and then this solution was incubated at 37 ° C. for 5 minutes. It dried and prepared the circular 2nd coating
  • the zeta potential on the surface of the first coating region was measured using a zeta electrometer (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd., model number: ELSZ) and a cell unit for a flat plate sample.
  • the zeta potential was calculated by the Smoluchowski equation.
  • the zeta potential of the surface of the first coated region coated with the temperature responsive polymer was +20 mV.
  • the measured value of the zeta potential has a variation of about ⁇ 10%.
  • Test VC Cell seeding and culture
  • ADSC Adipose-derived basal stromal cell
  • DMEM Dulbecco modified Eagle medium
  • FBS fetal bovine serum
  • FBS manufactured by Gibco, No. 11965
  • FBS manufactured by Biological Industry, lot number 715929
  • FIG. 38 (a) shows a state after culturing ADSC of a GFP recombinant Lewis rat for 2 hours in the first coated region and the second coated region prepared in Test VB in Test VC using a microscope. Shows a photograph when observed. The cells were then cultured for an additional 18 hours in a cell culture incubator at 37 ° C. and 5% CO 2 . During an additional 18 hours of culture, cells that had adhered to the first coated area aggregated toward the central portion, while cells that adhered to the second coated area continued to adhere to the original location.
  • FIG. 38 (b) shows a state after culturing ADSCs of GFP recombinant Lewis rats for 20 hours in the first coated region and the second coated region prepared in Test V-B in Test VC using a microscope. Shows a photograph when observed.
  • FIG. 38 (c) shows a photograph of the cell structure shown in FIG. 38 (b) observed at a reduced magnification.
  • FIG. 38 (d) shows a photograph when the state of the cell structure shown by the broken line in FIG. 38 (b) is observed using a fluorescence microscope.
  • Test VC the cell structures obtained in Test VC
  • Example V-2 The cell adhesion substance to be used was replaced with laminin (concentration: 50 ng / ⁇ L) (manufactured by Nippi) from the fibronectin solution, and a test similar to the test VB of Example V-1 described above was performed. Then, the cells to be used are replaced with cardiomyocytes (isolated from a newborn Lewis rat on the first day of life according to a conventional method) from ADSC of a GFP recombinant Lewis rat, and the same as in Test V-C of Example V-1 above. The test was conducted. Also in this case, a cell structure having the same structure as the cell structure shown in FIG. 38 was obtained.
  • Example VI-1 To a transparent vial made of soft glass having a volume of 50 mL, 10.0 g of 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) and 5 mL of water were added, and the mixture was stirred using a magnetic stirrer. The mixture (liquid) was deoxygenated by purging nitrogen gas of G1 grade high purity (purity: 99.99995%) for 10 minutes (flow rate: 2.0 L / min). The DMAEMA used contained 0.5% by mass of methylhydroquinone (MEHQ) which is a polymerization inhibitor.
  • MEHQ methylhydroquinone
  • reaction product was polymerized by irradiating the reaction product with ultraviolet rays for 22 hours using a round black fluorescent lamp (manufactured by NEC, model number: FCL20BL, 18W).
  • the reaction product became viscous after 5 hours and solidified after 15 hours to obtain a polymer as a reaction product.
  • the reaction product was dissolved in 2-propanol and the solution was transferred to a dialysis tube. Then, dialysis was performed for 72 hours to purify the reaction product.
  • the solution containing the reaction product is filtered through a 0.2 ⁇ m filter made of cellulose mixed ester (manufactured by Toyo Roshi Kaisha, model number: 25AS020), and the resulting filtrate is freeze-dried to obtain a temperature-responsive (homo) polymer. Obtained (yield: 6.8 g, conversion: 68%).
  • the nuclear magnetic resonance spectrum (NMR) of the above-described temperature-responsive polymer was measured using a nuclear magnetic resonance apparatus (manufactured by Varian, model number: Gemini 300) using heavy water (D 2 O) as a standard substance. Below, representative peaks are shown.
  • 1 H-NMR (in D 2 O) ⁇ 0.8-1.2 (br, —CH 2 —C (CH 3 ) —), 1.6-2.0 (br, —CH 2 —C (CH 3) -), 2.2-2.4 (br , -N (CH 3) 2), 2.5-2.7 (br, -CH 2 -N (CH 3) 2), 4.0- 4.2 (br, -O-CH 2 -).
  • the ratio with the number of functional groups of the carboxyl group in the side chain generated by the hydrolysis reaction of the bond was calculated.
  • the cloud point of the above temperature-responsive polymer was measured by the following method.
  • a 3% aqueous solution of a temperature-responsive polymer was prepared, and the absorbance at 660 nm of this aqueous solution was measured between 20 and 40 ° C.
  • the aqueous solution was transparent at 20 to 30 ° C. and the absorbance was almost 0, but white turbidity was observed in the aqueous solution from around 31 ° C., and the absorbance rapidly increased at 32 ° C. This confirmed that the temperature-responsive polymer had a cloud point of about 32 ° C.
  • the temperature-responsive polymer was heated to 37 ° C., the polymer aqueous solution was suspended with good responsiveness, and then the entire aqueous solution was solidified.
  • the above temperature-responsive polymer was dissolved in pure water to prepare a temperature-responsive polymer solution (final concentration 6 ng / ⁇ L).
  • a temperature-responsive polymer solution final concentration 6 ng / ⁇ L
  • 0.5 ⁇ L of the temperature-responsive polymer solution was applied in a circular shape to 10 locations on the culture surface of a 35 mm dish (manufactured by Sumitomo Bakelite, product name “PrimeSurface” (registered trademark), MS-9035X).
  • the diameter of the circular coated culture surface per site was about 2,000 ⁇ m, and the distance between each coated culture surface was about 2,000 ⁇ m.
  • the coated aqueous solution of the temperature-responsive polymer was dried by leaving it in an incubator (40 ° C.) for 1 hour to prepare a coated cell culture device having a plurality of coated culture surfaces.
  • a medium SkGM (Lonza Corporation, model number: CC-). 3245
  • 10% FBS manufactured by Gibco, lot number: 715929
  • the cells are cultured in a cell incubator (37 ° C., 5% CO 2 ) for 1 hour, the medium is replaced with a new medium, and further cultured in a cell incubator (37 ° C., 5% CO 2 ) for 48 hours.
  • a massive cell structure was obtained.
  • Example VI-2 A lump cell structure was prepared in the same manner as in Example VI-1, except that 233 recombinant Lewis rat adipose tissue-derived mesenchymal stem cells were mixed with 100 newborn Lewis rat cardiomyocytes. Obtained.
  • Example VI-3 Three types of cells were used: neonatal Lewis rat cardiomyocytes as cardiomyocytes, GFP recombinant Lewis rat adipose tissue-derived mesenchymal stem cells (ADSC) as mesenchymal stem cells, and macrophages as immune system cells.
  • the macrophages were used after differentiation induction from monocytes derived from rat bone marrow (Cosmo Bio, bone marrow monocyte culture kit, product number: BMM01).
  • Example VI-1 100 neonatal Lewis rat cardiomyocytes were seeded with cells mixed at a ratio of 250 GFP recombinant Lewis rat adipose tissue-derived mesenchymal stem cells in the same manner as in Example VI-1, After 5 hours, after the cells adhered to form a monolayer, the medium was changed. Other than adding the rat-derived macrophage suspension containing macrophages to this monolayer so that the ratio of 5 rat-derived macrophages to 100 new Lewis rat cardiomyocytes was added, and static culture was continued The same operation as in Example VI-1 was performed.
  • Example VI-1 A lump cell structure was obtained in the same manner as in Example VI-1, except that 100 newborn Lewis rat cardiomyocytes were mixed with 75 GFP recombinant Lewis rat adipose tissue-derived mesenchymal stem cells. Obtained.
  • Example VI-2 A lump cell structure was obtained in the same manner as in Example VI-1, except that a cell solution was prepared only from neonatal Lewis rat cardiomyocytes without mixing GFP recombinant Lewis rat adipose tissue-derived mesenchymal stem cells. .
  • Example VI-3 A lump cell structure was obtained in the same manner as in Example VI-1, except that 100 newborn Lewis rat cardiomyocytes were mixed with 33 GFP recombinant Lewis rat adipose tissue-derived mesenchymal stem cells. Obtained.
  • Example VI-4 A lump cell structure was prepared in the same manner as in Example VI-1, except that 100 newborn Lewis rat cardiomyocytes were mixed with 25 GFP recombinant Lewis rat adipose tissue-derived mesenchymal stem cells. Obtained.
  • Example VI-5 A lump cell structure was prepared in the same manner as in Example VI-1, except that 100 GFP recombinant Lewis rat adipose tissue-derived mesenchymal stem cells were mixed with 100 new Lewis rat cardiomyocytes. Obtained.
  • Example VII-1 To a transparent vial made of soft glass having a volume of 50 mL, 10.0 g of 2-N, N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) and 5 mL of water were added, and the mixture was stirred using a magnetic stirrer. The mixture (liquid) was deoxygenated by purging nitrogen gas of G1 grade high purity (purity: 99.99995%) for 10 minutes (flow rate: 2.0 L / min). The DMAEMA used contained 0.5% by mass of methylhydroquinone (MEHQ) which is a polymerization inhibitor.
  • MEHQ methylhydroquinone
  • reaction product was polymerized by irradiating the reaction product with ultraviolet rays for 22 hours using a round black fluorescent lamp (manufactured by NEC, model number: FCL20BL, 18W).
  • the reaction product became viscous after 5 hours and solidified after 15 hours to obtain a polymer as a reaction product.
  • the reaction product was dissolved in 2-propanol and the solution was transferred to a dialysis tube. Then, dialysis was performed for 72 hours to purify the reaction product.
  • the solution containing the reaction product is filtered through a 0.2 ⁇ m filter made of cellulose mixed ester (manufactured by Toyo Roshi Kaisha, model number: 25AS020), and the resulting filtrate is freeze-dried to obtain a temperature-responsive (homo) polymer. Obtained (yield: 6.8 g, conversion: 68%).
  • the nuclear magnetic resonance spectrum (NMR) of the above-described temperature-responsive polymer was measured using a nuclear magnetic resonance apparatus (manufactured by Varian, model number: Gemini 300) using heavy water (D 2 O) as a standard substance. Below, representative peaks are shown.
  • 1 H-NMR in D 2 O) ⁇ 0.8-1.2 (br, —CH 2 —C (CH 3 ) —), 1.6-2.0 (br, —CH 2 —C (CH 3) ) -), 2.2-2.4 (br, -N (CH 3) 2), 2.5-2.7 (br, -CH 2 -N (CH 3) 2), 4.0-4 .2 (br, -O-CH 2 -).
  • the ratio with the number of functional groups of the carboxyl group in the side chain generated by the hydrolysis reaction of the bond was calculated.
  • the cloud point of the above temperature-responsive polymer was measured by the following method.
  • a 3% aqueous solution of a temperature-responsive polymer was prepared, and the absorbance at 660 nm of this aqueous solution was measured between 20 and 40 ° C.
  • the aqueous solution was transparent at 20 to 30 ° C. and the absorbance was almost 0, but white turbidity was observed in the aqueous solution from around 31 ° C., and the absorbance rapidly increased at 32 ° C. This confirmed that the temperature-responsive polymer had a cloud point of about 32 ° C.
  • the temperature-responsive polymer was heated to 37 ° C., the polymer aqueous solution was suspended with good responsiveness, and then the entire aqueous solution was solidified.
  • the temperature-responsive polymer was dissolved in pure water to prepare a temperature-responsive polymer solution (final concentration 15 ng / ⁇ L).
  • a temperature-responsive polymer solution final concentration 15 ng / ⁇ L
  • 0.5 ⁇ L of the temperature-responsive polymer solution was applied in a circular shape to 8 locations on the culture surface of a 35 mm dish (manufactured by Sumitomo Bakelite, product name “PrimeSurface” (registered trademark), MS-9035X).
  • the diameter of the circular coated culture surface per site was about 2,000 ⁇ m, and the distance between each coated culture surface was about 2,500 ⁇ m.
  • the coated aqueous solution of temperature-responsive polymer was dried by leaving it in an incubator (37 ° C.) for 30 minutes to prepare a coated cell culture device having a plurality of coated culture surfaces.
  • Human hepatoma cells (Cosmo Bio, product number “HepG2-500”) were stained using PKH26 Red Fluorescent Cell Linker Kit (manufactured by Sigma).
  • a mixed cell obtained by mixing 33 stained GFP recombinant Lewis rat adipose tissue-derived mesenchymal stem cells (ADSC) with 100 stained human hepatoma cells was cultured in a medium (DMAEM + 10% FBS (manufactured by Gibco, lot number: The mixed cell suspension of 3.2 ⁇ 10 5 cells / mL prepared by mixing in 715929) was added to the coated cell incubator, and the mixed cells were seeded.
  • the cells are cultured in a cell incubator (37 ° C., 5% CO 2 ) for 2 hours, the medium is replaced with a new medium, and further cultured in a cell incubator (37 ° C., 5% CO 2 ) for 48 hours.
  • a massive cell structure was obtained.
  • Example VII-2 A massive cell structure was obtained in the same manner as in Example VII-1, except that 100 human hepatoma cells were mixed with 10 GFP recombinant Lewis rat adipose tissue-derived mesenchymal stem cells.
  • Example VII-3 A massive cell structure was obtained in the same manner as in Example VII-1, except that 50 GFP recombinant Lewis rat adipose tissue-derived mesenchymal stem cells were mixed with 100 human hepatoma cells.
  • Example VII-4 Example VII except that 100 human hepatoma cells were mixed at a ratio of 33 GFP recombinant Lewis rat adipose tissue-derived mesenchymal stem cells and 33 Lewis rat adipose tissue-derived adhesive adipocytes. A lump cell structure was obtained in the same manner as -1.
  • the cells include human hepatoma cells (HepG2) stained as in Example VII-1 as hepatocytes, GFP recombinant Lewis rat adipose tissue-derived mesenchymal stem cells (ADSC) as fibroblasts, and macrophages as immune cells. It was used. Macrophages were used after induction of differentiation from monocytes derived from rat bone marrow (Cosmo Bio, bone marrow monocyte culture kit, product number: BMM01).
  • Example VII-1 A massive cell structure was obtained in the same manner as in Example VII-1, except that 100 human hepatoma cells were mixed with 300 GFP recombinant Lewis rat adipose tissue-derived mesenchymal stem cells.
  • Example VII-2 A massive cell structure was obtained in the same manner as in Example VII-1, except that 100 GFP recombinant Lewis rat adipose tissue-derived mesenchymal stem cells were mixed with 100 human hepatoma cells.
  • Example VII-3 A massive cell structure was obtained in the same manner as in Example VII-1, except that the cell solution was prepared from only human hepatoma cells without mixing GFP recombinant Lewis rat adipose tissue-derived mesenchymal stem cells.
  • Example VII-4 A lump cell structure was obtained in the same manner as in Example VII-1, except that 100 human hepatoma cells were mixed with GFP recombinant Lewis rat adipose tissue-derived mesenchymal stem cells at a ratio of 5.
  • Example VII-5 A massive cell structure was obtained in the same manner as in Example VII-1, except that GFP recombinant Lewis rat adipose tissue-derived mesenchymal stem cells were mixed at a ratio of 67 to 100 human hepatoma cells.
  • a method for efficiently producing a cell mass, a cell structure, or a three-dimensional organization it is possible to provide a method for efficiently producing a cell mass, a cell structure, or a three-dimensional organization.
  • a chondrocyte mass and a transplant material useful for the treatment of joints, trachea, nose and the like can be easily produced.
  • epithelial cells can be easily cultured, a cell structure containing epithelial cells can be easily produced, and epithelial cell culture and The cell structure can be produced.
  • a three-dimensional tissue body such as a ring shape or a lumen shape can be easily produced.
  • a three-dimensional tissue body such as a ring shape or a lumen shape can be easily produced.
  • a spheroid-like cell structure having a desired size can be easily produced.
  • a cell structure in a desired form can be produced by controlling the cell aggregation mode.
  • a cell structure containing cardiomyocytes and fibroblasts which is useful as a heart disease model, can be easily formed.
  • a cell structure containing hepatocytes and fibroblasts which is useful as a liver failure model, can be easily formed.

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Abstract

本発明は温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で被覆された培養面により、細胞塊、細胞構造体、又は立体組織体を効率よく製造する方法を提供することを目的とする。 本発明の細胞塊、細胞構造体、又は立体組織体の製造方法は、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で被覆された培養面に、細胞を播種し、培養することを特徴とする。

Description

細胞塊、細胞構造体及び立体組織体
 本発明は、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で被覆された培養面により、細胞塊、細胞構造体、又は立体組織体を効率よく製造する方法、及びその方法により得られる細胞塊、細胞構造体、又は立体組織体に関する。
 特に、本発明(I)は、軟骨細胞塊及び移植材料の製造方法、軟骨細胞塊及び移植材料並びに複合材に関する。また、本発明(II)は、上皮系細胞の培養方法、細胞構造体の製造方法、及び上皮系細胞用細胞培養器に関する。また、本発明(III)は、立体組織体の作製装置、及び立体組織体の作製方法に関する。また、本発明(IV)は、細胞構造体の製造方法に関する。また、本発明(V)は、細胞構造体の製造方法、細胞構造体、細胞培養器に関する。また、本発明(VI)は、細胞構造体の製造方法に関する。また、本発明(VII)は、細胞構造体の製造方法に関する。
 発明(I)に関し、近年、患者のQOLの向上を目的として、オーダーメイド医療の実現が望まれている。オーダーメイド医療では、患者自身の細胞を用いて機能障害や機能欠損に陥った組織や臓器の再生を図る、再生医療が主要な役割を担う。
 ここで、再生医療は、患者の組織から採取した細胞を、細胞培養器中で培養し、組織を形成させ、その後、その組織を患者に移植するというオペレーションを必要とする。そのため、細胞を培養して、組織等の細胞構造体を形成させる技術や、細胞構造体をそのままの状態で回収する技術が所望されている。
 一般的に、生体外に取り出された細胞は、その遺伝子制御に乱れを生じさせる様々なストレスを受けて、脱分化してしまうことが多く、また、細胞を増殖させるために脱分化させることが必要となる場合も多い。これにより、患者から採取した細胞を、単純な培養条件で培養しても、細胞は元の遺伝子発現状態を維持できないことが多いため、細胞構造体、ひいては組織を形成させることができず、また、その細胞の高度な機能を発揮することができないという問題がある。例えば、一般的なポリスチレン製の細胞培養皿で細胞培養を行った場合には、細胞が単層状の構造を形成するに留まり、高度に分化した細胞に見られる構造、例えば、軟骨細胞が生体内に存在している場合の形状であるペレット状の構造と同様の構造を有する細胞構造体を形成させることは困難であり、また、軟骨細胞に特異的な多くの機能が消失されてしまう。
 上記問題に関して、例えば、組織の構造を模倣した立体的構造を構築する細胞培養方法、例えば、スフェロイド培養、クラスター培養、ペレット培養、三次元担体培養等の方法が開発されている。立体的な構造を有する細胞外マトリックスを、細胞培養の足場(スキャホールド)として用いることにより、立体的な構造を有する細胞を作製する細胞培養方法が知られている。
 また、近年では、生体組織再生の分野において、無人自動化の細胞培養法、分化制御のための薬剤の発見、ウイルス感染検査方法等の関連技術の完成度が高まっていることを受けて、生体内の構造を模倣する高次的有形構造体を自在に設計する研究が盛んになっている(非特許文献1、2参照)。
 特に、培養軟骨の三次元化に関しては、脱分化した軟骨細胞を有形の鋳型に注入して、細胞にBMP2やb−FGF等を用いた化学刺激により分化誘導することで、直径10mm、厚さ1mmのサイズの軟骨ディスクを調製することに成功した例が知られている。
 また、発明(II)に関し、従来、上皮系細胞は、細胞培養器への接着性が弱く、通常の細胞培養器を用いた上皮系細胞の培養は極めて困難であった。また、細胞の接着性を向上させた細胞培養器として、コラーゲンコート細胞培養器(特許文献1参照)、フィブロネクチンコート細胞培養器(特許文献2参照)、ラミニンコート細胞培養器(特許文献3参照)等の細胞接着因子をコーティングした細胞培養器が知られている。しかしながら、天然物由来の細胞接着因子を用いた場合、未知物質や病原性物質が含まれる可能性があり、また動物資源の節減の観点からも、化学合成物質の細胞接着因子を用いた方法が望まれている。
 また、コラーゲン、フィブロネクチン、ラミニン等の従来の細胞接着因子を用いた方法では、上皮系細胞と培養面との接着性が十分とはいえず、上皮系細胞の接着性に優れた細胞培養器が求められているのが現状である。
 また、発明(III)に関し、従来、立体構造を有する細胞構造体、人工組織体の作製方法として、球状やシート状等単純な細胞構造体においては、ハンギングドロップ法(非特許文献3参照)、低接着性U字底培養皿(特許文献4参照)等が知られている。
 また、複雑な3次元形状の細胞構造体においてはとしては、3Dプリンターを利用した細胞構造体が知られている。
 また、発明(IV)に関し、生物学の分野における重要な実験技術として、1900年頃に開発された細胞培養技術がある。開発当初は、培地成分の最適化等細胞を馴化することに注力されるに留まり、単層培養や浮遊培養の技術が中心に検討されてきた。
 近年、単層培養系の細胞と生体内組織の細胞との間で、種々の性質、刺激応答性、細胞機能等が異なることが明らかになり、単層構造を形成させる単層培養よりも、生体内の組織構造に近い3D構造を形成させる3D培養、特に、スフェロイド培養の需要が拡大している(非特許文献4参照)。
 古典的には、タンパク質系のゾル中に細胞を浮遊させ、この細胞浮遊液を何らかのトリッガー(熱、光、化学架橋剤等)でゲル化させることによって形成させた3Dゲル中に細胞を包埋させる技術、多孔質のスキャホールド中に細胞を生着させる技術、NIPAMを固定化した培養皿を用いて細胞シートの積層体を調製する技術等が盛んに開発されてきた。
 近年では、住友ベークライト社のPrimeSurface等の、非接着性の丸底面へ細胞を沈降させる手法;JSR社のNano Culture Plate、日立製作所のNano Pillar Plate等の、レーザー加工により平滑面を規則正しい凹凸面にすることによって培養面に接着した細胞の遊走性を高め、これにより、培養面において細胞の自己組織化を誘導する手法;クラレ社のElplasia、イワキ社のEZSPHERE等の、直径100~500μm、深さ500μm程度の無数の穴が配設された培養皿を用いて、各穴の底面へ各穴に播種した細胞を沈降させる手法等が開発されている。
 また、近年では、管状部材の先端に細胞懸濁液の液滴を調製し、液滴の表面張力を利用して液滴の形状を球状に保ちながら液滴を所定期間(例えば、2週間程度)保持することによって、液滴中でスフェロイド状の細胞構造体を製造する、ハンギングドロップ法も知られている。
 また、発明(V)に関し、近年、患者のQOLの向上を目的として、オーダーメイド医療の実現が望まれている。オーダーメイド医療では、患者自身の細胞を用いて機能障害や機能欠損に陥った組織や臓器の再生を図る、再生医療が主要な役割を担う。
 ここで、再生医療は、患者の組織から採取した細胞を、細胞培養器中で培養し、組織を形成させ、その後、その組織を患者に移植するというオペレーションを必要とする。そのため、細胞を培養して、組織等の細胞構造体を形成させる技術や、細胞構造体をそのままの状態で回収する技術が所望されている。
 一般的に、生体外に取り出された細胞は、その遺伝子制御に乱れを生じさせる様々なストレスを受けて、脱分化してしまうことが多く、また、細胞を増殖させるために脱分化させることが必要となる場合も多い。これにより、患者から採取した細胞を、単純な培養条件で培養しても、細胞は元の遺伝子発現状態を維持できないことが多いため、細胞構造体、ひいては組織を形成させることができず、また、その細胞の高度な機能を発揮することができないという問題がある。例えば、一般的なポリスチレン製の細胞培養皿で細胞培養を行った場合には、細胞が単層状の構造を形成するに留まり、高度に分化した細胞に見られる構造、例えば、軟骨細胞が生体内に存在している場合の形状であるペレット状の構造と同様の構造を有する細胞構造体を形成させることは困難であり、また、軟骨細胞に特異的な多くの機能が消失されてしまう。
 上記問題に関して、例えば、組織の構造を模倣した立体的構造を構築する細胞培養方法、例えば、スフェロイド培養、クラスター培養、ペレット培養、三次元担体培養等の方法が開発されている。立体的な構造を有する細胞外マトリックスを、細胞培養の足場(スキャホールド)として用いることにより、立体的な構造を有する細胞構造体を作製する細胞培養方法が知られている(特許文献5参照)。
 また、立体的な構造を有する細胞構造体を作製する手法として、U字底の低接着性培養皿を用いる手法や、ハンギングドロップ法も開発されている。
 近年、特殊な温度応答性ポリマー及び/又は温度応答性ポリマー組成物で被覆した培養面において、細胞を播種・培養することによって、三次元構造を備える細胞構造体を簡便に製造する方法が報告されている(特許文献6参照)。
 また、発明(VI)に関し、心臓の機能障害の研究において、動物の生体心臓を心不全等の状態とする心疾患モデルとしては、冠状動脈の閉塞、薬剤投与、心筋ミオシンの下肢への筋注で自己免疫性に心筋炎を惹起させる等の方法で作製したモデル動物が公知である。
 心臓は、生命の維持にきわめて重要な臓器であるとともに、他の臓器の状態をも左右するため、心機能を低下させた心疾患モデルを再現よく作製することは困難であった。例えば、冠状動脈閉塞であれば、閉塞の程度が軽いと健常状態とほとんど差異がなく、少しでも重いとすぐに動物をロストすることとなり、その程度の差が近いために加減が非常に困難であった。また、ミオシン投与による自己免疫反応での心筋炎モデル作製では、免疫反応の程度によって心筋組織の病状が大きく変わり、さらに心機能自体が、離れた他の臓器の状態にも大きく影響するため、安定した実験、再現性のある実験系を組むことが極めて困難であった。
 また、作製した心疾患モデル臓器を生体内から摘出しても、多くの酸素を要求する心筋細胞を維持することが困難であった。
 また、実験動物の使用は、動物愛護や倫理上の問題もあった。
 一般に心不全等を起こした組織は、管状動脈の部分的閉塞、ウイルス・細菌の感染、自己免疫反応等により心筋細胞が壊死し、壊死した心筋細胞に置き換わって線維芽細胞が過増殖している状態にあることが知られている。
 そこで、心不全等を起こした心疾患の組織を試験管内で再現することが試みられている。これには、低酸素に弱い心筋細胞を保護しつつし、増殖が早い線維芽細胞と共培養して細胞構造体とする必要があり、細胞構造体の作製に1~2週間を要する従来のハンギングドロップ法や低接着性培養皿では困難であった。
 短時間で、効率よく細胞塊を製造する方法として、特定の温度応答性ポリマーを塗布した細胞培養器を用いた方法が知られている(特許文献6参照)。
 また、発明(VII)に関し、Muse細胞(多能性幹細胞)の移植等に代表される肝臓再生療法の研究において、肝不全モデル動物が使用されることがある。肝不全モデル動物の作製方法としては、例えば、肝臓の部分切除、門脈や上流血管の結刷、四塩化炭素等の肝傷害性薬剤の反復投与等の方法が公知である。また、多くの場合、病態肝臓は動物体内から摘出されることなく、in vivo系での実験に供される。
 動物を使用した実験には、動物愛護や倫理観の問題が付随し、実験目的、成功率、得られる知見の価値とのバランスが重要になる。
 また、臓器の部分切除による方法では、肝不全の程度や動物個体の状態が、術者の手技に大きく依存する。また、肝傷害性薬剤を使用する方法では、公知の標準的プロトコールが存在するものの、反復投与が必要なケースが多く、症状の進行の程度を制御することが困難であった。このように、安定して、再現性のある肝不全モデル動物を用いた実験系を組むことは困難であった。
 肝細胞の培養は盛んに行われているが、肝不全モデルを再現するためには、線維芽細胞等を共培養する必要がある。しかしながら、上皮系細胞である肝細胞と間葉系細胞である線維芽細胞とでは、培養皿への接着性や培養方法が相違するため、作製に1~2週間を要する従来のハンギングドロップ法や低接着性培養皿では、肝細胞及び線維芽細胞を含む三次元構造の細胞構造体を作製するのは困難であった。
 短時間で、効率よく細胞塊を製造する方法として、特定の温度応答性ポリマーを塗布した細胞培養器を用いた方法が知られている(特許文献6参照)。
特開平05−260950号公報 特開平06−014764号公報 特開平08−173144号公報 特開2009−050194号公報 特開2010−524458号公報 特許第5746240号公報
M. Matsusaki et al, Adv. Healthcare Mater., 2, 534 (2013) M. Matsusaki et al, Biochem. Biophys. Res. Commun., 457, 363 (2015) Keller G. M. et al., Curr. Opin. Cell Biol., 7, 862−869 (1995) Nature,Vol 424,P870−872,21 August,2003.
 本発明は、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で被覆された培養面により、細胞塊、細胞構造体、又は立体組織体を効率よく製造する方法を提供することを目的とする。
 本発明(I)に関し、上記従来の方法により、より大きなサイズの及び/又はより複雑な構造の培養軟骨を調製しようとすると、構造体内部の細胞の壊死を招き、細胞がネクローシスにより死滅することが報告されている。
 そこで、本発明(I)は、関節、気管、鼻等の治療に有用な軟骨細胞塊及び移植材料並びに複合材を簡便に製造することを目的とする。
 また、本発明(II)の目的は、細胞培養器に接着しにくい上皮系細胞の培養方法、細胞培養器に接着しにくい上皮系細胞を含む細胞構造体の製造方法、及び上皮系細胞の培養及びその細胞構造体の製造が可能な細胞培養器を提供することにある。
 また、本発明(III)に関し、ハンギングドロップ法や低接着性U字底培養皿等を用いた方法では、細胞構造体内部に存在する細胞への酸素、栄養供給が、濃度勾配拡散に依存するため、サイズに限界があり、一般的には直径0.1mm程度が最大とされ、形状も球体に限定されている。
 また、3Dプリンターによる細胞構造体の作製方法では、トリプシン等の酵素を使用して細胞を個々に分散させた細胞浮遊液を使用して、細胞をノズルから吐出して細胞構造体を作製する。この方法では、吐出した細胞同士を結合させるには、吐出した個々の細胞の周辺へ外部から接着因子等を同時に吐出する必要がある。しかしながら、この接着因子は細胞が分泌したものでなく、得られる3次元形状の細胞構造体は、細胞同士の結合の強度や細胞の活性という点で、十分とはいえなかった。
 また、近年、機能障害や機能欠損に陥った組織や臓器の再生を図る再生医療等の観点から、細胞を細胞培養器内で培養して、例えばリング状、管腔状等の、組織の構造を模倣した立体的構造を有する細胞構造体を形成させる技術の重要性が高まってきている。また、組織の構造を模倣した立体的構造を有する細胞構造体として、細胞を主成分とする細胞構造体以外にも、細胞外マトリックスを主成分とする細胞構造体を作製する方法も求められてきている。
 しかしながら、リング状又は管腔状等の、組織の構造を模倣した立体組織体を容易に形成する方法は知られていないのが現状である。
 従って、本発明(III)の目的は、容易にリング状又は管腔状等の立体組織体を得ることができる立体組織体の作製装置、及び容易にリング状又は管腔状等の立体組織体を得ることができる立体組織体の作製方法を提供することにある。
 また、本発明(IV)に関し、上記従来の方法を用いてスフェロイド状の細胞構造体を製造した場合、細胞構造体のバイアビリティが低い、所望のサイズとすることが容易ではない、形状を整えることが困難である等という問題があった。特に、細胞構造体のサイズや形状が揃わない場合には、製造した細胞構造体の分級作業が必要になり、製造工程が煩雑になりコストも増大することとなる。
 そこで、本発明(IV)は、所望のサイズの形状の整ったスフェロイド状の細胞構造体を簡便に製造することを目的とする。
 また、本発明(V)に関し、上記スフェロイド培養法等は、直径10μm程度とサイズが小さく、細胞間ネットワークが弱いスフェロイド(多数の細胞の凝集体)しか調製することができないといった問題を有している。
 また、上記U字底の低接着性培養皿を用いる手法や、ハンギングドロップ法では、略真球状のスフェロイドしか得ることができず、敷石形態や紡錘形態といった細胞固有の形態を備えたスフェロイドを得ることができない。
 近年開発された上記特殊なポリマー及び/又はポリマー組成物を用いる方法は、得られる細胞構造体の形態を所望のものとするまでには必ずしも至っておらず、この方法に関する諸条件を最適化・好適化する余地を残している。
 そこで、本発明(V)は、細胞の凝集様式を制御することにより、所望の形態の細胞構造体を製造することを目的とする。
 また、本発明(VI)に関し、特許文献6に記載の方法において、心不全等の心疾患の組織の再現は検討されておらず、心疾患を試験管内で再現する方法が求められているが現状である。
 従って、本発明(VI)の目的は、心疾患モデルとして有用な、心筋細胞と線維芽細胞とを含む細胞構造体を容易に形成する、細胞構造体の製造方法を提供することにある。
 また、本発明(VII)に関し、特許文献6に記載の方法において、肝不全の組織の再現は検討されておらず、肝不全を試験管内で再現する方法が求められているが現状である。
 従って、本発明(VII)の目的は、肝不全モデルとして有用な、肝細胞と線維芽細胞とを含む細胞構造体を容易に形成する、細胞構造体の製造方法を提供することにある。
 本発明(I)~(VII)の要旨は以下の通りである。
 本発明(I)の軟骨細胞塊の製造方法は、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で被覆された被覆培養面において、細胞塊の存在下、軟骨細胞に分化し得る細胞を播種し、前記細胞塊及び前記軟骨細胞に分化し得る細胞を培養することによって、軟骨細胞塊を調製する、播種培養工程を含むことを特徴とする。
 ここで、本発明(I)の軟骨細胞塊の製造方法では、前記細胞塊を、前記軟骨細胞に分化し得る細胞を播種し、これを培養することによって、調製することが好ましい。
 本発明(I)の軟骨細胞塊の製造方法では、前記播種培養工程を複数回行うことが好ましい。
 本発明(I)の軟骨細胞塊の製造方法では、前記被覆培養面は、細胞非接着性の壁で囲まれていることが好ましい。
 本発明(I)の軟骨細胞塊の製造方法では、前記被覆培養面の幅を3mm以下として、前記壁の高さを3mm以下とすることが好ましい。
 本発明(I)の軟骨細胞塊の製造方法では、前記被覆培養面が単位面積当たりに有する前記温度応答性ポリマー及び温度応答性ポリマー組成物の量を、0.1~3.0μg/cmとすることが好ましい。
 本発明(I)の軟骨細胞塊の製造方法では、前記播種培養工程において、前記軟骨細胞に分化し得る細胞を、0.3×10~10.0×10個/cmの細胞密度で播種することが好ましい。
 本発明(I)の軟骨細胞塊は、上記本発明の軟骨細胞塊の製造方法により製造されたことを特徴とする。
 ここで、本発明(I)の軟骨細胞塊は、ドーナツ形であることが好ましい。
 本発明(I)の移植材料の製造方法は、上記本発明の軟骨細胞塊の存在下、間葉系細胞を播種し、前記軟骨細胞塊及び前記間葉系細胞を培養することによって、移植材料を調製する、工程を含むことを特徴とする。
 本発明(I)の移植材料は、本発明の移植材料の製造方法により製造されたことを特徴とする。
 本発明(I)の複合材は、上記本発明の軟骨細胞塊が管状構造体の外表面に設けられていることを特徴とする。
 ここで、本発明(I)の複合材は、管状構造体の内部に芯材が設けられていることが好ましい。
 本発明(II)は、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を調製する、調製工程と、上記温度応答性ポリマー又は上記温度応答性ポリマー組成物で、細胞培養器の培養面の少なくとも一部を被覆して被覆領域Aを形成し、被覆領域Aを有する被覆細胞培養器を準備する、培養器準備工程と、上皮系細胞を上記被覆細胞培養器に播種する、播種工程と、上記被覆領域Aに接着した上記上皮系細胞を培養する、培養工程と、を含み、上記被覆領域Aにおける上記温度応答性ポリマー又は上記温度応答性ポリマー組成物の濃度が、0.3pg/mm以上であることを特徴とする、上皮系細胞の培養方法を提供する。
 本実施形態(II)の上皮系細胞の培養方法は、上記細胞培養器の培養面の少なくとも一部に窪み部を有しており、上記被覆領域A内に上記窪み部があることが好ましい。
 また、本発明(II)は、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を調製する、調製工程と、上記温度応答性ポリマー又は上記温度応答性ポリマー組成物で、細胞培養器の培養面の少なくとも一部を被覆して被覆領域Aを形成し、被覆領域Aを有する被覆細胞培養器を準備する、培養器準備工程と、上皮系細胞を上記被覆細胞培養器に播種する、播種工程と、上記上皮系細胞から塊状の細胞構造体を形成し、上記被覆領域Aに接着した細胞構造体を得る、培養工程と、を含み、上記被覆領域Aにおける上記温度応答性ポリマー又は上記温度応答性ポリマー組成物の濃度が、0.3pg/mm以上であることを特徴とする、細胞構造体の製造方法を提供する。
 本実施形態(II)の細胞構造体の製造方法は、上記培養器準備工程において、上記温度応答性ポリマー又は上記温度応答性ポリマー組成物で、細胞培養器の培養面の少なくとも一部であって、上記被覆領域Aとは異なる位置に、被覆領域Bを形成し、上記被覆領域Bにおける上記温度応答性ポリマー又は上記温度応答性ポリマー組成物の濃度が、200pg/mm未満であることが好ましい。
 本実施形態(II)の細胞構造体の製造方法は、上記細胞培養器の培養面の少なくとも一部に窪み部を有しており、上記被覆領域A内に上記窪み部があることが好ましい。
 また、本発明(II)は、培養面の少なくとも一部に、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で被覆された被覆領域Aを有し、上記被覆領域Aにおける上記温度応答性ポリマー又は上記温度応答性ポリマー組成物の濃度が、0.3pg/mm以上であることを特徴とする、上皮系細胞用細胞培養器を提供する。
 本実施形態(II)の上皮系細胞用細胞培養器は、培養面の少なくとも一部であって、上記被覆領域Aと異なる位置に、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で被覆された被覆領域Bを有し、上記被覆領域Bにおける上記温度応答性ポリマー又は上記温度応答性ポリマー組成物の濃度が、200pg/mm未満であることが好ましい。
 本実施形態(II)の上皮系細胞用細胞培養器は、上記細胞培養器の培養面の少なくとも一部に窪み部を有しており、上記被覆領域A内に上記窪み部があることが好ましい。
 本発明(III)は、少なくとも1個の貫通孔を有する培養面と、上記貫通孔を挿通する心棒とからなる立体組織体の作製装置であって、上記培養面に温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で被覆された被覆培養面を少なくとも1つ含み、1つの上記被覆培養面の内側に、少なくとも1個の上記貫通孔を有し、上記培養面が上記心棒の延在方向に可動であることを特徴とする、立体組織体の作製装置を提供する。
 上記立体組織体の作製装置は、複数の上記培養面を有し、1本の上記心棒が、上記複数の上記培養面の上記貫通孔を挿通していることが好ましい。
 また、本発明(III)は、上記立体組織体の作製装置を用いた立体組織体の作製方法であって、上記被覆培養面上に少なくとも1種の細胞を播種する、播種工程と、播種した上記細胞を培養して、上記心棒の周囲に巻き付いたリング状の立体組織体を得る、培養工程と、を含むことを特徴とする、立体組織体の作製方法を提供する。
 上記立体組織体の作製方法は、心棒の周囲に巻き付いたリング状の立体組織体が得られた後に、上記培養面を上記心棒の延在方向に移動させる培養面移動工程と、移動後の上記被覆培養面上に少なくとも1種の細胞を播種する、播種工程と、播種した上記細胞を培養して、心棒の周囲に巻き付いたリング状の上記立体組織体に隣接する、心棒の周囲に巻き付いたリング状の立体組織体を得る、培養工程と、の繰り返しを更に含むことが好ましい。
 上記立体組織体の作製方法は、全ての上記被覆培養面に上記細胞を播種し、播種した上記細胞を培養して立体組織体を得ることが好ましい。
 上記立体組織体の作製方法は、上記播種工程において播種した上記細胞を含む立体組織体を得ることが好ましい。
 上記立体組織体の作製方法は、上記培養工程の後に、上記細胞を除去して、上記細胞から分泌された物質を含む立体組織体を得ることが好ましい。
 上記立体組織体の作製方法は、上記物質がタンパク質であることが好ましい。
 本発明(IV)の細胞構造体の製造方法は、培養面に温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で被覆された被覆領域を調製し、該被覆領域に細胞懸濁液の液滴を形成し、該液滴中で細胞培養を行い、ここで、前記被覆領域の表面ゼータ電位を0~50mVとすることを特徴とする。
 ここで、本発明(IV)の細胞構造体の製造方法では、前記被覆領域に対する水の接触角を50~90°とすることが好ましい。
 また、本発明(IV)の細胞構造体の製造方法では、前記培養面に複数の前記被覆領域を調製することが好ましい。
 更に、本発明(IV)の細胞構造体の製造方法では、前記被覆領域に複数の前記液滴を形成することが好ましい。
 更に、本発明(IV)の細胞構造体の製造方法では、各前記被覆領域において、前記液滴の底面積を前記被覆領域の面積よりも小さくすることが好ましい。
 更に、本発明(IV)の細胞構造体の製造方法では、前記液滴に含まれる細胞の数を3.0×10個/mL以下とすることが好ましい。
 更に、本発明(IV)の細胞構造体の製造方法では、前記液滴の径を1μm~8mmとすることが好ましい。
 更に、本発明(IV)の細胞構造体の製造方法では、前記液滴の量を0.5~50μLとすることが好ましい。
 本発明(V)の要旨は以下の通りである。
 本発明(V)の細胞構造体の製造方法は、細胞培養器の培養面に、温度応答性ポリマー及び/又は温度応答性ポリマー組成物で被覆された第一被覆領域と、前記第一被覆領域の端部に設けられた、細胞接着性物質で被覆された複数の第二被覆領域とを準備する、準備工程と、
 細胞を前記第一被覆領域及び前記第二被覆領域に播種し、前記細胞を培養することによって、細胞構造体を調製する、播種培養工程と
を含むことを特徴とする。
 本発明(V)の細胞構造体の製造方法では、前記培養面を、細胞非接着性とすることが好ましい。
 本発明(V)の細胞構造体の製造方法では、前記細胞接着性物質を、ラミニン、コラーゲン、フィブロネクチンからなる群から選択される少なくとも1種とすることが好ましい。
 本発明(V)の細胞構造体の製造方法では、前記第一被覆領域及び前記第二被覆領域が占める領域を、細胞非接着性の壁で囲むことが好ましい。
 本発明(V)の細胞構造体の製造方法では、前記第一被覆領域を、所定方向に延びる形状とし、前記第一被覆領域の前記端部を、前記所定方向についての端部とすることが好ましい。
 本発明(V)の細胞構造体は、上記いずれかに記載の細胞構造体の製造方法により製造されたことを特徴とする。
 本発明(V)の細胞は、培養器培養面に、温度応答性ポリマー及び/又は温度応答性ポリマー組成物で被覆された第一被覆領域と、前記第一被覆領域の端部に設けられた、細胞接着性物質で被覆された複数の第二被覆領域とを有することを特徴とする。
 本発明(VI)は、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を調製する、調製工程と、上記温度応答性ポリマー又は上記温度応答性ポリマー組成物で、細胞培養器の培養面を被覆して、被覆細胞培養器を準備する、培養器準備工程と、心筋細胞と、上記心筋細胞100個に対して200~300個の割合の線維芽細胞を上記被覆細胞培養器に播種する、播種工程と、播種した細胞を培養して塊状の細胞構造体を得る、培養工程とを含むことを特徴とする、細胞構造体の製造方法を提供する。
 上記播種工程において、血管内皮細胞をさらに播種することが好ましい。
 上記播種工程以降であって、上記細胞構造体が得られる前に、免疫系細胞を上記被覆細胞培養器にさらに添加することが好ましい。
 上記免疫系細胞が、マクロファージ及び/又はT細胞であることが好ましい。
 上記温度応答性ポリマー又は上記温度応答性ポリマー組成物で被覆された部分の面積が200mm以下であることが好ましい。
 本発明(VII)は、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を調製する、調製工程と、上記温度応答性ポリマー又は上記温度応答性ポリマー組成物で、細胞培養器の培養面を被覆して、被覆細胞培養器を準備する、培養器準備工程と、肝細胞と、上記肝細胞100個に対して10~50個の割合の線維芽細胞を上記被覆細胞培養器に播種する、播種工程と、播種した細胞を培養して塊状の細胞構造体を得る、培養工程とを含むことを特徴とする、細胞構造体の製造方法を提供する。
 上記播種工程において、血管内皮細胞をさらに播種することが好ましい。
 上記播種工程において、脂肪細胞をさらに播種することが好ましい。
 上記播種工程において、上記肝細胞100個に対して上記脂肪細胞を50個の割合で、且つ上記線維芽細胞100個に対して上記脂肪細胞を100~500個の割合で播種することが好ましい。
 上記播種工程以降であって、上記細胞構造体が得られる前に、免疫系細胞を上記被覆細胞培養器にさらに添加することが好ましい。
 上記免疫系細胞が、単球、顆粒球、リンパ球、及びマクロファージからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
 本発明によれば、細胞塊、細胞構造体、又は立体組織体を効率よく製造する方法を提供することができる。
 特に本発明(I)によれば、関節、気管、鼻等の治療に有用な軟骨細胞塊及び移植材料並びに複合材を簡便に製造することができる。
 また、本発明(II)の上皮系細胞の培養方法は、上記構成を有するため、細胞培養器に接着しにくい上皮系細胞を容易に培養することができる。また、本発明(II)の細胞構造体の製造方法は、上記構成を有するため、細胞培養器に接着しにくい上皮系細胞を含む細胞構造体を容易に製造することができる。また、本発明(II)の上皮系細胞用細胞培養器は、上記構成を有するため、上皮系細胞の培養及びその細胞構造体の製造が可能である。
 また、本発明(III)の立体組織体の作製装置は、上記構成を有するため、容易にリング状又は管腔状等の立体組織体を作製することができる。また、本発明(III)の立体組織体の作製方法によれば、上記構成を有するため、容易にリング状又は管腔状等の立体組織体を作製することができる。
 また、本発明(IV)によれば、所望のサイズの形状の整ったスフェロイド状の細胞構造体を簡便に製造することができる。
 また、本発明(V)によれば、細胞の凝集様式を制御して、所望の形態の細胞構造体を製造することができる。
 また、本発明(VI)の細胞構造体の製造方法は、上記構成を有するため、心疾患モデルとして有用な、心筋細胞と線維芽細胞とを含む細胞構造体を容易に形成することができる。
 また、本発明(VII)の細胞構造体の製造方法は、上記構成を有するため、肝不全モデルとして有用な、肝細胞と線維芽細胞とを含む細胞構造体を容易に形成することができる。
図1は、(i)~(viii)は、本実施形態(I)における一例の軟骨細胞塊の製造方法の概要について示す図である。 図2は、(i)~(vi)は、本実施形態(I)における一例の軟骨細胞塊の製造方法の概要について示す図である。(iv)における括弧内には、構造物の断面図を示す。 図3は、本実施形態(I)における、準備工程の変形例及びこれに続く播種培養工程の概略を示す図である。(a)は、準備工程の第一変形例を示す図であり、(b)は、準備工程の第二変形例を示す図である。 図4は、本実施形態(I)の移植材料の製造方法の概要について示す図である。 図5は、本実施形態(I)における別の例の軟骨細胞塊の製造方法の概要について示す図である。 図6は、(i)~(v)は、本実施形態(I)における一例の複合材の製造方法の概要について示す図である。 図7は、本実施形態(I)の試験I−C−1(参考例I)における、培養開始から24時間後(1日後)、2日後、6日後、10日後の細胞構造体の様子を蛍光顕微鏡を用いて観察したときの写真を示す図である。特に、下図は、10日後の細胞構造体の写真の一部を拡大して示したものである。 図8は、本実施形態(I)の試験I−C−1(参考例I)において得られた細胞構造体を短軸方向断面で切断したときの写真を示す図である。 図9は、本実施形態(I)の試験I−C−2における、培養開始から27時間後、44時間後、70時間後、122時間後の細胞構造体の様子を蛍光顕微鏡を用いて観察したときの写真を示す図である。上図は、幅2mmのドーナツ形のくり抜きを有する中敷きを用いた場合の細胞構造体の様子を示す図であり、下図は、幅2.5mmのドーナツ形のくり抜きを有する中敷きを用いた場合の細胞構造体の様子を示す図である。 図10は、本実施形態(I)の試験I−C−3における、培養開始から8時間後、20時間後、32時間後、42時間後の細胞構造体の様子を蛍光顕微鏡を用いて観察したときの写真を示す図である。上図は、幅2mmのドーナツ形のくり抜きを有する中敷きを用いた場合の細胞構造体の様子を示す図であり、下図は、幅2.5mmのドーナツ形のくり抜きを有する中敷きを用いた場合の細胞構造体の様子を示す図である。最下図は、42時間後の細胞構造体の様子を実体顕微鏡を用いて観察したときの写真を示す図である。 図11の(a)は、本実施形態(I)の試験I−Dにおける培養開始から6日後の複合材の様子を肉眼で観察したときの写真を示す図であり、図11の(b)は、本実施形態(I)の試験I−Dにおける培養開始から21日後の複合材の様子を肉眼で観察したときの写真を示す図である。 図12は、本実施形態(I)の試験I−Dにおける培養開始から21日後の複合材の一部の様子を肉眼で観察したときの写真を拡大して示す図である。 図13は、本実施形態(I)の試験I−Dにおいて調製された複合材に対してピンセットで操作したときの様子を肉眼で観察したときの写真を示す図である。(a)は、無操作時の外周面、(b)は、無操作時の内腔面、(c)は、全体への圧潰時、(d)は、側面の一部への引張時、の様子を示す図である。 図14は、本実施形態(I)の試験I−Dにおいて調製された複合材をヘマトキシリン・エオジン染色(HE染色)に供したときの様子を顕微鏡を用いて観察したときの写真を示す図である。(a)は、複合材の外観写真を示し、(b)は、(a)の線A−Aに沿う面により切断したときの断面図を示す図であり、(c)及び(d)は、(b)に示す写真を部分拡大したものを示す図である。 図15は、本発明(II)の一実施形態の細胞構造体の製造方法を説明するための概略図である。 図16は、本発明(II)の一実施形態の細胞構造体の製造方法を説明するための概略図である。 図17は、本発明(II)において用いられる温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物上で上皮系細胞を96時間培養したときの様子を示す写真である。図中、破線で囲まれた部分は被覆領域Aを示し、黒枠矢印は被覆領域Aで接着・生育している細胞を示し、黒塗矢印は非被覆領域で接着・生育している細胞を示す。 図18は、本発明(III)の一実施形態の立体組織体の作製装置を説明するための概略図(斜視図)である。 図19は、本発明(III)の一実施形態の立体組織体の作製装置を説明するための概略図(斜視図)である。 図20は、本発明(III)の一実施形態の立体組織体の作製装置を説明するための概略図(斜視図)である。 図21は、本発明(III)の一実施形態の立体組織体の作製装置の写真である。 図22は、本発明(III)の一実施形態の立体組織体の作製方法を説明するための概略図である。 図23は、本発明(III)の一実施形態の立体組織体の作製方法を説明するための概略図である。 図24は、本発明(III)の実施例III−4で得られたリング状の立体組織体の写真である。 図25は、本発明(III)の実施例III−5で得られた管腔状の立体組織体の写真である。 図26は、本発明(III)の一実施形態の立体組織体の作製装置を説明するための概略図(斜視図)である。 図27は、本発明(III)の一実施形態の立体組織体の作製方法を説明するための概略図である。 図28の(A)は、本発明(III)の実施例III−8で得られた管腔状の立体組織体の写真である。図28の(B)は、本発明(III)の実施例III−8で得られた管腔状の立体組織体のHE染色切片像である。 図29は、本発明(III)の実施例III−9で得られた人工血管の写真である。 図30は、本発明(III)の実施例III−10で得られた人工気管の写真である。 図31は、本発明(III)の実施例III−11で得られたタンパク質を主成分とする立体組織体の写真である。 図32は、本発明(IV)の実施形態の細胞培養体の製造方法の一例の概略を示す図である。 図33の(i)~(iii)は、本発明(IV)の実施形態の細胞培養体の製造方法の変形例を示す図である。 図34の(A)~(C)は、本発明(IV)の実施例において培養面における液滴の量と液滴の径との相関を調査した結果を示す図である。 (i)~(viii)は、本実施形態(V)における一例の細胞構造体の製造方法の概要について示す図である。 (a)~(c)は、本実施形態(V)における第一被覆領域と第一被覆領域との配置態様について示す図である。 本実施形態(V)における、準備工程の変形例及びこれに続く播種培養工程の概略を示す図である。 (a)は、本実施形態(V)における、試験V−Cにおいて、試験V−Bで準備した第一被覆領域及び第二被覆領域においてGFP組換えルイスラットのADSCを2時間培養した後の様子を、顕微鏡を用いて観察したときの写真を示す図である。(b)は、試験V−Cにおいて、試験V−Bで準備した第一被覆領域及び第二被覆領域においてGFP組換えルイスラットのADSCを20時間培養した後の様子を、顕微鏡を用いて観察したときの写真を示す図である。(c)は、(b)に示す細胞構造体を倍率を下げて観察したときの写真を示す図である。(d)は、(b)の破線に示す細胞構造体の様子を蛍光顕微鏡を用いて観察したときの写真を示す図である。 図39は、本発明(VI)の一実施形態の細胞構造体の製造方法を説明するための概略図である。 図40は、本発明(VI)の一実施形態の細胞構造体の製造方法を説明するための概略図である。 図41は、本発明(VII)の一実施形態の細胞構造体の製造方法を説明するための概略図である。 図42は、本発明(VII)の一実施形態の細胞構造体の製造方法を説明するための概略図である。
 本発明は、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で被覆された培養面に、細胞を播種し、培養することを特徴とする。具体的には、下記の発明(I)~(VII)が挙げられる。
[[発明(I)]]
 発明(I)に関し、発明者らはこれまでに、特定の物性を備え、細胞構造体の製造に極めて有用な、温度応答性ポリマー及び温度応答性ポリマー組成物を開発している。かかるポリマー及び/又はポリマー組成物で細胞培養器の培養面を被覆し、ここに約100%コンフルエントに相当する数の細胞を播種・培養すると、細胞は被覆物に接着し、その後、被覆培養面上で一気に凝集して、被覆培養面の中央部分で細胞塊を形成する。この現象は、細胞間のネットワークによる収縮が、細胞の被覆培養面への接着を上回り、細胞が被覆培養面から剥離するためと考察されている。
 本発明(I)の軟骨細胞塊及び移植材料の製造方法は、この温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を用いるものである。
 以下、図面を参照して、本発明(I)の軟骨細胞塊及び移植材料の製造方法、並びに本発明(I)の軟骨細胞塊及び移植材料の実施形態について、詳細に例示説明する。
(軟骨細胞塊の製造方法)
 本発明(I)の実施形態(以下、「本実施形態(I)」ともいう。)の軟骨細胞塊の製造方法は、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で被覆された被覆培養面において、細胞塊の存在下、軟骨細胞に分化し得る細胞を播種し、細胞塊及び軟骨細胞に分化し得る細胞を共培養することによって、軟骨細胞塊を調製する、播種培養工程を含む。
 好適には、本実施形態(I)の製造方法は、温度応答性ポリマー及び/又は温度応答性ポリマー組成物を調製する、調製工程と、上記温度応答性ポリマー及び/又は上記温度応答性ポリマー組成物で培養面の一部を被覆して、被覆培養面を準備する、準備工程と、上記被覆培養面において、細胞塊の存在下、軟骨細胞に分化し得る細胞を播種し、細胞塊及び軟骨細胞に分化し得る細胞を共培養することによって、軟骨細胞塊を調製する、播種培養工程と、を含む。
 図1(i)~(viii)及び図2(i)~(vi)に、本実施形態(I)における一例の軟骨細胞塊の製造方法の概要について示す。
 以下、本実施形態(I)における一例の軟骨細胞塊の製造方法における各工程の詳細を記載する。
 (調製工程)
 一例の製造方法では、まず、温度応答性ポリマー及び/又は温度応答性ポリマー組成物を調製する(調製工程)。
 本実施形態(I)で用いられる温度応答性ポリマー及び温度応答性ポリマー組成物としては、(A)2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)単位と、アニオン性モノマー単位とを含む温度応答性ポリマー、(B)N−イソプロピルアクリルアミド(NIPAM)単位と、カチオン性モノマー単位と、アニオン性モノマー単位とを含む温度応答性ポリマー、(C)2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)及び/又はその誘導体の重合体と、2−アミノ−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオール(トリス)と、核酸、ヘパリン、ヒアルロン酸、デキストラン硫酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリリン酸、硫酸化多糖類、カードラン及びポリアルギン酸並びにこれらのアルカリ金属塩からなる群から選択される1種以上のアニオン性物質とを含む温度応答性ポリマー組成物等が挙げられる。
 ここで、上記(A)としては、例えば、(A−1)DMAEMAを水存在下で重合する方法により得られる温度応答性ポリマー、(A−2)主としてDMAEMAを含むポリマーブロック(重合鎖α末端)と、主としてDMAEMAとアニオン性モノマーとを含むコポリマーブロック(重合鎖ω末端)とを含む、温度応答性ポリマー等が挙げられる。
 本実施形態(I)において、これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 以下、上記(A−1)の温度応答性ポリマー及びその製造方法について記載する。
(温度応答性ポリマーの製造方法)
 (A−1)の温度応答性ポリマーの製造方法は、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)を含む混合物を調製する調製工程と、混合物に紫外線を照射する照射工程とを含み、ここで、調製工程において、混合物は重合禁止剤及び水を更に含み、照射工程において、紫外線は不活性雰囲気下において照射される、ことを特徴とする。
 (A−1)の温度応答性ポリマーの製造方法では、まず、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)を含む混合物を調製する(調製工程)。ここで、混合物は、重合禁止剤及び水を更に含む。
 2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)としては、市販品を用いることができる。重合禁止剤としては、メチルヒドロキノン(MEHQ)、ヒドロキノン、p−ベンゾキノリン、N,N−ジエチルヒドロキシルアミン、N−nitroso−N−phenylhydroxylamine(Cupferron)、t−ブチルハイドロキノン、等が挙げられる。また、市販のDMAEMAに含まれるMEHQ等をそのまま用いてもよい。水としては、超純水が挙げられる。
 重合禁止剤の上記混合物に対する質量割合は、0.01~1.5%であることが好ましく、0.1~0.5%であることが更に好ましい。上記範囲とすれば、ラジカル重合反応の暴走を抑制して、制御できない架橋を低減することができ、製造される温度応答性ポリマーの溶媒に対する溶解性を確保することができる。
 水の上記混合物に対する質量割合は、1.0~50%であることが好ましく、9.0~33%であることが更に好ましい。上記範囲とすれば、側鎖の加水分解反応の反応速度と、重合するポリマー鎖の成長反応の反応速度とを、バランスよく調和させることができる。これにより、側鎖が加水分解されたDMAEMAに対する、側鎖が加水分解されていないDMAEMAの割合(共重合割合)が1.0~20程度の温度応答性ポリマーを得ることができる。
 次いで、(A−1)の温度応答性ポリマーの製造方法では、混合物に紫外線を照射する(照射工程)。ここで、紫外線は、不活性雰囲気下において、照射される。DMAEMAは、紫外線の照射により、ラジカル重合して、ポリマーとなる。
 この工程では、例えば、透明な密封バイアルに、上記混合物を加え、不活性ガスをバブリングすることによってバイアル内を不活性雰囲気とした後に、バイアルの外部から紫外線照射装置を用いて紫外線を照射する。
 紫外線の波長としては、210~600nmであることが好ましく、360~380nmであることが更に好ましい。上記範囲とすれば、効率よく重合反応を進行させることができ、所期の共重合割合を有する高分子材料を安定的に得ることができる。また、製造したポリマー材料が着色することを防ぐこともできる。
 不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン等が挙げられる。
 反応条件に関して、温度条件としては、15~50℃であることが好ましく、20~30℃であることが更に好ましい。上記範囲とすれば、熱による開始反応を抑制し、光照射による開始反応を優先的に進行させることができる。また、加水分解反応の反応速度をポリマー鎖の成長反応の反応速度に対してバランスのよいものにすることができる。
 反応時間としては、7~24時間であることが好ましく、17~21時間であることが更に好ましい。上記範囲とすれば、(A−1)の温度応答性ポリマーを高収率で得ることができ、また、光分解反応や不要な架橋反応を抑制しながらラジカル重合を行うことができる。
 なお、調製工程において混合物が調製され終えてから、照射工程において紫外線の照射が開始されるまでの時間は、10分~1時間であることが好ましい。
 混合物を加えたバイアルの内部の気体を置換して、バイアル内を不活性雰囲気とする際には、10分程度の時間を要する。そのため、上記時間を10分未満とすると、ラジカル重合に必要となる不活性雰囲気が得られない虞がある。また、混合物中では、DMAEMAの加水分解反応が、紫外線の照射が開始される前に開始される。そのため、上記時間を1時間超とすると、ラジカル重合反応に不活性なメタクリル酸が混合物中に多数生じてしまう。
 (A−1)の温度応答性ポリマーの製造方法では、混合物に水が含まれるため、DMAEMAのラジカル重合反応と、ポリ2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(PDMAEMA)の側鎖のエステル結合の加水分解反応とを、拮抗させることができる。
 この拮抗により、得られる生成物は、式(I)で表される繰り返し単位(A)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
、及び式(II)で表される繰り返し単位(B)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
を含むポリマーとなる。
 そのため、ポリマーが有するカチオン性官能基、すなわち、ジメチルアミノ基と、ポリマーが有するアニオン性官能基、すなわち、側鎖のエステル結合が加水分解されてできたカルボキシル基の両方を、バランスよく備えることができる。そして、(A−1)の温度応答性ポリマーの製造方法によれば、カチオン性官能基及びアニオン性官能基を有する、ポリ(2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート)由来のポリマーを、少ない工程で簡便に製造することができる。
 なお、(A−1)の温度応答性ポリマーの製造方法と同一の製造方法ではなくとも、DMAEMA、重合禁止剤、及び水が、紫外線照射時に反応系中に共存していれば、本発明(I)の温度応答性ポリマーの製造方法の上記効果と同様の効果を得ることができる。
 例えば、DMAEMA及び重合禁止剤を含む混合物と、水とを別々に準備し、次いで、混合物と水とに不活性ガスをバブリングし、その後、混合物と水とを不活性雰囲気下で混合すると同時に紫外線を照射するという、温度応答性ポリマーの製造方法も、(A−1)の温度応答性ポリマーに含めることができる。
(温度応答性ポリマー)
 (A−1)の温度応答性ポリマーは、上記(A−1)の製造方法により製造される。
 ここで、(A−1)の温度応答性ポリマーとしては、数平均分子量(Mn)が、10~500kDaである分子が好ましい。また、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)は、1.1~10.0である分子が好ましい。
 (A−1)の温度応答性ポリマーの分子量は、紫外線の照射時間及び照射強度の条件により、適宜調整することができる。
 (A−1)の温度応答性ポリマーによれば、曇点を、例えば室温(25℃)以下に、低下させることができる。
 上記(A−1)の温度応答性ポリマーでは、曇点以上の温度で形成された温度応答性ポリマーの不溶化物が、室温(約25℃)条件下で再溶解するまでの時間が顕著に遅延する。これは、得られた(A−1)の温度応答性ポリマーは、分子内にカチオン性官能基とアニオン性官能基とが存在するため、高い自己凝集性を有するためであると推定される。
 また、この(A−1)の温度応答性ポリマーを用いて、後述するように、培養面にこの温度応答性ポリマーが被覆されている細胞培養器を調製することができる。
 更に、(A−1)の温度応答性ポリマーによれば、後述するように、細胞を適切な培養条件で培養することにより、管腔状(チューブ状)、塊状(ペレット状)等の構造を有する細胞構造体を形成させることができる。
 (A−1)の温度応答性ポリマーが有する、カチオン性官能基(2−N,N−ジメチルアミノ基)の官能基数と、アニオン性官能基(カルボキシル基)の官能基数との比(C/A比)は、0.5~32であることが好ましく、4~16であることが更に好ましい。
 C/A比を上記範囲とすれば、曇点を低減させるという上記効果が得られやすい。上記C/A比を有する温度応答性ポリマーでは、上記温度応答性ポリマー中でカチオン性官能基とアニオン性官能基とが、イオン結合的に分子間及び/又は分子内の凝集に作用して、温度応答性ポリマーの凝集力が強くなった結果であると推測される。
 また、C/A比を上記範囲とすれば、上記温度応答性ポリマー中の正電荷と負電荷とのバランスを特に好適にして、正電荷による細胞傷害性を抑制することができ、また、上記温度応答性ポリマーの親水性と疎水性とのバランスを特に好適にして、細胞の遊走や配向を生じやすくすることができるものと推定される。
 以下、上記(A−2)の温度応答性ポリマー及びその製造方法について記載する。
(温度応答性ポリマーの製造方法)
 (A−2)の温度応答性ポリマーの製造方法は、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)を含む第一混合物に紫外線を照射する第一重合工程と、第一重合工程における重合物の数平均分子量が所定値以上となった時点で、第一混合物にアニオン性モノマーを添加して第二混合物を調製する添加工程と、第二混合物に紫外線を照射する第二重合工程と、を含むことを特徴とする。
 (A−2)の温度応答性ポリマーの製造方法では、まず、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)を含む第一混合物に紫外線を照射する(第一重合工程)。
 ここで、第一混合物は、DMAEMA以外に、任意選択的に、例えば、他のモノマー、溶媒等を含んでよい。
 また、紫外線は、不活性雰囲気下において、照射されてよい。
 DMAEMAとしては、市販品としてよい。
 第一混合物に含まれ得る他のモノマーとしては、例えば、N,N−ジメチルアクリルアミド、ポリエチレングリコール側鎖を有するアクリル酸やメタクリル酸のエステル、N−イソプロピルアクリルアミド、3−N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリルアミド等が挙げられ、特に、イオンバランスの調整を安定的に行うことを可能にする観点から、N,N−ジメチルアクリルアミド、ポリエチレングリコール側鎖を有するアクリル酸やメタクリル酸のエステル、N−イソプロピルアクリルアミドが好ましい。これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。ここで、他のモノマーの使用量のDMAEMAの使用量に対する割合(モル割合)は、0.001~1とすることが好ましく、0.01~0.5とすることが更に好ましい。
 溶媒としては、例えば、トルエン、ベンゼン、クロロホルム、メタノール、エタノール等が挙げられ、特に、DMAEMAのエステル結合に対して不活性であるため、トルエン、ベンゼンが好ましい。これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 この工程では、例えば、透明な密封バイアルに、上記第一混合物を加え、不活性ガスをバブリングすることによってバイアル内を不活性雰囲気とした後に、バイアルの外部から紫外線照射装置を用いて紫外線を照射する。
 紫外線の波長としては、210~600nmであることが好ましく、360~380nmであることが更に好ましい。上記範囲とすれば、効率よく重合反応を進行させることができ、所期の共重合割合を有する高分子材料を安定的に得ることができる。また、製造したポリマー材料が着色することを防ぐこともできる。
 紫外線の照射強度としては、0.01~50mW/cmであることが好ましく、0.1~5mW/cmであることが更に好ましい。上記範囲とすれば、無用な化学結合の切断等による分解を抑制しつつ、安定的に、適切な速度(時間)で重合反応を進行させることができる。
 不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン等が挙げられる。
 温度条件としては、10~40℃あることが好ましく、20~30℃あることが更に好ましい。上記範囲とすれば、通常の実験室の室温において反応を行うことができ、また、光とは別の手段(加熱等)により反応を抑制することが可能となる。
 反応時間としては、10分~48時間であることが好ましく、60分~24時間であることが更に好ましい。
 この工程において、DMAEMAは、紫外線の照射により、ラジカル重合して、ポリマー(ポリ(2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート)(PDMAEMA))となり、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレートを含むホモポリマーブロックが形成される。他のモノマーも用いた場合には、DMAEMAと他のモノマーとを含むポリマーブロックが形成される。
 次いで、(A−2)の温度応答性ポリマーの製造方法では、第一重合工程における重合物(具体的には、ポリマー化した2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート)の数平均分子量が所定値以上となった時点で、第一混合物にアニオン性モノマーを添加して第二混合物を調製する(添加工程)。
 ここで、第二混合物は、第一重合工程後の第一混合物、及びアニオン性モノマー以外に、例えば、他のモノマー、前述の第一混合物に含まれ得る溶媒(トルエン、ベンゼン、メタノール等)等を含んでよい。
 また、アニオン性モノマーは、不活性雰囲気下において、添加されてよい。
 アニオン性モノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、側鎖にカルボキシル基、スルホン酸基及びリン酸基からなる群から選択される少なくとも1種の基を有するビニル誘導体等が挙げられ、特に、化学的安定性の観点から、アクリル酸、メタクリル酸が好ましい。
 これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 第二混合物に含まれ得る他のモノマーとしては、例えば、N,N−ジメチルアクリルアミド、ポリエチレングリコール側鎖を有するアクリル酸やメタクリル酸のエステル、N−イソプロピルアクリルアミド、3−N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリルアミド等が挙げられ、特に、電気的に中性であり、且つ親水性である、N,N−ジメチルアクリルアミドが好ましい。これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。ここで、他のモノマーの使用量のDMAEMAの使用量に対する割合(モル)は、0.01~10とすることが好ましく、0.1~5とすることが更に好ましい。
 この工程では、例えば、バイアルに不活性ガスをフローさせることによってバイアル内を不活性雰囲気に保ちながら、上記第二混合物を添加する。
 数平均分子量の所定値は、曇点低減の効果を十分に得る観点から、好適には5,000であり、更に好適には20,000であり、特に好適には100,000である。
 なお、第一重合工程後の第一混合物中におけるポリマー化したPDMAEMAの数平均分子量は、所定の時点で重合系から少量の反応混合物を採取して、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)や光散乱法(SLS)等の当業者に周知の方法により、測定することができる。
 この工程において、重合中のDMAEMAを含むホモポリマーに加えて、アニオン性モノマーも重合系に含められることとなり、バイアル内の重合系が、DMAEMAの単独重合系から、DMAEMAとアニオン性モノマーとの共重合系に、変わることとなる。
 そして、(A−2)の温度応答性ポリマーの製造方法では、第二混合物に紫外線を照射する(第二重合工程)。
 ここで、紫外線は、不活性雰囲気下において、照射されてよい。
 この工程では、例えば、第二混合物を添加した後のバイアルの外部から紫外線照射装置を用いて紫外線を照射する。
 第二重合工程における、紫外線の波長、紫外線の照射強度、用いる不活性ガス、反応温度、反応時間等の諸条件は、第一重合工程における条件と同様としてよい。
 この工程において、DMAEMAとアニオン性モノマーとが、紫外線の照射により、ラジカル重合して、第一重合工程において形成したDMAEMAを含むホモポリマーブロックの重合鎖α末端に連続する形態で、DMAEMAとアニオン性モノマーとを含むコポリマーブロックが形成される。他のモノマーも用いた場合には、DMAEMAとアニオン性モノマーと他のモノマーとを含むコポリマーブロックが形成される。
 上記の通り、DMAEMAを含むホモポリマーブロックと、DMAEMAとアニオン性モノマーとのコポリマーブロックとを含む温度応答性ポリマーが得られる。
 なお、(A−2)の製造方法では、当業者に理解される通り、種々の分子量及び分子構造を有するポリマーの混合物が生成するところ、DMAEMAを含むホモポリマーブロックと、DMAEMAとアニオン性モノマーとのコポリマーブロックとを含む温度応答性ポリマーを主成分として得る観点から、第一重合工程、添加工程、及び第二重合工程に亘って、同一の条件下で重合を行うことが好ましい。
(温度応答性ポリマー)
 (A−2)の温度応答性ポリマーは、上記(A−2)の製造方法により製造される。
 (A−2)の温度応答性ポリマーは、主として2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレートを含み、任意選択的にジメチルアクリルアミド、ポリエチレングリコール側鎖を有するアクリル酸やメタクリル酸等の親水性モノマー等の他のモノマー単位を含むポリマーブロック(重合鎖α末端)と、主として2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレートとアニオン性モノマー(重合鎖ω末端)とを含み、任意選択的に他のモノマー単位を含むコポリマーブロックとを含む。
 好適には、(A−2)の温度応答性ポリマーは、DMAEMAのホモポリマーブロックと、DMAEMAとアニオン性モノマーとのコポリマーブロックとを含み、更に好適には、これらブロックからなる。
 ここで、(A−2)の温度応答性ポリマーとしては、重合鎖α末端のポリマーブロック(例えば、DMAEMAのホモポリマーブロック)の数平均分子量が5000Da以上であることが好ましく、20000Da以上であることが更に好ましい。
 (A−2)の温度応答性ポリマーとしては、数平均分子量(Mn)が、10~500kDaである分子が好ましい。また、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)は、1.1~10.0である分子が好ましい。
 温度応答性ポリマーの分子量は、紫外線の照射時間及び照射強度の条件により、適宜調整することができる。
 (A−2)の温度応答性ポリマーによれば、曇点を、例えば室温(25℃)以下に、低下させることができる。
 上記(A−2)の温度応答性ポリマーでは、曇点以上の温度で形成された温度応答性ポリマーの不溶化物が、室温(約25℃)条件下で再溶解するまでの時間が顕著に遅延する。これは、得られた温度応答性ポリマーは、分子内にカチオン性官能基とアニオン性官能基とが存在するため、高い自己凝集性を有するためであると推定される。
 特に、(A−2)の温度応答性ポリマーは、重合鎖α末端に、高分子量(例えば、5000Da以上)を有するDMAEMAのホモポリマーブロックを備えるため、DMAEMAの側鎖の温度依存的なグロビュール転移が生じやすく、曇点を効果的に低減することが可能となると考えられる。
 また、この温度応答性ポリマーを用いて、後述するように、培養面にこの温度応答性ポリマーを被覆してなる細胞培養器を調製することができる。
 更に、(A−2)の温度応答性ポリマーによれば、後述するように、細胞を適切な培養条件で培養することにより、管腔状(チューブ状)や塊状(ペレット状)等の構造を有する細胞構造体を形成させることができる。
 (A−2)の温度応答性ポリマーが有する、カチオン性官能基(2−N,N−ジメチルアミノ基)の官能基数と、アニオン性官能基(カルボキシル基)の官能基数との比(C/A比)は、0.5~32であることが好ましく、4~16であることが更に好ましい。
 C/A比を上記範囲とすれば、曇点を低減させるという上記効果が得られやすい。上記C/A比を有する温度応答性ポリマーでは、上記温度応答性ポリマー中でカチオン性官能基とアニオン性官能基とが、イオン結合的に分子間及び/又は分子内の凝集に作用して、温度応答性ポリマーの凝集力が強くなった結果であると推測される。
 また、C/A比を上記範囲とすれば、上記温度応答性ポリマー中の正電荷と負電荷とのバランスを特に好適にして、正電荷による細胞傷害性を抑制することができ、また、上記温度応答性ポリマーの親水性と疎水性とのバランスを特に好適にして、細胞の遊走や配向を生じやすくすることができるものと推定される。
 以下、上記(B)の温度応答性ポリマー及びその製造方法について記載する。
(温度応答性ポリマーの製造方法)
 (B)の温度応答性ポリマーの製造方法は、N−イソプロピルアクリルアミド(NIPAM)(以下、「モノマー(A)」ともいう。)と、カチオン性モノマー(以下、「モノマー(B)」ともいう。)と、アニオン性モノマー(以下、「モノマー(C)」ともいう。)とを重合させるものである。任意選択的に、上記3種類のモノマーにこれら以外の他のモノマーを加えて重合させてよい。
 N−イソプロピルアクリルアミド(NIPAM)としては、市販品としてよい。
 カチオン性モノマーとしては、カチオン性官能基を有するモノマーが挙げられ、カチオン性官能基としては、第1級~第4級アミノ基等のアミノ基、グアニジン基等が挙げられ、特に、化学的安定性、低細胞傷害性、滅菌安定性、強陽電荷性の観点から、第3級アミノ基が好ましい。
 より具体的には、カチオン性モノマーとしては、生理活性物質を担持したり、アルカリ性条件下においたりしても、安定性が高いものが好ましく、例えば、3−(N,N−ジメチルアミノプロピル)−(メタ)アクリルアミド、3−(N,N−ジメチルアミノプロピル)−(メタ)アクリレート、アミノスチレン、2−(N,N−ジメチルアミノエチル)−(メタ)アクリルアミド、2−(N,N−ジメチルアミノエチル)−(メタ)アクリレート等が挙げられる。
 これらの中で、特に、3−(N,N−ジメチルアミノプロピル)アクリルアミドは、高い陽電荷強度を有することから、アニオン性物質の担持を容易にするため、好ましい。
 また、アミノスチレンは、高い陽電荷強度を有することから、アニオン性物質の担持を容易にすると共に、分子内の芳香環が水溶液中において他の物質の疎水性構造と相互作用することから、担持可能なアニオン性物質のバリエーションを広げるため、好ましい。
 更に、2−(N,N−ジメチルアミノエチル)−メタクリルアミドは、中性域のpHで微弱な陽電荷を有し、且つ、水への溶解性が温度に影響されないことから、一度担持したアニオン性物質の放出を容易にするため、好ましい。
 これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 アニオン性モノマーとしては、アニオン性官能基を有するモノマーが挙げられ、アニオン性官能基としては、カルボン酸基、スルホン酸基、硫酸基、リン酸基、ボロン酸基等が挙げられ、特に、化学的安定性、細胞親和性、高い精製度の観点から、カルボン酸基、スルホン酸基、リン酸基が好ましい。
 より具体的には、アクリル酸、メタクリル酸、ビニル安息香酸、等が挙げられ、特に、化学的安定性、細胞親和性の観点から、メタクリル酸、ビニル安息香酸が好ましい。
 これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 他のモノマーとしては、例えば、ジメチルアクリルアミド、ポリエチレングリコール側鎖を有するアクリル酸やメタクリル酸等の中性の親水性モノマー等が挙げられる。
 これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 他のモノマーは、電荷以外の親水性・疎水性のバランスの調整に使用可能であり、バリエーションを広げることが可能となる。
 ここで、(B)の温度応答性ポリマーの製造方法におけるNIPAMの使用量、カチオン性モノマーの使用量、他のモノマーの使用量それぞれの、モノマー(A)~(C)の合計の使用量に対する割合(モル)は、モノマーの重合反応における反応性を考慮して、所望のモノマー成分の割合を得られるよう、当業者が適宜調整することができる。
 ここで、重合方法としては、ラジカル重合、イオン重合等が挙げられる。
 ラジカル重合としては、リビングラジカル重合が好ましく、リビングラジカル重合としては、可逆的付加開裂連鎖移動(RAFT)重合、原子移動ラジカル重合(ATRP)、イニファーター重合等が挙げられ、イニファーター重合が好ましい。
 イオン重合としては、リビングアニオン重合が好ましい。
 (B)の温度応答性ポリマーの製造方法の一例は、ラジカル重合を用いる方法である。
 この製造方法の一例は、N−イソプロピルアクリルアミド(NIPAM)を含む第一混合物に紫外線を照射する第一重合工程と、第一混合物に、カチオン性モノマーとアニオン性モノマーとを添加して第二混合物を調製する添加工程と、第二混合物に紫外線を照射する第二重合工程と、を含む。
 この製造方法の一例では、まず、N−イソプロピルアクリルアミド(NIPAM)を含む第一混合物に紫外線を照射する(第一重合工程)。
 ここで、第一混合物は、NIPAM以外に、任意選択的に、例えば、他のモノマー、溶媒、連鎖移動剤、安定剤、界面活性剤等を含んでよい。
 また、紫外線は、不活性雰囲気下において、照射されてよい。
 この工程では、例えば、透明な密封バイアルに、上記第一混合物を加え、不活性ガスをバブリングすることによってバイアル内を不活性雰囲気とした後に、バイアルの外部から紫外線照射装置を用いて紫外線を照射する。
 溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、クロロホルム、メタノール、水等が挙げられ、特に、溶解力の点、及び重合に不活性である点から、ベンゼン、トルエンが好ましい。これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 この工程では、例えば、透明な密封バイアルに、上記第一混合物を加え、不活性ガスをバブリングすることによってバイアル内を不活性雰囲気とした後に、バイアルの外部から紫外線照射装置を用いて紫外線を照射する。
 紫外線の波長としては、210~600nmであることが好ましく、360~380nmであることが更に好ましい。上記範囲とすれば、効率よく重合反応を進行させることができ、所期の共重合割合を有する高分子材料を安定的に得ることができる。また、製造したポリマー材料が着色することを防ぐこともできる。
 紫外線の照射強度としては、0.01~50mW/cmであることが好ましく、0.1~5mW/cmであることが更に好ましい。
 不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン等が挙げられる。
 温度条件としては、10~40℃あることが好ましく、20~30℃あることが更に好ましい。上記範囲とすれば、通常の実験室の室温において重合反応を行うことを可能とすることができ、また、光照射という手段とは別の加熱という手段での反応制御を可能とすることもできる。
 反応時間としては、反応時間としては、10分~48時間であることが好ましく、60分~24時間であることが更に好ましい。
 この工程において、NIPAMは、紫外線の照射により、ラジカル重合して、ポリマー(ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)(PNIPAM))となり、N−イソプロピルアクリルアミドを含むホモポリマーブロックが形成される。他のモノマーも用いた場合には、NIPAMと他のモノマーとを含むポリマーブロックが形成される。
 次いで、(B)の温度応答性ポリマーの製造方法では、第一重合工程後の第一混合物にカチオン性モノマーとアニオン性モノマーとを添加して第二混合物を調製する(添加工程)。
 ここで、第二混合物は、第一重合工程後の第一混合物、カチオン性モノマー、及びアニオン性モノマー以外に、例えば、他のモノマー、溶媒、連鎖移動剤、安定剤、界面活性剤等を含んでよい。
 また、カチオン性モノマーとアニオン性モノマーとは、不活性雰囲気下において、添加されてよい。
 この工程では、例えば、バイアルに不活性ガスをフローさせることによってバイアル内を不活性雰囲気に保ちながら、上記カチオン性モノマーとアニオン性モノマーとを添加する。
 この工程において、重合中のNIPAMを含むホモポリマーに加えて、カチオン性モノマー及びアニオン性モノマーも重合系に含められることとなり、バイアル内の重合系が、NIPAMの単独重合系から、NIPAMとカチオン性モノマーとアニオン性モノマーとの共重合系に、変わることとなる。
 そして、(B)の温度応答性ポリマーの製造方法では、第二混合物に紫外線を照射する(第二重合工程)。
 ここで、紫外線は、不活性雰囲気下において、照射されてよい。
 この工程では、例えば、カチオン性モノマーとアニオン性モノマーとを添加した後のバイアルの外部から紫外線照射装置を用いて紫外線を照射する。
 紫外線の波長としては、210~600nmであることが好ましく、360~380nmであることが更に好ましい。上記範囲とすれば、効率よく重合反応を進行させることができ、所期の共重合割合を有する高分子材料を安定的に得ることができる。また、製造したポリマー材料が着色することを防ぐこともできる。
 紫外線の照射強度としては、0.01~50mW/cmであることが好ましく、0.1~5mW/cmであることが更に好ましい。
 不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン等が挙げられる。
 温度条件としては、10~40℃あることが好ましく、20~30℃あることが更に好ましい。上記範囲とすれば、通常の実験室の室温において重合反応を行うことを可能とすることができ、また、光照射という手段とは別の加熱という手段での反応制御を可能とすることもできる。
 反応時間としては、反応時間としては、10分~48時間であることが好ましく、60分~24時間であることが更に好ましい。
 この工程において、NIPAMとカチオン性モノマーとアニオン性モノマーとが、紫外線の照射により、ラジカル重合して、第一重合工程において形成したNIPAMを含むホモポリマーブロックの重合鎖α末端に連続する形態で、NIPAMとカチオン性モノマーとアニオン性モノマーとを含むコポリマーブロックが形成される。他のモノマーも用いた場合には、NIPAMと他のモノマーとを含むポリマーブロック、及び/又は、NIPAMとカチオン性モノマーとアニオン性モノマーと他のモノマーとを含むコポリマーブロックが形成される。
 上記の通り、NIPAMを含むホモポリマーブロックと、NIPAMとカチオン性モノマーとアニオン性モノマーとのコポリマーブロックとを含む温度応答性ポリマーが得られる。
 なお、この一例の製造方法では、効率的な反応を実現する観点から、第一重合工程、添加工程、及び第二重合工程に亘って紫外線を照射することが好ましい。
 (B)の温度応答性ポリマーの製造方法の別の例は、ラジカル重合を用いる方法であり、N−イソプロピルアクリルアミド(NIPAM)と、カチオン性モノマーと、アニオン性モノマーと、任意選択的に他のモノマーを含む混合物に紫外線を照射する。
 ここで、上記混合物は、例えば、溶媒、連鎖移動剤、安定剤、界面活性剤等を含んでよい。
 また、紫外線は、不活性雰囲気下において、照射されてよい。
 他の条件については、前述の一例の製造方法と同様としてよい。
 更には、イニファーター重合を用いる場合、イニファーターとして、ベンジル−(N,N−ジエチル)ジチオカルバメートを、溶媒として、トルエン等を用いてよく、近紫外線の照射によりリビング重合を行ってよい。ここで、1番目のモノマーによる重合後、単離操作を経て、2番目のモノマーによる重合を行うことによって、ブロック共重合体を得ることができる。
 更には、イオン重合を用いる場合、触媒として、NaOH粉末を、溶媒として、精製に用いられる再沈殿用溶媒と共に非プロトン系溶媒を用いてよい。1番目のモノマーによる重合後、再沈殿操作(この操作後もω末端にイオン種が残る)を経て、2番目のモノマーによる重合を行うことによって、ブロック共重合体を得ることができる。
(温度応答性ポリマー)
 (B)の温度応答性ポリマーは、上記(B)の製造方法により製造される。
 (B)の温度応答性ポリマーは、N−イソプロピルアクリルアミド(NIPAM)単位と、カチオン性モノマー単位と、アニオン性モノマー単位とを含み、任意選択的に、他のモノマー単位を含む。本ポリマーは、前述の一例、別の例の製造方法により製造することができる。
 好適には、(B)の温度応答性ポリマーは、主としてN−イソプロピルアクリルアミド(NIPAM)単位を含み、任意選択的に他のモノマー単位を含むポリマーブロック(重合鎖α末端)と、主としてカチオン性モノマー単位と、アニオン性モノマー単位とを含み、任意選択的に他のモノマー単位を含むコポリマーブロックとを含む。更に好適には、(B)の温度応答性ポリマーは、NIPAMのホモポリマーブロックと、NIPAMとカチオン性モノマーとアニオン性モノマーとのコポリマーブロックとを含み、特に好適には、これらブロックからなる。本ポリマーは、前述の一例の製造方法により製造することができる。
 従来の温度応答性ポリマーのうちの1つ(特開2014−162865号公報参照)では、ポリマーに温度応答性を与えるDMAEMAが、同時に、(アニオン性モノマーと共に)細胞構造体の形成に必要となるカチオン性モノマーであり、また、温度応答性に関わるDMAEMAは、ポリマーブロックとして重合鎖α末端に含まれている。
 かかる温度応答性ポリマーでは、重合鎖α末端に必ずカチオン性モノマーが存在することから、重合鎖中におけるカチオン性サイトの位置の調整の自由度が高くはなく、また、カチオン性モノマーが主としてDMAEMAに限られることから、カチオン性サイトの陽電荷強度の調整や、温度応答性ポリマー水溶液のpHの調整も必ずしも容易とは言えなかった。
 そして、上記温度応答性ポリマーを、例えば、温度応答性ポリマーを薬物送達(DDS)に用いた場合、担持可能な薬剤の種類や量が限られる可能性があった。DDSの手法としては、例えば、細胞培養器に薬剤を担持させた温度応答性ポリマーを塗布して、塗布後の細胞培養器で細胞や組織を培養することによって、被覆物から細胞・組織に対して薬剤を徐放するといった手法等が挙げられる。ここで、上記従来の温度応答性ポリマーでは、陽電荷強度が小さいDMAEMAを含むため、アニオン性物質の薬剤の担持は必ずしも容易とは言えず、担持可能な薬剤の種類や量が限られる可能性があった。
 一方、(B)の温度応答性ポリマーでは、ポリマーに温度応答性を与えるNIPAMは中性のモノマーであり、(アニオン性モノマーと共に)細胞構造体の形成に必要となるカチオン性モノマーはNIPAMとは異なるモノマーである。
 (B)の温度応答性ポリマーでは、重合鎖α末端に必ずしもカチオン性モノマーが存在する必要はなく、重合鎖中におけるカチオン性サイトの位置を自由に調整することが可能であり、また、広範なカチオン性モノマーを用いることができるため、カチオン性サイトの陽電荷強度や温度応答性ポリマー水溶液のpHを容易に調整することが可能である。
 (B)の温度応答性ポリマーによれば、例えば、温度応答性ポリマーを薬物送達(DDS)に用いた場合、担持可能な薬剤の種類を拡大しつつ、その量を増加させることが可能となり、ひいては、温度応答性ポリマーの応用範囲を拡大することができる。
 (B)の温度応答性ポリマーでは、NIPAM単位の、NIPAM単位、カチオン性モノマー単位、アニオン性モノマー単位の合計に対する割合(モル)が、0.6~0.9であることが好ましく、0.7~0.9であることが更に好ましく、0.9であることが特に好ましい。
 他のモノマーも用いた場合には、他のモノマー単位の、NIPAM単位、カチオン性モノマー単位、アニオン性モノマー単位の合計に対する割合(モル)が、0.001~0.2であることが好ましく、0.01~0.1であることが更に好ましい。
 (B)の温度応答性ポリマーとしては、重合鎖α末端のポリマーブロック(例えば、NIPAMのホモポリマーブロック)の数平均分子量が5000Da以上であることが好ましく、20000Da以上であることが更に好ましい。
 (B)の温度応答性ポリマーとしては、数平均分子量(Mn)が、10~500kDaである分子が好ましい。また、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)は、1.1~10.0である分子が好ましい。
 温度応答性ポリマーの分子量は、重合条件により、適宜調整することができる。
 (B)の温度応答性ポリマーによれば、曇点を、例えば室温(25℃)以下に、低下させることができる。
 上記温度応答性ポリマーでは、曇点以上の温度で形成された温度応答性ポリマーの不溶化物が、室温(約25℃)条件下で再溶解するまでの時間が顕著に遅延する。これは、得られた温度応答性ポリマーは、分子内にカチオン性官能基とアニオン性官能基とが存在するため、高い自己凝集性を有するためであると推定される。
 特に、前述の(B)の温度応答性ポリマーは、重合鎖α末端に、高分子量を有するNIPAMのホモポリマーブロックを備えるため、NIPAMの側鎖の温度依存的なグロビュール転移が生じやすく、曇点を効果的に低減することが可能となると考えられる。
 また、この温度応答性ポリマーを用いて、後述するように、培養面にこの温度応答性ポリマーを被覆してなる細胞培養器を調製することができる。
 更に、(B)の温度応答性ポリマーによれば、後述するように、細胞を適切な培養条件で培養することにより、管腔状(チューブ状)や塊状(ペレット状)等の構造を有する細胞構造体を形成させることができる。
 (B)の温度応答性ポリマーが有する、カチオン性官能基の官能基数と、アニオン性官能基の官能基数との比(C/A比)は、0.5~32であることが好ましく、4~16であることが更に好ましい。
 C/A比を上記範囲とすれば、曇点を低減させるという上記効果が得られやすい。上記C/A比を有する温度応答性ポリマーでは、上記温度応答性ポリマー中でカチオン性官能基とアニオン性官能基とが、イオン結合的に分子間及び/又は分子内の凝集に作用して、温度応答性ポリマーの凝集力が強くなった結果であると推測される。
 また、C/A比を上記範囲とすれば、上記温度応答性ポリマー中の正電荷と負電荷とのバランスを特に好適にして、正電荷による細胞傷害性を抑制することができ、また、上記温度応答性ポリマーの親水性と疎水性とのバランスを特に好適にして、細胞の遊走や配向を生じやすくすることができるものと推定される。
 以下、上記(C)の温度応答性ポリマー及びその製造方法について記載する。
(温度応答性ポリマー組成物の製造方法)
 (C)の温度応答性ポリマー組成物の製造方法は、まず、混合型温度応答性ポリマー組成物を調製する(混合物調製工程)。具体的には、(C1)2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)及び/又はその誘導体の重合体と、(C2)2−アミノ−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオール(トリス)と、(C3)核酸、ヘパリン、ヒアルロン酸、デキストラン硫酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリリン酸、硫酸化多糖類、カードラン及びポリアルギン酸並びにこれらのアルカリ金属塩からなる群から選択される一種以上のアニオン性物質とを混合する。なお、(C2)トリスは任意選択的な成分である。
(温度応答性ポリマー組成物)
 (C)の温度応答性ポリマー組成物は、上記の通り、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート及び/又はその誘導体の重合体と、2−アミノ−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオールと、核酸、ヘパリン、ヒアルロン酸、デキストラン硫酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリリン酸、硫酸化多糖類、カードラン及びポリアルギン酸並びにこれらのアルカリ金属塩からなる群から選択される一種以上のアニオン性物質とを含む。
 (C1)のDMAEMA及び/又はその誘導体の重合体は、温度応答性ポリマーであり、その曇点は32℃である。(C2)のトリスは、曇点の若干の低下、及び/又は曇点よりも高温で形成されたポリマーが、曇点以下に冷却された際に再溶解する速度を低減させる役割を果たし、また、疎水化されたポリマー層中でも親水性を維持しながら、アミノ基に由来する陽電荷により細胞に刺激を与える役割を果たすと推定される。(C3)のアニオン性物質は、培養する細胞の遊走や配向を可能にする役割や細胞傷害性を抑制する役割を果たすと推定される。
 この混合型温度応答性ポリマー組成物によれば、曇点を室温(25℃)以下に低減させることができる。
 上記組成物では、DMAEMA及び/又はその誘導体の重合体の側鎖とトリスとが、互いに相互作用(例えば、架橋する作用)して、上記重合体が凝集しやすくなっていると推定される。
 ここで、上記(C1)について、DMAEMA及び/又はその誘導体の重合体としては、数平均分子量(Mn)が、10~500kDaである分子が好ましい。また、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)は、1.1~6.0である分子が好ましい。
 また、(C1)のDMAEMAの誘導体としては、例えば、メタクリレートのメチル基の水素原子をハロゲン置換した誘導体、メタクリレートのメチル基を低級アルキル基で置換した誘導体、ジメチルアミノ基のメチル基の水素原子をハロゲン置換した誘導体、ジメチルアミノ基のメチル基を低級アルキル基で置換した誘導体が挙げられる。
 上記(C2)について、トリスは、純度99.9%以上の純物質であるか、又は、トリス水溶液を、アルカリ性物質の添加等により、使用時に中性又は塩基性とすることが好ましい。トリスは、塩酸塩の状態で市販されているところ、これを用いた場合には、トリス水溶液のpHが下がるため、組成物の曇点が70℃程度にまで上昇してしまう。そのため、トリス塩酸塩は好ましくない。
 上記(C3)に列挙したアニオン性物質のうち、核酸は、DNA、RNA、その他1本鎖、2本鎖、オリゴ体、ヘアピン等の人工核酸等が挙げられる。
 また、上記(C3)に列挙したアニオン性物質は、ある程度の大きさ、例えば1~5,000kDaの分子量(M)を有していることが好ましい。
 分子量を上記範囲とすれば、アニオン性物質は、カチオン性物質とイオン結合して、カチオン性物質を、長時間捕捉する役割を果たすことができ、安定したイオン複合体微粒子を形成させることがでる。また、一般的にカチオン性物質が有する、細胞の細胞膜表面に対する静電的相互作用に起因する細胞傷害性を緩和することもできる。
 (C3)に列挙したアニオン性物質の他にも、例えば、カチオン性ポリマーであるポリ(4−アミノスチレン)の4−位のアミノ基に対してシュウ酸等のジカルボン酸を脱水縮合させることによって、アニオン性官能基を導入した、実質的にアニオン性物質として機能するポリマー誘導体も、用いることができる。
 なお、上記(C3)に列挙したアニオン性物質は、二種以上含まれていてもよい。
 ここで、(C1)2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)及び/又はその誘導体の重合体に対する、(C2)2−アミノ−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオール(トリス)の割合((C2)/(C1))が、1.0以下とした混合型温度応答性ポリマー組成物を用いることが好ましい。
 なお、割合((C2)/(C1))は、質量割合であるものとする。
 上記割合の混合型温度応答性ポリマー組成物を用いた場合、後述の培養工程で、細胞構造体を形成しやすくすることができる。
 この組成物によれば、上記組成物の親水性と疎水性とのバランスを更に好適にすることができる。そして、この好適なバランスが、培養面への細胞の接着性を好適に調整し、細胞の遊走や配向を活性化していると推定される。
 また、上記割合((C2)/(C1))は、0.1以上あることが好ましい。
 上記割合を0.1以上とすることにより、曇点を低減させるという上記効果が得られやすい。また、細胞構造体を形成しやすくするという上記効果が得られやすい。
 上記と同様の理由により、上記割合((C2)/(C1))は、0.1~0.5であることが更に好ましい。
 ここで、混合型温度応答性ポリマー組成物中のC/A比(正電荷/負電荷)が、0.5~16であることが好ましい。
 なお、本願明細書では、C/A比とは、組成物中に含まれる物質が有する正電荷の、組成物中に含まれる物質が有する負電荷に対する割合を指す。具体的には、C/A比は、(C1)DMAEMA及び/又はその誘導体の重合体のモル数をN1、(C3)アニオン性物質のモル数をN3としたときに、{(重合体1分子当たりの正電荷)×N1}/{(アニオン性物質1分子当たりの負電荷)×N3}という式で表される。
 またなお、本願明細書では、アニオン性物質をDNAとした場合、アニオン性物質1分子当たりの負電荷数は、DNAの塩基対の数(bp数)×2で計算し、分子量(Da)は、bp数×660(ATペア及びCGペアの平均分子量)で計算するものとする。
 C/A比を0.5~16とすることにより、管状細胞構造体を形成させやすくするという上記効果が得られやすくなる。
 上記組成物中の正電荷と負電荷とのバランスを好適にして、正電荷による細胞傷害性を抑制することができると推定される。また、上記組成物の親水性と疎水性とのバランスを更に好適にして、細胞の遊走や配向を生じやすくすることができると推定される。
 上記と同様の理由により、上記C/A比は、2~10とすることが更に好ましく、特にC/A比は8付近であることが最も好ましい。
 (準備工程)
 —例の製造方法では、次いで、上記温度応答性ポリマー及び/又は上記温度応答性ポリマー組成物で培養面の一部を被覆して、被覆培養面を準備する(準備工程)(図1(i)~(iii)参照)。
 ここで、被覆培養面以外の培養面は、細胞接着性としても、細胞非接着性としてもよいが、所望の形状の細胞塊を得られやすくする観点から、細胞非接着性とすることが好ましい。細胞非接着性の培養面の調製方法は、特に限定されることなく、例えば、細胞非接着性の培養面を備える細胞培養器、例えば、SUMILON社製のPrimeSurface(登録商標)や、大腸菌培養用の細胞培養器等の細胞接着のための表面処理を施していないもの等を用いてもよく、細胞非接着性のシートや中敷き等を用いてもよい。
 ここで、図1に示すように、被覆培養面は、細胞の壁との接触を抑制して、細胞塊の形状を整える観点から、非被覆培養面に取り囲まれるように設けられることが好ましい(図1(ii)、(iii)参照)。
 被覆培養面の形状は、所望する軟骨細胞塊の形状に合わせて、適宜調整してよく、平面視で、円形、矩形、ドーナツ形(リング形)等が挙げられる。
 上記準備工程は、例えば、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を、溶媒に溶解して、温度応答性ポリマー溶液としてから、細胞培養器の培養面上に塗布し、乾燥させて被覆細胞培養器を準備する工程(準備工程I)としてもよく、また、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を含む水溶液(温度応答性ポリマー水溶液)を温度応答性ポリマーの曇点以下に冷却し、冷却した温度応答性ポリマー水溶液を細胞培養器の培養面上に流延させ、曇点超の温度まで加熱して、被覆細胞培養器を準備する工程(準備工程II)としてもよい。
 上記準備工程Iにおける温度応答性ポリマー溶液における溶媒としては、例えば、水;生理食塩水;緩衝液;メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、1−ブタノール、イソブチルアルコール、2−ブタノール、t−ブチルアルコール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、2−メチル−1−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、3−メチル−2−ブタノール、2,2−ジメチル−1−プロパノール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、2−メチル−1−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、3−メチル−2−ブタノール、2,2−ジメチル−1−プロパノール、1−ヘキサノール、2−メチル−2−ペンタノール、アリルアルコール、ベンジルアルコール、サリチルアルコール等のアルコール;アセトン、エチルメチルケトン、ジエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルビニルケトン、シクロヘキサノン、2−メチルシクロペンタノン、アセトフェノン、ベンゾフェノン、イソホロン等のケトン;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸tert−ブチル、酢酸ビニル、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、上記アルコールとリン酸のエステル、上記アルコールと炭酸のエステル等のエステル;クロロホルム;ベンゼン;トルエン;ジエチルエーテル;ジクロロメタン;等が挙げられる。
 中でも、培養面に均一に被覆しやすく、また、温度応答性ポリマーの溶解性に優れるという観点から、メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、2−ブタノール、t−ブチルアルコール、アリルアルコール等のアルコール;アセトン、エチルメチルケトン、ジエチルケトン、メチルビニルケトン等のケトン;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸tert−ブチル、酢酸ビニル等のエステル;クロロホルム;ベンゼン;トルエン;ジエチルエーテル;ジクロロメタンが好ましい。また、短時間で乾燥させることができ、培養面に一層均一に塗布しやすいという観点から、沸点が低い有機溶媒(例えば、炭素数1~4の低級アルコール、炭素数3~5の低級ケトン、及び炭素数1~4のアルキル基を有する酢酸アルキルエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種、特に、水より沸点が低い、炭素数1~4の低級アルコール、炭素数3~5の低級ケトン、及び炭素数1~4のアルキル基を有する酢酸アルキルエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種)がさらに好ましく、コスト、操作性にも優れる観点から、メタノール、エタノールが特に好ましい。
 上記溶媒は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
 溶媒は、温度応答性ポリマーの溶解性に優れるため、曇点以上の温度(例えば、室温や37℃等)にしても、温度応答性ポリマーが不溶化して沈殿しにくい。そのため、温度応答性ポリマーを塗布する際に、温度応答性ポリマー溶液の温度管理をする手間が省け、簡易に被覆細胞培養器を準備することができる。
 上記準備工程Iにおいて、温度応答性ポリマー溶液には、細胞が自己凝集しやすくなるという観点から、親水性分子が含まれることが好ましい。親水性分子としては、温度応答性ポリマーのC/A比に影響しない非イオン性かつ親水性であるもの、例えば、ポリエチレングリコール(PEG)、ジメチルアクリルアミド(DMAA)、グリセリン、TritonX、ポリプロピレングリコール等が挙げられる。
 上記準備工程Iにおいて、温度応答性ポリマー溶液中の温度応答性ポリマーの含有量は、温度応答性ポリマーが培養面に均一に被覆されやすくなるという観点から、温度応答性ポリマー溶液(100重量%)に対して、0.00075~0.015重量%であることが好ましく、0.001~0.01重量%であることがより好ましい。
 上記準備工程Iにおいて、温度応答性ポリマー溶液中の親水性分子の含有量は、細胞が自己凝集しやすくなるという観点から、温度応答性ポリマー(100重量%)に対して、0.00001~0.00015重量%であることが好ましく、0.00003~0.0001重量%であることがより好ましい。
 上記準備工程Iにおいて、温度応答性ポリマー溶液は、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物が培養面に均一に被覆されやすくなるという観点から、水が含まれないことが好ましく、温度応答性ポリマー溶液(100重量%)中の水の重量割合が0.5重量%以下であることがより好ましく、0.1重量%以下であることがさらに好ましい。
 なお、水の重量割合は、ガスクロマトグラフィー、カールフィッシャー法等当業者に周知の方法により測定可能である。
 上記準備工程Iにおいて、温度応答性ポリマー溶液は、培養面の全面に塗布してもよいし、培養面の一部に塗布してもよい。中でも、簡易に細胞構造体が得られるという観点から、培養面の全面に塗布することが好ましい。
 上記準備工程Iにおいて、塗布した温度応答性ポリマー溶液を乾燥させる条件としては、培養面に温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を均一に被覆する観点から、大気圧下、温度10~70℃、時間1~3,000分が好ましい。塗布した温度応答性ポリマー溶液を、素早く乾燥させることにより、培養面上に温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物が偏ることなく、均一に被覆されやすくなる。
 塗布した温度応答性ポリマー溶液は、例えば、細胞培養器を37℃のインキュベーター中で静置することによって乾燥させてもよい。
 上記準備工程IIにおいて、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を溶解する溶媒としては、例えば、水;生理食塩水;リン酸緩衝液、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)、トリス緩衝液等の緩衝液;等が挙げられる。
 上記準備工程IIにおいて、温度応答性ポリマー水溶液を冷却する方法としては、例えば、温度応答性ポリマー水溶液を約4℃の冷蔵庫に入れて曇点以下の温度まで冷却する方法等が挙げられる。
 上記準備工程IIにおいて、温度応答性ポリマー水溶液を培養面上に流延させる方法としては、例えば、曇点以下の温度を有する温度応答性ポリマー水溶液を、細胞培養器の培養面を傾けることによって伸ばす方法、スパチュラを用いて温度応答性ポリマー水溶液を延ばす方法等が挙げられる。
 上記準備工程IIにおいて、流延した温度応答性ポリマー水溶液を曇点超まで加熱する方法としては、例えば、流延工程後の細胞培養器を37℃のインキュベーター中で静置する方法等が挙げられる。
 図1に示す一例の軟骨細胞塊の製造方法では、準備工程を、細胞培養器(図1(i)参照)の培養面の中央部分に、所望の形状を描きながら、上記温度応答性ポリマー及び/又は上記温度応答性ポリマー組成物を塗布し(図1(ii)参照)、塗布部分を乾燥する(図1(iii)参照)ことによって、行っている。
 また、本実施形態(I)における準備工程は、細胞培養器の培養面に、所望の形状の穴(くり抜き)を有するマスキングシート(図示せず)を敷き、そして、シートの上から上記温度応答性ポリマー及び/又は上記温度応答性ポリマー組成物を配置し、その後、シートを取り除くことによっても、行うことができる。
 かかるマスキングシートの素材としては、当業者に周知の素材が使用可能であり、例えば、接触角が70°以下の素材、具体的には、親水性基で修飾したポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ガラス、ポリプロピレン等が挙げられ、特に、細胞培養に使用するために溶出物を少なくする観点から、例えば、N,N−ジメチルアクルリルアミドが放射線グラフト重合により導入固定されたポリスチレン等が好ましい。
 シートの形状、サイズ、厚さ等は、特に限定されないが、厚さ0.05~2.0mmであることが好ましい。
 被覆培養面の面積は、特に限定されないが、例えば、φ35mmの細胞培養器を用いて、外径1~20mm、内径0.1~19mmサイズのドーナツ形の軟骨細胞塊を製造する場合、0.5~300mmとしてよい。
 被覆培養面が単位面積当たりに有する温度応答性ポリマー及び温度応答性ポリマー組成物の量は、0.1~3.0μg/cmとすることが好ましく、0.5~2.5μg/cmとすることがより好ましい。
 被覆培養面のゼータ電位としては、0~50mVが好ましく、より好ましくは0~35mV、更に好ましくは10~25mVである。ゼータ電位が0mV以上であることにより、負に帯電する細胞が接着しやすくなる。また、ゼータ電位が50mV以下であることにより、細胞毒性を軽減することができる。
 また、ゼータ電位を上記範囲とすることにより、細胞を適切な培養条件で培養するだけで、塊状(ペレット状)の構造を有する細胞構造体を一層簡便に作製させることができる。これは、表面ゼータ電位を上記範囲とすることによって、被覆培養面の表面に細胞毒性を惹起しない微弱な陽電荷を与えることができ、また、播種した細胞の速やかな接着を確保し、細胞の活性の向上及び細胞外マトリックスの分泌を促進し、更には、細胞遊走を適度に抑制して、細胞間の結合を強くすることができることによるものと推測される。
 なお、ゼータ電位とは、ポリスチレンラテックスをヒドロキシプロピルセルロースで被覆した粒子(ゼータ電位:−5~+5mV)を標準のモニター粒子として、ゼータ電位計(例えば、型番「ELSZ」、大塚電子社製等)で測定した、Smoluchowski式により算出される値をいう。
 被覆培養面の表面に対する水の接触角としては、本発明(I)の効果を高める観点から、50~90°が好ましく、より好ましくは60~80°、更に好ましくは62~78°である。
 なお、被覆培養面に対する水の接触角とは、被覆培養面内の任意の数点において、JIS R3257に準拠して測定される接触角の平均値をいう。
 図3に、準備工程の変形例及びこれに続く播種培養工程の概略を示す。
 図3(a)に、準備工程の第一変形例を示す。
 準備工程の第一変形例では、細胞培養器の培養面内に納まる平面視形状を有し、所定程度の厚さを有し、中央部分が所望の平面視形状にくり抜かれた細胞非接着性の中敷き(パッド)を用いる(図3(a)(i)参照)。
 なお、細胞非接着性とは、細胞が接着しない又は接着しにくいことをいう。
 そして、この第一変形例の準備工程では、まず、細胞培養器の培養面全面に上記温度応答性ポリマー及び/又は上記温度応答性ポリマー組成物を配置し、次いで、ポリマー及び/又はポリマー組成物の上に上記細胞非接着性のシートを敷く。これにより、被覆培養面は壁で囲まれる、すなわち、凹部の底面に設けられることとなる。
 かかる第一変形例によれば、後述の播種培養工程において細胞塊の形状を三次元的に制御することが可能となり、所望の形状を有する軟骨細胞塊をより精密に製造することが可能となる。
 第一変形例において用いることができる細胞非接着性の中敷きの素材としては、当業者に周知の素材が使用可能であり、例えば、接触角が70°以下の素材、具体的には、親水性基で修飾したポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ガラス、ポリプロピレン等が挙げられ、特に、細胞培養に使用するために溶出物を少なくする観点から、例えば、N,N−ジメチルアクルリルアミドが放射線グラフト重合により導入固定されたポリスチレン等が好ましい。
 中敷きの形状、サイズ、厚さ等は、特に限定されないが、例えば、φ35mmの細胞培養器を用いる場合、径(最大径)0.1~10mmであることが好ましい。
 なお、上記第一変形例では、細胞培養器の培養面内に納まるサイズを有し、中央部分に所望の平面視形状の凹部を備える細胞非接着性の中敷きを用いてもよい(図示せず)。
 この場合の準備工程では、中敷きの凹部の底面のみに上記温度応答性ポリマー及び/又は上記温度応答性ポリマー組成物を配置し、凹部の底面以外の面、すなわち、凹部の壁面及び凹部以外の中敷きの表面には、上記ポリマー及び/又は上記ポリマー組成物を配置しない(図示せず)。
 かかる例によっても、後述の播種培養工程において所望の形状を有する軟骨細胞塊を凹部においてより精密に製造することが可能となる。
 また、本実施形態(I)においては、異なるサイズの細胞非接着性の中敷きを用いてもよく、例えば、播種培養工程を経てサイズが拡大した軟骨細胞塊を、より大きなサイズの細胞非接着性の中敷きの凹部に移し、次の播種培養工程を行うこともできる。
 かかる手法によれば、各播種培養工程における、軟骨細胞塊のサイズに対する被覆培養面のサイズを、一定程度に保持することができ、軟骨細胞塊の形状をより所望の形状に近づけることが可能になる。
 図3(b)に、準備工程の第二変形例を示す。
 準備工程の第二変形例では、細胞培養器の培養面に所望の平面視形状の凹部を彫り込む(図3(b)参照)。
 そして、この第二変形例の準備工程では、彫り込んだ凹部の底面のみに温度応答性ポリマー及び/又は上記温度応答性ポリマー組成物を配置し、凹部の底面以外の面、すわわち、凹部の壁面及び凹部以外のシートの表面には、上記ポリマー及び/又は上記ポリマー組成物を配置していない(図3(b)(i)参照)。
 かかる第二変形例によれば、後述の播種培養工程において細胞塊の形状を三次元的に制御することが可能となり、所望の形状を有する軟骨細胞塊をより精密に製造することが可能となる。
 なお、前述の準備工程の第一変形例及び第二変形例において、播種される細胞と凹部の壁面との接着を抑制して、得られる細胞塊の形状を整える観点から、特に凹部の壁面は細胞非接着性とすることが好ましい。
(播種培養工程)
 本実施形態(I)における一例の製造方法では、次いで、被覆培養面において、細胞塊の存在下、軟骨細胞に分化し得る細胞を播種し、細胞塊及び軟骨細胞に分化し得る細胞を共培養することによって、軟骨細胞塊を調製する(播種培養工程)。
 なお、図1に示すように、本実施形態(I)における一例の製造方法では、前述の準備工程の後、後述する播種培養工程の前に、前述の準備工程において準備した被覆培養面に軟骨細胞に分化し得る細胞を播種し、これを培養することによって、後述する播種培養工程において用いられる細胞塊を調製している(図1(iv)~(viii)参照)。
 しかしながら、本実施形態(I)の製造方法は、これに限定されることなく、播種培養工程において用いる細胞塊を、別途、(例えば、別の細胞培養器で、)調製してもよい(図示せず)。
 図1に示す例では、播種培養工程を、被覆培養面上に細胞塊を存在させた状態で、細胞培養器に細胞及び細胞培養用培地を加え(図2(i)参照)、その後、この細胞培養器を一般的な37℃の細胞インキュベーターに入れ(図2(ii)参照)、培地交換により新たな細胞培養用培地を加え(図2(iii)参照)、細胞培養器を更に細胞インキュベーターに入れる(図2(iv)、(v)参照)ことによって、行っている。なお、図2(iv)における括弧内には、構造物の断面図を示す。
 この工程において、図2(i)に示す通り、細胞塊は被覆培養面の中央部分に存在させることが、軟骨細胞塊の全体形状を整える観点から、好ましい。
 培地交換前に用いる細胞培養用培地と、培地交換後に用いる細胞培養用培地とは、目的や用途に応じて適宜選択されてよく、例えば、前の培地を増殖用培地とし、後の培地を分化用培地や再分化用培地としてもよい。
 軟骨細胞に分化し得る細胞としては、軟骨細胞、脂肪、滑膜、筋膜、骨膜、歯根膜、歯髄、骨髄由来の間葉系幹細胞、およびiPS細胞が挙げられる。
 上記軟骨細胞に分化し得る細胞は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
 播種培養工程において細胞を播種する際の細胞密度は、0.3×10個/cm以上、好ましくは0.3×10個/cm以上、より好ましくは0.5×10個/cm以上であり、また、培養中の細胞同士の接触による増殖停止等の、細胞周期に関する問題を生じにくくするため、10.0×10個/cm以下とすることが好ましく、より好ましくは4.5×10個/cm以下である。
 培養条件は、使用する細胞種や実験目的に基づいて、当業者は適切に定めることができ適宜定めてよく、例えば、37℃、5%CO雰囲気等としてよい。
 ここで、播種培養工程において生じる現象を、図2を参照しながら、以下に記載する。
 この工程においては、まず、播種された細胞が、中央部分に細胞塊が存在している被覆培養面上、及び非被覆培養面上に、沈降する。このとき、被覆培養面上に沈降した細胞は、被覆培養面上に接着して、生存する一方、非被覆培養面上に沈降した細胞は、非被覆培養面上には接着することなく存在する(図2(ii)参照)ところ、播種後1回目の培地交換により、接着しなかった細胞は吸引除去される(図2(iii)参照)。なお、かかる細胞の除去は、アポトーシスに伴うヒートショックプロテインや炎症性サイトカイン等の有害成分の放出を抑制する観点から、迅速に行うことが好ましい。
 そして、被覆培養面に接着した細胞を更に培養すると、被覆培養面と非被覆培養面との境界付近に位置する細胞が、該細胞よりも被覆培養面の中央部分側に位置する細胞をも伴いながら、中央部分にある細胞塊を包み込むように、被覆培養面から凝集し始める(図2(iv)参照)。言い換えると、接着していた細胞が、培養面から遠ざかるように、被覆培養面の中央部分に向かって、剥離して、シート状であった細胞全体がその周縁において反り返る。
 最終的に、予め配置されていた細胞塊と播種された細胞とが、断面視で積層構造をなすように、一体化する(図2(v)参照)。
 本発明(I)の播種培養工程において用いられた軟骨に分化し得る細胞は、上記凝集の過程を経て軟骨細胞に分化、成熟するが、軟骨細胞は、当業者に周知のように、成熟すると低酸素状態を許容する特殊な性質を有する細胞である。従って、凝集の過程を経て得られた細胞塊中の軟骨細胞は低酸素状態でも生存することが可能となり、次の播種培養工程において、新たな軟骨に分化し得る細胞に包み込まれて、低酸素状態に置かれても、生存し続けることができる。
 なお、播種された細胞は、被覆培養面以外に細胞塊自体の上にも、沈降することとなるが、細胞が凝集する際に、併せて一体化することとなる。
 そして、本実施形態(I)における一例の製造方法では、前述の播種培養工程を複数回行う(図2(vi)参照)。
 播種培養工程を複数回行うことによって、サイズの大きな軟骨細胞塊を得ることができ、また、そのサイズを目的や用途に応じたものに調整することができる。
 かかる態様によれば、前の播種培養工程において形成された成熟した細胞で構成される細胞塊の周囲に、後の播種培養工程において未成熟の細胞を順次配置していくことが可能となり、軟骨に分化し得る細胞の成熟と、細胞塊の成長とを両立することが可能となる。
 なお、ここで、未成熟の細胞(増殖するが軟骨の性質は不十分な細胞)と、成熟した細胞(増殖しないが軟骨細胞の性質を獲得した細胞;低酸素環境を許容できる、高弾性な柔軟性を有する等の特性を備える)との制御は、培地を適切に選択することで行うことが可能である。例えば、使用する培地にTGF−β1等の分化誘導因子を混合すれば、細胞の分化を促進することが可能となる。
 前の播種培養工程において細胞塊が被覆培養面の中央部分に形成されてから、次の播種培養工程において細胞を播種するまでの時間は、特に限定されないが、形成した細胞塊を軟骨細胞塊に成熟させること、及び、軟骨細胞塊の活性の低下を抑制することを考慮し、また、使用する再分化培地の種類や濃度等を総合的に勘案して、当業者によって適宜設定されてよい。
(軟骨細胞塊)
 本実施形態(I)の軟骨細胞塊は、本実施形態(I)の軟骨細胞塊の製造方法により製造されたものである。
 軟骨細胞塊のサイズとしては、特に限定されないが、径(最大径)は1~100mmとしてよく、特にドーナツ形の軟骨細胞塊の場合、外径は3~50mmとしてよく、内径は0.3~49mmとしてよい。
(移植材料の製造方法)
 本実施形態(I)の移植材料の製造方法は、本実施形態(I)の軟骨細胞塊の製造方法により製造された軟骨細胞塊の存在下、間葉系細胞を播種し、軟骨細胞塊及び間葉系細胞を共培養することによって、移植材料を調製する、工程を含む。
 図4に、本実施形態(I)の移植材料の製造方法の概要について示す。
 本実施形態(I)の移植材料の製造方法における上記工程は、用いる細胞を間葉系細胞とすること以外、前述の本実施形態(I)の軟骨細胞塊の製造方法における播種培養工程と同様に行ってよい。
 ここで、間葉系細胞としては、軟骨細胞、線維芽細胞、ADSC等が挙げられる。
(移植材料)
 本実施形態(I)の移植材料は、本実施形態(I)の移植材料の製造方法により製造されたものである。
 本実施形態(I)の移植材料は、軟骨細胞塊の最外側に間葉系細胞、特に線維芽細胞が配置されているものであるため、生体に移植した際に、移植部位の周囲組織と頑強に接着しやすい傾向がある。このため、移植部位における治癒の効果を高め、予後をより良好なものとすることができる。
 図5に、本実施形態(I)における別の例の軟骨細胞塊の製造方法の概要について示す。
 本実施形態(I)における別の例の軟骨細胞塊の製造方法は、前述の準備工程の第一変形例を含むものである。
 具体的には、別の例の製造方法は、中央部分に平面視でドーナツ形(例えば、外径(φo)8mm、内径(φi)4mm、幅2mm)のくり抜きを設けた、細胞非接着性の中敷き(例えば、厚さ1mm)を用いるものである。
 ここで、被覆培養面の外輪郭線がなす線と、被覆培養面の外輪郭線がなす線とが、同心円をなすことが、軟骨細胞塊のドーナツ形状を整える意味で、好ましい。
 本実施形態(I)における別の例の軟骨細胞塊の製造方法における各工程の詳細は、前述の本実施形態(I)における一例の軟骨細胞塊の製造方法における各工程と同様としてよい(図5(i)~(ix)参照)。
 別の例の製造方法において、例えば、細胞培養器としてφ35mmプレートを用いる場合、より形の整ったドーナツ形(リング形)の軟骨細胞塊を得る観点から、被覆培養面の幅を3mm以下とすることが好ましく、2.5mm以下とすることがより好ましく、壁の高さを3mm以下とすることが好ましく、2.5mm以下とすることがより好ましい。
(複合材の製造方法)
 本実施形態(I)の複合材の製造方法は、本実施形態(I)の軟骨細胞塊のうち特にドーナツ形の軟骨細胞塊を管状構造体に嵌装させることによって、複合体を調製する複合体調製工程と、複合体を培養して、複合材を調製する培養工程とを含む。
 好適には、本実施形態(I)の複合材の製造方法は、管状構造体と芯材とを準備したうえで(図6(i)参照)、芯材を管状構造体の中空部の一方端から他方端に向かって挿入する(図6(ii)参照)工程と、本実施形態(I)のドーナツ形の軟骨細胞塊を上記管状構造体に嵌装させることによって、複合体を調製する複合体調製工程(図6(iii)参照)と、複合体を培養して、複合材を調製する(図6(iv)参照)培養工程と上記複合材から芯材を取り出す(図6(v)参照)工程とを含む。
 図6(i)~(v)に、本実施形態(I)における一例の複合材の製造方法の概要について示す。
 以下、本実施形態(I)における一例の軟骨細胞塊の製造方法における各工程の詳細を記載する。
 管状構造体としては、中空部を有しているものとしてよく、バイオチューブ(人工血管)、コラーゲン製チューブ、エラスチン製チューブ、ポリグルコン酸製チューブ、ポリ乳酸製チューブ等としてよい。
 バイオチューブは、コラーゲンを主成分とするものとしてよく、例えば、特開2004−261260号公報の実施例に記載される方法で作成されてよい。
 管状構造体の外径としては、本実施形態(I)のドーナツ形の細胞構造体の内径と同様としてよく、例えば、1~100mmとしてよく、管状構造体の内径としては、特に限定されないが、例えば、0.1~50mmとしてよい。管状構造体の長さとしては、目的や用途に応じて適宜定められてよく、特に限定されないが、例えば、1~300mmとしてよい。
 芯材としては、中実体でも多孔体でも使用可能であり、具体的には、シリコン製の棒状構造物、アクリル製の棒状構造物、金属製の棒状構造物、素焼き、金属メッシュ圧縮構造体等としてよく、多孔体を使用すると、複合体の内腔側からの培地、酸素の拡散も可能となる。
 芯材の外径としては、上記管状構造体の内径と同様としてよく、例えば、0.1~50mmとしてよい。
 芯材の長さとしては、管状構造体の長さと同様としてよく、管状構造体の長さよりも、例えば0.1~10mmだけ長くても又は短くてもよい。
 上記複合体調製工程では、例えば、本実施形態(I)のドーナツ形の軟骨細胞塊をピンセットで固定しつつ、前述の工程で調製された(芯材が内部に設けられた)管状構造体を軟骨細胞塊の輪に通すことによって、行うことができる。
 管状構造体1個に対して用いられるドーナツ形の軟骨細胞塊の数は、目的や用途に応じて適宜定められてよく、特に限定されないが、例えば、1~1,000個としてよい。
 また、軟骨細胞塊を複数用いた場合の、隣接する2つ軟骨細胞塊間の距離としては、目的や用途に応じて適宜定められてよく、特に限定されないが、例えば、この工程後・後述の培養工程前において、0.1~100mmとしてよい。
 前述の複合体調製工程において管状構造体の嵌装が終了してから、後述の培養工程において複合体の培養を開始するまでの時間としては、細胞の活性を維持する観点から、1~180分間とすることが好ましく、より好ましくは1~120分間である。
 上記培養工程は、例えば、前述の複合体調製工程で調製された複合体を、適切な条件(例えば、37℃、5%CO雰囲気等)の下に、所定時間(例えば、12時間~150日間)置くことによって、行うことができる。
 なお、上記培養工程は、生体内にて、行うこともでき、例えば、前述の複合体を生体内に埋入し、これを所定時間留置して、複合体の外表面を包囲するように形成される生体組織と複合体とを一体化することによって、行うこともできる。
 複合材からの芯材の取り出しは、ピンセット等を用いて、適宜行うことができる。
 なお、上記工程における各操作は、手動で行ってもよく、機械や装置を用いて行ってもよく、特に限定されない。
(複合材)
 本実施形態(I)の複合材は、本実施形態(I)の軟骨細胞塊のうち特にドーナツ形の軟骨細胞塊が管状構造体の外表面に設けられているものである(図6(v)参照)。
 管状構造体の素材、外径、内径、長さ等;管状構造体1個に対して用いられるドーナツ形の軟骨細胞塊の数等は、本実施形態(I)の複合材の製造方法について前述した通りとしてよい。
 また、軟骨細胞塊を複数用いた場合の、隣接する2つ軟骨細胞塊(軟骨組織)間の距離としては、目的や用途に応じて適宜定められてよく、特に限定されないが、例えば、0.1~100mmとしてよく、隣接する2つ軟骨細胞塊(軟骨組織)が重なり合っていてもよい(すなわち、距離0mm)。
 本実施形態(I)の複合材では、管状構造体の内部に芯材が設けられていてもよい(図6(v)参照)。
 芯材の素材、外径、長さ等は、本実施形態(I)の複合材の製造方法について前述した通りとしてよい。
 本実施形態(I)の複合材は、本実施形態の複合材の製造方法により製造されたものとしてよい。
 本実施形態(I)の軟骨細胞塊、移植材料、複合材は、関節、気管、鼻等の治療に有用であり、より具体的には、半月板、気管軟骨、鼻軟骨、耳軟骨、椎間板、関節軟骨、靭帯、アキレス腱、等の治療に好適に用いることができる。
 本実施形態(I)の軟骨細胞塊、移植材料、複合材の製造方法によれば、例えば、患者の患部のCT画像をCAD図面化し、かかる図面に従って軟骨細胞塊及び移植材料の形状を整えることも可能となることから、本実施形態の軟骨細胞塊、移植材料、複合材の製造方法は、テーラーメイド医療の実現に大きく貢献する可能性を秘めている。
[[発明(II)]]
 上皮系細胞は、細胞培養器に接着しにくい、培養器への接着が不十分であると増殖後の細胞の形態が不安定になる等の問題があり、従来の方法では安定した細胞培養が難しかった。また、上皮系細胞はアクチンフィラメントが発達しておらず細胞間の結合が弱いため、細胞培養器への接着が弱いと細胞培養面から剥がれやすかった。また、上皮系細胞から形成したスフェロイドも細胞培養器に接着しにくく、細胞培養器中で浮遊しやすいため、培地交換等の際に、誤吸引するおそれが非常に大きかった。
 発明(II)に関し、本発明者らは、温度応答性ポリマーで被覆した細胞培養器は、上皮系細胞の接着性に極めて優れていること、特に、上皮系細胞以外の細胞は、温度応答性ポリマーで被覆した細胞培養器に適度な力で接着し、密度が一定以上となると自己凝集する性質を有することが多いが、上皮系細胞と温度応答性ポリマーで被覆した細胞培養器とを組み合わせると、他の細胞とは異なり、培養面と強く接着することを見出した。そして、温度応答性ポリマーで被覆した細胞培養器を用いることにより、上皮系細胞の培養が容易となり、増殖中の細胞の形態も優れることを見出した。また、細胞構造体が被覆細胞培養面から剥がれにくくなり、培地交換等の際に誤吸引しにくくなり、効率よく上皮系細胞の細胞構造体を形成できる方法を見出した。
[上皮系細胞の培養方法]
 本発明(II)の上皮系細胞の培養方法は、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を調製する、調製工程と、上記温度応答性ポリマー又は上記温度応答性ポリマー組成物で、細胞培養器の培養面の少なくとも一部を被覆して被覆領域Aを形成し、被覆領域Aを有する被覆細胞培養器を準備する、培養器準備工程と、上皮系細胞を上記被覆細胞培養器に播種する、播種工程と、上記被覆領域Aに接着した上記上皮系細胞を培養する、培養工程と、を含み、上記被覆領域Aにおける上記温度応答性ポリマー又は上記温度応答性ポリマー組成物の濃度が、0.3pg/mm以上である。
 本発明(II)の上皮系細胞の培養方法によれば、培養中の上皮系細胞の意図しない剥離が起こりにくくなり、容易に上皮系細胞を培養することができる。
 上記被覆細胞培養器は、培養面全面が被覆領域Aであってもよいし、培養面の一部が被覆領域Aであってもよい。また、培養面に1個の被覆領域Aを有していてもよいし、複数の被覆領域Aを有していてもよい。
(調製工程)
 実施形態(II)における調製工程としては、上記発明(I)における調製工程と同様の工程が挙げられ、好適例としても同様のものが挙げられる。
 なお、本実施形態(II)において、培養方法に用いられる温度応答性ポリマー及び温度応答性ポリマー組成物としては、上皮系細胞の接着性に一層優れるという観点から、(A)が好ましい。
 また、本実施形態(II)において、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)を含む混合物を調製する調製工程を、混合物調製工程と称する場合がある。
(培養器準備工程)
 本発明(II)の実施形態(以下、「本実施形態(II)」ともいう。)の培養方法において、上記培養器準備工程は、上記温度応答性ポリマー又は上記温度応答性ポリマー組成物で、細胞培養器の培養面の少なくとも一部を被覆して被覆領域Aを形成し、被覆領域Aを有する被覆細胞培養器を準備する工程である。
 上記培養器準備工程は、例えば、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を、溶媒に溶解して、温度応答性ポリマー溶液としてから、細胞培養器の培養面上に塗布し、乾燥させて被覆細胞培養器を準備する工程(培養器準備工程I)としてもよく、また、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を含む水溶液(温度応答性ポリマー水溶液)を温度応答性ポリマーの曇点以下に冷却し、冷却した温度応答性ポリマー水溶液を細胞培養器の培養面上に流延させ、曇点超の温度まで加熱して、被覆細胞培養器を準備する工程(培養器準備工程II)としてもよい。
 ここで、被覆領域Aを形成する際に使用する温度応答性ポリマー溶液を、温度応答性ポリマー溶液A、被覆領域Aを形成する際に使用する温度応答性ポリマー水溶液を、温度応答性ポリマー水溶液Aを称する場合がある。
 上記培養器準備工程Iにおける温度応答性ポリマー溶液における溶媒としては、例えば、水;生理食塩水;緩衝液;メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、1−ブタノール、イソブチルアルコール、2−ブタノール、t−ブチルアルコール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、2−メチル−1−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、3−メチル−2−ブタノール、2,2−ジメチル−1−プロパノール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、2−メチル−1−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、3−メチル−2−ブタノール、2,2−ジメチル−1−プロパノール、1−ヘキサノール、2−メチル−2−ペンタノール、アリルアルコール、ベンジルアルコール、サリチルアルコール等のアルコール;アセトン、エチルメチルケトン、ジエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルビニルケトン、シクロヘキサノン、2−メチルシクロペンタノン、アセトフェノン、ベンゾフェノン、イソホロン等のケトン;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸tert−ブチル、酢酸ビニル、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、上記アルコールとリン酸のエステル、上記アルコールと炭酸のエステル等のエステル;クロロホルム;ベンゼン;トルエン;ジエチルエーテル;ジクロロメタン;等が挙げられる。
 中でも、培養面に均一に被覆しやすく、また、温度応答性ポリマーの溶解性に優れるという観点から、水、メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、2−ブタノール、t−ブチルアルコール、アリルアルコール等のアルコール;アセトン、エチルメチルケトン、ジエチルケトン、メチルビニルケトン等のケトン;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸tert−ブチル、酢酸ビニル等のエステル;クロロホルム;ベンゼン;トルエン;ジエチルエーテル;ジクロロメタンが好ましい。また、短時間で乾燥させることができ、培養面に一層均一に塗布しやすいという観点から、沸点が低い有機溶媒(例えば、炭素数1~4の低級アルコール、炭素数3~5の低級ケトン、及び炭素数1~4のアルキル基を有する酢酸アルキルエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種、特に、水より沸点が低い、炭素数1~4の低級アルコール、炭素数3~5の低級ケトン、及び炭素数1~4のアルキル基を有する酢酸アルキルエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種)がさらに好ましく、コスト、操作性にも優れる観点から、メタノール、エタノールが特に好ましい。
 上記溶媒は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
 溶媒は、温度応答性ポリマーの溶解性に優れるため、曇点以上の温度(例えば、室温や37℃等)にしても、温度応答性ポリマーが不溶化して沈殿しにくい。そのため、温度応答性ポリマーを塗布する際に、温度応答性ポリマー溶液の温度管理をする手間が省け、簡易に被覆細胞培養器を準備することができる。
 上記培養器準備工程Iにおいて、温度応答性ポリマー溶液には、上皮系細胞の接着性を調整する目的で、適宜、親水性分子を加えてもよい。親水性分子としては、温度応答性ポリマーのC/A比に影響しない非イオン性かつ親水性であるもの、例えば、ポリエチレングリコール(PEG)、ジメチルアクリルアミド(DMAA)、グリセリン、TritonX、ポリプロピレングリコール等が挙げられる。
 上記培養器準備工程Iにおいて、温度応答性ポリマー溶液A中の温度応答性ポリマーの含有量は、温度応答性ポリマーが培養面に均一に被覆されやすくなるという観点から、温度応答性ポリマー溶液(100質量%)に対して、0.00000009~0.01質量%であることが好ましく、0.0000009~0.01質量%であることがより好ましい。
 上記培養器準備工程Iにおいて、温度応答性ポリマー溶液A中の親水性分子の含有量は、細胞が自己凝集しやすくなるという観点から、温度応答性ポリマー(100質量%)に対して、0.00001~0.00015質量%であることが好ましく、0.00003~0.0001質量%であることがより好ましい。
 上記培養器準備工程Iにおいて、温度応答性ポリマー溶液Aは、培養面の全面に塗布してもよいし、培養面の一部に塗布してもよい。
 培養面の一部に温度応答性ポリマー溶液を塗布する場合は、培養面上に、被覆領域を1個設けてもよいし、複数の被覆領域を設けてもよい。なお、培養面の一部に温度応答性ポリマー溶液を塗布する場合は、培養面が細胞非接着性である細胞培養器を用いることが好ましい。
 また、温度応答性ポリマー溶液は、被覆領域A全体で均一の濃度となるように塗布してもよいし、一部分に濃く塗布し、他の部分は薄く塗布してもよい。
 なお、「細胞非接着性」とは、接着系細胞(例えば、線維芽細胞、心筋細胞、血管内皮細胞等)が、通常の培養条件下で、接着しない又は接着しにくい性質をいい、いわゆる「低接着性」のものも含む。
 上記培養器準備工程Iにおいて、塗布した温度応答性ポリマー溶液を乾燥させる条件としては、培養面に温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を均一に被覆する観点から、大気圧下、温度10~70℃、時間1~3,000分が好ましい。塗布した温度応答性ポリマー溶液を、素早く乾燥させることにより、培養面上に温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物が偏ることなく、均一に被覆されやすくなる。
 塗布した温度応答性ポリマー溶液は、例えば、細胞培養器を37℃のインキュベーター中で静置することによって乾燥させてもよい。
 上記培養器準備工程IIにおいて、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を溶解する溶媒としては、例えば、水;生理食塩水;リン酸緩衝液、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)、トリス緩衝液等の緩衝液;等が挙げられる。
 上記培養器準備工程IIにおいて、温度応答性ポリマー水溶液を冷却する方法としては、例えば、温度応答性ポリマー水溶液を約4℃の冷蔵庫に入れて曇点以下の温度まで冷却する方法等が挙げられる。
 上記培養器準備工程IIにおいて、温度応答性ポリマー水溶液を培養面上に流延させる方法としては、例えば、曇点以下の温度を有する温度応答性ポリマー水溶液を、細胞培養器の培養面を傾けることによって伸ばす方法、スパチュラを用いて温度応答性ポリマー水溶液を延ばす方法等が挙げられる。
 上記培養器準備工程IIにおいて、流延した温度応答性ポリマー水溶液を曇点超まで加熱する方法としては、例えば、流延工程後の細胞培養器を37℃のインキュベーター中で静置する方法等が挙げられる。
 上記細胞培養器としては、市販のマルチウェルプレート、ディッシュ、フラスコ等が挙げられる。上記細胞培養器の材質としては、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ガラス等が挙げられる。中でも、精密な成形加工が容易であり、種々の滅菌法を適用することが可能であり、透明性があるため顕微鏡観察に向いているという観点から、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)が好ましい。
 上記細胞培養器は、培養面表面に細胞接着処理等の処理が施されたものであってもよいし、表面が無処理であってもよい。上記培養面表面は、細胞の接着性を調整するために、コーティング処理、加工処理等がされていてもよい。
 上記培養面の平面視形状は、特に限定されないが、例えば、略四角形等の略多角形、略円形等の形状が挙げられる。中でも、より均質な細胞構造体が得られやすいという観点から、略円形が好ましい。
 上記培養面の底形状(底面の断面形状)は、特に限定されないが、平底、丸底(U底)、V底、凹凸状底等が挙げられる。特に、上皮系細胞の培養方法、及び後述の細胞構造体の培養工程において、上皮系細胞がスフェロイド状の細胞構造体
 上記培養面の少なくとも一部に窪み部を有していてもよい。その場合、上記被覆領域A内に窪み部を設けることが好ましい。中でも、窪み部は被覆領域Aの中央部に設けられることが好ましい。
 上記窪み部の深さは、例えば、0.001~10.0mmであることが好ましく、0.01~1mmであることがより好ましい。
 また、上記窪み部の平面視面積は、例えば、0.01~10.0mmであることが好ましく、0.1~1mmであることがより好ましい。
 上記細胞培養器の培養面の面積は、150cm以下であることが好ましく、21cm以下であることがより好ましく、200mm以下であることがさらに好ましい。なお、上記細胞培養器の培養面の面積の下限値は、市販サイズのものであれば使用可能であり、特に限定されない。
 被覆領域Aの面積は、150cm以下であることが好ましく、21cm以下であることがより好ましく、200mm以下であることがさらに好ましい。
 また、細胞培養器の培養面の全面積(100%)に対する、被覆領域Aの面積は、50~100%であることが好ましく、80~100%であることがより好ましい。
 上記被覆領域Aにおける、単位面積当たりの有する温度応答性ポリマーの量は、0.3pg/mm以上であり、3.0pg/mm以上であることが好ましく、30pg/mm以上であることがより好ましく、また、200ng/mm以下であることが好ましい。上記範囲とすれば、上皮系細胞が培養面に接着して一層培養が容易となる。
 上記被覆細胞培養器における、被覆領域Aのゼータ電位としては、0~50mVが好ましく、より好ましくは0~35mV、更に好ましくは10~25mVである。ゼータ電位が0mV以上であることにより、負に帯電する細胞が接着しやすくなる。また、ゼータ電位が50mV以下であることにより、細胞毒性を軽減することができる。
 また、ゼータ電位を上記範囲とすることにより、上皮系細胞と被覆領域Aとの接着性が一層向上する。これは、表面ゼータ電位を上記範囲とすることによって、被覆領域Aに細胞毒性を惹起しない微弱な陽電荷を与えることができ、また、播種した細胞の速やかな接着を確保し、細胞の活性の向上及び細胞外マトリックスの分泌を促進し、更には、細胞遊走を適度に抑制して、細胞間の結合を強くすることができることによるものと推測される。
 なお、ゼータ電位とは、ポリスチレンラテックスをヒドロキシプロピルセルロースで被覆した粒子(ゼータ電位:−5~+5mV)を標準のモニター粒子として、ゼータ電位計(例えば、型番「ELSZ」、大塚電子社製等)で測定した、Smoluchowski式により算出される値をいう。
 上記被覆領域Aに対する水の接触角としては、本発明(II)の効果を高める観点から、50~90°が好ましく、より好ましくは60~80°、更に好ましくは62~78°である。なお、被覆領域Aに対する水の接触角とは、被覆領域A内の任意の数点において、JIS R3257に準拠して測定される接触角の平均値をいう。
(播種工程)
 上記播種工程は、上皮系細胞を上記被覆細胞培養器に播種する工程である。細胞の複数回に分けて播種してもよい。
 上皮系細胞としては、例えば、創薬試験で多用されるHepG2、HepaRG、HepaRA等の肝癌由来培養細胞、肝細胞、BxPC−3等の膵癌由来細胞、生体から採取したこれらの初代培養細胞等が挙げられる。中でも、細胞が有する固有の性質のすべてが平均的で、当業者に周知である、HepaRG、HepaRA細胞等の肝癌由来培養細胞が創薬試験には好ましく、初代細胞が抗がん剤開発や臨床検査に好適である。
 上記上皮系細胞は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
 上記播種工程において、上記上皮系細胞以外にも、間葉系幹細胞、間質細胞等の他の細胞が含まれていてもよい。
 上記播種工程において、播種後の上記上皮系細胞の被覆領域A上の密度は、薄すぎて上皮系細胞が死滅しない程度の密度であれば特に限定されず、例えば、上記被覆領域Aの表面積に対して、5~100%コンフルエントが好ましく、より好ましくは50~100%コンフルエント、さらに好ましくは80~100%コンフルエントである。播種する細胞密度が上記範囲であると、上皮系細胞を一層容易に培養することができる。
 播種後の細胞の被覆領域A上の密度としては、薄すぎて上皮系細胞が死滅しない程度の密度であれば特に限定されず、例えば、20~15,000個/mmが好ましく、50~1,500個/mmがより好ましい。例えば、培養面の面積が8.4mmである384ウェル細胞培養プレートに、25μLの細胞液を加えて播種する場合、細胞液中の細胞数は7~5040個/μLが好ましい。なお、播種される細胞は、生きた細胞とする。
 細胞の播種は、例えば、37℃のインキュベーター中に静置しておいた被覆細胞培養器を、室温のクリーンベンチに取り出して、行うことができる。
 なお、細胞は培地に希釈して播種することが好ましい。希釈する培地としては、上皮系細胞の培養が可能な培地であれば、特に限定されない。
(培養工程)
 上記培養工程は、上記被覆領域Aに接着した上記上皮系細胞を培養する工程である。
 上皮系細胞の培養は、例えば、一般的な37℃の細胞インキュベーターを用いて行うことができる。
 培養した上皮系細胞は、PBS等で洗浄した後、トリプシン、トリプシン−EDTA、市販の細胞剥離溶液等を使用して、剥離し、希釈して継代をすることができる。
[上皮間葉転移誘導剤]
 発明者らは、上述の本発明(II)の実施形態の培養方法に用いられる温度応答性ポリマー及び温度応答性ポリマー組成物が、上皮系細胞の間葉系細胞への転移(上皮間葉転移(EMT))を誘導する効果を有することを見出した。
 すなわち、本発明(II)は上皮間葉転移誘導剤に関し、該上皮間葉転移誘導剤は、上述の本発明(II)の実施形態の培養方法に用いられる温度応答性ポリマー及び温度応答性ポリマー組成物を含み、好適には上記温度応答性ポリマー及び温度応答性ポリマー組成物からなる。
 上皮間葉転移を誘発させる従来の技術としては、TGF(Transforming Growth Factor)−β、EGF(Epidermal Growth Factor)等の増殖因子を使用してEMTを誘発させる技術や、上皮系癌細胞をタイプIVコラーゲン上で培養することでEMTを誘発させる技術が公知である。
 しかしながら、上述の従来技術では、TGF−βやEGF等の増殖因子として天然物由来のものを用いた場合、増殖因子に未知物質や病原性物質が含まれる可能性が否定できず、また、ロット間のバラツキ等により実験の再現性に悪影響を及ぼす可能性がある。また、増殖因子として遺伝子組換え技術で調製したものを用いた場合、増殖因子に大腸菌由来のエンドトキシンが混入する問題や、得られるタンパク質が宿主大腸菌特有の糖鎖修飾を受け、天然物由来の増殖因子とは構造も性質も異なるものとなってしまうという問題がある。
 本発明(II)の上皮間葉転移誘導剤によれば、メカニズムは不明であるが増殖因子を要することなく、100%化学合成による温度応答性ポリマー及び温度応答性ポリマー組成物が塗布された培養面上で上皮系細胞を培養するだけで、上皮間葉転移を誘発させることができる。そのため、転移に悪影響を及ぼし得る物質の混入のリスク、ロット間のバラツキが少なく、増殖因子を用いた場合に必要となる厳密な温度管理も不要であり、動物資源の節減に貢献することも可能となる。本発明(II)の上皮間葉転移誘導剤によれば、安価かつ簡便に上皮間葉転移を実現することができる。
 本実施形態(II)における温度応答性ポリマー及び温度応答性ポリマー組成物としては、本実施形態(II)において前述の、(A)2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)単位と、アニオン性モノマー単位とを含む温度応答性ポリマー、(B)N−イソプロピルアクリルアミド(NIPAM)単位と、カチオン性モノマー単位と、アニオン性モノマー単位とを含む温度応答性ポリマー、(C)2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)及び/又はその誘導体の重合体と、2−アミノ−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオール(トリス)と、核酸、ヘパリン、ヒアルロン酸、デキストラン硫酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリリン酸、硫酸化多糖類、カードラン及びポリアルギン酸並びにこれらのアルカリ金属塩からなる群から選択される1種以上のアニオン性物質とを含む温度応答性ポリマー組成物等が挙げられ、中でも、上皮系細胞の接着性に一層優れるという観点から、(A)が好ましい。
 ここで、上記(A)としては、例えば、(A−1)DMAEMAを水存在下で重合する方法により得られる温度応答性ポリマー、(A−2)主としてDMAEMAを含むポリマーブロック(重合鎖α末端)と、主としてDMAEMAとアニオン性モノマーとを含むコポリマーブロック(重合鎖ω末端)とを含む、温度応答性ポリマー等が挙げられ、中でも、上皮間葉転移の誘発を高める観点から、(A−1)が好ましい。
 (A)~(C)の温度応答性ポリマー及び温度応答性ポリマー組成物の詳細については前述の通りとしてよい。
 本実施形態(II)では、温度応答性ポリマー又は上記温度応答性ポリマー組成物で、細胞培養器の培養面の少なくとも一部を被覆して被覆領域Aを形成し、被覆領域Aを有する被覆細胞培養器を準備し、次いで、上皮系細胞を上記被覆細胞培養器に播種し、その後、上記被覆領域Aに接着した上記上皮系細胞を培養することによって、上皮間葉転移誘導剤としての上皮間葉転移の効果を得ることができる。
 培養器の準備、細胞の播種、細胞の培養の詳細については、特に限定されることなく、本実施形態(II)の上皮系細胞の培養方法、本実施形態(II)の細胞構造体の製造方法の場合と同様としてよい。
[細胞構造体の製造方法]
 本発明(II)の細胞構造体の製造方法は、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を調製する、調製工程と、上記温度応答性ポリマー又は上記温度応答性ポリマー組成物で、細胞培養器の培養面の少なくとも一部を被覆して被覆領域Aを形成し、被覆領域Aを有する被覆細胞培養器を準備する、培養器準備工程と、上皮系細胞を上記被覆細胞培養器に播種する、播種工程と、上記上皮系細胞から塊状の細胞構造体を形成し、上記被覆領域Aに接着した細胞構造体を得る、培養工程と、を含み、上記被覆領域Aにおける上記温度応答性ポリマー又は上記温度応答性ポリマー組成物の濃度が、0.3pg/mm以上である。
(調製工程)
 本実施形態(II)の細胞構造体の製造方法における調製工程としては、上述の本実施形態(II)の上皮系細胞の培養方法における調製工程と同様の工程が挙げられる。
(培養器準備工程)
 本実施形態(II)の細胞構造体の製造方法における調製工程としては、上述の本実施形態(II)の上皮系細胞の培養方法における調製工程と同様の工程が挙げられる。
 本実施形態(II)の細胞構造体の製造方法における調製工程の上記培養器準備工程Iにおいて、温度応答性ポリマー溶液A中の温度応答性ポリマーの含有量は、温度応答性ポリマーが培養面に均一に被覆されやすくなるという観点から、温度応答性ポリマー溶液(100質量%)に対して、0.00000009~0.0001質量%であることが好ましく、0.00000009~0.0000009質量%であることがより好ましい。
 本実施形態(II)の細胞構造体の製造方法における調製工程の上記細胞培養器の培養面の面積は、上皮系細胞を含む細胞構造体の製造が一層容易となる観点から、200mm以下であることが好ましく、50mm以下であることがより好ましく、10mm以下であることがさらに好ましい。なお、上記細胞培養器の培養面の面積の下限値は、市販サイズのものであれば使用可能であり、特に限定されない。
 本実施形態(II)の細胞構造体の製造方法における調製工程の被覆領域Aの面積は、上皮系細胞を含む細胞構造体が被覆領域Aにより強固に接着し、ピペッティング等の操作によって細胞構造体が剥がれにくくなる観点から、10mm以下であることが好ましく、1.0mm以下であることがより好ましく、0.1mm以下であることがさらに好ましい。
 また、本実施形態(II)の細胞構造体の製造方法における調製工程の細胞培養器の培養面の全面積(100%)に対する、被覆領域Aの面積は、0.1~50%であることが好ましく、0.1~10%であることがより好ましい。
 さらに、被覆領域Aは、細胞培養器の底部のみならず側面にも及ぶことが、細胞構造体を形成しやすくする観点から好ましい。
 本実施形態(II)の細胞構造体の製造方法における調製工程の上記被覆領域Aにおける、単位面積当たりの有する温度応答性ポリマーの量は、0.3pg/mm以上であり、0.3~200pg/mmであることが好ましく、0.3~150pg/mmであることがより好ましく、0.3~9pg/mmであることがさらに好ましい。上記範囲とすれば、細胞構造体が被覆領域Aに一層強固に接着する。
 本実施形態(II)の細胞構造体の製造方法における調製工程において、細胞外マトリックスが豊富に分泌され細胞の活性が高い細胞構造体が得られる観点から、培養面の全面に温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を塗布することが好ましい。
 人の手では培地交換等の操作が困難な384ウェルプレート、1536ウェルプレートで細胞を培養する場合や、細胞を数多くのウェルで培養する場合には、自動培養器によって細胞培養の操作が行われることが多い。しかしながら、自動培養器による操作では、浮遊する細胞構造体を誤吸引しないように、培地を吸引する吸引口の位置をウェルごとに調整することが困難であり、浮遊する細胞構造体を誤吸引しやすく、細胞構造体の培養の効率が悪かった。特に、上皮系細胞の細胞構造体は、培養面に接着しにくいため、誤吸引が起こりやすかった。
 培養面の底部(例えば、被覆領域A)の温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物の濃度が高く、側面の温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物の濃度は低く又は0とすると、側面は上皮系細胞が一時的に接着するが重力の影響で剥がれやすく、底面は側面から剥がれ落ちた上皮系細胞が集合して形成された細胞構造体が強く接着するため、作製が容易であると共に、培地交換時に誤吸引しにくい上皮系細胞の細胞構造体を形成することができる。また、側面の温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物の濃度は低くすると、上皮系細胞が側面に一度接着して細胞マトリックスを分泌した後に、剥離して底部に落下することで、細胞の活性が高い上皮系細胞を含む細胞構造体を得ることができる。
 培養面の底部の温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物の濃度が高く、側面の温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物の濃度は低い細胞培養器としては、例えば、培養面の少なくとも一部に被覆領域Aを有し、培養面の少なくとも一部であって被覆領域Aとは異なる位置に被覆領域Bを有する細胞培養器が挙げられる。
 被覆領域Bは、被覆領域Aの周囲を囲むように形成されていることが好ましい。例えば、丸底の培養面において、その中央部(最深部)に被覆領域Aを設け、それ以外の部分に被覆領域Bを設けることにより、被覆領域B上の上皮系細胞は重力の影響で落下し、中央部の被覆領域Aに集まって、細胞構造体を一層形成しやすくなる。また、形成された細胞構造体は、被覆領域Aで強固に接着するため、ピペッティング等の操作によって剥がれにくくなる。
 被覆領域Bにおける上記温度応答性ポリマー又は上記温度応答性ポリマー組成物の濃度は、被覆領域Aより低いことが好ましく、200pg/mm未満であることがより好ましく、100pg/mm未満であることがより好ましく、50pg/mm以下であることがさらに好ましい。
 また、被覆領域Bの温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物の濃度は、被覆領域Aの温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物の濃度に対して、5~90%の濃度であることが好ましく、10~50%の濃度であることがより好ましい。
 被覆領域Bにおける上記温度応答性ポリマー又は上記温度応答性ポリマー組成物の濃度は、全領域で均一な濃度であってもよいし、一部分で濃く、他の部分で薄くてもよい。また、被覆領域Bには、上記温度応答性ポリマー又は上記温度応答性ポリマー組成物がない部分が存在していてもよい。
 本実施形態(II)の細胞構造体の製造方法における調製工程において、培養面の底形状(底面の断面形状)は、上皮系細胞が培養面の最深部に集まって細胞構造体を形成しやすくなる観点から、丸底(U底)、V底、凹状底であることが好ましく、スフェロイド状の細胞構造体を形成しやすくなる観点から、丸底(U底、紡錘底)であることが特に好ましい。
 丸底(U底、紡錘底)を有する細胞培養器について、
 細胞培養器の深さ方向に沿う断面における培養面の底部の輪郭線の曲率半径Rは、丸底(U底、紡錘底)全体の平均で、50mm以下であることが好ましく、より好ましくは10mm以下であり、さらに好ましくは5mm以下であり、特に好ましくは2mm以下であり、また、0.1mm以上であることが好ましく、より好ましくは0.2mm以上であり、さらに好ましくは0.4mm以上であり、特に好ましくは0.8mm以上である。
 細胞培養器の最大幅Lは、100mm以下であることが好ましく、より好ましくは50mm以下であり、さらに好ましくは20mm以下であり、特に好ましくは10mm以下であり、また、1mm以上であることが好ましく、より好ましくは2mm以上であり、さらに好ましくは3mm以上であり、特に好ましくは4mm以上である。
 丸底(U底、紡錘底)の最深部は、図15に示す形状に限定されず、所定幅を有する平面であってもよい。
 被覆領域Aで温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物の濃度を高くし、被覆領域Bで温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物の濃度を被覆領域Aよりも低くする方法としては、例えば、培養面の底部に凹部状の窪み部(図16(i)参照)を設けた培養器を用いて、温度応答性ポリマー溶液を添加し、窪み部の温度応答性ポリマー溶液を多くし、側面の温度応答性ポリマー溶液を少なくした状態で乾燥させる方法等が挙げられる。
 なお、窪み部の形状としては、上述の形状が挙げられる。
(播種工程)
 本実施形態(II)の細胞構造体の製造方法における播種工程としては、上述の本実施形態(II)の上皮系細胞の培養方法における播種工程と同様の工程が挙げられる。
 本実施形態(II)の細胞構造体の製造方法における播種工程において、播種後の上記上皮系細胞の被覆領域A上の密度は、薄すぎて上皮系細胞が死滅しない程度の密度であれば特に限定されず、例えば、上記被覆領域Aの表面積に対して、5~100%コンフルエントが好ましく、より好ましくは50~100%コンフルエント、さらに好ましくは80~100%コンフルエントである。播種する細胞密度が上記範囲であると、上皮系細胞の細胞構造体を一層容易に調製することができる。
 この播種工程において、播種する細胞数としては、細胞構造体を一層形成しやすくなるという観点から、20個/mm以上であることが好ましく、50個/mm以上であることがより好ましく、100個/mm以上であることがさらに好ましく、500個/mm以上であることが特に好ましく、15,000個/mm以下、10,000個/mm以下、5,000個/mm以下、1,500個/mm以下であることが好ましい。例えば、培養面の面積が8.4mmである384ウェル細胞培養プレートに、25μLの細胞液を加えて播種する場合、細胞液中の細胞数は7~5040個/μLが好ましい。なお、播種される細胞は、生きた細胞とする。
(培養工程)
 上記培養工程は、上記上皮系細胞から塊状の細胞構造体を形成し、上記被覆領域Aに接着した細胞構造体を得る工程である。
 播種した細胞は、静置することが好ましい。播種した細胞を静置する温度は、特に限定されないが、例えば、30℃以上が好ましく、より好ましくは35~38℃、さらに好ましくは37℃である。
 播種した細胞を静置する時間は、特に限定されないが、例えば、1~240時間培養することが好ましく、10~96時間培養することがより好ましい。
 以下に、本実施形態(II)の細胞構造体の製造方法の例について、図15、16を用いて説明する。
 図15は、上皮系細胞を含む細胞構造体の製造方法の一例である。
 丸底の培養面を有する細胞培養器(例えば、384ウェルプレート、1536ウェルプレート等)に温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を塗布して被覆し、被覆領域Aを有する被覆細胞培養器を準備する(図15(i)(ii)参照)。その後、被覆細胞培養器に、培地で希釈した、上皮系細胞を含む細胞液を加える(図15(iii)参照)。播種した上皮系細胞は、被覆領域A全面に接着する(図15(iv)参照)。なお、この例では、上皮系細胞の密度は、100%コンフルエントである(図15(iv)参照)。上皮系細胞は、被覆領域Aに一度接着することで、細胞外マトリックス成分を分泌し、細胞の活性を高く保つことができる。被覆領域Aに接着した側面の上皮系細胞は、重力の影響を受けて被覆領域Aから剥離し、培養面底面に集まる。底面に集まった上皮系細胞は、接着して細胞構造体を形成する(図15(v)参照)。形成された細胞構造体は、培養面底面で被覆細胞培養器に接着している(図15(v)参照)。
 なお、この例において、被覆領域Aにおける温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物の濃度は、側面に接着した上皮系細胞は重力の影響で剥離するが、底部に接着した上皮系細胞はピペッティング等の操作によっても剥がれにくい程度に強固に接着している。
 図16は、上皮系細胞を含む細胞構造体の製造方法の一例である。
 底面に窪み部(凹部)を有する丸底の培養面の細胞培養器(例えば、384ウェルプレート、1536ウェルプレート等)に温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を含む溶液を添加する。ここで、溶液は底面の窪み部に集まり、窪み部には温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物の濃度が高い被覆領域Aが形成される。一方、側面の溶液は窪み部に比べて量が少なくなるため、側面には温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物の濃度が被覆領域Aに比べて低い被覆領域Bが形成される。そして、被覆領域A及び被覆領域Bを有する被覆細胞培養器を準備する(図16(i)(ii)参照)。側面の被覆領域Bでは、上皮系細胞が一時的に接着するものの重力の影響で剥がれやすく、底面の被覆領域Aは、側面から剥がれ落ちた上皮系細胞が集合して形成された細胞構造体が強く接着する。これにより、培地交換時の誤吸引を抑えることができる(図16(ii)参照)。被覆細胞培養器に、培地で希釈した、上皮系細胞を含む細胞液を加える(図16(iii)参照)。播種した上皮系細胞は、被覆領域A及び被覆領域Bに接着する(図16(iv)参照)。なお、この例では、上皮系細胞の密度は、100%コンフルエントである(図16(iv)参照)。上皮系細胞は、被覆領域A及び被覆領域Bに一度接着することで、細胞外マトリックス成分を分泌し、細胞の活性を高く保つことができる。被覆領域Bに接着した側面の上皮系細胞は、重力の影響を受けて被覆領域Bから剥離し、培養面底面に集まる。底面に集まった上皮系細胞は、接着して細胞構造体を形成する(図16(v)参照)。形成された細胞構造体は、被覆領域Aで被覆細胞培養器に接着している(図16(v)参照)。
[上皮系細胞用細胞培養器]
 本発明(II)の上皮系細胞用細胞培養器は、培養面の少なくとも一部に、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で被覆された被覆領域Aを有し、上記被覆領域Aにおける上記温度応答性ポリマー又は上記温度応答性ポリマー組成物の濃度が、0.3pg/mm以上である。
 本発明(II)の上皮系細胞用細胞培養器によれば、培養中に上皮系細胞が剥離しにくく、容易に上皮系細胞を培養することが可能となる。また、容易に上皮系細胞を含む細胞構造体を製造することができる。
 本実施形態(II)の上皮系細胞用細胞培養器における、温度応答性ポリマー及び温度応答性ポリマー組成物としては、上述と同様のものが挙げられる。
 本実施形態(II)の上皮系細胞用細胞培養器としては、上述の被覆細胞培養器が挙げられる。
 本実施形態(II)の上皮系細胞用細胞培養器は、例えば、上述の調製工程、培養器準備工程により製造することができる。
[[発明(III)]]
[立体組織体の作製装置]
 本実施形態(III)の立体組織体の作製装置は、少なくとも1個の貫通孔を有する培養面と、上記貫通孔を挿通する心棒とからなる立体組織体の作製装置であって、上記培養面に温度応答性ポリマー又は上記温度応答性ポリマー組成物で被覆された被覆培養面を少なくとも1つ含み、1つの上記被覆培養面の内側に、少なくとも1個の上記貫通孔を有し、上記培養面が上記心棒の延在方向に可動である。
 なお、本発明(III)において、ポリマーの「曇点」とは、必ずしも厳密な意味で、「所定の温度未満では溶解するが、所定の温度以上では不溶化して沈殿する、その温度」を指すものではなく、「不溶化して沈殿したポリマーを所定の温度未満の条件下で溶解する際に、溶解に要する時間が10分以上である、その温度」をも指す。
 本実施形態(III)の立体組織体の作製装置は、構成部品が少なく医療用品としての適用が比較的容易であり、感染のリスクが少ない。また、密封されたプラスチック容器内に設置して、衛生的に、無菌的に、立体組織体を作製することができる。また、構成部品が少なく、小型であるため、医療用品として廃棄する際の廃棄物の量を少なくすることができる。
(心棒)
 上記心棒は、得られる立体組織体の寸法安定性を確保できれば特に限定されず、具体的には、上記心棒の材質としては、例えば、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリエチレン、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、尿素樹脂、ポリカーボネート等のプラスチック;シリコンゴム、クロロプレンゴム(ネオプレン(登録商標)等)、SBR等のゴム・エラストマー;セラミック;ガラス;ステンレス、チタン、ニチノール(登録商標)等の金属・無機材料等が挙げられる。中でも、種々の滅菌法を適用することが可能であり、溶出物が少なく医療材料としての実績があるという観点から、ポチスチレン、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート等のプラスチック、ステンレス、ニチノール(登録商標)等の金属が好ましい。
 上記心棒の表面は、細胞接着性であってもよいし、細胞非接着性であってもよい。中でも、心棒に巻き付いた立体組織体の構造を保持しやすいという観点から、心棒の表面は細胞非接着性であることが好ましい。また、細胞から分泌された物質を含む立体組織体を心棒から剥がしやすい(抜き取りやすい)という観点から、心棒の表面にはタンパク質が含まれないことが好ましい。
 心棒の表面の細胞接着性は、心棒の表面に細胞接着性物質をコーティングする方法、細胞接着性物質の膜で心棒の表面を被覆する方法、放射線・プラズマ放電等をして細胞接着性の分子団を心棒の表面に導入する方法等により、調整することができる。
 上記細胞接着性物質としては、ラミニン、コラーゲン、フィブロネクチン、ペプチド、カチオン性ポリマー、ポリスチレン等が挙げられる。上記ペプチドとしては、アルギニン−グリシン−アスパラギン酸の配列を有するペプチド、アルギニン残基が8個以上連続する配列を有するペプチド等が挙げられる。上記カチオン性ポリマーとしては、アミノスチレン等が挙げられる。これらの中でも、細胞接着性が高い、ラミニン、コラーゲン、フィブロネクチンが好ましい。また、上記列挙の細胞接着性物質を含む試薬も好適に用いることができ、かかる試薬としては、血清等が挙げられる。
 心棒の周囲に巻き付くリング状の立体組織体は、自ら分泌した細胞外マトリックスに覆われているため、心棒の表面を細胞接着性にする処理をしなくても、心棒周囲に巻き付くことができる。
 なお、「細胞接着性」とは、接着系細胞(例えば、血管内皮細胞、血管細胞、軟骨細胞、線維芽細胞等)が、通常の培養条件下で、接着する性質をいい、いわゆる「低接着性」のものも含む。
 なお、心棒の周囲に巻き付くようにして形成したリング状又は管腔状等の立体組織体は、心棒の表面が細胞接着性である場合でも、心棒表面から剥がすことができる。また、心棒表面が、テフロン(登録商標)、シリコンゴム、親水性コーティング等の細胞非接着性である場合は、例えば、心棒表面をコラーゲンチューブで被覆することで、コラーゲンチューブと一緒にリング状又は管腔状等の立体組織体を抜き取ることができる。
 上記心棒の延在方向(長さ方向)に垂直な面の断面形状としては、例えば、略円形、略多角形、半月形、三日月形、弦形、涙形等が挙げられる。中でも、軟骨輪、血管、気管等の形状に近い立体組織体が得られる観点から、略円形が好ましい。即ち、上記心棒は、略円柱状が好ましい。
 なお、上記心棒の延在方向に垂直な面の断面形状は、延在方向に、同一形状であってもよいし、異なる形状であってもよい。
 また、心棒の延在方向の形状は、直線状(図18~20参照)であってもよいし、C字状、U字状、渦巻き状等の曲線状であってもよい。
 上記心棒の寸法は、特に限定されないが、例えば、長さは0.1~600mmであることが好ましく、1~300mmであることがより好ましい。また、心棒の延在方向に垂直な面の断面形状が略円形である場合、その最大径は、0.01~150mmであることが好ましく、0.1~50mmであることがより好ましい。
 上記心棒の表面は、平滑であってもよいし、凹凸があってもよい。また、表面に孔を有していてもよく、網目状、多数の細孔が設けられた多孔質状等であってもよい。
 また、上記心棒は、内部が空洞であってもよい。
 中でも、心棒の周囲に巻き付いた立体組織体に含まれる細胞全体に、培地成分、酸素を安定的に供給することができ細胞の活性を高く維持できるという観点、細胞の代謝産生物を速やかに排除できるという観点から、上記心棒の内部が空洞で、心棒の表面が多孔質状であることが好ましい。
 心棒がスポンジのような連続気泡体からなる多孔質体の場合、細胞が心棒内部へ浸潤して、深部まで到達した細胞が壊死する可能性や、形成される立体組織体と心棒が頑強に接着して剥離困難となる可能性があるため、心棒表面の最大孔径が200μm以下であることが好ましい。心棒が金属繊維の織布のような繊維集合体からなる場合、細胞が心棒表面に接着しやすく、また、細胞の分化に影響する可能性があるため、10μm以上であることが好ましい。
 なお、複数本の心棒が用いられる場合、各心棒の材質、寸法、形状等は、同じであってもよいし異なっていてもよい。また、心棒間の距離は特に限定されず、例えば、複数本の心棒が接していてもよい。
(培養面)
 上記培養面は、少なくとも一部の表面上に、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で被覆された被覆培養面を少なくとも一つ有する。上記培養面には、1つの被覆培養面が設けられていてもよいし、複数の被覆培養面が設けられていてもよい。
 1つの被覆培養面が設けられている場合、上記培養面は、全面が被覆培養面であってもよいし(図18、20参照)、一部が被覆培養面であってもよい(図19参照)。中でも、製造が容易である観点から、培養面の全面が被覆培養面であることが好ましい。
 また、培養面が、板状、円盤状等の二つの表面を有する形状である場合、片面のみに被覆培養面を有していてもよいし、両面に被覆培養面を有していてもよい。
 上記培養面の材質としては、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ガラス、シリコン樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂等が挙げられる。中でも、精密な成形加工が容易であり、種々の滅菌法を適用することが可能であるという観点から、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ガラス、シリコン樹脂、アクリル樹脂が好ましい。
 上記培養面は、表面に細胞接着処理等の処理が施されたものであってもよいし、表面が無処理であってもよい。上記培養面表面は、細胞の接着性を調整するために、コーティング処理、加工処理等がされていてもよい。
 上記培養面の平面視形状は、特に限定されないが、例えば、略四角形等の略多角形(貫通孔を有する略多角形)、略円形(リング状等の貫通孔を有する略円形)等の形状が挙げられる。
 上記培養面の面積は、リング状又は管腔状等の立体組織体を一層容易に製造することができるという観点から、0.1mm~150cmであることが好ましく、8.4mm~21cmであることがより好ましい。
 上記培養面の底形状(底面の断面形状)は、特に限定されないが、平底、丸底、凹凸状底等が挙げられる。中でも、リング状又は管腔状等の立体組織体が得られやすいという観点から、平底が好ましい。
 上記培養面は、同時に複数の立体組織体を形成することができ、より短時間でより効率的に管腔状の立体組織体を形成することができる観点から、複数(例えば、2以上、5以上、10以上等)設けられていてもよい。なお、培養面の上限数は、細胞の播種、培養等が可能で、立体組織体を作製することができる範囲であれば、特に限定されない。
 培養面が複数設けられている場合、1本の上記心棒が、少なくとも2の上記培養面の上記貫通孔を挿通していることが好ましく、1本の上記心棒が、全ての上記培養面の上記貫通孔を挿通していることがより好ましい。
 なお、本実施形態(III)の立体組織体の作製装置としては、例えば、1本の心棒が挿通している複数の培養面(心棒の延在方向に培養面が棚状に配置された、心棒と複数の培養面とからなる部材)を1個有していてもよいし、複数個有していてもよい。
 培養面が複数設けられている場合、上記心棒の延在方向における各培養面間の距離は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。上記心棒の延在方向における各培養面間の距離は、各培養面で作製したリング状又は管腔状の立体組織体が、容易につながるという観点から、例えば、使用する細胞の心棒の延在方向の長さに対して10倍以下であることが好ましく、7.5倍以下であることがより好ましい。具体的には、上記心棒の延在方向における各培養面間の距離は、0.1~10mmであることが好ましく、より好ましくは0.2~2.0mmである。
 なお、各培養面で作製したリング状又は管腔状の立体組織体がつながるとは、各培養面で作製した、リング状又は管腔状の各立体組織体を構成する細胞同士が接着する以外にも、各培養面で作製した、リング状又は管腔状の各立体組織体を構成する細胞から分泌されたタンパク質(例えば、細胞外マトリックスを構成するタンパク質等)を介して、各培養面で作製したリング状又は管腔状の立体組織体がつながっている場合も含む。
 上記被覆培養面の温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物としては、後述の調製工程に記載のものが挙げられる。
 上記被覆培養面において、単位面積当たりに含まれる温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物の含有量としては、リング状又は管腔状等の立体組織体がより容易に得られるという観点から、5~50ng/mmが好ましく、より好ましくは15~40ng/mmである。
 なお、被覆培養面が複数設けられている場合、各被覆培養面の単位面積当たりに含まれる温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物の含有量は、同じであってもよいし異なっていてもよい。
 上記被覆培養面の平面視形状は、特に限定されないが、例えば、略四角形等の略多角形(貫通孔を有する略多角形)、略円形(リング状等の貫通孔を有する略円形)等の形状が挙げられる。中でも、細胞の分布がより均質な立体組織体が得られやすいという観点から、略円形が好ましい。
 なお、被覆培養面が複数設けられている場合、各被覆培養面の平面視形状は、同じであってもよいし異なっていてもよい。
 上記被覆培養面の表面積としては、細胞の分布がより均質な立体組織体が得られやすいという観点から、0.1mm~150cmが好ましく、8.4mm~21cmがより好ましい。被覆培養面が複数設けられている場合、各被覆培養面の表面積は、同じであってもよいし異なっていてもよい。
 また、被覆培養面の面積が小さいと、心棒に巻き付く細胞数が減り、細胞マトリックスを主成分とする立体組織体を形成しやすくなる。細胞マトリックスを主成分とする立体組織体を形成する際の被覆培養面の面積としては、例えば、0.1~50mmが挙げられる。
 なお、被覆培養面の表面積は、顕微鏡写真の画像解析等の当業者に周知の方法により測定することができる。
 上記被覆培養面表面のゼータ電位としては、0~50mVが好ましく、より好ましくは0~35mV、更に好ましくは10~25mVである。ゼータ電位が0mV以上であることにより、負に帯電する細胞が接着しやすくなる。また、ゼータ電位が50mV以下であることにより、細胞毒性を軽減することができる。
 また、ゼータ電位を上記範囲とすることにより、細胞を適切な培養条件で培養するだけで、播種した細胞を、心棒の周囲に巻き付いたリング状の立体組織体とすることができる。これは、表面ゼータ電位を上記範囲とすることによって、被覆培養面表面に細胞毒性を惹起しない微弱な陽電荷を与えることができ、また、播種した細胞の速やかな接着を確保し、細胞の活性の向上及び細胞外マトリックスの分泌を促進し、更には、細胞遊走を適度に抑制して、細胞間の結合を強くすることができることによるものと推測される。
 被覆培養面が複数設けられている場合、各被覆培養面のゼータ電位は、同じであってもよいし異なっていてもよい。
 なお、ゼータ電位とは、ポリスチレンラテックスをヒドロキシプロピルセルロースで被覆した粒子(ゼータ電位:−5~+5mV)を標準のモニター粒子として、ゼータ電位計(例えば、型番「ELSZ」、大塚電子社製等)で測定した、Smoluchowski式により算出される値をいう。
 上記被覆培養面に対する水の接触角としては、本発明(III)の効果を高める観点から、50~90°が好ましく、より好ましくは60~80°、更に好ましくは62~78°である。被覆培養面が複数設けられている場合、各被覆培養面に対する水の接触角は、同じであってもよいし異なっていてもよい。
 なお、被覆培養面に対する水の接触角とは、被覆培養面内の任意の数点において、JIS R3257に準拠して測定される接触角の平均値をいう。
 上記培養面は、少なくとも1個の貫通孔を有する。上記貫通孔が1個である場合、培養面の中央部にあることが好ましい。上記貫通孔に上記心棒が挿通することにより、上記培養面と上記心棒とが一体となった立体組織体の作製装置となる。
 上記貫通孔の平面視形状は、特に限定されないが、例えば、略多角形、略円形等の形状が挙げられ、細胞がより均一に分布した立体組織体が得られやすいという観点から、上記心棒の延在方向に垂直な面の断面形状と同じ形状であることが好ましい。中でも、上記心棒の延在方向に垂直な面の断面形状、及び上記貫通孔の平面視形状が、共に略円形であること(図18~20参照)が好ましい。
 なお、貫通孔は、心棒が挿通する形状であれば、心棒の延在方向に垂直な面の断面形状と同じ形状であってもよいし、異なる形状であってもよい。また、貫通孔が複数個設けられている場合、各貫通孔の平面視形状は同じであってもよいし異なっていてもよい。
 上記貫通孔は、上記被覆培養面の内側に少なくとも1個設けられており、1個設けられていることが好ましい。
 上記貫通孔は、上記被覆培養面の内側に設けられており、1個の貫通孔が上記被覆培養面の中央部に設けられていることが好ましく、上記被覆培養面の重心を含む部分に設けられていることがより好ましい。上記被覆培養面が略円形である場合は、被覆培養面の中心から0.75r以内(rは、被覆培養面の半径)の領域に貫通孔が設けられていることが好ましい。上記貫通孔が、被覆培養面の中央部に設けられていると、細胞が凝集する方向を中央部へ集中させることができ、細胞の分布が一層均質な立体組織体を作製することができる。なお、貫通孔を被覆培養面の中央部からずらして設けることで、リングの輪の太さが不均一な立体組織体を作製することができる。
 上記貫通孔は、寸法形状がよい立体組織体が得られやすいという観点から、1つの上記被覆培養面の内側に、1個設けられていることが好ましい。
 なお、本実施形態(III)の作製装置は、複数の被覆培養面が設けられている場合、全被覆培養面のうち少なくとも1つの被覆培養面において、被覆培養面の内側に少なくとも1個の貫通孔が設けられていればよく、被覆培養面の数と貫通孔の数が同数であり、各被覆培養面の内側に1個の貫通孔が設けられていてもよい。例えば、本実施形態(III)の作製装置は、培養面に5つの被覆培養面が設けられており、そのうちの1つの被覆培養面の内側に、1個貫通孔が設けられた、5つの被覆培養面と1個の貫通孔を有する作製装置であってもよいし、培養面に5つの被覆培養面が設けられており、各被覆培養面の内側にそれぞれ1個ずつの貫通孔が設けられた、5つの被覆培養面と5個の貫通孔を有する作製装置等であってもよい。
 上記貫通孔の表面積としては、0.1mm~150cmが好ましく、8.4mm~21cmがより好ましい。また、貫通孔が略円形である場合、最大径は0.01~150mmであることが好ましい。なお、貫通孔が複数個設けられている場合、各貫通孔の表面積は、同じであってもよいし異なっていてもよい。
 被覆培養面の内側に1個の貫通孔が設けられている被覆培養面においては、上記被覆培養面の表面積(100%)に対する、上記貫通孔の表面積の割合は、0.1~50%が好ましく、より好ましくは1~30%である。割合が上記範囲であることにより、心棒の周囲に巻き付いた立体組織体を一層容易に得ることができる。
(心棒と培養面との位置関係)
 上記心棒は、上記貫通孔を挿通していればよく、心棒と培養面は接していてもよいし(図18、19参照)、心棒と培養面の間に隙間があってもよい(図20参照)。心棒と培養面の間の隙間としては、凝集した細胞が隙間を飛び越えて心棒に巻き付くことができる、及び/又は、培養面を心棒の延在方向に移動させた時に心棒の周囲に巻き付いた立体組織体が剥がれない距離であることが好ましく、5.0mm以内であることがより好ましく、0.5mm以内であることがさらに好ましい。
 上記培養面が複数設けられている場合、各培養面に細胞が均一に分布しやすくなり、各培養面で作製したリング状又は管腔状の立体組織体を容易につなげることができる観点から、心棒と培養面の間に隙間があることが好ましい。
 上記培養面は、心棒の延在方向に可動であり、中でも、培養面を動かす際に生じる培地の流動によって、心棒の周囲に巻き付いた立体組織体へ物理的なストレスを与えるおそれが少なく、より容易にリング状又は管腔状等の立体組織体が得られる観点から、被覆培養面から培養面に向かう方向に可動であることが好ましい。また、上記培養面と心棒の延在方向とがなす角度は、特に限定されないが、垂直であることが好ましい。
 貫通孔が複数個設けられている場合、全ての貫通孔に心棒が挿通していてもよいし、一部の貫通孔に心棒が挿通していてもよい。中でも、播種した細胞が培養面よりも下側に落ちにくくなり、播種した細胞を被覆培養面に接着させることができるという観点から、全ての貫通孔に心棒が挿通していることが好ましい。
 以下に、本実施形態(III)の立体組織体の作製装置の一例について、図18~21、26を用いて説明する。図18~21、26の作製装置は、構成部品が少なく医療用品としての適用が比較的容易であり、感染のリスクが少ないという観点、及びバイオチューブの作製が容易であるという観点から好ましい。中でも、一層容易にリング状又は管腔状等の立体組織体が得られる観点から、図20、26の立体組織体の作製装置が好ましい。
 図18は、本実施形態(III)の一例の立体組織体の作製装置の概略図である。
 この例では、円盤状の培養面の一方の表面の全面に、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で被覆された被覆培養面が設けられている。被覆培養面の中央部には貫通孔があり、円柱状の心棒が貫通孔を挿通している。被覆培養面と心棒との間に隙間はなく、被覆培養面と心棒とは接している。培養面は、心棒の延在方向に対して垂直であり、心棒の延在方向に可動である。なお、図18~21の培養面は、図の上方向(培養面から被覆培養面に向かう方向)にも、図の下方向(被覆培養面から培養面に向かう方向)にも可動である。培養面が動く方向、動く距離、及び/又は動かすタイミングは、例えば、コンピューター等で制御して自動的に行ってもよい。
 図19は、本実施形態(III)の一例の立体組織体の作製装置の概略図である。
 この例では、円盤状の培養面の一方の表面の一部に、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で被覆された被覆培養面が設けられている。
 図20は、本実施形態(III)の一例の立体組織体の作製装置の概略図である。
 この例では、円盤状の培養面の一方の表面の全面に、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で被覆された被覆培養面が設けられている。被覆培養面と心棒との間には隙間がある。即ち、貫通孔の孔径に対して、心棒の径が小さい。
 図21は、本実施形態(III)の一例の立体組織体の作製装置の写真である。
 この例では、円盤状のプラスチック製の培養面の一方の表面の全面に温度応答性ポリマーで被覆された被覆培養面が設けられている。被覆培養面の中央部には貫通孔があり、円柱状の心棒が貫通孔を挿通している。心棒の内部は空洞、心棒の表面は網目状であり、心棒の内部に金属棒を通して、作製装置を固定している。被覆培養面と心棒との間には、隙間がある。培養面は、心棒の延在方向に対して垂直であり、心棒の延在方向に可動である。
 本実施形態(III)の立体組織体の作製装置は、培養面の外径よりもわずかに大きな内径の容器に入れられている。これにより、図21の上部から播種した細胞が、培養面よりも下側に落ちにくくなり、播種した細胞を被覆培養面に接着させることができる。
 図26は、本実施形態(III)の一例の立体組織体の作製装置の概略図である。
 この例では、円盤状の培養面の一方の表面の全面に、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で被覆された被覆培養面が設けられた培養面が2つ設けられている。1本の心棒が、2の培養面の貫通孔を挿通しており、2つの培養面で、同時にリング状又は管腔状の立体組織体を形成することができる。被覆培養面と心棒との間には隙間がある。2つの培養面間の距離を調整することにより、2つの培養面で作製したリング状又は管腔状の各立体組織体は、各立体組織体に含まれる細胞同士が接着して、又は各立体組織体に含まれる細胞が分泌したタンパク質を介して、容易につなげることができる。
(立体組織体の作製装置の製造方法)
 本実施形態(III)の立体組織体の作製装置の製造方法としては、例えば、
 温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を調製する、調製工程と、
 上記温度応答性ポリマー又は上記温度応答性ポリマー組成物で、上記培養面を被覆して、被覆培養面を準備する、被覆培養面準備工程と、
を含む方法等が挙げられる。
−調製工程−
 実施形態(III)における調製工程としては、上記発明(I)における調製工程と同様の工程が挙げられ、好適例としても同様のものが挙げられる。
 なお、本実施形態(III)において、培養方法に用いられる温度応答性ポリマー及び温度応答性ポリマー組成物としては、リング状又は管腔状等の立体組織体が一層容易に得られるという観点から、(A)が好ましい。
 また、本実施形態(III)において、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)を含む混合物を調製する調製工程を、混合物調製工程と称する場合がある。
 また、本実施形態(III)において、(A−1)の温度応答性ポリマーによれば、後述するように、細胞を適切な培養条件で培養することにより、リング状又は管腔状等の立体組織体を形成させることができる。
 また、本実施形態(III)において、(A−2)の温度応答性ポリマーによれば、後述するように、細胞を適切な培養条件で培養することにより、リング状又は管腔状等の立体組織体を形成させることができる。
 また、本実施形態(III)において、(B)の温度応答性ポリマーによれば、後述するように、細胞を適切な培養条件で培養することにより、リング状又は管腔状等の立体組織体を形成させることができる。
 また、本実施形態(III)において、上記割合の混合型温度応答性ポリマー組成物を用いた場合、後述の培養工程で、立体組織体を形成しやすくすることができる。
 また、本実施形態(III)において、C/A比を0.5~16とすることにより、リング状又は管腔状等の立体組織体を形成させやすくするという上記効果が得られやすくなる。
−被覆培養面準備工程−
 上記被覆培養面準備工程は、上記温度応答性ポリマー又は上記温度応答性ポリマー組成物で、培養面を被覆して、被覆培養面を準備する工程である。
 上記被覆培養面準備工程は、例えば、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を、溶媒に溶解して、温度応答性ポリマー溶液としてから、培養面上に塗布し、乾燥させて被覆培養面を準備する工程(被覆培養面準備工程I)としてもよく、また、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を含む水溶液(温度応答性ポリマー水溶液)を温度応答性ポリマーの曇点以下に冷却し、冷却した温度応答性ポリマー水溶液を培養面上に流延させ、曇点超の温度まで加熱して、被覆培養面を準備する工程(被覆培養面準備工程II)としてもよい。
 上記被覆培養面準備工程Iにおける温度応答性ポリマー溶液における溶媒としては、例えば、水;生理食塩水;緩衝液;メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、1−ブタノール、イソブチルアルコール、2−ブタノール、t−ブチルアルコール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、2−メチル−1−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、3−メチル−2−ブタノール、2,2−ジメチル−1−プロパノール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、2−メチル−1−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、3−メチル−2−ブタノール、2,2−ジメチル−1−プロパノール、1−ヘキサノール、2−メチル−2−ペンタノール、アリルアルコール、ベンジルアルコール、サリチルアルコール等のアルコール;アセトン、エチルメチルケトン、ジエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルビニルケトン、シクロヘキサノン、2−メチルシクロペンタノン、アセトフェノン、ベンゾフェノン、イソホロン等のケトン;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸tert−ブチル、酢酸ビニル、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、上記アルコールとリン酸のエステル、上記アルコールと炭酸のエステル等のエステル;クロロホルム;ベンゼン;トルエン;ジエチルエーテル;ジクロロメタン;等が挙げられる。
 中でも、培養面に均一に被覆しやすく、また、温度応答性ポリマーの溶解性に優れるという観点から、水、メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、2−ブタノール、t−ブチルアルコール、アリルアルコール等のアルコール;アセトン、エチルメチルケトン、ジエチルケトン、メチルビニルケトン等のケトン;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸tert−ブチル、酢酸ビニル等のエステル;クロロホルム;ベンゼン;トルエン;ジエチルエーテル;ジクロロメタンが好ましい。また、短時間で乾燥させることができ、培養面に一層均一に塗布しやすいという観点から、沸点が低い有機溶媒(例えば、炭素数1~4の低級アルコール、炭素数3~5の低級ケトン、及び炭素数1~4のアルキル基を有する酢酸アルキルエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種、特に、水より沸点が低い、炭素数1~4の低級アルコール、炭素数3~5の低級ケトン、及び炭素数1~4のアルキル基を有する酢酸アルキルエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種)がさらに好ましく、コスト、操作性にも優れる観点から、メタノール、エタノールが特に好ましい。
 上記溶媒は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
 溶媒は、温度応答性ポリマーの溶解性に優れるため、曇点以上の温度(例えば、室温や37℃等)にしても、温度応答性ポリマーが不溶化して沈殿しにくい。そのため、温度応答性ポリマーを塗布する際に、温度応答性ポリマー溶液の温度管理をする手間が省け、簡易に被覆培養面を準備することができる。
 上記被覆培養面準備工程Iにおいて、温度応答性ポリマー溶液には、使用する細胞種によって、例えば、接着性の強い間葉系細胞や、凝集力が弱い癌細胞の場合、細胞が自己凝集しやすくなるという観点から、親水性分子が含まれることが好ましい場合がある。親水性分子としては、温度応答性ポリマーのC/A比に影響しない非イオン性かつ親水性であるもの、例えば、ポリエチレングリコール(PEG)、ジメチルアクリルアミド(DMAA)、グリセリン、TritonX、ポリプロピレングリコール等が挙げられる。
 上記被覆培養面準備工程Iにおいて、温度応答性ポリマー溶液中の温度応答性ポリマーの含有量は、温度応答性ポリマーが培養面に均一に被覆されやすくなるという観点から、温度応答性ポリマー溶液(100質量%)に対して、0.0010~3.0質量%であることが好ましく、0.0012~2.5質量%であることがより好ましい。
 上記被覆培養面準備工程Iにおいて、温度応答性ポリマー溶液中の親水性分子の含有量は、細胞が自己凝集しやすくなるという観点から、温度応答性ポリマー(100質量%)に対して、0.00001~0.00015質量%であることが好ましく、0.00003~0.0001質量%であることがより好ましい。
 上記被覆培養面準備工程Iにおいて、温度応答性ポリマー溶液は、培養面の全面に塗布してもよいし、培養面の一部に塗布してもよい。培養面の一部に温度応答性ポリマー溶液を塗布する場合は、培養面上に、被覆培養面を1個設けてもよいし、複数の被覆培養面を設けてもよい。なお、培養面の一部に温度応答性ポリマー溶液を塗布する場合は、培養面が細胞非接着性である細胞培養器を用いることが好ましい。
 上記被覆培養面準備工程Iにおいて、塗布した温度応答性ポリマー溶液を乾燥させる条件としては、培養面に温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を均一に被覆する観点から、大気圧下、温度10~70℃、時間1~3,000分が好ましい。塗布した温度応答性ポリマー溶液を、素早く乾燥させることにより、培養面上に温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物が偏ることなく、均一に被覆されやすくなる。
 塗布した温度応答性ポリマー溶液は、例えば、細胞培養器を37℃又は40℃のインキュベーター中で静置することによって乾燥させてもよい。
 上記被覆培養面準備工程IIにおいて、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を溶解する溶媒としては、例えば、水;生理食塩水;リン酸緩衝液、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)、トリス緩衝液等の緩衝液;等が挙げられる。
 上記被覆培養面準備工程IIにおいて、温度応答性ポリマー水溶液を冷却する方法としては、例えば、温度応答性ポリマー水溶液を約4℃の冷蔵庫に入れて曇点以下の温度まで冷却する方法等が挙げられる。
 上記被覆培養面準備工程IIにおいて、温度応答性ポリマー水溶液を培養面上に流延させる方法としては、例えば、曇点以下の温度を有する温度応答性ポリマー水溶液を、培養面を傾けることによって伸ばす方法、スパチュラを用いて温度応答性ポリマー水溶液を延ばす方法等が挙げられる。
 上記被覆培養面準備工程IIにおいて、流延した温度応答性ポリマー水溶液を曇点超まで加熱する方法としては、例えば、流延工程後の培養面を37℃のインキュベーター中で静置する方法等が挙げられる。
[立体組織体の作製方法]
 本実施形態(III)の立体組織体の作製方法には、上述の本実施形態(III)の立体組織体の作製装置を用いる。
 本実施形態(III)の立体組織体の作製方法は、上記被覆培養面上に少なくとも1種の細胞を播種する、播種工程(本発明(III)において「1回目の播種工程」と称する場合がある)と、播種した上記細胞を培養して、上記心棒の周囲に巻き付いたリング状の立体組織体を得る、培養工程(本発明(III)において「1回目の培養工程」と称する場合がある)と、を含む。
 なお、本発明(III)において、1回の播種、培養工程で得られた、心棒の周囲に巻き付いた立体組織体を「リング状の立体組織体」、リング状の立体組織体が複数積み重なった立体組織体を「管腔状の立体組織体」と称する場合がある。
 なお、1回目の播種工程、1回目の培養工程の操作は、ヒトの手で操作しないことで、より無菌的、衛生的に操作できる可能性があるという観点から、コンピューター等を用いて制御し、自動的に行ってもよい。
(1回目の播種工程)
 上記播種工程で播種する細胞として、例えば、血管内皮細胞、血管平滑筋細胞等の血管細胞、心筋細胞、軟骨細胞、神経細胞、脂肪細胞、脂肪幹細胞、肝細胞、線維芽細胞、腎細胞、平滑筋細胞、iPS細胞、ES細胞等が挙げられる。細胞外マトリックスを主成分とする立体組織体を製造する場合、血管内皮細胞、血管平滑筋細胞等の血管細胞、心筋細胞、軟骨細胞、神経細胞、脂肪細胞、脂肪幹細胞、肝細胞、線維芽細胞、腎細胞、平滑筋細胞が好ましく、線維芽細胞、間葉系細胞がより好ましい。上記細胞は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
 特に、血管内皮細胞、平滑筋細胞を用いることにより、人工血管を得ることができる。また、軟骨細胞、線維芽細胞を用いることにより、人工気管を得ることができる。また、細胞外マトリックスを構成する物質等の細胞から分泌された物質を含む立体組織体を製造する場合、SV40プロモーター等のプロモーターを有し、エラスチン、コラーゲン等の細胞外マトリックスを構成するタンパク質を発現する遺伝子を組み込んだ発現ベクターを導入した、LargeT抗原を発現する樹立細胞(例えば、COS細胞等)を用いてもよい。COS細胞等の上記樹立細胞を用いると、導入した遺伝子のコピーが支持可能となり、多量の遺伝子発現により効率良く、細胞外マトリックスを主成分とする立体組織体を製造できる。
 上記播種工程において、播種後の全細胞の被覆培養面上の密度は、上記被覆培養面の表面積に対して、90~100%コンフルエントが好ましく、より好ましくは95~100%コンフルエント、さらに好ましくは99~100%コンフルエントである。播種した細胞は、増殖をする際に性質が変化する場合がある。播種する細胞密度が上記範囲であると、播種した細胞が増殖しにくくなり、細胞が増殖する前に心棒の周囲に巻き付いたリング状の立体組織体を形成することができるため、播種時と同じ性質の細胞を含む立体組織体を形成することができる。
 細胞の種類にもよるが、播種後の全細胞の被覆培養面上の密度としては、20~15,000個/mmが好ましい。なお、播種される細胞は、生きた細胞とする。
 上記播種工程において、播種した細胞が培養面より下側に分散せず、被覆培養面に細胞が接着しやすくなる観点から、培養面の外側端部に壁面を設けてもよい。また、本実施形態(III)の立体組織体の作製装置を、培養面の外径よりも大きな内径を有する容器に入れてもよい(図21参照)。これにより、播種した細胞が、培養面よりも下側に落ちにくくなり、播種した細胞を被覆培養面に接着させることができる。なお、培養面の外径と、上記容器の内径との差は、播種した細胞が隙間から落ちにくく、培地の拡散を阻害しないという観点から、15.0mm以下が好ましい。
 細胞の播種は、例えば、37℃のインキュベーター中に静置しておいた立体組織体の作製装置を、室温のクリーンベンチに取り出して、行うことができる。
 なお、細胞は培地に希釈して播種することが好ましい。希釈する培地としては、細胞の培養が可能な培地であれば、特に限定されない。
(1回目の培養工程)
 播種した細胞を培養する条件としては、例えば、一般的な37℃の細胞インキュベーターを用いて行うことができる。細胞の培養は、心棒の周囲に巻き付いたリング状の立体組織体が得られるまで続けることが好ましく、具体的には、10~96時間培養することが好ましく、15~48時間培養することがより好ましい。
 上記被覆培養面に接着、培養した細胞は、被覆培養面の内側に向かって自己凝集をし、心棒の周囲にリング状の形態で巻き付く。心棒の周囲に巻き付いたリング状の立体組織体は、その立体組織体内に生存している細胞を有する。
 心棒の周囲に巻き付いたリング状の立体組織体としては、細胞を主成分とする立体組織体が挙げられ、細胞からなる立体組織体であってもよい。また、心棒の周囲に巻き付いたリング状の立体組織体は、細胞外マトリックスを構成するタンパク質等を分泌して細胞外マトリックスを構築し、細胞外マトリックスを主成分とする立体組織体であってもよい。また、心棒の周囲に巻き付いたリング状の立体組織体は、細胞から分泌された物質(例えば、細胞外マトリックスを構成するタンパク質等のタンパク質等)を含む立体組織体であってもよく、細胞から分泌された物質を主成分とする立体組織体であることが好ましく、細胞から分泌された物質のみからなる立体組織体であってもよい。上記細胞から分泌された物質としては、例えば、タンパク質、糖、脂質等が挙げられ、タンパク質が好ましい。
 ここで、「主成分とする」とは、立体組織体の質量(100質量%)に対して、50質量%超をいい、60質量%以上が好ましく、70質量%以上がより好ましい。
 全ての被覆培養面に細胞を播種し、播種した細胞を培養して立体組織体を得ることが好ましい。
(培養面移動工程)
 本実施形態(III)の立体組織体の作製方法は、心棒の周囲に巻き付いたリング状の上記立体組織体が得られた後に、上記培養面を上記心棒の延在方向に移動させる培養面移動工程と、上記移動後の上記被覆培養面上に少なくとも1種の細胞を播種する、播種工程(本発明(III)において「2回目以降の播種工程」と称する場合がある)と、播種した上記細胞を培養して、心棒の周囲に巻き付いたリング状の上記立体組織体に隣接する、上記心棒の周囲に巻き付いたリング状の立体組織体を得る、培養工程(本発明(III)において「2回目以降の培養工程」と称する場合がある)と、の繰り返しを更に含むことが好ましい。即ち、1回目の播種工程、1回目の培養工程を経て、リング状の立体組織体が得られた後に、培養面移動工程と2回目以降の播種工程と2回目以降の培養工程との繰り返しを含んでいてもよい。
 なお、培養面移動工程、2回目以降の播種工程、2回目以降の培養工程の操作は、ヒトの手で操作しないことで、より無菌的、衛生的に操作できる可能性があるという観点から、コンピューター等を用いて制御し、自動的に行ってもよい。
 培養面移動工程は、前回の播種工程において、心棒の周囲に巻き付いたリング状の上記立体組織体が得られた後に設けられる工程である。培養面移動工程は、前回の培養工程において、心棒の周囲に巻き付いたリング状の上記立体組織体が得られた直後に設けられてもよいし、間隔(例えば、1分~96時間の間隔等)をあけて設けられてもよい。
 上記培養面移動工程において、培養面を心棒の延在方向に移動させる距離としては、0.01~50mmが好ましく、0.1~10mmがより好ましい。
 なお、1回目の播種工程、1回目の培養工程を経て得られたリング状の立体組織体と、2回目の播種工程、2回目の培養工程を経て得られたリング状立体組織体とは、互いに細胞同士が接着していてもよいし、離れていてもよい。離れている2つのリング状の立体組織体間の距離としては、培養面を心棒の延在方向に移動させる上記距離が挙げられる。リング状の立体組織体内の細胞が伸縮・遊走等をして、2つのリング状の立体組織体内の細胞同士が接着し、2つのリング状の立体組織体がつながる;2つのリング状の立体組織体内の細胞が分泌する物質(例えば、タンパク質等)を介して2つのリング状の立体組織体がつながる;別途作製したタンパク質、細胞等を2つのリング状の立体組織体間に加えて2つのリング状の立体組織体がつなげる;これらの組み合わせにより、2つのリング状の立体組織体がつなげる;等により、離れている2つのリング状の立体組織体を容易につなげることができる。なお、培養面の移動の際は、培養面を固定して心棒を動かしてもよいし、心棒を固定して培養面を動かしてよいし、培養面及び心棒を動かしてもよい。
 なお、立体組織体の厚みを制御する観点から、例えば、培養面移動工程を設けずに、2回目以降の播種工程及び2回目以降の培養工程、又は2回目以降の播種工程及び2回目以降の培養工程の繰り返しを設けることにより、前回の播種工程で得られた、心棒の周囲に巻き付いたリング状の上記立体組織体の周囲に、更に他のリング状の立体組織体を巻き付けて、立体組織体の一部を厚くすることも可能である。
 また、心棒の周囲に巻き付いたリング状の上記立体組織体の周囲に、更に他のリング状の立体組織体を巻き付けた後に、培養面移動工程を設け、同様の操作を続けることにより、立体組織体の全体を厚くすることも可能である。心棒の周囲に巻き付いたリング状の立体組織体を形成する細胞と、その周囲に巻き付くリング状の立体組織体を形成する細胞の種類を変えることで、異なる細胞の層を有する立体組織体を得ることができる。
(2回目以降の播種工程)
 上記2回目以降の播種工程としては、1回目の播種工程と同様の工程が挙げられる。
 上記2回目以降の播種工程で用いる細胞の種類、濃度等は、1回目の播種工程と同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、2回目以降の播種工程で用いる細胞の種類、濃度等は、2回目以降の各回の播種工程で同じであってもよいし、異なっていてもよい。
(2回目以降の培養工程)
 播種した細胞を培養する条件としては、上述の1回目の培養工程と同様の条件が挙げられる。
 上記2回目以降の培養工程の条件等は、1回目の培養工程と同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、2回目以降の培養工程の条件等は、2回目以降の各回の培養工程で同じであってもよいし、異なっていてもよい。
 2回目以降の培養工程により、前回の培養工程において得られた、心棒の周囲に巻き付いたリング状の上記立体組織体(前回のリング状の立体組織体)に隣接する、新たな心棒の周囲に巻き付いたリング状の立体組織体(新たなリング状の立体組織体)が形成される。前回のリング状の立体組織体と、新たなリング状の立体組織体とは、例えば、37℃で1時間~30日間培養することで互いに接着し、管腔状の立体組織体が得られる。
 上記培養面移動工程、上記2回目以降の播種工程、上記2回目以降の培養工程の繰り返し数は、管腔状の立体組織体の厚さ、長さによって適宜選択することができ、例えば、1~20回の繰り返しが好ましく、1~10回の繰り返しがより好ましい。
 細胞外マトリックスを含む立体組織体等の播種工程で播種した細胞から分泌された物質(特に、タンパク質)を含む立体組織体を製造する場合、例えば、培養工程後に、立体組織体に含まれる細胞を除去する工程を設けてもよい。立体組織体に含まれる細胞を除去する方法としては、例えば、高圧処理、アルコール処理、界面活性剤処理等の処理や、細胞が生存困難な条件での培養等で細胞を死滅させる方法等が挙げられる。立体組織体に含まれる細胞を除去する工程を設けることにより、立体組織体中の少なくとも一部の細胞を除去することができる。
 また、複数種の細胞を用いて立体組織体を製造し、特定の細胞だけを除去(例えば、軟骨細胞と、細胞外マトリックスを構成するタンパク質を発現する遺伝子を組み込んだCOS細胞とを含む立体組織体から、COS細胞のみを除去)してもよい。特定の細胞だけを除去する方法としては、例えば、細胞の抗生物質への感受性を増大させて抗生物質を含む培地で培養する、得られる立体組織体中に残したい細胞へのみ抗生物質への耐性を付与して抗生物質を含む培地で培養する等の、特定の細胞のみが生存可能又は生存困難な条件で培養をする等の方法が挙げられる。
 本実施形態(III)の立体組織体の作製方法で得られる立体組織体は、リング状の立体組織体であってもよいし、管腔状の立体組織体であってもよい。立体組織体の内径は、0.01~100mmであることが好ましく、0.1~50mmであることがより好ましい。また、立体組織体の外径は、0.1~120mmであることが好ましく、0.2~70mmであることがより好ましい。管腔状の立体組織体の長さは、0.1~300mmであることが好ましく、1~250mmであることがより好ましい。
 本実施形態(III)の立体組織体の作製方法で得られる立体組織体は、細胞を主成分とする立体組織体であってもよいし、細胞外マトリックスを主成分とする立体組織体等の細胞から分泌された物質を含む立体組織体であってもよい。
 細胞外マトリックスを主成分とする立体組織体の作製に好ましい条件としては、例えば、i)コラーゲン、ラミニン、フィブロネクチン、エラスチン等の細胞マトリックスの産生能が高い細胞(例えば、線維芽細胞、間葉系細胞等)を用いる、ii)細胞外マトリックスの産生を促成するアスコルビン酸を培地に添加する、iii)細胞の播種密度を下げて、細胞に対する細胞外マトリックスの比率を高くする、iv)心棒の周囲に巻き付いたリング状又は管腔状等の立体組織体を培養する時間を増やす(例えば、上記1回目の培養工程、及び又は上記2回目の培養工程において24~350時間(好ましくは48~170時間)培養する)ことで細胞外マトリックスの産生(分泌)量を増やし、細胞外マトリックスの結合(例えば、コラーゲン線維の結合)を成熟させる、v)表面に孔を有する心棒を用いることで、細胞へ栄養と酸素とを安定して供給し、且つ細胞の代謝物を培地中へ拡散しやすくすることで細胞外マトリックスの産生を促す、vi)培養面移動工程における培養面の移動距離を大きくすることで心棒の延在方向の細胞密度を低くする、等の条件が挙げられる。
 得られる細胞外マトリックスを主成分とする立体組織体としては、例えば、人工血管、人工気管等に用いることも可能な、コラーゲン性の管腔状のバイオチューブ等が挙げられる。
 本実施形態(III)の立体組織体は、例えば、人工血管、人工気管等に用いることができる、播種工程において播種した細胞を含む立体組織体;細胞から分泌されたタンパク質を主成分とする立体組織体、細胞外マトリックスを含む立体組織体、細胞外マトリックスを主成分とする立体組織体等の、細胞から分泌された物質を含む立体組織体;等が挙げられる。
 人工血管に用いることができる立体組織体としては、例えば、以下の方法で得られる立体組織体が挙げられる。
 1回目の播種工程、1回目の培養工程で、心棒の周囲に血管内皮細胞のリング状の立体組織体(例えば、2~3回、血管内皮細胞の播種工程、培養工程を続けることで、厚い血管内皮細胞のリング状の立体組織体としてもよい)を得た後に、2回目の播種工程、2回目の培養工程で、上記血管内皮細胞のリング状の立体組織体の周囲に、平滑筋細胞のリング状の立体組織体(例えば、3~30回、平滑筋細胞の播種工程、培養工程を続けることで、厚い平滑筋細胞の立体組織体としてもよい)を巻き付けて、心棒の周囲の血管内皮細胞の層と、血管内皮細胞の層の外側の平滑筋細胞の層とを有する2層構造のリング状の立体組織体としてもよい。さらに、培養面移動工程を設けて、同様の操作を行うことにより、内壁に血管内皮細胞の層、その外周に平滑筋細胞の層を有する、生体中の血管と類似構造を有する、2層構造のリング状又は管腔状の立体組織体を得ることができる。
 また、上記立体組織体において、各層を形成する細胞が混ざりにくくなる観点、及び血管の強度、柔軟性を調整する観点から、例えば、血管内皮細胞の層を形成する工程と、平滑筋細胞の層を形成する工程との間に、間葉系幹細胞や線維芽細胞等のコラーゲン、エラスチンを分泌する細胞を播種、培養する工程を設ける;血管内皮細胞の層を、コラーゲンのチューブやエラスチンのチューブ(例えば、本実施形態(III)の立体組織体の製造方法で製造された細胞から分泌されたタンパク質を含む立体組織体等)で被覆する;等の方法により、血管内皮細胞の層と平滑筋細胞の層との間に、コラーゲン、エラスチン等を主成分とする(特に、エラスチンを主成分とする)、血管内皮細胞と平滑筋細胞とが混ざりにくくする、バリアとしての機能を有する層を配置することもできる。生体の血管中に見られる内弾性板のような、バリアとしての機能を有する上記層を配置することにより、遊走性を有する細胞が立体組織体を形成した後に各層間を移動することを防ぎ、一層生体の血管に近い構造を有する立体組織体が得られる。
 人工気管に用いることができる立体組織体としては、例えば、以下の方法で得られる立体組織体が挙げられる。
 第1の播種工程、第1の培養工程により、軟骨細胞のリング状の立体組織体(a)を得た後に、培養面移動工程を設けて、第2の播種工程、第2の培養工程により、軟骨細胞のリング状の立体組織体に隣接する、新たな線維芽細胞のリング状の立体組織体(b)が形成される。上記工程を適宜繰り返すことにより、例えば、心棒の延在方向に、a−b−b−a−b−b等の順にリング状の立体組織体が重なった管腔状の立体組織体を得ることができる。なお、リング状の立体組織体間には、細胞外マトリックスを主成分とするリング状の立体組織体、細胞から分泌された物質を含む立体組織体、細胞外マトリックスを構成する成分等の物質を分泌する細胞を含むリング状の立体組織体等を設けてもよい。また、強度を調整する観点から、得られた管腔状の立体組織体を、コラーゲンのチューブやエラスチンのチューブ(例えば、本実施形態(III)の立体組織体の製造方法で製造された細胞から分泌されたタンパク質を含む立体組織体等)で被覆してもよい。
 なお、軟骨細胞のリング状の立体組織体のみを用いた場合でも、軟骨細胞から分泌される細胞外マトリックスで、軟骨細胞のリング状の各立体組織体が連結され、人工気管を形成することができる。人工気管の強度の観点、及び移植後に血管が這い込みやすくなるという観点から、人工気管は、軟骨細胞のリング状の立体組織体と線維芽細胞のリング状の立体組織体とを含むことが好ましい。
 細胞から分泌された物質を含む立体組織体としては、例えば、以下の方法で得られるタンパク質(例えば、細胞外マトリックスを構成するタンパク質)等の物質を含む立体組織体が挙げられる。
 SV40プロモーターの配列を有し、エラスチン、コラーゲン等の細胞外マトリックスを構成するタンパク質を発現する遺伝子を組み込んだ発現ベクターを導入した、COS細胞を用いてリング状又は管腔状の立体組織体を形成し、COS細胞からタンパク質等を分泌させる。培養工程後に、高圧処理、アルコール処理、界面活性剤処理等の処理や、COS細胞が生存困難な条件(例えば、COS細胞の抗生物質への感受性を増大させて、抗生物質を含む培地でCOS細胞を培養する等)での培養等で死滅させる等の方法により、COS細胞を死滅させ、除去する。なお、本実施形態(III)の立体組織体は、細胞が完全に除去されていない、死滅した細胞、生存している細胞等を含む立体組織体であってもよい。
 得られた細胞外マトリックスを構成するタンパク質を含む立体組織体は、例えば、本実施形態(III)の製造方法で得られる立体組織体の強度を補強する被覆材料、人工血管、心筋パッチ、欠損部補填材等に用いることができる。
 以下に、本実施形態(III)の立体組織体の作製方法の一例について、図22、図23、図27を用いて説明する。
 図22は、本実施形態(III)の一例の立体組織体の作製方法の概略図である。
 培養面の貫通孔に、心棒が挿通している立体組織体の作製装置(図22(i)参照)の培養面に、温度応答性ポリマーを塗布して、被覆し、被覆培養面を準備する(図22(ii)参照)。なお、この例では、培養面と心棒とは接している。その後、立体組織体の作製装置を、培養面の外径よりわずかに大きい内径を有する容器に入れ、培地に浸し、細胞を播種する(1回目の播種工程、図22(iii)参照)。播種した細胞は、被覆培養面に接着する(図22(iv)参照)。なおこの例では、細胞の密度は、100%コンフルエントである。その後、被覆培養面に接着した細胞は、被覆培養面中央部に向かって凝集し始め、端部が被覆培養面から離れて反り返り始めて、端部が反り返った細胞構造体となる(図22(v)参照)。その後、更に凝集を続けてリング状となり、心棒の周囲に巻き付いたリング状の立体組織体が得られる(図22(vi)参照)。ここで、心棒の周囲に巻き付いたリング状の立体組織体は、心棒からずれ落ちない程度に心棒に巻き付いているため、心棒が細胞接着性でない場合でも、立体組織体の作製中に巻き付いた位置が大きく変わることはない。その後、培養面を心棒の延在方向下側に移動させ、得られたリング状の立体組織体の下側に隣接する、他のリング状の立体組織体を形成する隙間を設ける(培養面移動工程、図22(vii)参照)。その後、再度細胞を播種し(2回目の播種工程、図22(viii)参照)、培養することでリング状の立体組織体が積層した管腔状の立体組織体が得られる。培養面移動工程、2回目以降の播種工程、2回目以降の培養工程を繰り返すことにより、長い管腔状の立体組織体が得られる(図22(ix)参照)。
 なお、上記の例において、例えば、播種する細胞数を少なくしたり、心棒の周囲に巻き付いたリング状の立体組織体が得られた後に静置して細胞外マトリックスを構成するタンパク質の分泌を待つこと等により、細胞外マトリックスを主成分とする立体組織体を得ることもできる。なお、上記の全て、又は一部の工程を、コンピューター等を用いて制御し、自動的に行ってもよい。
 図23は、培養面と心棒との間に隙間がある立体組織体の作製装置を用いた、本実施形態(III)の一例の立体組織体の作製方法の概略図である。
 培養面の貫通孔に、心棒が挿通している立体組織体の作製装置(図23(i)参照)の培養面に、温度応答性ポリマーを塗布して、被覆し、被覆培養面を準備する(図23(ii)参照)。なお、この例では、心棒の径は、貫通孔の孔径よりも小さく、培養面と心棒との間に隙間がある。その後、立体組織体の作製装置を、培養面の外径よりわずかに大きい内径を有する容器に入れ、培地に浸し、細胞を播種する(1回目の播種工程、図23(iii)参照)。播種した細胞は、被覆培養面に接着する(図23(iv)参照)。なおこの例では、細胞の密度は、100%コンフルエントである。その後、被覆培養面に接着した細胞は、被覆培養面中央部に向かって凝集し始め、端部が被覆培養面から離れて反り返り始めて、端部が反り返った細胞構造体となる(図23(v)参照)。その後、更に凝集を続けてリング状となり、凝集する細胞構造体は、培養面と心棒との間には隙間を飛び越えるようにして、心棒の周囲に巻き付き、リング状の立体組織体を形成する(図23(vi)参照)。その後、培養面を心棒の延在方向上側に移動させ、得られたリング状の立体組織体の上側に隣接する、他のリング状の立体組織体を形成する隙間を設ける(培養面移動工程、図23(vii)参照)。その後、再度細胞を播種し(2回目の播種工程、図23(viii)参照)、培養することでリング状の立体組織体が積層した管腔状の立体組織体が得られる。培養面移動工程、2回目以降の播種工程、2回目以降の培養工程を繰り返すことにより、長い管腔状の立体組織体が得られる(図23(ix)参照)。
 なお、上記の全て、又は一部の工程を、コンピューター等を用いて制御し、自動的に行ってもよい。
 図27は、培養面を複数有し、培養面と心棒との間に隙間がある立体組織体の作製装置を用いた、本実施形態(III)の一例の立体組織体の作製方法の概略図である。
 2つの培養面の貫通孔に、1本の心棒が挿通している立体組織体の作製装置(図27(i)参照)の2つの培養面に、温度応答性ポリマーを塗布して、被覆し、被覆培養面を準備する(図27(ii)参照)。なお、この例では、心棒の径は、貫通孔の孔径よりも小さく、培養面と心棒との間に隙間がある。その後、立体組織体の作製装置を、培養面の外径より大きい内径を有する容器に入れ、培地に浸し、細胞を播種する(1回目の播種工程、図27(iii)参照)。播種した細胞は、被覆培養面に接着する(図27(iv)参照)。なおこの例では、細胞の密度は、100%コンフルエントである。その後、被覆培養面に接着した細胞は、被覆培養面中央部に向かって凝集し始め、端部が被覆培養面から離れて反り返り始めて、端部が反り返った細胞構造体となる(図27(v)参照)。その後、更に凝集を続けてリング状となり、凝集する細胞構造体は、培養面と心棒との間には隙間を飛び越えるようにして、心棒の周囲に巻き付き、リング状の立体組織体を形成する(図27(vi)参照)。その後、培養することで、2つのリング状の立体組織体がつながり、管腔状の立体組織体が得られる(図27(vii)参照)。
 なお、図27(vii)では、管腔状の立体組織体を見やすくするため、培養面の図示を省いている。図27では、培養面と心棒との間に隙間があるため、培養面がある状態でも、培養面を除いた状態でも、2つのリング状の立体組織体はつながり、管腔状の立体組織体が得られる。
 また、培養面の数を増やす、培養面移動工程、2回目以降の播種工程、2回目以降の培養工程を設ける、等の方法により、更に長い管腔状の立体組織体が得ることもできる。
 なお、上記の全て、又は一部の工程を、コンピューター等を用いて制御し、自動的に行ってもよい。
[[発明(IV)]]
(細胞構造体の製造方法)
 本発明(IV)の実施形態の細胞構造体の製造方法(以下、「本実施形態(IV)の製造方法」ともいう。)は、培養面に温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で被覆された被覆領域を調製し、該被覆領域に細胞懸濁液の液滴を形成し、該液滴中で細胞培養を行うものである。
 より具体的には、本実施形態(IV)の製造方法の一例では、図32に示すように、まず、培養面を準備し(図32(i)参照)、培養面上に温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を配置し(図32(ii)参照)、培養面を温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で被覆して被覆領域を調製し(図32(iii)参照)、被覆領域に細胞懸濁液の液滴を形成し(図32(iv)参照)、液滴中で細胞培養を行い(図32(v)参照)、細胞構造体を形成させる(図32(vi)参照)。
 ここで、本実施形態(IV)の製造方法では、後述のとおり細胞構造体を自発的に形成する効果を得る観点から、培養面に調製しした被覆領域の表面ゼータ電位を、0~50mVとすることが肝要である。
 以下、本実施形態(IV)の製造方法における作用効果について記載する。
 細胞構造体の製造方法として公知のハンギングドロップ法では、管状部材の先端に細胞懸濁液の液滴を調製し、液滴の表面張力を利用して液滴の形状を球状に保ちながら液滴を所定期間(例えば、2週間程度)保持することによって、液滴中でスフェロイド状の細胞構造体を製造している。しかしながら、液滴を保持するために操作が煩雑なものとなり、スフェロイド状の細胞構造体を簡便に製造することが困難である。
 一方、本実施形態(IV)の製造方法によれば、液滴を培養面に載せた状態で保持することができるため、スフェロイド状の細胞構造体を簡便に製造することが可能となる。
 また、例えば、培養面と壁面とで区画される1つ又は複数のウェルを備える細胞培養器を用いて、ウェルの培養面に被覆領域と被覆領域でない領域である非被覆領域とを調製し、ウェルに細胞懸濁液を加える方法も考えられるが、かかる方法に対しては本実施形態(IV)の製造方法は下記のような効果を有している。
 上述の方法では、被覆領域も非被覆領域も細胞懸濁液で浸るように、細胞培養液を細胞培養器に対して加えるため、非被覆領域に播種した細胞が接着するおそれがある。このとき、非被覆領域の細胞が、被覆領域における形状の整ったスフェロイド状の細胞構造体の形成を阻害することがある。そのため、壁面を有する細胞培養器を用いる場合には、培養面の全部又は一部に細胞非接着性を与える処理を施すことが必要となることもある。そして、ときに、かかる処理に起因して細胞に毒性のある物質が培地に溶出することもある。
 一方、本実施形態(IV)の製造方法によれば、被覆領域における細胞懸濁液の液滴は非被覆領域から隔離されているため、上記の細胞非接着性を与えるような処理が必要とならず、そして、細胞の生育に悪い影響を与える可能性が低くなる。
 また、上述の方法では、ウェルに細胞懸濁液を加えた後、被覆領域には細胞が接着し、細胞非接着性を与えるような処理を施した非被覆領域には細胞が接着しないこととなる。非被覆領域における接着しなかった細胞は、アポトーシスを生じさせたりヒートショックプロテインを産生させたりして、被覆領域において接着した細胞の生育に対して悪い影響を与えるおそれがある。そのため、この方法では、非被覆領域の細胞を培地交換等の操作によりウェルから除去することが必要となる場合がある。
 一方、本実施形態(IV)の製造方法によれば、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で被覆されることで細胞接着性を備えることとなった被覆領域に、非被覆領域から隔離された状態で、細胞懸濁液の液滴を形成するため、非被覆領域の細胞を除去する必要性が小さいため、使用する細胞の量を低減することができ、また、培地交換ンどの操作の必要性が小さいため、使用する培地の量を低減することができる。総じて、本実施形態(IV)の製造方法によれば、製造コストを低減することが可能になる。
 本実施形態(IV)の製造方法では、384ウェル細胞培養プレート等に使用されている自動培養装置をそのまま利用することが可能(例えば、16連ノズルで細胞浮遊液をマルチプレートに注入するプログラムで、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を塗布した培養面に細胞懸濁液の液滴を吐出することが可能)であり、また、細胞培養プレートの分析機器も当該技術分野において通常用いられているものを利用することが可能である。そのため、本実施形態(IV)の製造方法によれば、細胞構造体の製造コストを抑制することができると共に、上記装置や機器の用途を広げるという意味で経済効果を生み出すことができる。
 本発明(IV)の実施形態の細胞構造体の製造方法では、前述のとおり、被覆領域の表面ゼータ電位を0~50mVとすることが肝要である。表面ゼータ電位を0mV以上とすれば、負に帯電する細胞を接着させることができ、また、50mV以下とすれば、細胞毒性を軽減することができる。
 上記と同様の理由から、表面ゼータ電位は、好適には0~35mVであり、更に好適には10~25mVである。
 表面ゼータ電位は、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物における、C/A比を調整することによって、調整することができる。
 上記特定の範囲の表面ゼータ電位を有する培養面によれば、細胞を適切な培養条件で培養するだけで、塊状(ペレット状)の構造を有する細胞構造体(スフェロイド)を簡便に形成させることができる。
 これは、上記特定の範囲の表面ゼータ電位とすることによって、培養面に細胞毒性を惹起しない微弱な陽電荷を与えることができ、また、播種した細胞の速やかな接着を確保し、細胞の活性の向上及び細胞外マトリックスの分泌を促進し、更には、細胞遊走を適度に抑制して、細胞間の結合を強くすることができるものと推測される。
 上記特定の範囲の表面ゼータ電位を有する培養面における細胞構造体を形成する現象の再現性は極めて高く、均質な細胞構造体を作製することが可能となる。
 従来の細胞培養器を用いて作製された細胞の塊は、細胞非接着性の培養面に接着できない細胞が寄せ集められたものに過ぎないため、細胞の塊を構成する細胞のバイアビリティが低いという問題があった。
 一方、本実施形態(IV)の製造方法で製造された細胞構造体(スフェロイド)は、培養面上に速やかに接着し、増殖しながら伸展するという経過を経たうえで形成されるものであるため、細胞間に産生された細胞外マトリックスが豊富に存在する。そのため、細胞構造体自体のバイアビリティ(活性)が極めて高い。
 そして、本実施形態(IV)の製造方法では、細胞構造体のサイズは、実験者が目的に応じて適宜定めることができ、サイズに分布を持たせることも、サイズを均一にすることも可能となる。
 細胞構造体のサイズは、微小サイズ(例えば、数百μm以下のサイズ)とすることができ、50~1,500μm径としてよく、50~200μm径であることが好ましい。
 また、本実施形態(IV)の製造方法では、平板な培養面において細胞構造体を作製することが可能であるため、細胞培養器を用いて作製した細胞構造体に対してアッセイを行う場合に、この培養器を直接的に顕微鏡により観察することも可能となる。
 更に、本実施形態(IV)の製造方法によれば、細胞が細胞培養器の培養面と壁との境界である培養面の外縁に接着させないことも可能となり、サイズの均質性を長時間維持することができる。
 以下、本発明(IV)の実施形態の細胞培養器の製造方法における各工程について詳細に記載する。
 本実施形態(IV)の製造方法の一例では、まず、培養面を準備する(図32(i)参照)。
 ここで、培養面としては、細胞培養器の培養面であってもよく、細胞培養器以外の部材の培養面であってもよく、例えば、市販のプレート、ディッシュ、フラスコ、ガラス板、シリコンシート等が挙げられる。
 培養面は、細胞接着性であっても細胞非接着性であってもよい。
 なお、「細胞非接着性」とは、付着細胞(例えば、線維芽細胞、肝細胞、血管内皮細胞等)が、通常の培養条件下で、接着しない又は接着しにくい性質をいう。
 培養面の材質としては、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリエチレン、ポリカーボネート等が挙げられ、精密な成形加工が容易であり、種々の滅菌法を適用することが可能であり、透明性があるため顕微鏡観察に向いているという観点から、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)が好ましい。
 なお、一般的な細胞培養用のプレートは、ポリスチレン等のプラスチックでできているが、表面処理(例えば、プラズマ処理)が施されており、培養面に細胞が接着しやすくなっている。
 なお、本発明(IV)の細胞構造体の製造方法では、培養面を準備すればよく、細胞培養器を用いなくてもよい。
 次いで、培養面上に温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を配置する(図32(ii)参照)。
 以下、本発明(IV)の実施形態の製造方法において培養面に配置される温度応答性ポリマー及び温度応答性ポリマー組成物について詳述する。
 実施形態(IV)における温度応答性ポリマー及び温度応答性ポリマー組成物としては、上記発明(I)における温度応答性ポリマー及び温度応答性ポリマー組成物と同様のものが挙げられ、好適例としても同様のものが挙げられる。
 なお、本実施形態(IV)において、(A−1)の温度応答性ポリマーの製造方法は、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)を含む混合物を調製する調製工程と、混合物に紫外線を照射する照射工程とを含み、ここで、調製工程において、混合物は重合禁止剤及び水を更に含み、照射工程において、紫外線は不活性雰囲気下において照射される、ことを特徴とする方法に限定されず、他の方法であってもよい。
 また、本実施形態(IV)において、(A−1)の温度応答性ポリマーによれば、後述するように、細胞を適切な培養条件で培養することにより、管腔状(チューブ状)及び塊状(ペレット状)の構造を有する細胞構造体を形成させることができる。
 また、本実施形態(IV)において、(A−2)の温度応答性ポリマーの製造方法は、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)を含む第一混合物に紫外線を照射する第一重合工程と、第一重合工程における重合物の数平均分子量が所定値以上となった時点で、第一混合物にアニオン性モノマーを添加して第二混合物を調製する添加工程と、第二混合物に紫外線を照射する第二重合工程と、を含むことを特徴とする方法に限定されず、他の方法であってもよい。
 また、本実施形態(IV)において、(C)の温度応答性ポリマー組成物は、上記の通り、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート及び/又はその誘導体の重合体と、2−アミノ−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオールと、核酸、ヘパリン、ヒアルロン酸、デキストラン硫酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリリン酸、硫酸化多糖類、カードラン及びポリアルギン酸並びにこれらのアルカリ金属塩からなる群から選択される一種以上のアニオン性物質とを含んでいてもよい。
 また、本実施形態(IV)において、上記(C3)に列挙したアニオン性物質におけるDNAとしては、iPS細胞、ES細胞、間葉系幹細胞等の幹細胞を分化細胞、特に、心筋細胞、肝細胞、神経細胞、血管内皮細胞、に分化誘導できるDNAが好ましい。
 ここで、本実施形態(IV)の製造方法の一例では、培養面全面に被覆領域を調製してもよく(図33(i)、(ii)参照)、培養面に複数の被覆領域を調製してよい(図33(iii)参照)。
 培養面全面に被覆領域を調製する場合、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物溶液を培養面に流延させてよい。
 培養面に複数の被覆領域を調製する場合、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物の配置(スポット)手法としては、例えば、8連マイクロピペッターによる手技、溶液を定量吐出するスポッター印刷法、回転スクリーンドラム印刷法等が挙げられる。
 特に、培養面に複数の被覆領域を調製する場合、
 被覆領域の面積は、0.1~30mmであることが好ましい。上記範囲とすれば、目的の微小サイズのスフェロイドが得られやすい。
 被覆領域間の距離が、0.1~10mmであることが好ましい。なお、「被覆領域間の距離」とは、被覆領域間の培養面上における最短距離をいう。0.1mm以上とすれば、隣接する被覆領域間で、それぞれの領域に播種された細胞どうしが接着してしまうことを抑制することができる。10mm以下とすれば、大量の細胞構造体(スフェロイド等)を効率良い作製することができる。
 特に、培養面に複数の被覆領域を調製する場合、被覆領域の数は、実験者の目的に応じて適宜定められてよく、2以上としてよく、10以上としてよく、1,000以上としてよい。
 特に、培養面に複数の被覆領域を調製する場合、被覆領域の平面視形状は、円形、楕円形、外輪郭線の内側に曲率中心を有する形状であることが好ましい。
 曲率半径としては、0.1~50mmであることが好ましく、1~10mmであることが更に好ましい。
 円形の被覆領域の直径としては、10μm~10mmであることが好ましく、30μm~1500μmであることが更に好ましい。
 これらの形状は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 本実施形態(IV)の製造方法の一例では、培養面の被覆領域が、単位面積当たりに有する、温度応答性ポリマーの量が、5.0~50ng/mmであることが好ましく、15~40ng/mmであることが更に好ましい。上記範囲とすれば、細胞構造体を形成させやすくするという効果が得られやすい。
 本実施形態(IV)の製造方法の一例では、温度応答性ポリマーは、水溶液の状態からの沈殿、溶液の塗布及び溶媒の乾燥、放射線照射、低温プラズマ照射、コロナ放電、グロー放電、紫外線、ラジカル発生剤を使用したグラフト重合等の手法により細胞培養器の培養面に被覆されていてよい。
 培養面を温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で被覆する方法、及び被覆領域となる複数の培養面上における位置に温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を配置する方法については後述する。
 本実施形態(IV)の製造方法における培養面は、細胞培養用プレート(例えば、35mmディッシュ等)をベースとして作製されてよく、例えば、再生医療の分野において好適に用いることができる。
 一方、培養面は、マイクロプレート(例えば、96穴プレート等)をベースとして作製されてよく、例えば、創薬の分野(特に、薬剤スクリーニング)において好適に用いることができる。
 上記温度応答性ポリマー又は上記温度応答性ポリマー組成物は、加熱乾燥、凍結乾燥、減圧蒸留等により水分を除去して、メタノール、エタノール等のアルコール、ケトン、エステル等の有機溶媒に溶解してもよい。これらの中でも、表面張力と沸点が低く速やかな乾燥が可能であり、温度応答性ポリマーをより均一に被覆できる観点から、メタノールに溶解させることが好ましい。また、有機溶媒に溶解する場合には、更に、ポリエチレングリコール(PEG)、ジメチルアクリルアミド(DMAA)、グリセリン、TritonX、ポリプロピレングリコール等の非イオン性でかつ親水性である親水性分子を加えてもよい。
 こうして、この製造方法の一例では、培養面を温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で被覆して被覆領域を調製する(図32(iii)参照)。
 本実施形態(IV)の製造方法では、前述のとおり、被覆領域の表面ゼータ電位が、0~50mVとすることが肝要であり、0~35mVであることが好ましく、10~25mVであることが更に好ましい。
 また、本実施形態(IV)の製造方法では、本発明(IV)の効果を高める観点から、培養面の被覆領域に対する水の接触角が、50~90°であることが好ましく、60~80°であることが更に好ましく、62~78°であることが特に好ましい。
 なお、被覆領域に対する水の接触角とは、被覆領域内の任意の数点において、JIS R3257に準拠して、測定される接触角の平均値を指す。
 上記の通り、被覆領域は、細胞表面との間の相互作用を高めて、細胞の被覆領域に対する接着性を高める観点から、所定程度以上の疎水性を有する領域であることが好ましい。
 培養面の被覆領域に対する水の接触角は、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物における疎水性基の構造や量を調整することによって、調整することができる。
 本実施形態(IV)の製造方法の一例では、各被覆領域において、液滴の底面積を被覆領域の面積よりも小さくすることが好ましい。
 培養面を被覆する工程においては、被覆領域の端縁では被覆領域の中央部分と比較して、単位面積当たりに対する温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物の量が多くなり、ときに被覆領域の端縁が中央部分に対して盛り上がることがある。この場合、被覆領域に接着した細胞がなす細胞構造体の形状が整いにくい傾向がある。液滴の底面積を被覆領域の面積よりも小さくすれば、被覆領域において温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物の量が不均一になるおそれのある領域には細胞を接着させないようにすることができるようになるため、形状の整った細胞構造体を調製しやすくなる。
 上記と同様の理由から、具体的には、各被覆領域において、被覆領域の面積に対する液滴の底面積の割合の上限を99%以下としてよく、上限は、97%、95%、90%、80%、70%、60%、50%することも好ましい。
 また、上記割合の下限を10%以上としてよく、下限は、20%、30%とすることも好ましい。上記割合を10%以上とすれば、十分なサイズの細胞構造体を効率良く調製することが可能となる。
 本発明(IV)の実施形態の細胞培養器を用いた細胞培養方法の一例では、被覆領域に細胞懸濁液の液滴を形成する(図32(iv)参照)。
 本実施形態(IV)の製造方法は、製造した細胞構造体の直径に極めて高い均質性が要求される細胞(例えば、創薬試験に利用される細胞や多分化能幹細胞等)や、分化状態の精密制御のために培養コストが高額になる細胞(具体的には、iPS細胞、ES細胞、間葉系幹細胞、癌幹細胞等の幹細胞、並びに、それらの分化誘導細胞;血管内皮細胞、脂肪細胞、脂肪幹細胞、線維芽細胞、心筋細胞、筋芽細胞等の間葉系細胞;HepaRA、HepaRG、HepG2、BxPC−3等の上皮系の細胞;等)に対して、特に好適に適用することができる。初代細胞の場合は、コロニーを形成する接着性細胞を選択すれば良く、当業者によって適宜選択可能である。
 この製造方法の一例では、被覆領域に細胞懸濁液の液滴を形成するに当たって、底面の形状が好適には円形となるように、細胞懸濁液を滴下することが好ましい。かかる手法によれば、形状の整ったスフェロイド状の細胞構造体を得られやすくなる。
 本実施形態(IV)の製造方法の一例では、液滴に含まれる細胞の数を、3.0×10個/mL以下とすることが好ましい。
 細胞を播種する工程において、細胞密度が高過ぎる場合には、細胞が重なり合った状態で沈殿してしまい、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物と接触しない細胞が生じることとなる。この場合、このようなポリマー又はポリマー組成物と非接触の細胞は、例えば、他の細胞との融合によりその性質を変えてしまう等といった有害な影響をもたらす可能性がある。液滴に含まれる細胞の数を3.0×10個/mL以下とすれば、被覆領域にほぼ単層で細胞を沈殿させることができ、細胞を好適な条件下で培養することが可能となる。
 また、液滴に含まれる細胞の数は、十分なサイズの細胞構造体を調製する観点から、1.0×10個/mL以上とすることが好ましい。
 上記と同様の理由から、液滴に含まれる細胞の数は、更に好適には1.0×10個~3.0×10個/mLであり、特に好適には2.0×10個~3.0×10個/mLであり、播種した細胞の形態やサイズ等を考慮して当業者によって適宜調整可能である。なお、上記の細胞の数とは、生細胞の数を意味する。
 この製造方法の一例では、液滴の径を1μm~8mmとすることが好ましい。
 液滴の径が1μmより少ないと、培地量が少なくなりすぎるため、乾燥が引き起こされる等細胞培養において適当でない環境となる可能性がある。
 液滴の径が8mmを超えると、細胞が液滴内でポリマー又はポリマー組成物上に沈殿する際に、ポリマー上に配置される細胞の細胞密度にばらつきが生じ、スフェロイド形成が複数箇所で生じ(細胞の凝集の核となる応力発生点が複数箇所となり)、スフェロイドが真球状となりにくいおそれがある。
 上記と同様の理由から、液滴の径は、更に好適には100μm~4mmであり、特に好適には300μm~3mmである。
 本実施形態(IV)の製造方法の一例では、形状の整った細胞構造体を調製しやすくする観点から、液滴の量を0.5~50μLとすることが好ましく、1.0~40μLとすることが更に好ましく、5.0~25μLとすることが特に好ましい。
 また、この製造方法の一例では、1つの被覆領域に、1つの液滴を形成してもよく、複数の液滴を形成してもよい。
 特に、1つの被覆領域に複数の液滴を形成する場合には、液滴間の間隔(液滴間の最近接距離)としては、1~500μmであることが好ましい。
 1μmより少ないと、液滴同士が結合してしまう可能性がある。500μmを超えると、効率的にスフェロイドを大量生産するという目的を達成できない可能性がある。
 上記と同様の理由から、液滴間の間隔は、2~250μmであることが更に好ましく、5~100μmであることが特に好ましい。
 この製造方法の一例では、液滴中で細胞培養を行う(図32(v)参照)。
 培養条件は、使用する細胞に応じて適宜定めてよく、例えば、37℃、5%CO雰囲気等としてよい。
 細胞培養の際には、水ミストの噴霧等により培養器内を積極的に加湿する方法、リン脂質、高級カルボン酸、流動パラフィン等の低比重で不活性な油性成分の被膜で細胞懸濁液の液滴表面を覆うことによって、液滴中の水分の揮発を抑制する方法を用いてよい。かかる方法は、特に、細胞懸濁液の液滴の量が10μL未満である場合に、液滴を維持するために特に有効である。
 その後、この製造方法の一例では、更に培養を続けることによって、細胞構造体を形成させる(図32(vi)参照)。
 培養条件は、使用する細胞に応じて適宜定めてよく、例えば、37℃、5%CO雰囲気等としてよい。
 このとき、特定の特性を有する被覆領域において、塊状(ペレット状)の構造を有する細胞構造体を簡便に形成させることができる。
 以下、本発明(IV)の実施形態の細胞構造体の製造方法において用いられる好適な培養面について記載する。
 好適な培養面は、ガラス製の培養面と、培養面から始端する前述の本発明(IV)の実施形態の細胞構造体の製造方法において用いられる温度応答性ポリマーと、を含むものである。
 好適な培養面によれば、ガラス自体が有機溶媒に対する耐性を備えるため、培養面を有機溶媒で洗浄することが可能となり、より細胞毒性物質を低減することが可能となる。
 また、この培養面は、従来的に用いられてきた放射線照射を伴うグラフト重合の方法を用いることなく製造することが可能であること(後述)、また、ため、放射線照射により生じる重合体の分解物の量を低減することができ、細胞の生育に良好な環境を提供することができる。
 ガラス製の培養面としては、ガラス製の細胞培養器の培養面やガラス板の表面等としてよい。
 温度応答性ポリマーとしては、前述の(A)2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)単位と、アニオン性モノマー単位とを含む温度応答性ポリマー、(B)N−イソプロピルアクリルアミド(NIPAM)単位と、カチオン性モノマー単位と、アニオン性モノマー単位とを含む温度応答性ポリマー等が挙げられる。
 より具体的には、かかる好適な細胞培養器の製造方法としては、例えば、(a)ガラス製の培養面をビニル基を有するシランカップリング剤で処理し、処理された培養面上において2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)を水存在下で紫外線を照射しながら重合させる方法、
(b)ガラス製の培養面をハロゲン化アルキル基を有するシランカップリング剤で処理し、また、ハロゲン化アルキル基とN,N−ジアルキル置換ジチオカバミル酸との置換反応で、N,N−ジアルキル置換ジチオカルバモイル基を培養面に導入し、かかる培養面上において、N,N−ジアルキル置換ジチオカルバモイル基をラジカル重合開始点として2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)を水存在下で紫外線を照射しながらイニファーター重合させる方法、
が挙げられる。
 上記(a)の方法に関して、ビニル基を有するシランカップリング剤としては、有機物との反応や相互作用をする機能を備える反応性官能基(Y)として、ビニル基、スチリル基、メタクリル基、アクリル基からなる群から選択される少なくとも1つを有し、ガラスとの反応や相互作用をする機能を備える反応性官能基(X)として、アルコキシ基、ハロゲンからなる群から選択される少なくとも1つを有するものが挙げられる。
 具体的には、ビニルトリメトキシシラン、p−スチリルトリメトキシシラン、3−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。
 シランカップリング剤での処理の条件は、常法の通りとしてよい。
 処理された培養面上におけるDMAEMAの重合の方法としては、(A)2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)単位と、アニオン性モノマー単位とを含む温度応答性ポリマーについて記載した通りとしてよい。
 特に、上記(a)の方法では下記の条件とすることが好ましい。
・紫外線照射における紫外線の波長としては、重合体の分解物の量を低減する観点から、近紫外線の波長であることが好ましく、330~400nmであることが更に好ましく、350~390nmであることが特に好ましい。
・処理された培養面の裏側から光を照射する(ガラスを透過させるように光を照射する)と、光源に含まれる短波長の紫外線をカットし、近紫外線領域の波長の光線を選択的に照射することも可能となり、かつ、ビニル基を有するシランカップリング剤側からDMAEMA側に向かって光照射して、モノマーの分解等よりも重合反応を優先させることも可能となるため、好ましい。
 上記(b)の方法に関して、ハロゲン化アルキル基を有するシランカップリング剤としては、有機物との反応や相互作用をする機能を備える反応性官能基(Y)として、ハロゲン化アルキル基、より具体的には、p−クロロメチルベンジル基、3−クロロプロピル基、p−ブロモメチルベンジル基、3−ブロモプロピル基からなる群から選択される少なくとも1つを有し、ガラスとの反応や相互作用をする機能を備える反応性官能基(X)として、アルコキシ基、ハロゲンからなる群から選択される少なくとも1つを有するものが挙げられる。
 具体的には、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、p−クロロメチルベンジルトリクロロシラン、3−クロロプロピルトリクロロシラン等が挙げられる。
 シランカップリング剤での処理の条件は、常法の通りとしてよい。
 ガラス表面(培養面)へ導入されたN,N−ジアルキル置換ジチオカルバモイル基をラジカル重合開始点とする2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)のイニファーター重合の反応条件は、常法の通りとしてよい。
 特に、上記(b)の方法では下記の条件とすることが好ましい。
・紫外線照射における紫外線の波長としては、重合体の分解物の量を低減する観点から、近紫外線の波長であることが好ましく、330~400nmであることが更に好ましく、350~390nmであることが特に好ましい。
・処理された培養面の裏側から光を照射する(ガラスを透過させるように光を照射する)と、光源に含まれる短波長の紫外線をカットし、近紫外線領域の波長の光線を選択的に照射することも可能となり、かつ、シランカップリング剤側からDMAEMA側に向かって光照射して、モノマーの分解等よりも重合反応を優先させることも可能となるため、好ましい
 以上、図面を参照して、本発明(IV)の細胞構造体の製造方法の実施形態について例示説明したが、本発明(IV)の細胞構造体の製造方法は、上記の例に限定されることはなく、上記実施形態(IV)には、適宜変更を加えることができる。
[[発明(V)]]
 以下、図面を参照して、本発明(V)の細胞構造体の製造方法、本発明(V)の細胞構造体、本発明(V)の細胞培養器の実施形態について詳細に例示説明する。
 本発明(V)の実施形態(以下、「本実施形態(V)」ともいう。)の細胞構造体の製造方法は、
 細胞培養器の培養面に、温度応答性ポリマー及び/又は温度応答性ポリマー組成物で被覆された第一被覆領域と、前記第一被覆領域の端部に設けられた、細胞接着性物質で被覆された複数の第二被覆領域とを準備する、準備工程と、
 細胞を前記第一被覆領域及び前記第二被覆領域に播種し、前記細胞を培養する、播種培養工程と
を含む。
 本実施形態(V)における一例の製造方法は、温度応答性ポリマー及び/又は温度応答性ポリマー組成物を調製する、調製工程と、前述の準備工程と、前述の播種培養工程とを含む。
 図35(i)~(viii)に、本実施形態(V)における一例の細胞構造体の製造方法の概要について示す。
 以下、本実施形態(V)における一例の細胞構造体の製造方法における各工程の詳細を記載する。
 (調製工程)
 実施形態(V)における調製工程としては、上記発明(I)における調製工程と同様の工程が挙げられ、好適例としても同様のものが挙げられる。
 (準備工程)
 一例の製造方法では、次いで、細胞培養器の培養面に、温度応答性ポリマー及び/又は温度応答性ポリマー組成物で被覆された第一被覆領域と、第一被覆領域の端部に設けられた、細胞接着性物質で被覆された複数の第二被覆領域とを準備する(準備工程)(図35(i)~(iii)参照)。
 ここで、第一被覆領域及び第二被覆領域以外の培養面は、細胞接着性としても、細胞非接着性としてもよいが、所望の形状の細胞構造体を得られやすくする観点から、細胞非接着性とすることが好ましい。
 細胞非接着性の培養面の調製方法は、特に限定されることなく、例えば、細胞非接着性の培養面を備える細胞培養器、例えば、SUMILON社製のPrimeSurface(登録商標)を用いてもよく、細胞非接着性のシートや中敷き等を用いてもよく、未処理のポリスチレン製の培養面を備える細胞培養器を用いてもよい。
 ここで、図35に示すように、第一被覆領域及び第二被覆領域は、細胞培養器の壁との接触を抑制して、細胞構造体の形状を整える観点から、非被覆領域(培養面に特に被覆が施されていない領域)に取り囲まれるように設けられることが好ましい(図35(ii)、(iii)参照)。
 第一被覆領域の面積は、特に限定されないが、例えば、φ35mmの細胞培養器の培養面を用いて、1~30mmサイズの細胞構造体を製造する場合、1~750mmとしてよく、好ましくは10~700mmである。
 第一被覆領域の形状は、特に限定されることなく、平面視で、円形(円、楕円等)、矩形(正方形、長方形、三角形等)、線形としてよく、矩形は角が丸みを帯びていてもよい。
 中でも、上記形状は、細胞の凝集様式を制御する観点から、所定方向に延びる形状、より具体的には、長軸方向及び短軸方向が存在する形状、外輪郭線上の任意の2点間の距離に最大及び最小が存在する形状が好ましく、長方形が更に好ましい。
 第一被覆領域の形状が矩形である場合、そのアスペクト比(長辺長:短辺長)としては、1~50としてよく、5~50が好ましく、より好ましくは10~50である。
 第一被覆領域の形状が長方形である場合、細胞構造体の形状を制御する観点から、その幅は0.1~50mmであることが好ましく、より好ましくは0.1~30mmであり、その長さは0.1~150mmであることが好ましく、より好ましくは0.1~100mmである。
 第一被覆領域表面のゼータ電位としては、0~50mVが好ましく、より好ましくは0~35mV、更に好ましくは10~25mVである。ゼータ電位が0mV以上であることにより、負に帯電する細胞が接着しやすくなる。また、ゼータ電位が50mV以下であることにより、細胞毒性を軽減することができる。
 また、ゼータ電位を上記範囲とすることにより、細胞を適切な培養条件で培養するだけで、塊状(ペレット状)の構造を有する細胞構造体を一層簡便に作製させることができる。これは、表面ゼータ電位を上記範囲とすることによって、第一被覆領域表面に細胞毒性を惹起しない微弱な陽電荷を与えることができ、また、播種した細胞の速やかな接着を確保し、細胞の活性の向上及び細胞外マトリックスの分泌を促進し、更には、細胞遊走を適度に抑制して、細胞間の結合を強くすることができることによるものと推測される。
 なお、ゼータ電位とは、ポリスチレンラテックスをヒドロキシプロピルセルロースで被覆した粒子(ゼータ電位:−5~+5mV)を標準のモニター粒子として、ゼータ電位計(例えば、型番「ELSZ」、大塚電子社製等)で測定した、Smoluchowski式により算出される値をいう。
 第一被覆領域表面に対する水の接触角としては、本発明(V)の効果を高める観点から、50~90°が好ましく、より好ましくは60~80°、更に好ましくは62~78°である。
 なお、第一被覆領域に対する水の接触角とは、被覆領域内の任意の数点において、JIS R3257に準拠して測定される接触角の平均値をいう。
 第二被覆領域に被覆される細胞接着性物質としては、ラミニン、コラーゲン、フィブロネクチン、ペプチド、カチオン性ポリマー、ポリスチレン等が挙げられる。上記ペプチドとしては、アルギニン−グリシン−アスパラギン酸の配列を有するペプチド、アルギニン残基が8個以上連続する配列を有するペプチド等が挙げられる。上記カチオン性ポリマーとしては、アミノスチレン等が挙げられる。これらの中でも、細胞接着性が高い、ラミニン、コラーゲン、フィブロネクチンが好ましい。
 また、上記列挙の細胞接着性物質を含む試薬も好適に用いることができ、かかる試薬としては、血清等が挙げられる。
 上記細胞接着性物質は、1種単独で用いてもよく、複数種を併用してもよい。
 第二被覆領域の面積は、特に限定されないが、例えば、φ35mmの細胞培養器の培養面を用いて、1~30mmサイズの細胞構造体を製造する場合、0.1~75mmとしてよく、好ましくは0.1~10mmである。
 第二被覆領域の形状は、特に限定されることなく、平面視で、円形(円、楕円等)、矩形(正方形、長方形、三角形等)としてよく、矩形は角が丸みを帯びていてもよい。
 中でも、上記形状は、細胞が凝集する際に第二被覆領域に接着した細胞にかかる力を緩和する観点から、円形が好ましい。
 第二被覆領域の形状が円形である場合、細胞構造体の形状を制御する観点から、その直径は0.1~50mmであることが好ましく、より好ましくは0.1~10mmである。
 上記第二被覆領域の面積(S2)の上記第一被覆領域の面積(S1)に対する割合(S2/S1)は、特に限定されないが、細胞の凝集様式を制御しやすくする観点から、0.001~1.0であることが好ましく、より好ましくは0.01~0.5である。
 本実施形態(V)では、第一被覆領域と第二被覆領域とは、互いに重なり合っていてもよく、互いの外輪郭線が接していてもよく、互いの最短距離で0.1~10mmだけ離間していてもよい。
 なお、第一被覆領域の培養面における位置、及び第二被覆領域の培養面における位置は、それぞれの重心の位置としてよい。
 本実施形態(V)では、第二被覆領域は第一被覆領域の端部に設けられていればよく、ここで、端部とは、第一被覆領域の外輪郭線から内側へ0.01~1mmの領域をいう。
 本実施形態(V)では、第一被覆領域の端部に設けられる第二被覆領域の数は、複数であれば特に限定されることなく、3以上、4以上等としてもよい。なお、複数の第二被覆領域間において、被覆される細胞接着性物質は、同じであってもよく、異なっていてもよい。
 図36(a)~(c)に、本実施形態(V)における第一被覆領域と第一被覆領域との配置態様について示す。
 図36(a)(i)及び図35(i)~(viii)に示す例では、第一被覆領域を平面視で円形とし、第二被覆領域を、円形の第一被覆領域の両端部に、第一被覆領域と重ねながら、配置している。
 本実施形態(V)では、円形の第一被覆領域の端部に、第二被覆領域を、第一被覆領域と重ねながら、3箇所配置してもよく(図36(a)(ii)参照)、4箇所配置してもよい(図36(a)(iii)参照)。
 また、本実施形態(V)では、図36(b)に示すように、角が丸みを帯びた長方形の第一被覆領域の両端部に、第二被覆領域を、第一被覆領域と重ねながら、配置してもよい。
 更に、本実施形態(V)では、図36(c)に示すように、所望の形状の第一被覆領域の複数(図では5箇所)の端部に、第二被覆領域を、第一被覆領域と重ねながら、配置してもよい。
 なお、図35に示す一例の細胞構造体の製造方法では、準備工程を、細胞培養器(図35(i)参照)の培養面の中央部分に、平面視で円形の形状を描きながら、上記温度応答性ポリマー及び/又は上記温度応答性ポリマー組成物を塗布し(図35(ii)参照)、塗布部分を乾燥する(図35(iii)参照)ことによって、第一被覆領域を設け、その後、この円形の第一被覆領域の中心を通る直線上に位置し、第一被覆領域の端部に位置する2箇所に、平面視で円形の形状を描きながら、細胞接着性物質を塗布し(図35(ii)参照)、塗布部分を乾燥する(図35(iii)参照)ことによって、第二被覆領域を設けている。
 上記準備工程は、例えば、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を、溶媒に溶解して、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を含む溶液(温度応答性ポリマー溶液)としてから、細胞培養器の培養面上に塗布し、乾燥させて被覆細胞培養器を準備する工程(準備工程I)としてもよく、また、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を含む水溶液(温度応答性ポリマー水溶液)を温度応答性ポリマーの曇点以下に冷却し、冷却した温度応答性ポリマー水溶液を細胞培養器の培養面上に流延させ、曇点超の温度まで加熱して、被覆細胞培養器を準備する工程(準備工程II)としてもよい。
 上記準備工程Iにおける温度応答性ポリマー溶液における溶媒としては、例えば、水;生理食塩水;緩衝液;メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、1−ブタノール、イソブチルアルコール、2−ブタノール、t−ブチルアルコール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、2−メチル−1−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、3−メチル−2−ブタノール、2,2−ジメチル−1−プロパノール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、2−メチル−1−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、3−メチル−2−ブタノール、2,2−ジメチル−1−プロパノール、1−ヘキサノール、2−メチル−2−ペンタノール、アリルアルコール、ベンジルアルコール、サリチルアルコール等のアルコール;アセトン、エチルメチルケトン、ジエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルビニルケトン、シクロヘキサノン、2−メチルシクロペンタノン、アセトフェノン、ベンゾフェノン、イソホロン等のケトン;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸tert−ブチル、酢酸ビニル、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、上記アルコールとリン酸のエステル、上記アルコールと炭酸のエステル等のエステル;クロロホルム;ベンゼン;トルエン;ジエチルエーテル;ジクロロメタン;等が挙げられる。
 中でも、培養面に均一に被覆しやすく、また、温度応答性ポリマーの溶解性に優れるという観点から、メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、2−ブタノール、t−ブチルアルコール、アリルアルコール等のアルコール;アセトン、エチルメチルケトン、ジエチルケトン、メチルビニルケトン等のケトン;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸tert−ブチル、酢酸ビニル等のエステル;クロロホルム;ベンゼン;トルエン;ジエチルエーテル;ジクロロメタンが好ましい。また、短時間で乾燥させることができ、培養面に一層均一に塗布しやすいという観点から、沸点が低い有機溶媒(例えば、炭素数1~4の低級アルコール、炭素数3~5の低級ケトン、及び炭素数1~4のアルキル基を有する酢酸アルキルエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種、特に、水より沸点が低い、炭素数1~4の低級アルコール、炭素数3~5の低級ケトン、及び炭素数1~4のアルキル基を有する酢酸アルキルエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種)がさらに好ましく、コスト、操作性にも優れる観点から、メタノール、エタノールが特に好ましい。
 上記溶媒は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
 溶媒は、温度応答性ポリマーの溶解性に優れるため、曇点以上の温度(例えば、室温や37℃など)にしても、温度応答性ポリマーが不溶化して沈殿しにくい。そのため、温度応答性ポリマーを塗布する際に、温度応答性ポリマー溶液の温度管理をする手間が省け、簡易に被覆細胞培養器を準備することができる。
 上記準備工程Iにおいて、温度応答性ポリマー溶液には、細胞が自己凝集しやすくなるという観点から、親水性分子が含まれることが好ましい。親水性分子としては、温度応答性ポリマーのC/A比に影響しない非イオン性かつ親水性であるもの、例えば、ポリエチレングリコール(PEG)、ジメチルアクリルアミド(DMAA)、グリセリン、TritonX、ポリプロピレングリコール等が挙げられる。
 上記準備工程Iにおいて、温度応答性ポリマー溶液中の温度応答性ポリマーの含有量は、温度応答性ポリマーが培養面に均一に被覆されやすくなるという観点から、温度応答性ポリマー溶液(100重量%)に対して、0.00075~0.015重量%であることが好ましく、0.001~0.01重量%であることがより好ましい。
 上記準備工程Iにおいて、温度応答性ポリマー溶液中の親水性分子の含有量は、細胞が自己凝集しやすくなるという観点から、温度応答性ポリマー(100重量%)に対して、0.00001~0.00015重量%であることが好ましく、0.00003~0.0001重量%であることがより好ましい。
 上記準備工程Iにおいて、温度応答性ポリマー溶液は、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物が培養面に均一に被覆されやすくなるという観点から、水が含まれないことが好ましく、温度応答性ポリマー溶液(100重量%)中の水の重量割合が0.5重量%以下であることがより好ましく、0.1重量%以下であることがさらに好ましい。
 なお、水の重量割合は、ガスクロマトグラフィー、カールフィッシャー法など当業者に周知の方法により測定可能である。
 上記準備工程Iにおいて、温度応答性ポリマー溶液は、培養面の全面に塗布してもよいし、培養面の一部に塗布してもよい。中でも、簡易に細胞構造体が得られるという観点から、培養面の全面に塗布することが好ましい。
 上記準備工程Iにおいて、塗布した温度応答性ポリマー溶液を乾燥させる条件としては、培養面に温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を均一に被覆する観点から、大気圧下、温度10~70℃、時間1~3,000分が好ましい。塗布した温度応答性ポリマー溶液を、素早く乾燥させることにより、培養面上に温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物が偏ることなく、均一に被覆されやすくなる。
 塗布した温度応答性ポリマー溶液は、例えば、細胞培養器を37℃のインキュベーター中で静置することによって乾燥させてもよい。
 上記準備工程IIにおいて、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を溶解する溶媒としては、例えば、水;生理食塩水;リン酸緩衝液、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)、トリス緩衝液等の緩衝液;等が挙げられる。
 上記準備工程IIにおいて、温度応答性ポリマー水溶液を冷却する方法としては、例えば、温度応答性ポリマー水溶液を約4℃の冷蔵庫に入れて曇点以下の温度まで冷却する方法等が挙げられる。
 上記準備工程IIにおいて、温度応答性ポリマー水溶液を培養面上に流延させる方法としては、例えば、曇点以下の温度を有する温度応答性ポリマー水溶液を、細胞培養器の培養面を傾けることによって伸ばす方法、スパチュラを用いて温度応答性ポリマー水溶液を延ばす方法等が挙げられる。
 上記準備工程IIにおいて、流延した温度応答性ポリマー水溶液を曇点超まで加熱する方法としては、例えば、流延工程後の細胞培養器を37℃のインキュベーター中で静置する方法等が挙げられる。
 本実施形態(V)の細胞培養方法では、準備工程において、第一被覆領域及び第二被覆領域が占める領域を、細胞非接着性の壁で囲むことが好ましく、具体的には、下記の変形例が挙げられる。
 なお、細胞非接着性とは、付着細胞が接着しない又は接着しにくいことをいう。
 かかる態様によれば、後述の播種培養工程において、播種される細胞と凹部の壁面との接着を抑制して、細胞の凝集様式を制御することが容易となり、所望の配向性を有する細胞構造体をより精密に製造することが可能となる。
 図37に、準備工程の変形例及びこれに続く播種培養工程の概略を示す。
 準備工程の変形例では、細胞培養器の培養面に、図35における第一被覆領域及び第二被覆領域の形状をなすような平面視形状(大サイズの円、及びその端部2箇所に配置された小サイズの円)の凹部を彫り込む(図37参照)。
 そして、この変形例の準備工程では、彫り込んだ凹部の底面のみに温度応答性ポリマー及び/又は上記温度応答性ポリマー組成物、並びに細胞接着性物質を配置し、凹部の底面以外の面、すわわち、凹部の壁面の表面には、上記ポリマー及び/又は上記ポリマー組成物、並びに細胞接着性物質を配置していない(図37(i)参照)。
 かかる変形例によれば、所望の配向性を有する細胞構造体をより精密に製造することができる(図37(ii)参照)。
 (播種培養工程)
 本実施形態(V)における一例の製造方法では、次いで、細胞を第一被覆領域及び第二被覆領域に播種し、細胞を培養することによって、細胞構造体を調製する(播種培養工程)。
 図35に示す例では、播種培養工程を、細胞培養器に細胞及び細胞培養用培地を加え(図35(iv)参照)、その後、この細胞培養器を一般的な37℃の細胞インキュベーターに入れ(図35(v)参照)、培地交換により新たな細胞培養用培地を加え(図35(vi)参照)、細胞培養器を更に細胞インキュベーターに入れる(図35(vii)、(viii)参照)ことによって、行っている。
 本実施形態(V)の細胞培養方法に用いることが可能な細胞としては、ADSC、心筋細胞、心筋線維芽細胞、神経細胞、神経芽細胞、線維芽細胞、軟骨細胞、血管内皮細胞、血管間質細胞、平滑筋細胞等が挙げられる。
 上記細胞は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
 播種培養工程において細胞を播種する際の細胞密度は、0.3×10個/cm以上とすることが好ましく、より好ましくは1.0×10個/cm以上であり、また、培養中の細胞同士の接触による増殖停止等の、細胞周期に関する問題を生じにくくするため、5.0×10個/cm以下とすることが好ましく、より好ましくは4.5×10個/cm以下である。
 播種後の第一被覆領域においては、90~100%コンフルエントが好ましく、より好ましくは95~100%コンフルエント、さらに好ましくは99~100%コンフルエントである。
 上記範囲であると、各細胞がそれぞれコロニーを形成せずに、均質分散した状態を維持して凝集して細胞構造体を形成することができる。また、細胞の密度が高いと、播種した細胞が増殖しにくくなり、細胞が増殖する前に塊状の細胞構造体を形成することができる。また、播種した細胞は、増殖する際の性質が変化する場合があるが、細胞が増殖しにくいと、播種時と同じ性質の細胞を含む細胞構造体を形成することができる。
 培養条件は、使用する細胞種や実験目的に基づいて、当業者は適切に定めることができ適宜定めてよく、例えば、37℃、5%CO雰囲気等としてよい。
 ここで、播種培養工程において生じる現象を、図35を参照しながら、以下に記載する。
 この工程においては、まず、播種された細胞が、第一被覆領域及び第二被覆領域上に、沈降する。このとき、第一被覆領域及び第二被覆領域上に沈降した細胞は、被覆領域上に接着して、生存する一方、非被覆領域上に沈降した細胞は、非被覆領域上に接着することなく、死滅する(図35(v)参照)。
 次いで、培地交換により、培養面に接着しなかった細胞が細胞培養器から除去される(図35(vi)参照)。
 そして、第一被覆領域及び第二被覆領域に接着した細胞を更に培養すると、第一被覆領域と非被覆領域との境界付近に位置する細胞が、該細胞よりも第一被覆領域の中央部分側に位置する細胞をも伴いながら、中央部分に向かって凝集し始める(図35(vii)参照)。言い換えると、接着していた細胞が、第一被覆領域から遠ざかるように剥離し、第一被覆領域の中央部分に向かって反り返る。
 一方で、第二被覆領域に接着した細胞は、第二被覆領域から剥離することなく、当初の位置に接着し続ける(図35(vii)参照)。
 最終的に、第一被覆領域に接着していた細胞は、第二被覆領域に接着し続ける2つの細胞集団の間を繋げるように、第一被覆領域の中央部分で、直線状の構造を有する細胞構造体を形成する(図35(viii)参照)。
 ここで、播種培養工程において得られた細胞構造体のうち、第一被覆領域に接着していた細胞により形成される部分においては、細胞が、直線状の構造の延在方向に沿って引き伸ばされた形状をなし、2つの第二被覆領域を結ぶ線の方向に沿う方向への配向性を備える。
 こうして得られた細胞構造体を複数用いて、適宜、編み込んだり、連結させたりすることによって、所望の形状の細胞構造体を作製することも可能である。
 また、得られた細胞構造体は、バイアビリティの観点から、可能な限り形成直後に実験等に用いることが好ましく、24時間以内に使用することが更に好ましい。
 本実施形態(V)の細胞構造体の製造方法によれば、単層構造で栄養と酸素とを十分に供給されていた細胞が短時間内に凝集して細胞構造体を形成するため、該細胞構造体の内部の細胞が酸欠で壊死する等といった従来技術における問題が生じにくい。特に、酸素供給の必要性が特に高い心筋細胞からなる細胞構造体の培養に有用である。
 生体内の環境における細胞構造体を試験管内において得ることは、実験技術の観点から、極めて重要な意味を有するところ、本実施形態(V)の細胞構造体の製造方法によれば、細胞の配向性を生体内におけるものと同様に揃える(例えば、心筋細胞の場合、所定方向への紡錘形態)ことが可能となる。
 例えば、心筋細胞に関する創薬試験では、不整脈惹起等の心毒性の有無を検出するため、培養心筋細胞の心電波形を評価することが行われており、ここでは、測定精度(SN比)を高める観点から、細胞からの電気信号を可能な限り大きくすることが望まれる。
 本実施形態(V)の細胞構造体の製造方法によれば、前述の通り、大きなサイズの細胞構造体を、生来の配向性を備えた状態で得ることができるため、生体内で生きている心筋細胞を模倣した検体を得ることができる。このため、心筋細胞に関する創薬試験の精度を高めることが可能となる。
[[発明(VI)]]
[細胞構造体の製造方法]
 本発明(VI)の細胞構造体の製造方法は、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を調製する、調製工程と、上記温度応答性ポリマー又は上記温度応答性ポリマー組成物で、細胞培養器の培養面を被覆して、被覆細胞培養器を準備する、培養器準備工程と、心筋細胞と、上記心筋細胞100個に対して200~300個の割合の線維芽細胞を上記被覆細胞培養器に播種する、播種工程と、播種した細胞を培養して塊状の細胞構造体を得る、培養工程とを、この順に含む。
 なお、本明細書において、細胞培養器の培養面における、上記温度応答性ポリマー又は上記温度応答性ポリマー組成物で被覆された部分を「被覆培養面」と称する場合がある。また、被覆細胞培養器とは、被覆培養面を有する細胞培養器である。被覆細胞培養器は、培養面全面が被覆培養面であってもよいし、培養面の一部が被覆培養面であってもよい。また、培養面に1個の被覆培養面を有していてもよいし、複数の被覆培養面を有していてもよい。
 心筋細胞と線維芽細胞とを含む細胞構造体は、公知のU字低接着性培養皿やハンギングドロップ法で1~2週間もの長い時間かけてスフェロドを形成させることも可能であるが、作製に時間がかかるため、低酸素状態に極めて弱い心筋細胞の維持が困難となる問題、増殖速度の異なる細胞同士の共培養が困難という問題等があった。
 本発明者らは、驚くべきことに、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で、細胞培養器の培養面を被覆した被覆細胞培養器に、心筋細胞と線維芽細胞とを播種することで、心不全を起こした心疾患の組織を模倣した細胞構造体を容易に形成できることを見出した。
 本実施形態(VI)の細胞構造体の製造方法によれば、心筋細胞と線維芽細胞とが均質分散した状態を維持して凝集させることが可能であり、心筋細胞と線維芽細胞とを含む、生体内に存在する状態に近い、心不全を起こした組織を再現することができる。
 本実施形態(VI)の細胞構造体の製造方法によれば、播種された混合細胞は被覆培養面に接着し、更に培養すると、混合細胞は自己凝集をして収縮して、シート状に広がった細胞の端部が被覆培養面から離れて反り返るようにして凝集し、塊状の細胞構造体を形成する。
 特に、本実施形態(VI)の細胞構造体の製造方法では、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で培養面が被覆されており、被覆培養面と細胞との接着力が適度な範囲にあるため、凝集しにくい性質を有する心筋細胞を含む混合細胞であっても、塊状の細胞構造体を形成することができる。また、凝集しやすい線維芽細胞と組み合わせることにより、容易に塊状の細胞構造体を形成することができる。
 心筋細胞と、線維芽細胞とは、増殖速度が異なるため、従来の長時間培養をして細胞構造体を形成する方法では、心筋細胞を多く含む細胞構造体を形成することができなかった。本実施形態(VI)の細胞構造体の製造方法によれば、心筋細胞と線維芽細胞とを増殖させることなく細胞構造体を形成することができるため、播種時の心筋細胞と線維芽細胞との細胞比と、ほぼ同様の比率の細胞で構成される細胞構造体を得ることができる。そのため、細胞構造体を構成する細胞の混合比率を容易に調整することができる。また、本実施形態(VI)の細胞構造体の製造方法によれば、被覆培養面と細胞との接着力が適度な範囲にある被覆細胞培養器を用いているため、細胞の増殖を必要とせず、例えば、播種後24時間以内等の短時間で、心筋細胞と線維芽細胞との混合細胞が凝集して丸まるため、増殖速度が異なる2種以上の細胞からなり、心筋細胞を生きた状態で含み、且つ拍動している塊状の細胞構造体を容易に形成することができる。
(調製工程)
 実施形態(VI)の細胞培養器に用いられる温度応答性ポリマー及び温度応答性ポリマー組成物を調製する調製工程としては、上記発明(I)における調製工程と同様の工程が挙げられ、好適例としても同様のものが挙げられる。
 なお、本実施形態(VI)において、製造方法に用いられる温度応答性ポリマー及び温度応答性ポリマー組成物としては、心筋細胞と線維芽細胞とを含む、塊状の細胞構造体が一層得られやすいという観点から、(A)が好ましい。
 また、本実施形態(VI)において、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)を含む混合物を調製する調製工程を、混合物調製工程と称する場合がある。
(培養器準備工程)
 本発明(VI)の実施形態の製造方法において、上記培養器準備工程は、上記温度応答性ポリマー又は上記温度応答性ポリマー組成物で、細胞培養器の培養面を被覆して、被覆細胞培養器を準備する工程である。
 上記培養器準備工程は、例えば、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を、溶媒に溶解して、温度応答性ポリマー溶液としてから、細胞培養器の培養面上に塗布し、乾燥させて被覆細胞培養器を準備する工程(培養器準備工程I)としてもよく、また、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を含む水溶液(温度応答性ポリマー水溶液)を温度応答性ポリマーの曇点以下に冷却し、冷却した温度応答性ポリマー水溶液を細胞培養器の培養面上に流延させ、曇点超の温度まで加熱して、被覆細胞培養器を準備する工程(培養器準備工程II)としてもよい。
 上記培養器準備工程Iにおける温度応答性ポリマー溶液における溶媒としては、例えば、水;生理食塩水;緩衝液;メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、1−ブタノール、イソブチルアルコール、2−ブタノール、t−ブチルアルコール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、2−メチル−1−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、3−メチル−2−ブタノール、2,2−ジメチル−1−プロパノール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、2−メチル−1−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、3−メチル−2−ブタノール、2,2−ジメチル−1−プロパノール、1−ヘキサノール、2−メチル−2−ペンタノール、アリルアルコール、ベンジルアルコール、サリチルアルコール等のアルコール;アセトン、エチルメチルケトン、ジエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルビニルケトン、シクロヘキサノン、2−メチルシクロペンタノン、アセトフェノン、ベンゾフェノン、イソホロン等のケトン;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸tert−ブチル、酢酸ビニル、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、上記アルコールとリン酸のエステル、上記アルコールと炭酸のエステル等のエステル;クロロホルム;ベンゼン;トルエン;ジエチルエーテル;ジクロロメタン;等が挙げられる。
 中でも、培養面に均一に被覆しやすく、また、温度応答性ポリマーの溶解性に優れるという観点から、水、メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、2−ブタノール、t−ブチルアルコール、アリルアルコール等のアルコール;アセトン、エチルメチルケトン、ジエチルケトン、メチルビニルケトン等のケトン;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸tert−ブチル、酢酸ビニル等のエステル;クロロホルム;ベンゼン;トルエン;ジエチルエーテル;ジクロロメタンが好ましい。また、短時間で乾燥させることができ、培養面に一層均一に塗布しやすいという観点から、沸点が低い有機溶媒(例えば、炭素数1~4の低級アルコール、炭素数3~5の低級ケトン、及び炭素数1~4のアルキル基を有する酢酸アルキルエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種、特に、水より沸点が低い、炭素数1~4の低級アルコール、炭素数3~5の低級ケトン、及び炭素数1~4のアルキル基を有する酢酸アルキルエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種)がさらに好ましく、コスト、操作性にも優れる観点から、メタノール、エタノールが特に好ましい。
 上記溶媒は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
 溶媒は、温度応答性ポリマーの溶解性に優れるため、曇点以上の温度(例えば、室温や37℃等)にしても、温度応答性ポリマーが不溶化して沈殿しにくい。そのため、温度応答性ポリマーを塗布する際に、温度応答性ポリマー溶液の温度管理をする手間が省け、簡易に被覆細胞培養器を準備することができる。
 上記培養器準備工程Iにおいて、温度応答性ポリマー溶液には、細胞が自己凝集しやすくなるという観点から、親水性分子が含まれることが好ましい。親水性分子としては、温度応答性ポリマーのC/A比に影響しない非イオン性かつ親水性であるもの、例えば、ポリエチレングリコール(PEG)、ジメチルアクリルアミド(DMAA)、グリセリン、TritonX、ポリプロピレングリコール等が挙げられる。
 上記培養器準備工程Iにおいて、温度応答性ポリマー溶液中の温度応答性ポリマーの含有量は、温度応答性ポリマーが培養面に均一に被覆されやすくなるという観点から、温度応答性ポリマー溶液(100質量%)に対して、0.05~2.0質量%であることが好ましく、0.1~1.5質量%であることがより好ましい。
 上記培養器準備工程Iにおいて、温度応答性ポリマー溶液中の親水性分子の含有量は、細胞が自己凝集しやすくなるという観点から、温度応答性ポリマー(100質量%)に対して、0.00001~0.00015質量%であることが好ましく、0.00003~0.0001質量%であることがより好ましい。
 上記培養器準備工程Iにおいて、温度応答性ポリマー溶液は、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物が培養面に均一に被覆されやすくなるという観点から、水が含まれないことが好ましく、温度応答性ポリマー溶液(100質量%)中の水の質量割合が0.5質量%以下であることがより好ましく、0.1質量%以下であることがさらに好ましい。
 なお、水の質量割合は、ガスクロマトグラフィー、カールフィッシャー法等当業者に周知の方法により測定可能である。
 上記培養器準備工程Iにおいて、温度応答性ポリマー溶液は、培養面の全面に塗布してもよいし、培養面の一部に塗布してもよい。培養面の一部に温度応答性ポリマー溶液を塗布する場合は、培養面上に、被覆培養面を1個設けてもよいし、複数の被覆培養面を設けてもよい。なお、培養面の一部に温度応答性ポリマー溶液を塗布する場合は、培養面が細胞非接着性である細胞培養器を用いることが好ましい。
 なお、「細胞非接着性」とは、付着細胞(例えば、線維芽細胞、心筋細胞、血管内皮細胞等)が、通常の培養条件下で、接着しない又は接着しにくい性質をいう。
 上記培養器準備工程Iにおいて、塗布した温度応答性ポリマー溶液を乾燥させる条件としては、培養面に温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を均一に被覆する観点から、大気圧下、温度10~70℃、時間1~3,000分が好ましい。塗布した温度応答性ポリマー溶液を、素早く乾燥させることにより、培養面上に温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物が偏ることなく、均一に被覆されやすくなる。
 塗布した温度応答性ポリマー溶液は、例えば、細胞培養器を37℃のインキュベーター中で静置することによって乾燥させてもよい。
 上記培養器準備工程IIにおいて、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を溶解する溶媒としては、例えば、水;生理食塩水;リン酸緩衝液、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)、トリス緩衝液等の緩衝液;等が挙げられる。
 上記培養器準備工程IIにおいて、温度応答性ポリマー水溶液を冷却する方法としては、例えば、温度応答性ポリマー水溶液を約4℃の冷蔵庫に入れて曇点以下の温度まで冷却する方法等が挙げられる。
 上記培養器準備工程IIにおいて、温度応答性ポリマー水溶液を培養面上に流延させる方法としては、例えば、曇点以下の温度を有する温度応答性ポリマー水溶液を、細胞培養器の培養面を傾けることによって伸ばす方法、スパチュラを用いて温度応答性ポリマー水溶液を延ばす方法等が挙げられる。
 上記培養器準備工程IIにおいて、流延した温度応答性ポリマー水溶液を曇点超まで加熱する方法としては、例えば、流延工程後の細胞培養器を37℃のインキュベーター中で静置する方法等が挙げられる。
 上記細胞培養器としては、市販のマルチウェルプレート、ディッシュ、フラスコ等が挙げられる。上記細胞培養器の材質としては、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ガラス等が挙げられる。中でも、精密な成形加工が容易であり、種々の滅菌法を適用することが可能であり、透明性があるため顕微鏡観察に向いているという観点から、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)が好ましい。
 上記細胞培養器は、培養面表面に細胞接着処理等の処理が施されたものであってもよいし、表面が無処理であってもよい。上記培養面表面は、細胞の接着性を調整するために、コーティング処理、加工処理等がされていてもよい。
 上記培養面の平面視形状は、特に限定されないが、例えば、略四角形等の略多角形、略円形等の形状が挙げられる。中でも、より均質な細胞構造体が得られやすいという観点から、略円形が好ましい。
 上記培養面の底形状(底面の断面形状)は、特に限定されないが、平底、丸底、凹凸状底等が挙げられる。中でも、より均質で球状の細胞構造体が得られやすいという観点から、平底又は若干のRがついた凹面底が好ましい。
 上記細胞培養器の培養面の面積は、心筋細胞への酸素供給の観点から、200mm以下であることが好ましく、75mm以下であることがより好ましく、32mm以下であることがさらに好ましい。なお、上記細胞培養器の培養面の面積の下限値は、市販サイズのものであれば使用可能であり、特に限定されない。
 上記被覆培養面の各面積(温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で被覆された部分の各面積)は、心筋細胞への酸素供給の観点から、200mm以下であることが好ましく、75mm以下であることがより好ましく、32mm以下であることがさらに好ましい。
 上記被覆細胞培養器は、被覆培養面が単位面積当たりに有する温度応答性ポリマーの量が、0.1~10.0ng/mmであることが好ましく、0.5~5.0ng/mmであることが更に好ましい。上記範囲とすれば、塊状の細胞構造体を形成させやすくするという効果が得られやすい。
 上記被覆細胞培養器における、被覆培養面のゼータ電位としては、0~50mVが好ましく、より好ましくは0~35mV、更に好ましくは10~25mVである。ゼータ電位が0mV以上であることにより、負に帯電する細胞が接着しやすくなる。また、ゼータ電位が50mV以下であることにより、細胞毒性を軽減することができる。
 また、ゼータ電位を上記範囲とすることにより、細胞を適切な培養条件で培養するだけで、塊状(ペレット状)の細胞構造体を一層作製しやすくなる。これは、表面ゼータ電位を上記範囲とすることによって、被覆培養面に細胞毒性を惹起しない微弱な陽電荷を与えることができ、また、播種した細胞の速やかな接着を確保し、細胞の活性の向上及び細胞外マトリックスの分泌を促進し、更には、細胞遊走を適度に抑制して、細胞間の結合を強くすることができることによるものと推測される。
 なお、ゼータ電位とは、ポリスチレンラテックスをヒドロキシプロピルセルロースで被覆した粒子(ゼータ電位:−5~+5mV)を標準のモニター粒子として、ゼータ電位計(例えば、型番「ELSZ」、大塚電子社製等)で測定した、Smoluchowski式により算出される値をいう。
 上記被覆培養面に対する水の接触角としては、本発明(VI)の効果を高める観点から、50~90°が好ましく、より好ましくは60~80°、更に好ましくは62~78°である。なお、被覆培養面に対する水の接触角とは、被覆培養面内の任意の数点において、JIS R3257に準拠して測定される接触角の平均値をいう。
(播種工程)
 上記播種工程は、心筋細胞と、上記心筋細胞100個に対して200~300個の割合の線維芽細胞を上記被覆細胞培養器に播種する工程である。細胞の播種は、全細胞を混合して一度に播種してもよいし、複数回に分けて播種してもよい。また、各細胞は、一度に播種してもよいし、複数回に分けて播種してもよい。
 上記被覆細胞培養器の上記被覆培養面に播種する細胞は、少なくとも心筋細胞、線維芽細胞を含む。
 上記心筋細胞としては、心筋細胞と線維芽細胞とが一層均質に分散した細胞構造体が得られやすいという観点から、心筋細胞、心筋幹細胞、および分化誘導段階のiPS細胞、ES細胞等が好ましい。
 上記心筋細胞は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
 上記線維芽細胞としては、心筋線維芽細胞、皮下脂肪、筋膜、滑膜、骨膜由来の間葉系幹細胞等が挙げられる。中でも、心筋細胞と線維芽細胞とが一層均質に分散した細胞構造体が得られやすいという観点から、心筋線維芽細胞、皮下脂肪由来の間葉系幹細胞が好ましい。
 上記線維芽細胞は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
 上記播種工程において、さらに血管内皮細胞や血管間質細胞を播種してもよい。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
 上記播種工程において、さらに免疫系細胞を播種してもよい。上記免疫系細胞としては、例えばマクロファージ、CD4陽性T細胞等のT細胞、単球等が挙げられる。中でも、心不全等の心疾患を起こした組織に一層近い細胞構造体が得られるという観点から、マクロファージ及び/又はT細胞を含むことが好ましい。
 上記免疫系細胞は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
 上記播種工程において、心筋細胞100個に対する線維芽細胞の割合は、200~300個であり、200~250個であることが好ましく、200~230個であることがより好ましい。線維芽細胞の割合を、心筋細胞100個に対して200個以上とすることにより、混合細胞が丸まって塊状の細胞構造体を形成しやすくなる。また、300個以下とすることにより、心不全等の心疾患を起こした組織により近い細胞構造体を得ることができる。
 上記播種工程において、播種する全細胞中の心筋細胞の割合は、心不全等の心疾患を起こした組織により近い細胞構造体が得られる観点から、全細胞数(100%)に対して、25~50%であることが好ましく、25~30%であることがより好ましい。
 上記播種工程において、心筋細胞100個に対する血管内皮細胞の割合は、心不全等の心疾患を起こした組織により近い細胞構造体が得られる観点から、5~50個であることが好ましく、10~30個であることがより好ましい。
 上記播種工程において、心筋細胞100個に対する免疫系細胞の割合は、心不全等の心疾患を起こした組織により近い細胞構造体が得られる観点から、5~50個であることが好ましく、10~30個であることがより好ましい。
 上記播種工程において、播種後の全細胞の被覆培養面上の密度は、上記被覆培養面の表面積に対して、90~100%コンフルエントが好ましく、より好ましくは95~100%コンフルエント、さらに好ましくは99~100%コンフルエントである。播種する細胞密度が上記範囲であると、各細胞がそれぞれコロニーを形成せずに、均質分散した状態を維持して凝集して細胞構造体を形成することができる。また、細胞の密度が高いと、播種した細胞が増殖しにくくなり、細胞が増殖する前に塊状の細胞構造体を形成することができるため、播種した細胞と細胞数の割合が同じ細胞構造体を形成することができる。また、細胞の増殖速度の違いによる影響を受けにくい。また、播種した細胞は、増殖する際の性質が変化する場合があるが、細胞が増殖しにくいと、播種時と同じ性質の細胞を含む細胞構造体を形成することができる。
 細胞の種類にもよるが、播種後の全細胞の被覆培養面上の密度としては、20~15,000個/mmが好ましい。例えば、被覆培養面の面積が200mmである24ウェル細胞培養プレートに、1.0mLの細胞液を加えて播種する場合、4×10~30×10個/mLが好ましい。なお、播種される細胞は、生きた細胞とする。
 細胞の播種は、例えば、37℃のインキュベーター中に静置しておいた被覆細胞培養器を、室温のクリーンベンチに取り出して、行うことができる。
 なお、細胞は培地に希釈して播種することが好ましい。希釈する培地としては、細胞の培養が可能な培地であれば、特に限定されない。
(培養工程)
 上記培養工程は、播種した細胞を培養して塊状の細胞構造体を得る工程である。
 心筋炎を起こした組織では、心筋細胞が壊死し、壊死した心筋細胞に置き換わって線維芽細胞が過増殖していることに加え、炎症性の免疫細胞も多く浸潤していることが知られている。免疫系細胞が浸潤した心筋炎組織を試験管内で再現するには、心筋細胞、線維芽細胞に加え、浮遊細胞である免疫系細胞を浸潤させた細胞構造体を作製することが望ましい。しかしながら、細胞構造体の作製に1~2週間を要する従来のハンギングドロップ法や低接着性培養皿では、これは困難であった。
 本実施形態(VI)の製造方法では、上記培養工程において、さらに免疫系細胞を被覆細胞培養器に添加してもよい。免疫系細胞を添加するタイミングとしては、上記播種工程以降(細胞の播種と同時以降)であって、細胞構造体が得られる前であることが好ましく、播種した細胞が被覆培養面に付着してシート状の細胞構造体を形成(図40の(iii)参照)した以降、シート状の細胞構造体が被覆培養面中央部に向かって凝集し始め、端部が被覆培養面から離れて反り返り始めて、端部が反り返った細胞構造体を形成する前までがより好ましい。即ち、免疫系細胞の添加は、播種工程時に播種してもよいし、播種工程後に添加してもよい。
 具体的には、細胞の播種と同時以降、細胞(例えば、最後に播種する細胞)の播種後48時間以内に免疫系細胞を添加することが好ましい。
 免疫系細胞を上記のタイミングで添加することにより、浮遊細胞である免疫系細胞が重力の作用で沈降し、被覆培養面に接着した細胞が巾着袋状に凝集する際に免疫系細胞が内部に取り込まれ、これによって内部に免疫系細胞を含む細胞構造体を形成することができ、心筋炎、心不全等を起こした心疾患モデルの組織に一層近い細胞構造体を得ることができる(図40参照)。
 播種した細胞を培養する条件としては、例えば、一般的な37℃の細胞インキュベーターを用いて行うことができる。細胞の培養は、塊状細胞構造体が形成されるまで続けることが好ましく、具体的には、10~96時間培養することが好ましく、15~50時間培養することがより好ましい。
 なお、本実施形態(VI)の細胞構造体の製造方法では、驚くべきことに、接着細胞(例えば、心筋細胞等)と、浮遊細胞(例えば、免疫系細胞等)とを混合して、播種、培養する場合であっても、特殊な培地を用意することなく、使用する接着細胞に適した培地又は使用する浮遊細胞に適した培地(好ましくは接着細胞に適した培地)を用いて、接着細胞と浮遊細胞とを同時に、播種、培養すれば、細胞構造体を得ることができる。
 上記被覆培養面に接着、培養した、上記心筋細胞及び上記線維芽細胞を含む混合細胞は、自己凝集をして、塊状の細胞構造体を形成する。得られた細胞構造体は、その塊状の構造体内に生存している細胞を有する。
 上記細胞構造体の大きさは、内部に生きた心筋細胞を含み、拍動した細胞構造体が得られるという観点から、例えば、外径が30~200μmであることが好ましく、40~150μmであることがより好ましく、50~100μmであることがさらに好ましい。
 本実施形態(VI)の細胞構造体の製造方法により得られる細胞構造体は、心不全等の心疾患を起こした組織を再現した心疾患モデルであり、例えば、心筋梗塞、心不全、心筋炎等の心疾患の研究、心疾患の薬剤開発、心疾患の治療法開発の用途に用いることができる。
 以下に、本実施形態(VI)の細胞構造体の製造方法の一例について、図39、40を用いて説明する。
 図39は、心筋細胞と線維芽細胞とを含む細胞構造体の製造方法の一例である。
 細胞培養器の培養面に、温度応答性ポリマーを塗布して、被覆し、被覆培養面を有する被覆細胞培養器を準備する(図39(i)(ii)参照)。その後、被覆培養面に、培地で希釈した、心筋細胞と線維芽細胞との混合細胞を加え、混合細胞を播種する(図39(ii)参照)。播種した混合細胞は、被覆培養面全面に接着する(図39(iii)参照)。なお、この例では、混合細胞の密度は、100%コンフルエントである(図39(iii)参照)。その後、被覆培養面に接着した混合細胞は、被覆培養面中央部に向かって凝集し始め、端部が被覆培養面から離れて反り返り始めて、端部が反り返った細胞構造体となる(図39(iv)参照)。その後、更に凝集を続け、塊状の細胞構造体となり、被覆培養面から浮遊する(図39(v)参照)。
 図40は、心筋細胞、線維芽細胞、マクロファージ等の免疫系細胞(浮遊細胞)を含む細胞構造体の製造方法の一例である。
 細胞培養器の培養面に、温度応答性ポリマーを塗布して、被覆し、被覆培養面を有する被覆細胞培養器を準備する(図40(i)(iii)参照)。その後、被覆培養面に、培地で希釈した、心筋細胞と線維芽細胞との混合細胞を加え、混合細胞を播種する(図40(ii)参照)。播種した混合細胞は、被覆培養面全面に接着し、シート状の細胞構造体(単層)を形成する(図40(iii)参照)。なお、この例では、混合細胞の密度は、100%コンフルエントである(図40(iii)参照)。
 心筋細胞と線維芽細胞とがシート状の細胞構造体を形成した後に、マクロファージ等の免疫系細胞を添加する(図40(iv))。その後、被覆培養面に接着した混合細胞は、被覆培養面中央部に向かって凝集し始め、端部が被覆培養面から離れて反り返り始めて、端部が反り返った細胞構造体となる(図40(v)参照)。その際、シート状の細胞構造体に付着したり、培養皿中に浮遊したりしている免疫系細胞を包み込む。その後、更に凝集を続け、心筋細胞、線維芽細胞及び免疫系細胞を含む塊状の細胞構造体となり、被覆培養面から浮遊する(図40(vi)参照)。
[[発明(VII)]]
[細胞構造体の製造方法]
 本発明(VII)の細胞構造体の製造方法は、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を調製する、調製工程と、上記温度応答性ポリマー又は上記温度応答性ポリマー組成物で、細胞培養器の培養面を被覆して、被覆細胞培養器を準備する、培養器準備工程と、肝細胞と、上記肝細胞100個に対して10~50個の割合の線維芽細胞を上記被覆細胞培養器に播種する、播種工程と、播種した細胞を培養して塊状の細胞構造体を得る、培養工程とを、この順に含む。
 なお、本明細書において、細胞培養器の培養面における、上記温度応答性ポリマー又は上記温度応答性ポリマー組成物で被覆された部分を「被覆培養面」と称する場合がある。また、被覆細胞培養器とは、被覆培養面を有する細胞培養器である。被覆細胞培養器は、培養面全面が被覆培養面であってもよいし、培養面の一部が被覆培養面であってもよい。また、培養面に1個の被覆培養面を有していてもよいし、複数の被覆培養面を有していてもよい。
 肝細胞と線維芽細胞とを含む細胞構造体は、公知のU字低接着性培養皿やハンギングドロップ法で1~2週間もの長い時間かけてスフェロドを形成させることも可能であるが、作製に時間がかかるため、増殖速度、培養面への接着性、好適培養条件が異なる細胞同士の共培養が困難という問題等があった。
 本発明者らは、驚くべきことに、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で、細胞培養器の培養面を被覆した被覆細胞培養器に、肝細胞と線維芽細胞とを播種することで、肝不全を起こした組織を模倣した細胞構造体を容易に形成できることを見出した。
 本実施形態(VII)の細胞構造体の製造方法によれば、肝細胞と線維芽細胞とが均質分散した状態を維持して凝集させることが可能であり、肝細胞と線維芽細胞とを含む、生体内に存在する状態に近い、肝不全を起こした組織を再現することができる。
 肝細胞と、線維芽細胞とは、増殖速度、培養面への接着性、及び培養条件が異なるため、従来の長時間培養をして細胞構造体を形成する方法では、肝細胞と線維芽細胞とを含む細胞構造体を形成することが極めて困難であった。本実施形態(VII)の細胞構造体の製造方法によれば、被覆培養面と細胞との接着力が適度な範囲にある被覆細胞培養器を用いているため、細胞の増殖を必要とせず、例えば、播種後24時間以内等の短時間で、肝細胞と線維芽細胞が凝集して丸まるため、肝細胞と線維芽細胞とを含む塊状の細胞構造体を容易に形成することができる。
(調製工程)
 実施形態(VII)の細胞培養器に用いられる温度応答性ポリマー及び温度応答性ポリマー組成物を調製する調製工程としては、上記発明(I)における調製工程と同様の工程が挙げられ、好適例としても同様のものが挙げられる。
 なお、本実施形態(VII)において、製造方法に用いられる温度応答性ポリマー及び温度応答性ポリマー組成物としては、肝細胞と線維芽細胞とを含む、塊状の細胞構造体が一層得られやすいという観点から、(A)が好ましい。
 また、本実施形態(VII)において、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)を含む混合物を調製する調製工程を、混合物調製工程と称する場合がある。
(培養器準備工程)
 本発明(VII)の実施形態の製造方法において、上記培養器準備工程は、上記温度応答性ポリマー又は上記温度応答性ポリマー組成物で、細胞培養器の培養面を被覆して、被覆細胞培養器を準備する工程である。
 上記培養器準備工程は、例えば、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を、溶媒に溶解して、温度応答性ポリマー溶液としてから、細胞培養器の培養面上に塗布し、乾燥させて被覆細胞培養器を準備する工程(培養器準備工程I)としてもよく、また、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を含む水溶液(温度応答性ポリマー水溶液)を温度応答性ポリマーの曇点以下に冷却し、冷却した温度応答性ポリマー水溶液を細胞培養器の培養面上に流延させ、曇点超の温度まで加熱して、被覆細胞培養器を準備する工程(培養器準備工程II)としてもよい。
 上記培養器準備工程Iにおける温度応答性ポリマー溶液における溶媒としては、例えば、水;生理食塩水;緩衝液;メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、1−ブタノール、イソブチルアルコール、2−ブタノール、t−ブチルアルコール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、2−メチル−1−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、3−メチル−2−ブタノール、2,2−ジメチル−1−プロパノール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、2−メチル−1−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール、2−メチル−2−ブタノール、3−メチル−2−ブタノール、2,2−ジメチル−1−プロパノール、1−ヘキサノール、2−メチル−2−ペンタノール、アリルアルコール、ベンジルアルコール、サリチルアルコール等のアルコール;アセトン、エチルメチルケトン、ジエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルビニルケトン、シクロヘキサノン、2−メチルシクロペンタノン、アセトフェノン、ベンゾフェノン、イソホロン等のケトン;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸tert−ブチル、酢酸ビニル、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、上記アルコールとリン酸のエステル、上記アルコールと炭酸のエステル等のエステル;クロロホルム;ベンゼン;トルエン;ジエチルエーテル;ジクロロメタン;等が挙げられる。
 中でも、培養面に均一に被覆しやすく、また、温度応答性ポリマーの溶解性に優れるという観点から、水、メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、2−ブタノール、t−ブチルアルコール、アリルアルコール等のアルコール;アセトン、エチルメチルケトン、ジエチルケトン、メチルビニルケトン等のケトン;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸tert−ブチル、酢酸ビニル等のエステル;クロロホルム;ベンゼン;トルエン;ジエチルエーテル;ジクロロメタンが好ましい。また、短時間で乾燥させることができ、培養面に一層均一に塗布しやすいという観点から、沸点が低い有機溶媒(例えば、炭素数1~4の低級アルコール、炭素数3~5の低級ケトン、及び炭素数1~4のアルキル基を有する酢酸アルキルエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種、特に、水より沸点が低い、炭素数1~4の低級アルコール、炭素数3~5の低級ケトン、及び炭素数1~4のアルキル基を有する酢酸アルキルエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種)がさらに好ましく、コスト、操作性にも優れる観点から、メタノール、エタノールが特に好ましい。
 上記溶媒は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
 溶媒は、温度応答性ポリマーの溶解性に優れるため、曇点以上の温度(例えば、室温や37℃等)にしても、温度応答性ポリマーが不溶化して沈殿しにくい。そのため、温度応答性ポリマーを塗布する際に、温度応答性ポリマー溶液の温度管理をする手間が省け、簡易に被覆細胞培養器を準備することができる。
 上記培養器準備工程Iにおいて、温度応答性ポリマー溶液には、細胞が自己凝集しやすくなるという観点から、親水性分子が含まれることが好ましい。親水性分子としては、温度応答性ポリマーのC/A比に影響しない非イオン性かつ親水性であるもの、例えば、ポリエチレングリコール(PEG)、ジメチルアクリルアミド(DMAA)、グリセリン、TritonX、ポリプロピレングリコール等が挙げられる。
 上記培養器準備工程Iにおいて、温度応答性ポリマー溶液中の温度応答性ポリマーの含有量は、温度応答性ポリマーが培養面に均一に被覆されやすくなるという観点から、温度応答性ポリマー溶液(100質量%)に対して、0.01~3.0質量%であることが好ましく、0.25~2.5質量%であることがより好ましい。
 上記培養器準備工程Iにおいて、温度応答性ポリマー溶液中の親水性分子の含有量は、細胞が自己凝集しやすくなるという観点から、温度応答性ポリマー(100質量%)に対して、0.00001~0.00015質量%であることが好ましく、0.00003~0.0001質量%であることがより好ましい。
 上記培養器準備工程Iにおいて、温度応答性ポリマー溶液は、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物が培養面に均一に被覆されやすくなるという観点から、水が含まれないことが好ましく、温度応答性ポリマー溶液(100質量%)中の水の質量割合が0.5質量%以下であることがより好ましく、0.1質量%以下であることがさらに好ましい。
 なお、水の質量割合は、ガスクロマトグラフィー、カールフィッシャー法等当業者に周知の方法により測定可能である。
 上記培養器準備工程Iにおいて、温度応答性ポリマー溶液は、培養面の全面に塗布してもよいし、培養面の一部に塗布してもよい。培養面の一部に温度応答性ポリマー溶液を塗布する場合は、培養面上に、被覆培養面を1個設けてもよいし、複数の被覆培養面を設けてもよい。なお、培養面の一部に温度応答性ポリマー溶液を塗布する場合は、培養面が細胞非接着性である細胞培養器を用いることが好ましい。
 なお、「細胞非接着性」とは、付着細胞(例えば、線維芽細胞、肝細胞、血管内皮細胞等)が、通常の培養条件下で、接着しない又は接着しにくい性質をいう。
 上記培養器準備工程Iにおいて、塗布した温度応答性ポリマー溶液を乾燥させる条件としては、培養面に温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を均一に被覆する観点から、大気圧下、温度10~70℃、時間1~3,000分が好ましい。塗布した温度応答性ポリマー溶液を、素早く乾燥させることにより、培養面上に温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物が偏ることなく、均一に被覆されやすくなる。
 塗布した温度応答性ポリマー溶液は、例えば、細胞培養器を37℃のインキュベーター中で静置することによって乾燥させてもよい。
 上記培養器準備工程IIにおいて、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を溶解する溶媒としては、例えば、水;生理食塩水;リン酸緩衝液、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)、トリス緩衝液等の緩衝液;等が挙げられる。
 上記培養器準備工程IIにおいて、温度応答性ポリマー水溶液を冷却する方法としては、例えば、温度応答性ポリマー水溶液を約4℃の冷蔵庫に入れて曇点以下の温度まで冷却する方法等が挙げられる。
 上記培養器準備工程IIにおいて、温度応答性ポリマー水溶液を培養面上に流延させる方法としては、例えば、曇点以下の温度を有する温度応答性ポリマー水溶液を、細胞培養器の培養面を傾けることによって伸ばす方法、スパチュラを用いて温度応答性ポリマー水溶液を延ばす方法等が挙げられる。
 上記培養器準備工程IIにおいて、流延した温度応答性ポリマー水溶液を曇点超まで加熱する方法としては、例えば、流延工程後の細胞培養器を37℃のインキュベーター中で静置する方法等が挙げられる。
 上記細胞培養器としては、市販のマルチウェルプレート、ディッシュ、フラスコ等が挙げられる。上記細胞培養器の材質としては、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ガラス等が挙げられる。中でも、精密な成形加工が容易であり、種々の滅菌法を適用することが可能であり、透明性があるため顕微鏡観察に向いているという観点から、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)が好ましい。
 上記細胞培養器は、培養面表面に細胞接着処理等の処理が施されたものであってもよいし、表面が無処理であってもよい。上記培養面表面は、細胞の接着性を調整するために、コーティング処理、加工処理等がされていてもよい。
 上記培養面の平面視形状は、特に限定されないが、例えば、略四角形等の略多角形、略円形等の形状が挙げられる。中でも、より均質な細胞構造体が得られやすいという観点から、略円形が好ましい。
 上記培養面の底形状(底面の断面形状)は、特に限定されないが、平底、丸底、凹凸状底等が挙げられる。中でも、より均質で球状の細胞構造体が得られやすいという観点から、平底又は若干のRがついた凹面底が好ましい。
 上記細胞培養器の培養面の面積は、塊状の細胞構造体を一層容易に製造することができるという観点から、32mm以下であることが好ましく、10mm以下であることがより好ましく、8mm以下であることがさらに好ましい。なお、上記細胞培養器の培養面の面積の下限値は、市販サイズのものであれば使用可能であり、特に限定されない。
 上記被覆培養面の各面積(温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で被覆された部分の各面積)は、塊状の細胞構造体を一層容易に製造することができるという観点から、32mm以下であることが好ましく、10mm以下であることがより好ましく、8mm以下であることがさらに好ましい。
 上記被覆細胞培養器は、被覆培養面が単位面積当たりに有する温度応答性ポリマーの量が、0.15~15.0ng/mmであることが好ましく、1.0~5.0ng/mmであることが更に好ましい。上記範囲とすれば、塊状の細胞構造体を形成させやすくするという効果が得られやすい。
 上記被覆細胞培養器における、被覆培養面のゼータ電位としては、0~50mVが好ましく、より好ましくは0~35mV、更に好ましくは10~25mVである。ゼータ電位が0mV以上であることにより、負に帯電する細胞が接着しやすくなる。また、ゼータ電位が50mV以下であることにより、細胞毒性を軽減することができる。
 また、ゼータ電位を上記範囲とすることにより、細胞を適切な培養条件で培養するだけで、塊状(ペレット状)の細胞構造体を一層作製しやすくなる。これは、表面ゼータ電位を上記範囲とすることによって、被覆培養面に細胞毒性を惹起しない微弱な陽電荷を与えることができ、また、播種した細胞の速やかな接着を確保し、細胞の活性の向上及び細胞外マトリックスの分泌を促進し、更には、細胞遊走を適度に抑制して、細胞間の結合を強くすることができることによるものと推測される。
 なお、ゼータ電位とは、ポリスチレンラテックスをヒドロキシプロピルセルロースで被覆した粒子(ゼータ電位:−5~+5mV)を標準のモニター粒子として、ゼータ電位計(例えば、型番「ELSZ」、大塚電子社製等)で測定した、Smoluchowski式により算出される値をいう。
 上記被覆培養面に対する水の接触角としては、本発明(VII)の効果を高める観点から、50~90°が好ましく、より好ましくは60~80°、更に好ましくは62~78°である。なお、被覆培養面に対する水の接触角とは、被覆培養面内の任意の数点において、JIS R3257に準拠して測定される接触角の平均値をいう。
(播種工程)
 上記播種工程は、肝細胞と、上記肝細胞100個に対して10~50個の割合の線維芽細胞を上記被覆細胞培養器に播種する工程である。細胞の播種は、全細胞を混合して一度に播種してもよいし、複数回に分けて播種してもよい。また、各細胞は、一度に播種してもよいし、複数回に分けて播種してもよい。
 上記被覆細胞培養器の上記被覆培養面に播種する細胞は、少なくとも肝細胞、線維芽細胞を含む。
 上記肝細胞としては、例えば、生体から採取した初代細胞、iPS細胞やES細胞から誘導した肝細胞、HepG2細胞、HepRA細胞等の肝癌細胞などが使用可能であるが、中でも、トランスポーター、代謝活性、アルブミン産生などの肝細胞機能が平均的であり、線維芽細胞と均質分散した細胞構造体が得られやすいという観点から、HepG2細胞、HepRA細胞が好ましい。
 上記肝細胞は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
 上記線維芽細胞としては、皮下組織由来線維芽細胞、滑膜、歯髄、骨髄、皮下脂肪由来の間葉系幹細胞等が挙げられる。中でも、免疫寛容で共培養する細胞への影響が少なく、かつ、接着性が強く、肝細胞と線維芽細胞とが一層均質に分散した細胞構造体が得られやすいという観点から、皮下脂肪由来間葉系幹細胞が好ましい。
 上記線維芽細胞は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
 上記播種工程において、血管内皮細胞をさらに播種してもよい。
 上記血管内皮細胞は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
 上記播種工程において、脂肪細胞をさらに播種してもよい。上記脂肪細胞としては、例えば、脂肪組織由来の接着性脂肪細胞等が挙げられる。
 上記脂肪細胞は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
 上記播種工程において、免疫系細胞をさらに播種してもよい。上記免疫系細胞としては、肝不全を起こした組織に一層近い細胞構造体が得られるという観点から、単球、顆粒球、リンパ球、及びマクロファージからなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。
 上記免疫系細胞は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
 上記播種工程において、肝細胞100個に対する線維芽細胞の割合は、10~50個であり、10~45個であることが好ましい。線維芽細胞の割合を、肝細胞100個に対して10個以上とすることにより、混合細胞が丸まって塊状の細胞構造体を形成しやすくなる。また、50個以下とすることにより、肝不全を起こした組織により近い細胞構造体を得ることができる。
 上記播種工程において、播種する全細胞中の肝細胞の割合は、肝不全を起こした組織により近い細胞構造体が得られる観点から、全細胞数(100%)に対して、50~95%であることが好ましい。
 上記播種工程において、肝細胞100個に対する血管内皮細胞の割合は、肝不全を起こした組織により近い細胞構造体が得られる観点から、10~100個であることが好ましい。
 上記播種工程において、肝細胞100個に対する脂肪細胞の割合は、肝不全を起こした組織により近い細胞構造体が得られる観点から、10~100個であることが好ましく、50個であることがより好ましい。
 また、線維芽細胞100個に対する脂肪細胞の割合は、肝不全を起こした組織により近い細胞構造体が得られる観点から、100~500個であることが好ましい。
 中でも、肝細胞100個に対して脂肪細胞を50個の割合で含み、且つ線維芽細胞100個に対して脂肪細胞を100~500個の割合で含むことが好ましい。
 上記播種工程において、肝細胞100個に対する免疫系細胞の割合は、肝不全を起こした組織により近い細胞構造体が得られる観点から、10~100個であることが好ましい。
 上記播種工程において、播種後の細胞の被覆培養面上の密度は、上記被覆培養面の表面積に対して、90~100%コンフルエントが好ましく、より好ましくは95~100%コンフルエント、さらに好ましくは99~100%コンフルエントである。播種する細胞密度が上記範囲であると、各細胞がそれぞれコロニーを形成せずに、均質分散した状態を維持して凝集して細胞構造体を形成することができる。また、細胞の密度が高いと、播種した混合細胞が増殖しにくくなり、細胞が増殖する前に塊状の細胞構造体を形成することができるため、播種した混合細胞と細胞数の割合が同じ細胞構造体を形成することができる。また、細胞の増殖速度の違いによる影響を受けにくい。また、播種した細胞は、増殖する際の性質が変化する場合があるが、細胞が増殖しにくいと、播種時と同じ性質の細胞を含む細胞構造体を形成することができる。
 細胞の種類にもよるが、播種後の細胞の被覆培養面上の密度としては、20~15,000個/mmが好ましい。例えば、被覆培養面の面積が200mmである24ウェル細胞培養プレートに、1.0mLの細胞液を加えて播種する場合、4×10~30×10個/mLが好ましい。なお、播種される細胞は、生きた細胞とする。
 細胞の播種は、例えば、37℃のインキュベーター中に静置しておいた被覆細胞培養器を、室温のクリーンベンチに取り出して、行うことができる。
 なお、細胞は培地に希釈して播種することが好ましい。希釈する培地としては、細胞の培養が可能な培地であれば、特に限定されない。
(培養工程)
 上記培養工程は、播種した細胞を培養して塊状の細胞構造体を得る工程である。
 肝不全を起こした組織では、線維芽細胞が過増殖していることに加え、炎症性の免疫細胞も多く存在している場合があることが知られている。免疫系細胞を含む肝不全組織を試験管内で再現するには、肝細胞、線維芽細胞に加え、浮遊細胞である免疫系細胞を加えた細胞構造体を作製することが望ましい。しかしながら、細胞構造体の作製に1~2週間を要する従来のハンギングドロップ法や低接着性培養皿では、これは困難であった。その理由は、例えば、増殖速度が異なることや、最適な培地の組成が異なること以外で、混合したマクロファージが長い培養期間中に線維芽細胞へ分化してしまう可能性が高いことが挙げられる。
 本実施形態(VII)の製造方法では、上記培養工程において、さらに免疫系細胞を被覆細胞培養器に添加してもよい。免疫系細胞を添加するタイミングとしては、上記播種工程以降(細胞の播種と同時以降)であって、細胞構造体が得られる前であることが好ましく、播種した細胞が被覆培養面に付着してシート状の細胞構造体を形成(図42の(iii)参照)した以降、シート状の細胞構造体が被覆培養面中央部に向かって凝集し始め、端部が被覆培養面から離れて反り返り始めて、端部が反り返った細胞構造体を形成する前までがより好ましい。即ち、免疫系細胞は、播種工程時に播種してもよいし、播種工程後に添加してもよい。
 具体的には、細胞の播種と同時以降、細胞(例えば、最後に播種する細胞)の播種後48時間以内に免疫系細胞を添加することが好ましい。
 免疫系細胞を上記のタイミングで添加することにより、浮遊細胞である免疫系細胞が重力の作用で沈降し、被覆培養面に接着した細胞が巾着袋状に凝集する際に免疫系細胞が内部に取り込まれ、これによって内部に免疫系細胞を含む細胞構造体を形成することができ、肝不全モデルの組織に一層近い細胞構造体を得ることができる(図42参照)。
 播種した混合細胞を培養する条件としては、例えば、一般的な37℃の細胞インキュベーターを用いて行うことができる。細胞の培養は、塊状細胞構造体が形成されるまで続けることが好ましく、具体的には、5~96時間培養することが好ましく、9~50時間培養することがより好ましい。
 なお、本実施形態(VII)の細胞構造体の製造方法では、驚くべきことに、接着細胞(例えば、肝細胞等)と、浮遊細胞(例えば、免疫系細胞等)とを混合して、播種、培養する場合であっても、特殊な培地を用意することなく、使用する接着細胞に適した培地又は使用する浮遊細胞に適した培地(好ましくは接着細胞に適した培地)を用いて、接着細胞と浮遊細胞とを同時に、播種、培養すれば、細胞構造体を得ることができる。
 上記被覆培養面に接着、培養した、上記肝細胞及び上記線維芽細胞を含む混合細胞は、自己凝集をして、塊状の細胞構造体を形成する。得られた細胞構造体は、その塊状の構造体内に生存している細胞を有する。
 上記細胞構造体の大きさは、肝細胞と線維芽細胞とが均質に分布する細胞構造体が得られるという観点から、例えば、外径が50~2,500μmであることが好ましく、50~500μmであることがより好ましく、50~150μmであることがさらに好ましい。
 本実施形態(VII)の細胞構造体の製造方法により得られる細胞構造体は、肝不全を起こした組織を再現した肝不全モデルであり、例えば、肝不全や肝臓再生の研究、肝不全の薬剤開発、肝不全の治療法開発の用途に用いることができる。
 以下に、本実施形態(VII)の細胞構造体の製造方法の一例について、図41、42を用いて説明する。
 図41は、肝細胞と線維芽細胞とを含む細胞構造体の製造方法の一例である。
 細胞培養器の培養面に、温度応答性ポリマーを塗布して、被覆し、被覆培養面を有する被覆細胞培養器を準備する(図41(i)(ii)参照)。その後、被覆培養面に、培地で希釈した、肝細胞と線維芽細胞との混合細胞を加え、混合細胞を播種する(図41(ii)参照)。播種した混合細胞は、被覆培養面全面に接着する(図41(iii)参照)。なお、この例では、混合細胞の密度は、100%コンフルエントである(図41(iii)参照)。その後、被覆培養面に接着した混合細胞は、被覆培養面中央部に向かって凝集し始め、端部が被覆培養面から離れて反り返り始めて、端部が反り返った細胞構造体となる(図41(iv)参照)。その後、更に凝集を続け、塊状の細胞構造体となり、被覆培養面から浮遊する(図41(v)参照)。
 図42は、肝細胞、線維芽細胞、マクロファージ等の免疫系細胞(浮遊細胞)を含む細胞構造体の製造方法の一例である。
 細胞培養器の培養面に、温度応答性ポリマーを塗布して、被覆し、被覆培養面を有する被覆細胞培養器を準備する(図42(i)(ii)参照)。その後、被覆培養面に、培地で希釈した、肝細胞と線維芽細胞との混合細胞を加え、混合細胞を播種する(図42(ii)参照)。播種した混合細胞は、被覆培養面全面に接着し、シート状の細胞構造体(単層)を形成する(図42(iii)参照)。なお、この例では、混合細胞の密度は、100%コンフルエントである(図42(iii)参照)。
 肝細胞と線維芽細胞とがシート状の細胞構造体を形成した後に、マクロファージ等の免疫系細胞を添加する(図42(iv))。その後、被覆培養面に接着した混合細胞は、被覆培養面中央部に向かって凝集し始め、端部が被覆培養面から離れて反り返り始めて、端部が反り返った細胞構造体となる(図42(v)参照)。その際、シート状の細胞構造体に付着したり、培養皿中に浮遊したりしている免疫系細胞を包み込む。その後、更に凝集を続け、肝細胞、線維芽細胞及び免疫系細胞を含む塊状の細胞構造体となり、被覆培養面から浮遊する(図42(vi)参照)。
 以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
[[発明(I)の実施例]
 下記の試験において、市販の試薬は、特に断りのない限り更に精製することなく用いた。
(試験I−A)温度応答性ポリマーの調製
 容量50mLの軟質ガラス製の透明なバイアル瓶に、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)10.0g、及び水5,000μLを加えて、磁気撹拌器を用いて撹拌した。そして、この混合物(液体)に対してG1グレードの高純度(純度:99.99995%)の窒素がスを10分間パージ(流速:2.0L/分)することにより、この混合物を脱酸素した。なお、用いたDMAEMAには、重合禁止剤であるメチルヒドロキノン(MEHQ)が0.5重量%含まれていた。
 その後、この反応物に対して、丸型ブラック蛍光灯(NEC社製、型番:FCL20BL、18W)を用いて、22時間紫外線照射することにより、上記反応物を重合させた。反応物は、5時間後に粘性を帯び15時間後に固化して、重合体が反応生成物として得られた。この反応生成物を2−プロパノールに溶解させ、溶液を透析チューブに移した。そして、透析を72時間行い、反応生成物を精製した。
 反応生成物を含む溶液を、セルロース混合エステル製の0.2μmフィルター(東洋濾紙社製、型番:25AS020)で濾過し、得られた濾液を凍結乾燥させることにより、分子内イオン複合体型の温度応答性ポリマーが得られた(収量:6.8g、転化率:68%)。このポリマーの数平均分子量(Mn)を、GPC(島津社製、型番:LC−10vpシリーズ)を用いて、ポリエチレングリコール(Shodex社製、TSKシリーズ)を標準物質として測定し、Mn=100,000(Mw/Mn=10.0)と決定した。
(試験I−B)被覆培養面の準備
(試験I−B−1)マスキングシートを使用した被覆培養面の準備
 細胞培養器として、φ35mmプレート(PrimeSurface(登録商標)、SUMILON社製)(細胞低吸着性プレート)を用いた。
 親水性基で修飾したシリコン製の部材(タイガースポリマー株式会社製、K−125)(厚さ1.0mm)を準備し、このシートの中央部分に平面視でドーナツ形(外径(φo)8mm、内径(φi)4mm、幅2mm)のくり抜きを設けた。このドーナツ形の穴を有するシートをマスキングシートとして用いた。
 上記プレートの培養面上に上記マスキングシートを敷き、ここに、室温条件下において、前述の試験I−Aで調製したポリマーの水溶液(濃度:3ng/μL)22.5μLを加え、その後、該水溶液を45℃で3時間乾燥させた。乾燥後、上記シリコン製のシートを剥がした。
(試験I−B−2)細胞非接着性のシートを使用した被覆培養面の準備
 細胞培養器として、φ35mmプレート(PrimeSurface(登録商標)、SUMILON社製)(細胞低吸着性プレート)を用いた。
 親水性基で修飾したシリコン製の部材を準備し、このシートの中央部分に平面視でドーナツ形(外径(φo)8mm、内径(φi)4mm又は3mm、幅2mm又は2.5mm)のくり抜きを設けた。このドーナツ形の穴を有するシートを中敷きとして用いた。
 上記プレートの培養面上に、室温条件下において、前述の試験I−Aで調製したポリマーの水溶液(濃度:3ng/μL)22.5μLを加え、その後、該水溶液を45℃で3時間乾燥させた。乾燥後、被覆された培養面上に上記中敷きを敷いた。
 被覆培養面の表面のゼータ電位を、ゼータ電位計(大塚電子社製、型番:ELSZ)及び平板試料用セルユニットを用いて測定した。測定では、セルとしては、石英セルを用い、標準のモニター粒子としては、ポリスチレンラテックス(粒子径:約500nm)をヒドロキシプロピルセルロース(Mw=30,000)で被覆した粒子(ゼータ電位:−5mV~+5mV)を用い、溶媒として、10mMの塩化ナトリウム水溶液をpH=7、37℃の条件下で用いた。ゼータ電位は、Smoluchowski式により算出した。
 その結果、温度応答性ポリマーにより被覆された第一被覆領域の表面のゼータ電位は、+20mVであった。なお、当業者に周知の通り、上記ゼータ電位の測定値は、±10%程度のバラツキを有するものである。
 細胞培養プレートの第一被覆領域に対する水の接触角を、JIS R3257に準拠して、接触角計(商品名:DMs−400、協和界面科学社製)を用いて測定したところ、70°±10°であった。
(試験I−C)細胞の播種・培養
(試験I−C−1)(参考例I)
 上記試験I−B−1で準備した細胞培養器を用いた。
 GFP組換えラット軟骨細胞A(Rat Chondrocyte−A(GFP))を、増殖用培地(RPMI−1640+10%ウシ胎児血清(FBS)+10ng/μL FGF−2;DMEM:ギブコ社製;FBS:バイオロジカルインダストリー社製、ロット番号715929;FGF−2:ペプロテック社製、カタログ番号400−29)中に浮遊させて、細胞懸濁液を調製した。
 上記プレートに、室温条件下で、細胞密度1.0×10個/cm以上となるように、細胞懸濁液を加えた。
 そして、この細胞を、37℃、5%COの細胞培養インキュベーター中で培養した。
 培養開始から約15時間後、軟骨細胞は被覆培養面から凝集し始め、培養開始から24時間後、ドーナツ形(リング形)の細胞構造体を形成した。
 培養開始から3時間後に、再分化用培地(ダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)+10%ウシ胎児血清(FBS)+10ng/μL 組換えラットTGF−β1(Rat TGF−β1 recombinant)+50μg/mL アスコルビン酸二リン酸;DMEM:ギブコ社製、型番11965;FBS:バイオラッド社製、ロット番号715929;組換えラットTGF−β1:ペプロテック社製、カタログ番号100−21;アスコルビン酸二リン酸(和光純薬社製、カタログ番号196−01252))で培地交換した。
 培地交換後、細胞の培養を更に21時間継続した。
 上記の通り、試験I−C−1(参考例I)では、細胞塊の非存在下で、播種培養を1回行った。
 図7に、試験I−C−1(参考例I)における、培養開始から24時間後(1日後)、2日後、6日後、10日後の細胞構造体の様子を蛍光顕微鏡を用いて観察したときの写真を示す。特に、下図は、10日後の細胞構造体の写真の一部を拡大して示したものである。
 図7に示す写真から、得られた細胞構造体を構成する細胞が、軟骨様の円形の細胞形態を示していることがわかった。
 図8に、試験I−C−1(参考例I)において得られた細胞構造体を短軸方向断面で切断したときの写真を示す。
 図8に示す写真から、得られた細胞構造体を構成する細胞は、丸形であり繭状の部屋をなす独特の軟骨小腔構造を有しており、周辺の核がない部分には、コンドロイチンやコラーゲン等の細胞外マトリックスが存在していることが明らかとなり、細胞構造体は軟骨様の組織をなしていることがわかった。
(試験I−C−2)
 上記試験I−B−2で準備した細胞培養器を用いた。
 GFP組換えラット軟骨細胞A(Rat Chondrocyte−A(GFP))を、増殖用培地(RPMI−1640+10%ウシ胎児血清(FBS)+10ng/μL FGF−2;DMEM:ギブコ社製;FBS:バイオラッド社製、ロット番号715929;FGF−2:ペプロテック社製、カタログ番号400−29)中に浮遊させて、細胞懸濁液を調製した。
 上記プレートに、室温条件下で、細胞密度1.0×10個/cm以上となるように、細胞懸濁液を加えた。
 そして、この細胞を、37℃、5%COの細胞培養インキュベーター中で培養した。
 培養開始から15時間後、軟骨細胞は被覆培養面から凝集し始め、培養開始から24時間後、ドーナツ形(リング形)の細胞構造体を形成した。細胞構造体は、中敷きの凹部の底面の幅方向中央部分に沈降して留まっていた。
 培養開始から3~5時間後に再分化用培地(ダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)+10%ウシ胎児血清(FBS)+10ng/μL 組換えラットTGF−β1(Rat TGF−β1 recombinant)+50μg/mL アスコルビン酸二リン酸;DMEM:ギブコ社製、型番11965;FBS:バイオラッド社製、ロット番号715929;組換えラットTGF−β1:ペプロテック社製、カタログ番号100−21;アスコルビン酸二リン酸(和光純薬社製、カタログ番号196−01252))で培地交換した。
 培地交換後、細胞の培養を更に24時間継続した。
 培地を再び増殖用培地に戻した上で、細胞構造体の存在下、室温条件下で、細胞密度1.0×10個/cm以上となるように、細胞懸濁液を加えた。
 そして、この細胞を、37℃、5%COの細胞培養インキュベーター中で培養した。
 培養開始から15時間後、播種した軟骨細胞は被覆培養面から凝集し始め、ドーナツ形(リング形)の細胞構造体を包み込むように凝集して、一回りサイズが拡大したドーナツ形(リング形)の細胞構造体が形成した。細胞構造体は、中敷きの凹部の底面の幅方向中央部分に沈降して留まっていた。培養開始から27時間後の細胞構造体の様子を図9に示す。
 上記の細胞構造体の存在下での播種培養を3回繰り返した。1~3回の繰り返し後の細胞構造体の様子を図9に示す。
 図9に、試験I−C−2における、培養開始から27時間後、44時間後、70時間後、122時間後の細胞構造体の様子を蛍光顕微鏡を用いて観察したときの写真を示す。上図に、幅2mmのドーナツ形のくり抜きを有する中敷きを用いた場合の細胞構造体の様子を示し、下図に、幅2.5mmのドーナツ形のくり抜きを有する中敷きを用いた場合の細胞構造体の様子を示す。
 図9に示す写真から、新たな細胞の播種及び培養を経てドーナツ形(リング形)の軟骨細胞塊のサイズが拡大したことがわかった。
(試験I−C−3)
 上記試験I−B−2で準備した細胞培養器を用いた。
 GFP組換えルイスラットの脂肪組織由来間葉系幹細胞(ADSC(Adipose−derived vascular stromal cell))を、増殖用培地(ダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)+10%ウシ胎児血清(FBS);DMEM:ギブコ社製、型番11965;FBS:バイオラッド社製、ロット番号715929)中に浮遊させて、細胞懸濁液を調製した。
 上記プレートに、室温条件下で、細胞密度1.0×10個/cm以上となるように、細胞懸濁液を加えた。
 そして、この細胞を、37℃、5%COの細胞培養インキュベーター中で培養した。
 培養開始から6時間後、軟骨細胞は被覆培養面から凝集し始め、培養開始から8時間後、ドーナツ形(リング形)の細胞構造体を形成した。細胞構造体は、中敷きの凹部の底面の幅方向中央部分に沈降して留まっていた。
 培養開始から1.5時間後に、軟骨分化用培地(ダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)+10%ウシ胎児血清(FBS)+1%ITS Premix+50μg/mL アスコルビン酸二リン酸+10ng/μL 組換えラットTGF−β1(Rat TGF−β1 recombinant)+10M デキサメタゾン;DMEM:ギブコ社製、型番11965;FBS:バイオラッド社製、ロット番号715929;ITS Premix:BDバイオサイエンス社製、カタログ番号354341;アスコルビン酸二リン酸(和光純薬社製、カタログ番号196−01252);組換えラットTGF−β1:ペプロテック社製、カタログ番号100−21;デキサメタゾン:和光純薬社製、カタログ番号047−18863)で培地交換した。
 培地交換後、細胞の培養を更に24時間継続した。
 培地を再び増殖用培地に戻した上で、細胞構造体の存在下、室温条件下で、細胞密度1.0×10個/cm以上となるように細胞懸濁液を加えた。
 そして、この細胞を、37℃、5%COの細胞培養インキュベーター中で培養した。
 培養開始から6時間後、播種した軟骨細胞は被覆培養面から凝集し始め、ドーナツ形(リング形)の細胞構造体を包み込むように凝集して、一回りサイズが拡大したドーナツ形(リング形)の細胞構造体が形成した。培養開始から8時間後の細胞構造体の様子を図10に示す。
 上記の細胞構造体の存在下での播種培養を3回繰り返した。1~3回の繰り返し後の細胞構造体の様子を図10に示す。
 図10に、試験I−C−3における、培養開始から8時間後、20時間後、32時間後、42時間後の細胞構造体の様子を蛍光顕微鏡を用いて観察したときの写真を示す。上図に、幅2mmのドーナツ形のくり抜きを有する中敷きを用いた場合の細胞構造体の様子を示し、下図に、幅2.5mmのドーナツ形のくり抜きを有する中敷きを用いた場合の細胞構造体の様子を示す。なお、最下図には、42時間後の細胞構造体の様子を実体顕微鏡を用いて観察したときの写真を示す。
 図10に示す写真から、新たな細胞の播種及び培養を経てドーナツ形(リング形)の軟骨細胞塊のサイズが拡大したことがわかった。
 特に、3回の播種培養の繰り返し後(培養開始から42時間後)に、ドーナツ形(リング形)の軟骨細胞塊は、中敷きの凹部の外に、はみ出ることとなったことがわかる。
 なお、試験I−C−2及び試験I−C−3において得られたドーナツ形(リング形)の軟骨細胞塊に対して、間葉系細胞であるADSC細胞を用いて播種培養工程を更に1回行って、移植材料を調製することができた(図示せず)。
(試験I−D)複合材の調製
 まず、管状構造体として、コラーゲンを主成分とするバイオチューブ(例えば、特開2004−261260号公報の実施例に記載の方法参照)(外径:3mm、内径:2mm、長さ:20mm)を準備した。また、芯材として、シリコン製の棒状構造物(円柱状の形状、長さ:20mm、外径:1.8mm)を準備した(図6(i)参照)。
 次いで、棒状構造物をバイオチューブの中空部の一方端から他方端に向かって挿入した(図6(ii)参照)。
 そして、試験I−C−2において作製したドーナツ形の軟骨細胞塊4つを上記バイオチューブに約1mmの間隔を空けながら嵌装させて、複合体を調製した(図6(iii)参照)。
 嵌装終了後3分後に、複合体を37℃、5%COの細胞培養インキュベーター中で培養し始めた。その後、複合体を21日間培養した。培養開始から21日後の時点で、バイオチューブと軟骨細胞塊とが一体化して、複合材が調製された(図6(iv)参照)。
 図11(a)に、試験I−Dにおける培養開始から6日後の複合材の様子を肉眼で観察したときの写真を示す。
 図11(b)に、試験I−Dにおける培養開始から21日後の複合材の様子を肉眼で観察したときの写真を示す。
 図12に、試験I−Dにおける培養開始から21日後の複合材の一部の様子を肉眼で観察したときの写真を拡大して示す。
 図12に示すように、バイオチューブの外表面には軟骨組織が形成されていた。
 なお、複合体を調製した際に約1mmであった軟骨細胞塊間の間隔は、約1mmとなっていた。
 図13に、試験I−Dにおいて調製された複合材に対してピンセットで操作したときの様子を肉眼で観察したときの写真を示す。(a)は、無操作時の外周面、(b)は、無操作時の内腔面、(c)は、全体への圧潰時、(d)は、側面の一部への引張時、の様子を示す。
 図13(a)~(d)に示すように、複合材は上記通常の操作に耐え得る機械的強度を備えており、軟骨組織もバイオチューブに強固に接着したままであることがわかった。
 図14に、試験I−Dにおいて調製された複合材をヘマトキシリン・エオジン染色(HE染色)に供したときの様子を顕微鏡を用いて観察したときの写真を示す。(a)に、複合材の外観写真を示し、(b)に、(a)の線A−Aに沿う面により切断したときの断面図を示し、(c)及び(d)に、(b)に示す写真を部分拡大したものを示す。
 図14(c)、(d)中、ピンク色に染まっている部分(図中、実線矢印にて示す)はコラーゲンであり、青紫色に染まっている部分が細胞である。ここに示すように、バイオチューブのコラーゲン線維と軟骨細胞の細胞外マトリックスとが一体化していることがわかる。
[[発明(II)の実施例]
 以下に、実施例に基づいて本発明(II)をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
(温度応答性ポリマーの調製)
 容量50mLの軟質ガラス製の透明なバイアル瓶に、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)10.0g、及び水5mLを加えて、磁気撹拌器を用いて撹拌した。そして、この混合物(液体)に対してG1グレードの高純度(純度:99.99995%)の窒素ガスを10分間パージ(流速:2.0L/分)することにより、この混合物を脱酸素した。なお、用いたDMAEMAには、重合禁止剤であるメチルヒドロキノン(MEHQ)が0.5質量%含まれていた。
 その後、この反応物に対して、丸型ブラック蛍光灯(NEC社製、型番:FCL20BL、18W)を用いて、22時間紫外線照射することにより、上記反応物を重合させた。反応物は、5時間後に粘性を帯び15時間後に固化して、重合体が反応生成物として得られた。この反応生成物を2−プロパノールに溶解させ、溶液を透析チューブに移した。そして、透析を72時間行い、反応生成物を精製した。
 反応生成物を含む溶液を、セルロース混合エステル製の0.2μmフィルター(東洋濾紙社製、型番:25AS020)で濾過し、得られた濾液を凍結乾燥させることにより、温度応答性(ホモ)ポリマーが得られた(収量:6.8g、転化率:68%)。このポリマーの数平均分子量(Mn)を、GPC(島津社製、型番:LC−10vpシリーズ)を用いて、ポリエチレングリコール(Shodex社製、TSKシリーズ)を標準物質として測定し、Mn=1.0×10g/mol(Mw/Mn=10.0)と決定した。
 上述の温度応答性ポリマーの核磁気共鳴スペクトル(NMR)を、核磁気共鳴装置(Varian社製、型番:Gemini300)を用いて、重水(DO)を標準物質として測定した。下記には、代表的なピークを示す。
 H−NMR(in DO)δ 0.8−1.2(br,−CH−C(CH)−),1.6−2.0(br,−CH−C(CH)−),2.2−2.4(br,−N(CH),2.5−2.7(br,−CH−N(CH),4.0−4.2(br,−O−CH−).
 ここで、主鎖のメチル基(δ 0.8−1.2)のプロトン数(DMAEMAのホモポリマーの場合はモノマー1分子につき3個)Aと、側鎖のジメチルアミノ基(δ 2.2−2.4)のメチルプロトン数(DMAEMAのホモポリマーの場合はモノマー1分子につき6個で)Bとから、側鎖が有するアミノ基の官能基数と、重合反応と同時に進行する側鎖のエステル結合の加水分解反応により生じた側鎖のカルボキシル基の官能基数との比を算出した。
 その結果、上述の温度応答性ポリマーの場合は94:6となった。これは、カチオン性ポリマーとアニオン性ポリマーとを含む2成分混合系におけるイオン複合体で言うC/A比に換算すると、C/A比=15.6となる。
 上述の温度応答性ポリマーの曇点を以下の方法で測定した。
 温度応答性ポリマーの3%水溶液を調製し、この水溶液の660nmにおける吸光度を、20~40℃の間で測定した。
 その結果、20~30℃では、水溶液は透明であり、吸光度がほぼ0であったが、31℃付近から水溶液中に白濁が見られるようになり、32℃で吸光度が急激に上昇した。これにより、温度応答性ポリマーは、約32℃の曇点を有することを確認した。
 なお、温度応答性ポリマーを37℃まで昇温させると、ポリマー水溶液は、良好な応答性で、懸濁し、その後、水溶液全体が固化した。この固化物を室温(25℃)で維持したところ、数十時間の間、固化した状態のままであった。その後、固化物が徐々に溶解して、均質な水溶液に変化した。固化したポリマーは4℃まで冷却すると、速やかに溶解した。そして、上記昇温及び降温の操作を繰り返し行なっても、応答性に変化は生じなかったことから、ポリマーが可逆的に相転移を生じさせることが確認された。
(被覆細胞培養器の製造)
 上述の温度応答性ポリマーを、純水に溶解して、温度応答性ポリマー溶液を調製した。各温度応答性ポリマー溶液中の温度応答性ポリマーの濃度は、温度応答性ポリマーa:0.125ng/μL、温度応答性ポリマーb:0.25ng/μL、温度応答性ポリマーc:0.5ng/μL、温度応答性ポリマーd:1.0ng/μLとした。
 384ウェルプレート(住友ベークライト社製、品名「PrimeSurface」(登録商標)、MS−9384U)のウェルに、温度応答性ポリマー溶液a~d25μLを、添加した。
 そして、インキュベーター(40℃)中で6時間放置することによって、塗布した温度応答性ポリマーの水溶液を乾燥させ、被覆領域Aを有する被覆細胞培養器a~dを準備した。
 上述の温度応答性ポリマーを、生理食塩水に溶解して、温度応答性ポリマー溶液を調製した。各温度応答性ポリマー溶液中の温度応答性ポリマーの濃度は、温度応答性ポリマーe:6ng/μL、温度応答性ポリマーf:12ng/μL、温度応答性ポリマーg:24ng/μLとした。
 384ウェルプレート(住友ベークライト社製、品名「PrimeSurface」(登録商標)、MS−9384U)のウェルに、温度応答性ポリマー溶液e~g25μLを、添加した。なお、このプレートのウェルでは、丸底の曲率半径(平均)Rは約1.6mmであり、最大幅Lは約2.5mmであった。
 そして、インキュベーター(37℃)中で3時間放置し、被覆領域Aを有する被覆細胞培養器e~gを準備した。なお、被覆細胞培養器e~gにおいて、ウェル中に添加した温度応答性ポリマー溶液は、乾燥させていない。
 上述の温度応答性ポリマーを、純水に溶解して、温度応答性ポリマー溶液を調製した。各温度応答性ポリマー溶液中の温度応答性ポリマーの濃度は、温度応答性ポリマーh:0.9pg/μL、温度応答性ポリマーi:1.8pg/μL、温度応答性ポリマーj:7.5pg/μL、温度応答性ポリマーk:15pg/μL、温度応答性ポリマーl:31pg/μL、温度応答性ポリマーm:67pg/μL、温度応答性ポリマーn:125pg/μL、温度応答性ポリマーo:500pg/μLとした。
 384ウェルプレート(住友ベークライト社製、品名「PrimeSurface」(登録商標)、MS−9384U)のウェルに、温度応答性ポリマー溶液h~o2.5μLを、添加した。
 そして、インキュベーター(40℃)中で6時間放置することによって、塗布した温度応答性ポリマーの水溶液を乾燥させ、被覆領域Aを有する被覆細胞培養器h~oを準備した。
 384ウェルプレート(住友ベークライト社製、品名「PrimeSurface」(登録商標)、MS−9384U)のウェルに、生理食塩水25μLを、添加した。
 そして、インキュベーター(37℃)中で3時間放置し、細胞培養器pを準備した。なお、細胞培養器pは、温度応答性ポリマーが被覆されていない細胞培養器である。
[上皮系細胞の培養方法]
(実施例II−1~II−35)
 ヒト肝癌細胞(コスモバイオ社、品番「HepG2−500」)を、培地(DMAEM+10%FBS(ギブコ社製、ロット番号:715929)中に混ぜて、0.5×10cells/50μL(細胞溶液I)、1.0×10cells/50μL(細胞溶液II)、2.0×10cells/50μL(細胞溶液III)、4.0×10cells/50μL(細胞溶液IV)、8.0×10cells/50μL(細胞溶液V)、の濃度の細胞溶液を調製した。
 そして、被覆細胞培養器a~gの各ウェルに、細胞溶液I~Vを50μL加え、細胞を播種した。各実施例における被覆細胞培養器、細胞溶液の組み合わせは、表1に記載の通りである。
 その後、細胞インキュベーター(37℃、5%CO)中で、24時間培養した。その後、顕微鏡(株式会社ニコン製、ECLIPSE−Ti)で観察した。
(実施例II−36~II−75)
 ヒト肝癌細胞(コスモバイオ社、品番「HepG2−500」)を、培地(DMAEM+10%FBS(ギブコ社製、ロット番号:715929)中に混ぜて、0.5×10cells/25μL(細胞溶液VI)、1.0×10cells/25μL(細胞溶液VII)、2.0×10cells/25μL(細胞溶液VIII)、4.0×10cells/25μL(細胞溶液IX)、8.0×10cells/25μL(細胞溶液X)、の濃度の細胞溶液を調製した。
 そして、被覆細胞培養器h~oの各ウェルに、細胞溶液VI~Xを25μL加え、細胞を播種した。各実施例における被覆細胞培養器、細胞溶液の組み合わせは、表1に記載の通りである。
 その後、細胞インキュベーター(37℃、5%CO)中で、24時間培養した。その後、顕微鏡(株式会社ニコン製、ECLIPSE−Ti)で観察した。
(比較例II−1~II−5)
 細胞培養器pのウェルに、細胞溶液I~Vを50μL加え、細胞を播種した。各比較例における被覆細胞培養器、細胞溶液の組み合わせは、表1に記載の通りである。
 その後、細胞インキュベーター(37℃、5%CO)中で、24時間培養した。その後、顕微鏡(株式会社ニコン製、ECLIPSE−Ti)で観察した。
[細胞構造体の製造方法]
(実施例II−76~II−80)
 被覆細胞培養器eのウェルに、細胞溶液I~Vを50μL加え、細胞を播種した。各実施例における被覆細胞培養器、細胞溶液の組み合わせは、表2に記載の通りである。
 その後、細胞インキュベーター(37℃、5%CO)中で、24時間培養し、顕微鏡(株式会社ニコン製、ECLIPSE−Ti)で観察した。そして、全ウェルの底面に塊状の細胞構造体が形成されたことを確認した。また、下記の細胞構造体の剥がれにくさの評価を行った。その結果を表2に示す
(実施例II−81~II−100)
 被覆細胞培養器h~kのウェルに、細胞溶液VI~Xを25μL加え、細胞を播種した。各実施例における被覆細胞培養器、細胞溶液の組み合わせは、表2に記載の通りである。
 その後、細胞インキュベーター(37℃、5%CO)中で、24時間培養し、顕微鏡(株式会社ニコン製、ECLIPSE−Ti)で観察した。そして、全ウェルの底面に塊状の細胞構造体が形成されたことを確認した。また、下記の細胞構造体の剥がれにくさの評価を行った。その結果を表2に示す
(比較例II−6~II−10)
 細胞培養器pのウェルに、細胞溶液I~Vを50μL加え、細胞を播種した。各比較例における細胞培養器、細胞溶液の組み合わせは、表2に記載の通りである。
 その後、細胞インキュベーター(37℃、5%CO)中で、24時間培養し、顕微鏡(株式会社ニコン製、ECLIPSE−Ti)で観察した。
 HepG2は培養面に付着せず、底面で凝集していた。凝集した細胞構造体は、プレートを揺らすだけで移動し、底面に付着していなかった。また、ピペッティングを行ったところ、細胞外マトリックスの分泌が少ないせいか、細胞構造体が崩れる例も見られた。
[評価]
(被覆領域への細胞の接着)
 実施例II−1~II−75、比較例II−1~II−5で培養したHepG2を、顕微鏡(株式会社ニコン製、ECLIPSE−Ti)で観察した。そして、HepG2が被覆領域に接着しており、培養可能である場合を良好(○)、被覆領域に接着していない場合を不良(×)と評価した。
(細胞構造体の外観)
 実施例II−76~II−100、比較例II−6~II−10で得られた細胞構造体を、顕微鏡(株式会社ニコン製、ECLIPSE−Ti)で観察した。その後、ピペッター(エッペンドルフ社製、商品名「Reference」)を用いて強くピペッティングし、再度細胞構造体を観察した。そして、以下の基準で細胞構造体の外観を評価した。
○(良好):塊状の細胞構造体が形成されていた。また、強くピペッティングをしても、細胞構造体が崩れなかった。
×(不良):塊状の細胞構造体が形成されていたが、強くピペッティングをすると、細胞構造体が崩れた。
(細胞構造体の剥離しにくさ)
 実施例II−76~II−100、比較例II−6~II−10で得られた細胞構造体を、ピペッター(エッペンドルフ社製、商品名「Reference」)を用いて手動でピペッティングし、細胞構造体が培養面から剥離するまでの回数を測定した。
◎(優れる):10回超ピペッティングしても細胞構造体が剥離しなかった。
○(良好):2~10回ピペッティングで細胞構造体が剥離した。
△(普通):1回ピペッティングで細胞構造体が剥離した。
×(不良):細胞構造体が培養面に接着していなかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
[上皮間葉転移誘導剤]
(実施例II−101)
 ヒト肝癌細胞(コスモバイオ社、品番「HepG2−500」)を、培地(DMAEM+10%FBS(ギブコ社製、ロット番号:715929)中に混ぜて、4.0×10cells/25μLの濃度の細胞溶液を調製した。
 24ウェルプレート(住友ベークライト社製、品名「スミロンセルタイト」、MS−9024X)のウェルの中心部分に、上述の温度応答性ポリマーd(1.0ng/μL)をマイクロピペッター(柴田科学製、デジフィット)を用いて0.5μLを液滴として滴下した。
 そして、インキュベーター(37℃)中で3時間放置することによって、塗布した温度応答性ポリマーの水溶液を乾燥させ、被覆領域Aを有する被覆細胞培養器qを準備した。
 そして、被覆細胞培養器qのウェルに、細胞溶液Iを1,000μL加え、細胞を播種した。
 その後、細胞インキュベーター(37℃、5%CO)中で、96時間培養した。その後、顕微鏡(株式会社ニコン製、ECLIPSE−Ti)で観察した。
(上皮細胞から間質細胞への転移の有無)
 実施例II−101で培養したHepG2を、顕微鏡(株式会社ニコン製、ECLIPSE−Ti)で観察した。そして、被覆領域に接着したHepG2の接着の様子を評価し、上皮細胞から間質細胞への転移の有無を判定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 図17に、本発明において用いられる温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物上で上皮系細胞を96時間培養したときの様子の写真を示す。図中、破線で囲まれた部分は被覆領域Aを示し、黒枠矢印は被覆領域Aで接着・生育している細胞を示し、黒塗矢印は非被覆領域で接着・生育している細胞を示す。
 図17に示すように、培養96時間後で、被覆領域A上で培養された細胞はコンフルエントに達しており、線維芽細胞様の形態を有しており、一方、非被覆領域上で培養された細胞は敷石様(島状)に散在し、上皮系細胞の特徴を保持していることがわかった。
 この結果から、本発明において用いられる温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物が上皮間質転移の効果を有することが示された。
[[発明(III)の実施例]
 以下に実施例に基づいて本発明(III)をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
(実施例III−1)
(立体組織体の作製装置の製造)
 心棒として表面が網目構造のステンレスチューブ(富士フィルター工業製、3φ)を、培養面として商品名「PrimeSurface」(登録商標)(住友ベークライト株式会社製、品番「MS−9024X」)の一部を切り取って貫通孔(約3mm径)を設けたものを、使用し、培養面と貫通孔とが接している装置を製造した。培養面は、略円形であり、その外径は約25mmであった。なお、装置の形状は、図18の形状とした。
 容量50mLの軟質ガラス製の透明なバイアル瓶に、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)10.0g、及び水5mLを加えて、磁気撹拌器を用いて撹拌した。そして、この混合物(液体)に対してG1グレードの高純度(純度:99.99995%)の窒素ガスを10分間パージ(流速:2.0L/分)することにより、この混合物を脱酸素した。なお、用いたDMAEMAには、重合禁止剤であるメチルヒドロキノン(MEHQ)が0.5質量%含まれていた。
 その後、この反応物に対して、丸型ブラック蛍光灯(NEC社製、型番:FCL20BL、18W)を用いて、22時間紫外線照射することにより、上記反応物を重合させた。反応物は、5時間後に粘性を帯び15時間後に固化して、重合体が反応生成物として得られた。この反応生成物を2−プロパノールに溶解させ、溶液を透析チューブに移した。そして、透析を72時間行い、反応生成物を精製した。
 反応生成物を含む溶液を、セルロース混合エステル製の0.2μmフィルター(東洋濾紙社製、型番:25AS020)で濾過し、得られた濾液を凍結乾燥させることにより、温度応答性(ホモ)ポリマーが得られた(収量:6.8g、転化率:68%)。このポリマーの数平均分子量(Mn)を、GPC(島津社製、型番:LC−10vpシリーズ)を用いて、ポリエチレングリコール(Shodex社製、TSKシリーズ)を標準物質として測定し、Mn=1.0×10g/mol(Mw/Mn=10.0)と決定した。
 上述の温度応答性ポリマーの核磁気共鳴スペクトル(NMR)を、核磁気共鳴装置(Varian社製、型番:Gemini300)を用いて、重水(DO)を標準物質として測定した。下記には、代表的なピークを示す。
 H−NMR(in DO)δ 0.8−1.2(br,−CH−C(CH)−),1.6−2.0(br,−CH−C(CH)−),2.2−2.4(br,−N(CH),2.5−2.7(br,−CH−N(CH),4.0−4.2(br,−O−CH−)
 ここで、主鎖のメチル基(δ 0.8−1.2)のプロトン数(DMAEMAのホモポリマーの場合はモノマー1分子につき3個)Aと、側鎖のジメチルアミノ基(δ 2.2−2.4)のメチルプロトン数(DMAEMAのホモポリマーの場合はモノマー1分子につき6個で)Bとから、側鎖が有するアミノ基の官能基数と、重合反応と同時に進行する側鎖のエステル結合の加水分解反応により生じた側鎖のカルボキシル基の官能基数との比を算出した。
 その結果、上述の温度応答性ポリマーの場合は94:6となった。これは、カチオン性ポリマーとアニオン性ポリマーとを含む2成分混合系におけるイオン複合体で言うC/A比に換算すると、C/A比=15.6となる。
 上述の温度応答性ポリマーの曇点を以下の方法で測定した。
 温度応答性ポリマーの3%水溶液を調製し、この水溶液の660nmにおける吸光度を、20~40℃の間で測定した。
 その結果、20~30℃では、水溶液は透明であり、吸光度がほぼ0であったが、31℃付近から水溶液中に白濁が見られるようになり、32℃で吸光度が急激に上昇した。これにより、温度応答性ポリマーは、約32℃の曇点を有することを確認した。
 なお、温度応答性ポリマーを37℃まで昇温させると、ポリマー水溶液は、良好な応答性で、懸濁し、その後、水溶液全体が固化した。この固化物を室温(25℃)で維持したところ、数十時間の間、固化した状態のままであった。その後、固化物が徐々に溶解して、均質な水溶液に変化した。固化したポリマーは4℃まで冷却すると、速やかに溶解した。そして、上記昇温及び降温の操作を繰り返し行なっても、応答性に変化は生じなかったことから、ポリマーが可逆的に相転移を生じさせることが確認された。
 上述の温度応答性ポリマーを、純水に溶解して、温度応答性ポリマー溶液(終濃度15ng/μL)を調製した。この溶液を上述の装置の培養面の全面に塗布し、インキュベーター(40℃)中で1時間放置することによって、塗布した温度応答性ポリマーの水溶液を乾燥させ、被覆培養面を有する立体組織体の作製装置を準備した。
(実施例III−2)
 心棒として表面が網目構造のステンレスチューブ(富士フィルター工業製、3φ)を、培養面として商品名「PrimeSurface」(登録商標)(住友ベークライト株式会社製、品番「MS−9024X」)の一部を切り取って貫通孔(約3.2mm径)を設けたものを、使用し、培養面と貫通孔との間に隙間がある装置を製造した。培養面は、略円形であり、その外径は約25mmであり、培養面と貫通孔との隙間は0.2mmであった。なお、装置の形状は、図20の形状とした。
 実施例III−1と同様にして、温度応答性ポリマーで培養面を被覆し、被覆培養面を有する立体組織体の作製装置を準備した。
(実施例III−3)
(リング状の立体組織体の作製)
 実施例III−1で製造した立体組織体の作製装置を、内径30mmのコニカルチューブ(イワキ社製、商品コード「2345−050」)に入れ、培地(DMEM+10%FBS(Biological Industries社製、ロット番号:715929)+50μg/mLアスコルビン酸二リン酸塩(和光純薬製、商品番号:196−1252))中に浸した。その後、GFP組換えルイスラット脂肪組織由来間葉系幹細胞(ADSC)を、作製装置を浸した培地と同様の培地中に混ぜ、細胞浮遊液を調製した。その後、60×10個/mLの細胞浮遊液を2mL添加し、細胞を播種した。
 その後、細胞インキュベーター(37℃、5%CO)中で、24時間培養し、心棒の周囲に巻き付いたリング状の立体組織体が得られたことを確認した。
 得られたリング状の立体組織体は、図24とほぼ同様のものであった。得られたリング状の立体組織体は、ADSCを主成分とする立体組織体であった。
(実施例III−4)
(リング状の立体組織体の作製)
 実施例III−2で作製した立体組織体の作製装置を用いた以外は、実施例III−3と同様にしてリング状の立体組織体を作製したところ、凝集した細胞は、培養面と貫通孔との間の隙間を飛び越えて、心棒の周囲に巻き付いたリング状の立体組織体が得られたことを確認した。
 図24に、実施例III−4で得られたリング状の立体組織体を示す。得られたリング状の立体組織体は、ADSCを主成分とする立体組織体であった。
(実施例III−5)
(管腔状の立体組織体の作製)
 実施例III−1で製造した立体組織体の作製装置を、内径30mmのコニカルチューブ(イワキ社製、商品コード「2345−050」)入れ、培地(RPMI−1640+10%FBS(Biological Industries社製、ロット番号:715929)+10ng/μL rat TGF−β1 recombinant(PEPROTECH社製、商品番号:100−21)+50μg/mLアスコルビン酸二リン酸(和光純薬工業株式会社製、商品番号:196−01252))中に浸した。その後、GFP組換えルイスラット膝関節から定法に従って採取した軟骨細胞を、作製装置を浸した培地と同様の培地中に混ぜ、細胞浮遊液を調製した。その後、60×10個/mLの細胞浮遊液を2mL添加し、細胞を播種し、細胞インキュベーター(37℃、5%CO)中で、48時間培養し、心棒の周囲に巻き付いたリング状の立体組織体が得られたことを確認した。
 その後、培養面を心棒の延在方向下側に0.5mm移動させ、更に上記細胞浮遊液を2mL添加し、細胞を再度播種し、細胞インキュベーター(37℃、5%CO)中で、48時間培養した(2回目の細胞播種、培養)。
 同様にして、細胞の播種、培養を続け、播種と培養の繰り返しを合計9回行った。
 そして、9個のリング状の立体組織体が互いに連なって接着した、管腔状の立体組織体が得られたことを確認した。
 図25に、実施例III−5で得られた管腔状の立体組織体を示す。なお、図25は、心棒であるステンレスチューブを抜き取り、シリコン樹脂製のチューブと入れ替えた後に撮影した写真である。
(実施例III−6)
(管腔状の立体組織体の作製)
 実施例III−2で製造した立体組織体の作製装置を用い、培養面を心棒の延在方向上側に0.2mm移動させたこと以外は、実施例III−5と同様にして管腔状の立体組織体を作製し、9個のリング状の立体組織体が互いに連なって接着した、管腔状の立体組織体が得られたことを確認した。
 得られた管腔状の立体組織体は、図25とほぼ同様のものであった。
(実施例III−7)
(複数の培養面を有する立体組織体の作製装置の製造)
 心棒として表面が網目構造のステンレスチューブ(富士フィルター工業製、3φ)を、培養面として商品名「PrimeSurface」(登録商標)(住友ベークライト株式会社製、品番「MS−9024X」)の一部を切り取って貫通孔(約3.2mm径)を設けたものを、使用し、培養面と貫通孔との間に隙間がある、9個の培養面を有する装置を製造した。全ての培養面は、略円形であり、その外径は約24mmであり、培養面と貫通孔との隙間は0.2mmであった。なお、装置の形状は、1本の心棒が9個の培養面の貫通孔を相通した、図26において培養面を9個有する形状とした。
 実施例III−1と同様にして、温度応答性ポリマーで全ての培養面を被覆し、被覆培養面を有する立体組織体の作製装置を準備した。
 なお、各培養面の間隔は1mmとした。
(実施例III−8)
(管腔状の立体組織体の作製)
 実施例III−7で製造した立体組織体の作製装置を、内径30mmのコニカルチューブ(イワキ社製、商品コード「2345−050」)入れ、培地(DMEM+10%FBS(Biological Industries社製、ロット番号:715929)中に浸した。その後、ラット皮下脂肪由来間葉系幹細胞を、作製装置を浸した培地と同様の培地中に混ぜ、細胞浮遊液を調製した。その後、60×10個/mLの細胞浮遊液を2mL添加し、各被覆培養面上に細胞を播種し、細胞インキュベーター(37℃、5%CO)中で、48時間培養し、各被覆培養面から心棒の周囲に巻き付いたリング状の立体組織体が得られたことを確認した。
 その後、更に48時間培養を続けたところ、各被覆培養面から形成された9個のリング状の立体組織体が互いに連なって接着し、管腔状の立体組織体が得られたことを確認した。
 図28Aに、実施例III−8で得られた管腔状の立体組織体(3.8%グルタアルデヒド固定後の写真)を、図28Bに、HE染色切片像を示す。
(実施例III−9)
(人工血管)
 実施例III−7で製造した立体組織体の作製装置の9個の培養面へ、セルリンカーキットで赤色蛍光標識した臍帯血由来血管内皮細胞を、培地(DMEM+10%FBS(Biological Industries社製、ロット番号:715929)中に混ぜ、60×10個/mLの密度で1mLずつ添加して細胞播種を行った。これを、内径30mmのコニカルチューブ(イワキ社製、商品コード「2345−050」)入れ、培地(DMEM+10%FBS(Biological Industries社製、ロット番号:715929)中に浸し、細胞インキュベーター(37℃、5%CO)中で、48時間培養し、心棒の周囲に巻き付いた血管内皮細胞のリング状の立体組織体が得られたことを確認した。
 その後、GFPノックインラット皮下脂肪由来の間葉系幹細胞、作製装置を浸した培地と同様の培地中に混ぜ、間葉系幹細胞浮遊液を調製した。60×10個/mLを10mL添加し、細胞を播種し、細胞インキュベーター(37℃、5%CO)中で、48時間培養し、血管内皮細胞の層の外周に、間葉系幹細胞の層を有する、2層構造の9個のリング状の立体組織体が互いに連なって接着した、管腔状の立体組織体(人工血管)が得られたことを確認した。
 図29に、実施例III−9で得られた人工血管の蛍光顕微鏡像を示す。
(実施例III−10)
(人工気管)
 実施例III−1で製造した立体組織体の作製装置を、内径30mmのコニカルチューブ(イワキ社製、商品コード「2345−050」)に入れ、培地(DMEM+10%FBS(Bioiogical Industries社製、ロット番号:715929)+50μg/mLアスコルビン酸二リン酸塩(和光純薬製、商品番号:196−1252))中に浸した。
 その後、ビーグル犬膝関節由来の軟骨細胞を、作製装置を浸した培地と同様の培地中に混ぜ、軟骨細胞浮遊液を調製した。その後、60×10個/mLの軟骨細胞浮遊液を2mL添加し、細胞を播種し、細胞インキュベーター(37℃、5%CO)中で、48時間培養し、心棒の周囲に巻き付いた軟骨細胞のリング状の立体組織体が得られたことを確認した。
 その後、培養面を心棒の延在方向下側に0.5mm移動させ、ラット脂肪組織由来間葉系幹細胞(ADSC)を、作製装置を浸した培地と同様の培地中に混ぜて調製した線維芽細胞浮遊液(60×10個/mL)を2mL添加し、細胞を再度播種し、細胞インキュベーター(37℃、5%CO)中で、48時間培養した(2回目の細胞播種、培養)。
 軟骨細胞、間葉系幹細胞を、交互に使用した。そして、6個のリング状の立体組織体が互いに連なって接着した、管腔状の立体組織体(人工気管)が得られたことを確認した。
 図30に、実施例III−10で得られた人工気管を示す。なお、図30は、心棒であるステンレスチューブを抜き取り、シリコン樹脂製のチューブと入れ替えた後に撮影した写真である。
(実施例III−11)
(タンパク質を主成分とする立体組織体)
 実施例III−1で製造した立体組織体の作製装置を、内径30mmのコニカルチューブ(イワキ社製、商品コード「2345−050」)に入れ、培地(DMEM+10%FBS(Biological Industries社製、ロット番号:715929)+50μg/mLアスコルビン酸二リン酸塩(和光純薬製、商品番号:196−1252))中に浸した。
 その後、ラット脂肪組織由来間葉系幹細胞(ADSC)細胞を、作製装置を浸した培地と同様の培地中に混ぜ、細胞浮遊液を調製した。その後、60×10個/mLの細胞浮遊液を2mL添加し、細胞を播種し、細胞インキュベーター(37℃、5%CO)中で、48時間培養し、心棒の周囲に巻き付いたリング状の立体組織体が得られたことを確認した。
 その後、培養面を心棒の延在方向下側に0.5mm移動させ、更に上記細胞浮遊液を2mL添加し、細胞を再度播種し、細胞インキュベーター(37℃、5%CO)中で、48時間培養した(2回目の細胞播種、培養)。
 同様にして、細胞の播種、培養を続け、播種と培養の繰り返しを合計6回行った。
 そして、6個のリング状の立体組織体が互いに連なって接着した、管腔状の立体組織体が得られたことを確認した。
 その後、得られた管腔状の立体組織体を、ドデシル硫酸ナトリムおよびエタノールで処理後、3.8%グルタルアルデヒドで処理することにより、立体組織体中の細胞を死滅させて、管腔状のタンパク質を主成分とする立体組織体が得られたことを確認した。
 図31に、実施例III−11で得られたタンパク質を主成分とする立体組織体を示す。
[[発明(IV)の実施例]
 以下、実施例により本発明(IV)を更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
 下記の試験において、市販の試薬は、特に断りのない限り更に精製することなく用いた。
(実施例IV−A1)
(試験IV−A1)ポリマーの製造
 容量50mLの軟質ガラス製の透明なバイアル瓶に、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)10.0g、及び水5mLを加えて、磁気撹拌器を用いて撹拌した。そして、この混合物(液体)に対してG1グレードの高純度(純度:99.99995%)の窒素ガスを10分間パージ(流速:2.0L/分)することにより、この混合物を脱酸素した。なお、用いたDMAEMAには、重合禁止剤であるメチルヒドロキノン(MEHQ)が0.5質量%含まれていた。
 その後、この反応物に対して、丸型ブラック蛍光灯(NEC社製、型番:FCL20BL、18W)を用いて、22時間紫外線照射することにより、上記反応物を重合させた。反応物は、5時間後に粘性を帯び15時間後に固化して、重合体が反応生成物として得られた。この反応生成物を2−プロパノールに溶解させ、溶液を透析チューブに移した。そして、透析を72時間行い、反応生成物を精製した。
 反応生成物を含む溶液を、セルロース混合エステル製の0.2μmフィルター(東洋濾紙社製、型番:25AS020)で濾過し、得られた濾液を凍結乾燥させることにより、温度応答性(ホモ)ポリマーが得られた(収量:6.8g、転化率:68%)。このポリマーの数平均分子量(Mn)を、GPC(島津社製、型番:LC−10vpシリーズ)を用いて、ポリエチレングリコール(Shodex社製、TSKシリーズ)を標準物質として測定し、Mn=1.0×10g/mol(Mw/Mn=10.0)と決定した(実施例ポリマー1)。
 上述の温度応答性ポリマーの核磁気共鳴スペクトル(NMR)を、核磁気共鳴装置(Varian社製、型番:Gemini300)を用いて、重水(DO)を標準物質として測定した。下記には、代表的なピークを示す。
 H−NMR(in DO)δ 0.8−1.2(br,−CH−C(CH)−),1.6−2.0(br,−CH−C(CH)−),2.2−2.4(br,−N(CH),2.5−2.7(br,−CH−N(CH),4.0−4.2(br,−O−CH−).
 ここで、主鎖のメチル基(δ 0.8−1.2)のプロトン数(DMAEMAのホモポリマーの場合はモノマー1分子につき3個)Aと、側鎖のジメチルアミノ基(δ 2.2−2.4)のメチルプロトン数(DMAEMAのホモポリマーの場合はモノマー1分子につき6個で)Bとから、側鎖が有するアミノ基の官能基数と、重合反応と同時に進行する側鎖のエステル結合の加水分解反応により生じた側鎖のカルボキシル基の官能基数との比を算出した。
 その結果、上述の温度応答性ポリマーの場合は94:6となった。これは、カチオン性ポリマーとアニオン性ポリマーとを含む2成分混合系におけるイオン複合体で言うC/A比に換算すると、C/A比=15.6となる。
 実施例ポリマー1の3%水溶液を調製し、この水溶液の660nmにおける吸光度を、20℃~40℃の間で測定した。
 その結果、20℃~30℃では、水溶液は透明であり、吸光度がほぼ0であったが、31℃付近から水溶液中に白濁が見られるようになり、32℃で吸光度が急激に上昇した。これにより、上記ポリマーは、約32℃の曇点を有することを確認した。
 なお、実施例ポリマーを37℃まで昇温させると、ポリマー水溶液は、良好な応答性で、懸濁し、その後、水溶液全体が固化した。この固化物を室温(25℃)で維持したところ、数十時間の間、固化した状態のままであった。その後、固化物が徐々に溶解して、均質な水溶液に変化した。固化したポリマーは4℃まで冷却すると、速やかに溶解した。そして、上記昇温及び降温の操作を繰り返し行なっても、応答性に変化は生じなかったことから、ポリマーが可逆的に相転移を生じさせることが確認された。
(試験IV−A2)細胞構造体の製造
 実施例IV−A1では、塗布・乾燥により調製した培養面を用いて、細胞構造体の製造を行った。
 細胞培養器として、ポリスチレン製の35mm細胞培養プレート(イワキ社製、型番:3000−035−MYP、1ウェル当たりの底面積:9cm)を用いた。
 次いで、培養面上に、曇点以下に冷却した温度応答性ポリマーの水溶液(濃度:15μg/mL)40μLを、全面に亘って、塗布した。
 そして、クリーンベンチ内にて放置することによって、塗布した温度応答性ポリマーの水溶液を乾燥させた。
 こうして、細胞培養プレートの培養面に温度応答性ポリマーで被覆した被覆領域を設けた。
(試験IV−A3)ゼータ電位の測定
 細胞培養プレートの小片に(試験IV−A2)の手順と同様の手順に従って設けた被覆領域の表面ゼータ電位を、ゼータ電位計(大塚電子社製、型番:ELSZ)及び平板試料用セルユニットを用いて測定した。
 具体的には、石英セルの下面に小片の試料を密着させ、セル内部にモニター粒子懸濁液を注入した。ここで、標準のモニター粒子として、ポリスチレンラテックス(粒子径:約500nm)をヒドロキシプロピルセルロース(Mw=30,000)で被覆した粒子(ゼータ電位:−5mV~+5mV)を用いた。また、溶媒として、10mMの塩化ナトリウム水溶液をpH=7、37℃の条件下で用いた。そして、ゼータ電位は、Smoluchowski式を用いて算出した。
 非被覆の細胞培養プレートの小片の表面のゼータ電位は−68mVであり、一般的な熱可塑性樹脂の固体表面のゼータ電位として当業者に周知の値であった。
 一方、温度応答性ポリマーにより被覆された細胞培養プレートの小片の表面のゼータ電位は、+20mVであった。
 なお、当業者に周知の通り、現在の技術では、固体表面のゼータ電位の測定値は、±10%程度のバラツキを有するものであり、また、試料の調製工程においても、コーティング操作自体にバラツキが存在するものであるため、上記ゼータ電位の測定値はある程度の誤差を有し得る。
(試験IV−A4)接触角の測定
 細胞培養プレートの被覆領域に対する水の接触角を、JIS R3257に準拠して、接触角計(商品名:DMs−400、協和界面科学社製)を用いて測定したところ、70°±10°であった。
(試験IV−A5)細胞培養
 ここで、GFPでタグ付けしたラット皮下脂肪由来の間葉系脂肪幹細胞3.0×10個/mLを、完全培地(ダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)+10%ウシ胎児血清(FBS)溶液、DMEM:ギブコ社製、型番:11995−065、FCS:インビロトジェン社製、ロット番号:928696)中に浮遊させ、細胞懸濁液を調製した。
 細胞懸濁液をピペッターで、0.5μL、2μL、4μL、20μLの量を適宜選択しつつ、100箇所に液滴として滴下した(図32(iv)参照)。液滴の形状はほぼ真円形であり、液滴の径は、0.5μLの場合について1mm、2μLの場合について2mm、4μLの場合について3mm、20μLの場合について5.5mmであった。液滴間の間隔は、どの液滴間についても、200μm以上となるようにした。液滴の底面積の被覆領域の面積に対する割合は約75%であった。
 この播種したラット皮下脂肪由来の脂肪幹細胞を、37℃、5%CO雰囲気の細胞培養インキュベーター中で8時間培養した。
 培養開始から0時間後(滴下直後)には、脂肪幹細胞が被覆領域の全面に接着していた(図32(v)参照)。
 培養開始から2時間後に、被覆領域の外縁付近に位置する細胞が、自発的に剥離し始めた。
 培養開始から3時間後~6時間後にかけて、細胞の自発的な剥離は、被覆領域の外縁側から被覆領域の中心側に向かって、徐々に進行した。
 培養開始から8時間後に、遂には、各被覆領域における培養から、被覆領域の数だけ、スフェロイド状の構造を有する細胞構造体が形成した(図32(vi)参照)。
 形成したスフェロイド状の細胞構造体は、いずれも液滴の量に応じた所望のサイズの、ほぼ球形状の形状の整ったものであった。
(実施例IV−A2~IV−A5)
 実施例IV−A2については、ポリマーの製造の条件を調整することにより、被覆領域の表面ゼータ電位を+20mVから+15mVに変更した以外は上記実施例IV−A1と同様に、実験を行ったところ、実施例IV−A1と同様に所望のサイズの形状の整ったスフェロイド状の構造を有する細胞構造体が得られた。
 実施例IV−A3については、ポリマーの製造の条件を調整することにより、被覆領域の表面ゼータ電位を+20mVから+35mVに変更した以外は上記実施例IV−A1と同様に、実験を行ったところ、実施例IV−A1と同様に所望のサイズの形状の整ったスフェロイド状の構造を有する細胞構造体が得られた。
 実施例IV−A4については、ポリマーの製造の条件を調整することにより、被覆領域に対する水の接触角を70°±10°から65°±7°に変更した以外は上記実施例IV−A1と同様に、実験を行ったところ、実施例IV−A1と同様に所望のサイズの形状の整ったスフェロイド状の構造を有する細胞構造体が得られた。
 実施例IV−A5については、ポリマーの製造の条件を調整することにより、被覆領域に対する水の接触角を70°±10°から75°±5°に変更した以外は上記実施例IV−A1と同様に、実験を行ったところ、実施例IV−A1と同様に所望のサイズの形状の整ったスフェロイド状の構造を有する細胞構造体が得られた。
(実施例IV−B1)
(試験IV−B1)培養面の調製
 松浪硝子製の精密ガラス板:MICRO COVER GLASS(30mm×40mm×0.15mm厚)をジエチルエーテルで洗浄して乾燥させた。ガラス板同士の貼り付き防止用の油性成分や異物を清浄する目的で行った。
(試験IV−B1−1)<ポリマーを培養面の全面に被覆した場合>
 Vinyltrimethoxysilaneを4%酢酸水溶液へ溶解し、終濃度が0.5%または2.0%となるように調整した。このシラン化合物溶液をガラスの全面へ流延し,溶液厚が約0.1μmとなるよう液切りし、塩化カリウムの飽和溶液で84%となるように加湿した25℃の密閉デシケーター中で72時間静置した。RO水で洗浄した後に100℃で10分間処理して水分を蒸発させ、更にRO水および2−プロパノールで洗浄した。IRの分析によりシランカプリング剤Vinyltrimethoxysilaneに由来するビニル基がガラス表面へ固定されていることが確認された。
 2−(N,N−Dimethylaminoethyl)methacrylateを10g、ROを5g混合した溶液を10分間窒素ガスでバブリングした。上記(1)で作製したビニル基が導入されたガラス板を100mm径シャーレへ配置し、窒素ガスバブリングにより脱酸素したモノマー水溶液10mLを加えてガラス板を浸漬し、内部が窒素雰囲気となるように密閉した。シャーレの底面から375nmのブラックライトを10時間照射し、ガラス板をRO水、2−プロパロールで洗浄して乾燥し、細胞培養器(1)を得た。
 試験IV−B1−1で調製した細胞培養器(1)について、液滴の量と液滴の径との相関を調査した。
 共重合体が固定されたガラス板表面上へラット皮下脂肪由来の間葉系幹細胞浮遊液(細胞密度:3.0×10個/mL、完全培地(ダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)+10%ウシ胎児血清(FBS)溶液、DMEM:ギブコ社製、型番:11995−065、FCS:インビロトジェン社製、ロット番号:928696))をピペッターで0.5μL~50μLの液滴として滴下し、底面の投影像から液滴の直径を測定した。液滴の量と液滴の径とは、図34(A)の通り、0.5μL~50μLの液滴容量の全範囲では一次相関とはならなかった。
 一方、図34(B)、(C)の通り、0.5μL~5.0μLの範囲および5.0μL~50μLの範囲へ分離すると、それぞれの領域で線形相関が確認され、液滴容量で液滴の直径が制御できることが示唆された。
 図34(A)~(C)に、実施例において培養面における液滴の量と液滴の径との相関を調査した結果を示す。
(試験IV−B1−2)<ポリマーを培養面の複数箇所に被覆した場合>
 Vinyltrimethoxysilaneを4%酢酸水溶液へ溶解し、終濃度が2.0%となるように調整した。このシランカップリング剤の溶液を松浪硝子製の精密ガラス板上へ,0.5μLずつ、液滴の中心部から起算して1.2mm~12mmの間隔を空けて4列×5行の20滴を滴下し、塩化カリウムの飽和溶液で84%に加湿した25℃のデシケーター中で72時間静置した。液滴をキャピラリーで吸引し、水およびメタノールで洗浄後して乾燥し、細胞培養器(2)を得た。
 試験IV−B1−1の場合と同様に、グラフト重合を行なった。IRの分析によりシランカップリン剤Vinyltrimethoxysilane溶液を滴下した液滴(ドット)上にのみ共重合体が固定されていることが確認された。
(試験IV−B2)細胞構造体の製造
 実施例IV−B2では、グラフト重合により調製した培養面を用いて、細胞構造体の製造を行った。
(試験IV−B2−1)
 試験IV−B1−1で製造した共重合体が固定されたガラス板表面上へラット皮下脂肪由来の間葉系幹細胞浮遊液(細胞密度:3.0×10個/mL、完全培地(ダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)+10%ウシ胎児血清(FBS)溶液、DMEM:ギブコ社製、型番:11995−065、FCS:インビロトジェン社製、ロット番号:928696))をピペッターで0.5μL~2.0μLの範囲で4列×5行の20滴の液滴として滴下し、細胞培養インキュベーター(三洋電機,MCO−5C)で24時間培養した(37℃、5%炭酸ガス)。
 個々の液滴中で細胞は単層を形成してガラス表面上へ接着し、細胞の上へ細胞が積載される状態はほとんど確認されなかった。液滴の滴下から1時間後には全数の細胞がガラス板上に接着して伸展していた。さらに培養を継続すると約9時間後から液滴の外周から中心に向かって凝集が始まり、21時間後には全細胞が一箇所へ集合して塊となって中心部でスフェロイドを形成した。
 ガラス板を0.3%メチルセルロースのPBS溶液へ浸漬すると、すべてのスフェロイドをスフェロイド浮遊液として回収可能であった。
 液滴と液滴の間の距離が30μm以下となると液滴同士が引力や空気相に対する表面張力の関係からか、お互いに融合し、結果、ガラス板の全面に浮遊液が流延した状態となり、細胞凝集の現象は随所で同時に起こる結果となった。
[[発明(V)の実施例]
 以下、実施例により本発明(V)を更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
 下記の試験において、市販の試薬は、特に断りのない限り更に精製することなく用いた。
(実施例V−1)
(試験V−A)温度応答性ポリマーの調製
 容量50mLの軟質ガラス製の透明なバイアル瓶に、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)10.0g、及び水5,000μLを加えて、磁気撹拌器を用いて撹拌した。そして、この混合物(液体)に対してG1グレードの高純度(純度:99.99995%)の窒素ガスを10分間パージ(流速:2.0L/分)することにより、この混合物を脱酸素した。なお、用いたDMAEMAには、重合禁止剤であるメチルヒドロキノン(MEHQ)が0.5重量%含まれていた。
 その後、この反応物に対して、丸型ブラック蛍光灯(NEC社製、型番:FCL20BL、18W)を用いて、22時間紫外線照射することにより、上記反応物を重合させた。反応物は、5時間後に粘性を帯び15時間後に固化して、重合体が反応生成物として得られた。この反応生成物を2−プロパノールに溶解させ、溶液を透析チューブに移した。そして、透析を72時間行い、反応生成物を精製した。
 反応生成物を含む溶液を、セルロース混合エステル製の0.2μmフィルター(東洋濾紙社製、型番:25AS020)で濾過し、得られた濾液を凍結乾燥させることにより、分子内イオン複合体型の温度応答性ポリマーが得られた(収量:6.8g、転化率:68%)。このポリマーの数平均分子量(Mn)を、GPC(島津社製、型番:LC−10vpシリーズ)を用いて、ポリエチレングリコール(Shodex社製、TSKシリーズ)を標準物質として測定し、Mn=100,000(Mw/Mn=10.0)と決定した。
 温度応答性ポリマーの核磁気共鳴スペクトル(NMR)を、核磁気共鳴装置(Varian社製、型番:Gemini300)を用いて、重水(DO)を標準物質として測定した。下記には、実施例ポリマーV−1に共通する代表的なピークを示す。
 H−NMR(in DO)δ 0.8−1.2(br,3H,−CH−C(CH)−),1.6−2.0(br,2H,−CH−C(CH)−),2.2−2.4(br,6H,−N(CH),2.5−2.7(br,1.9H,−CH−N(CH),4.0−4.2(br,1.9H,−O−CH−).
 ここで、α位に結合したメチル基(δ 0.8−1.2)のプロトン数(DMAEMAユニットの場合もメタクリル酸ユニットの場合も3個)Aと、側鎖のエステル結合の酸素に結合しているエチル基(δ 4.0−4.2)のメチルプロトン数(DMAEMAユニットの場合は2個で、メタクリル酸ユニットの場合は0個)Bとから、DMAEMAの側鎖が有するアミノ基の官能基数と、メタアクリル酸の側鎖のカルボキシル基の官能基数との比を算出した。
 その結果、得られたポリマーV−1の場合94:6となった。これは、カチオン性ポリマーとアニオン性ポリマーとを含む2成分混合系におけるイオン複合体で言うC/A比に換算すると、C/A比=15.6となる。
 更に、得られた温度応答性ポリマーの3%水溶液を調製し、この水溶液の660nmにおける吸光度を、20℃~40℃の間で測定したところ、約32℃であった。
(試験V−B)第一被覆領域及び第二被覆領域の準備
 細胞培養器として、φ35mmプレート(PrimeSurface(登録商標)、SUMILON社製)(細胞低吸着性プレート)を用いた。
 上記プレートの培養面上の6箇所に、室温条件下において、前述の試験V−Aで調製したポリマーの水溶液(濃度:15ng/μL)を4.0μLずつスポットして、その後、この水溶液を37℃で30分間乾燥させて、それぞれ円形の第一被覆領域(面積4.5mm)を準備した。
 乾燥後、6箇所の円形の第一被覆領域のうちの一つにおいて、第一被覆領域の中心を通る直線上に位置し、第一被覆領域の端部に位置する2箇所に、第一被覆領域と重なり合うように、フィブロネクチン溶液(ヒト血漿由来)(濃度:200ng/μL)(BDバイオサイエンス社製、ロット番号3353563)を0.2μLずつスポットして、その後、この溶液を37℃で5分間乾燥させて、それぞれ円形の第二被覆領域(面積0.8mm)を準備した(図38(a)参照)。
 第一被覆領域の表面のゼータ電位を、ゼータ電位計(大塚電子社製、型番:ELSZ)及び平板試料用セルユニットを用いて測定した。測定では、セルとしては、石英セルを用い、標準のモニター粒子としては、ポリスチレンラテックス(粒子径:約500nm)をヒドロキシプロピルセルロース(Mw=30,000)で被覆した粒子(ゼータ電位:−5mV~+5mV)を用い、溶媒として、10mMの塩化ナトリウム水溶液をpH=7、37℃の条件下で用いた。ゼータ電位は、Smoluchowski式により算出した。
 その結果、温度応答性ポリマーにより被覆された第一被覆領域の表面のゼータ電位は、+20mVであった。なお、当業者に周知の通り、上記ゼータ電位の測定値は、±10%程度のバラツキを有するものである。
 細胞培養プレートの第一被覆領域に対する水の接触角を、JIS R3257に準拠して、接触角計(商品名:DMs−400、協和界面科学社製)を用いて測定したところ、70°±10°であった。
(試験V−C)細胞の播種・培養
 上記試験V−Bで準備した細胞培養器を用いた。
 GFP組換えルイスラットの脂肪組織由来間葉系幹細胞(ADSC(Adipose−derived vascular stromal cell))を、培地(ダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)+10%ウシ胎児血清(FBS);DMEM:ギブコ社製、型番11965;FBS:バイオロジカルインダストリー社製、ロット番号715929)中に浮遊させて、細胞懸濁液を調製した。
 上記プレートに、室温条件下で、細胞密度2.5×10個/cm)となるように、細胞懸濁液を加えた(95%コンフルエント)。
 そして、この細胞を、37℃、5%COの細胞培養インキュベーター中で2時間培養した。
 培養開始から2時間後、前述の培地で培地交換を行い、死滅した細胞を除去した。
 図38(a)に、試験V−Cにおいて、試験V−Bで準備した第一被覆領域及び第二被覆領域においてGFP組換えルイスラットのADSCを2時間培養した後の様子を、顕微鏡を用いて観察したときの写真を示す。
 そして、細胞を、37℃、5%COの細胞培養インキュベーター中で更に18時間培養した。
 更なる18時間の培養中、第一被覆領域に接着していた細胞は、中央部分に向かって凝集し、一方、第二被覆領域に接着した細胞は、当初の位置に接着し続けた。播種された細胞の成熟による細胞間のネットワークの結合力が、細胞の第一被覆領域に対する接着力を上回るようになり、細胞の凝集現象が生じた。このとき、長軸方向への凝集・収縮は制限される一方、短軸方向への凝集・収縮が優先された。最終的に、第二被覆領域に接着し続ける2つの細胞集団と、これらの細胞集団の間を連結するスティック状の細胞集団とからなる、直線状の構造を有する細胞構造体が形成した。
 図38(b)に、試験V−Cにおいて、試験V−Bで準備した第一被覆領域及び第二被覆領域においてGFP組換えルイスラットのADSCを20時間培養した後の様子を、顕微鏡を用いて観察したときの写真を示す。
 なお、図38(c)に、図38(b)に示す細胞構造体を倍率を下げて観察したときの写真を示す。
 図38(d)に、図38(b)の破線に示す細胞構造体の様子を蛍光顕微鏡を用いて観察したときの写真を示す。
 試験V−Cにおいて得られた細胞構造体のうちスティック状の細胞集団においては、細胞が細胞構造体の延在方向に沿って伸びる形状をなし、第二被覆領域に接着し続ける2つの細胞集団を結ぶ線の方向に沿う方向への配向性を備えることがわかった。
(実施例V−2)
 用いる細胞接着性物質を、フィブロネクチン溶液から、ラミニン(濃度:50ng/μL)(ニッピ社製)に代えて、前述の実施例V−1の試験V−Bと同様の試験を行った。
 そして、用いる細胞を、GFP組換えルイスラットのADSCから、心筋細胞(生後1日目の新生ルイス系ラットから定法に従って分離)に代えて、前述の実施例V−1の試験V−Cと同様の試験を行った。
 この場合においても、前述の図38に示す細胞構造体と同様の構造を備える細胞構造体が得られた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
[[発明(VI)の実施例]
 以下に、実施例に基づいて本発明(VI)をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
(実施例VI−1)
 容量50mLの軟質ガラス製の透明なバイアル瓶に、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)10.0g、及び水5mLを加えて、磁気撹拌器を用いて撹拌した。そして、この混合物(液体)に対してG1グレードの高純度(純度:99.99995%)の窒素ガスを10分間パージ(流速:2.0L/分)することにより、この混合物を脱酸素した。なお、用いたDMAEMAには、重合禁止剤であるメチルヒドロキノン(MEHQ)が0.5質量%含まれていた。
 その後、この反応物に対して、丸型ブラック蛍光灯(NEC社製、型番:FCL20BL、18W)を用いて、22時間紫外線照射することにより、上記反応物を重合させた。反応物は、5時間後に粘性を帯び15時間後に固化して、重合体が反応生成物として得られた。この反応生成物を2−プロパノールに溶解させ、溶液を透析チューブに移した。そして、透析を72時間行い、反応生成物を精製した。
 反応生成物を含む溶液を、セルロース混合エステル製の0.2μmフィルター(東洋濾紙社製、型番:25AS020)で濾過し、得られた濾液を凍結乾燥させることにより、温度応答性(ホモ)ポリマーが得られた(収量:6.8g、転化率:68%)。このポリマーの数平均分子量(Mn)を、GPC(島津社製、型番:LC−10vpシリーズ)を用いて、ポリエチレングリコール(Shodex社製、TSKシリーズ)を標準物質として測定し、Mn=1.0×10g/mol(Mw/Mn=10.0)と決定した。
 上述の温度応答性ポリマーの核磁気共鳴スペクトル(NMR)を、核磁気共鳴装置(Varian社製、型番:Gemini300)を用いて、重水(DO)を標準物質として測定した。下記には、代表的なピークを示す。
 H−NMR(in DO) δ 0.8−1.2(br,−CH−C(CH)−),1.6−2.0(br,−CH−C(CH)−),2.2−2.4(br,−N(CH),2.5−2.7(br,−CH−N(CH),4.0−4.2(br,−O−CH−).
 ここで、主鎖のメチル基(δ 0.8−1.2)のプロトン数(DMAEMAのホモポリマーの場合はモノマー1分子につき3個)Aと、側鎖のジメチルアミノ基(δ 2.2−2.4)のメチルプロトン数(DMAEMAのホモポリマーの場合はモノマー1分子につき6個で)Bとから、側鎖が有するアミノ基の官能基数と、重合反応と同時に進行する側鎖のエステル結合の加水分解反応により生じた側鎖のカルボキシル基の官能基数との比を算出した。
 その結果、上述の温度応答性ポリマーの場合は94:6となった。これは、カチオン性ポリマーとアニオン性ポリマーとを含む2成分混合系におけるイオン複合体で言うC/A比に換算すると、C/A比=15.6となる。
 上述の温度応答性ポリマーの曇点を以下の方法で測定した。
 温度応答性ポリマーの3%水溶液を調製し、この水溶液の660nmにおける吸光度を、20~40℃の間で測定した。
 その結果、20~30℃では、水溶液は透明であり、吸光度がほぼ0であったが、31℃付近から水溶液中に白濁が見られるようになり、32℃で吸光度が急激に上昇した。これにより、温度応答性ポリマーは、約32℃の曇点を有することを確認した。
 なお、温度応答性ポリマーを37℃まで昇温させると、ポリマー水溶液は、良好な応答性で、懸濁し、その後、水溶液全体が固化した。この固化物を室温(25℃)で維持したところ、数十時間の間、固化した状態のままであった。その後、固化物が徐々に溶解して、均質な水溶液に変化した。固化したポリマーは4℃まで冷却すると、速やかに溶解した。そして、上記昇温及び降温の操作を繰り返し行なっても、応答性に変化は生じなかったことから、ポリマーが可逆的に相転移を生じさせることが確認された。
 上述の温度応答性ポリマーを、純水に溶解して、温度応答性ポリマー溶液(終濃度6ng/μL)を調製した。35mmディッシュ(住友ベークライト社製、品名「PrimeSurface」(登録商標)、MS−9035X)の培養面上の10箇所に、温度応答性ポリマー溶液0.5μLを、円形状に塗布した。
 1箇所あたりの円形の被覆培養面の直径は、約2,000μmであり、また、各被覆培養面間の距離は、約2,000μmであった。
 そして、インキュベーター(40℃)中で1時間放置することによって、塗布した温度応答性ポリマーの水溶液を乾燥させ、複数の被覆培養面を有する被覆細胞培養器を準備した。
 新生Lewis系ラット心筋細胞100個に対して、GFP組換えルイスラット脂肪組織由来間葉系幹細胞(ADSC)300個の割合で混合した混合細胞を、培地(SkGM(ロンザ株式会社、型番:CC−3245)+10%FBS(ギブコ社製、ロット番号:715929)中に混ぜて調製した、7.2×10個/mLの混合細胞溶液5mLを被覆細胞培養器に加え、細胞を播種した。
 その後、細胞インキュベーター(37℃、5%CO)中で、1時間培養し、新たな培地を用いて培地交換し、さらに細胞インキュベーター(37℃、5%CO)中で、48時間培養して、塊状の細胞構造体を得た。
(実施例VI−2)
 新生Lewis系ラット心筋細胞100個に対して、GFP組換えルイスラット脂肪組織由来間葉系幹細胞を233個の割合で混合したこと以外、実施例VI−1と同様にして塊状の細胞構造体を得た。
(実施例VI−3)
 細胞には、心筋細胞としての新生Lewis系ラット心筋細胞、間葉系幹細胞としてのGFP組換えルイスラット脂肪組織由来間葉系幹細胞(ADSC)、免疫系細胞としてのマクロファージの3種を使用した。マクロファージとしては、ラット骨髄由来の単球から分化誘導して使用した(コスモバイオ社製、骨髄単球培養キット、品番:BMM01)。
 第一段階として、新生Lewis系ラット心筋細胞100個に対して、GFP組換えルイスラット脂肪組織由来間葉系幹細胞250個の割合で混合した細胞を実施例VI−1と同様にして播種し、5時間後に、細胞が接着して単層を形成した後に、培地交換を行った。この単層の上へ、新生Lewis系ラット心筋細胞100個に対して、ラット由来マクロファージ5個の割合となるように、マクロファージを含むラット由来マクロファージ浮遊液を加え、静置培養を継続したこと以外、実施例VI−1と同様の操作を行なった。
 心筋細胞と間葉系幹細胞からなる単層培養層が巾着袋状に凝集する際に、該単層培養層の上に沈降していたマクロファージは凝集に巻き込まれ、1個の塊状の細胞構造体を得た。露出した培養面にマクロファージは確認されず、播種したマクロファージの全数が細胞凝集塊中に取り込まれたことが確認された。
(比較例VI−1)
 新生Lewis系ラット心筋細胞100個に対して、GFP組換えルイスラット脂肪組織由来間葉系幹細胞を75個の割合で混合したこと以外、実施例VI−1と同様にして塊状の細胞構造体を得た。
(比較例VI−2)
 GFP組換えルイスラット脂肪組織由来間葉系幹細胞を混ぜずに、新生Lewis系ラット心筋細胞のみから細胞溶液を調製したこと以外、実施例VI−1と同様にして塊状の細胞構造体を得た。
(比較例VI−3)
 新生Lewis系ラット心筋細胞100個に対して、GFP組換えルイスラット脂肪組織由来間葉系幹細胞を33個の割合で混合したこと以外、実施例VI−1と同様にして塊状の細胞構造体を得た。
(比較例VI−4)
 新生Lewis系ラット心筋細胞100個に対して、GFP組換えルイスラット脂肪組織由来間葉系幹細胞を25個の割合で混合したこと以外、実施例VI−1と同様にして塊状の細胞構造体を得た。
(比較例VI−5)
 新生Lewis系ラット心筋細胞100個に対して、GFP組換えルイスラット脂肪組織由来間葉系幹細胞を100個の割合で混合したこと以外、実施例VI−1と同様にして塊状の細胞構造体を得た。
[評価]
(細胞構造体の外観)
 実施例、比較例で得られた塊状の細胞構造体を、顕微鏡(ニコン社製、商品名「ECLIPES−Ti」)で観察し、以下の基準で細胞の外観を評価した。
○(良好):10箇所全ての被覆培養面において、球形の塊状の細胞構造体が得られた。
△(不良):10箇所のいずれかの被覆培養面において、被覆培養面に接着した細胞が凝集せず単層のまま、又は凝集する部分と被覆培養面から剥離しない接着部分とが混在する端部が反り返った細胞構造体、の例が見られた。
(拍動の有無)
 実施例、比較例で得られた塊状の細胞構造体を、顕微鏡(ニコン社製、商品名「ECLIPES−Ti」)で観察した。その後、48時間にわたって、観察を行った。そして、以下の基準で拍動の有無を評価した。
○(良好):48時間の観察期間中、当初は拍動が確認されたが、その後拍動が見られなくなった。
×(不良):48時間の観察期間中、毎回の観察で拍動が確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 表5に示すように、実施例の細胞構造体は、細胞構造体形成直後は拍動していたものの、その後拍動が見られなり、心疾患モデルとして使用可能と判断した。一方比較例の細胞構造体は、48時間の観察期間において、拍動が観察され、健常な心臓に近い形態と判断した。
[[発明(VII)の実施例]
 以下に、実施例に基づいて本発明(VII)をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
(実施例VII−1)
 容量50mLの軟質ガラス製の透明なバイアル瓶に、2−N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)10.0g、及び水5mLを加えて、磁気撹拌器を用いて撹拌した。そして、この混合物(液体)に対してG1グレードの高純度(純度:99.99995%)の窒素ガスを10分間パージ(流速:2.0L/分)することにより、この混合物を脱酸素した。なお、用いたDMAEMAには、重合禁止剤であるメチルヒドロキノン(MEHQ)が0.5質量%含まれていた。
 その後、この反応物に対して、丸型ブラック蛍光灯(NEC社製、型番:FCL20BL、18W)を用いて、22時間紫外線照射することにより、上記反応物を重合させた。反応物は、5時間後に粘性を帯び15時間後に固化して、重合体が反応生成物として得られた。この反応生成物を2−プロパノールに溶解させ、溶液を透析チューブに移した。そして、透析を72時間行い、反応生成物を精製した。
 反応生成物を含む溶液を、セルロース混合エステル製の0.2μmフィルター(東洋濾紙社製、型番:25AS020)で濾過し、得られた濾液を凍結乾燥させることにより、温度応答性(ホモ)ポリマーが得られた(収量:6.8g、転化率:68%)。このポリマーの数平均分子量(Mn)を、GPC(島津社製、型番:LC−10vpシリーズ)を用いて、ポリエチレングリコール(Shodex社製、TSKシリーズ)を標準物質として測定し、Mn=1.0×10g/mol(Mw/Mn=10.0)と決定した。
 上述の温度応答性ポリマーの核磁気共鳴スペクトル(NMR)を、核磁気共鳴装置(Varian社製、型番:Gemini300)を用いて、重水(DO)を標準物質として測定した。下記には、代表的なピークを示す。
 H−NMR(in DO)δ0.8−1.2(br,−CH−C(CH)−),1.6−2.0(br,−CH−C(CH)−),2.2−2.4(br,−N(CH),2.5−2.7(br,−CH−N(CH),4.0−4.2(br,−O−CH−).
 ここで、主鎖のメチル基(δ 0.8−1.2)のプロトン数(DMAEMAのホモポリマーの場合はモノマー1分子につき3個)Aと、側鎖のジメチルアミノ基(δ 2.2−2.4)のメチルプロトン数(DMAEMAのホモポリマーの場合はモノマー1分子につき6個で)Bとから、側鎖が有するアミノ基の官能基数と、重合反応と同時に進行する側鎖のエステル結合の加水分解反応により生じた側鎖のカルボキシル基の官能基数との比を算出した。
 その結果、上述の温度応答性ポリマーの場合は94:6となった。これは、カチオン性ポリマーとアニオン性ポリマーとを含む2成分混合系におけるイオン複合体で言うC/A比に換算すると、C/A比=15.6となる。
 上述の温度応答性ポリマーの曇点を以下の方法で測定した。
 温度応答性ポリマーの3%水溶液を調製し、この水溶液の660nmにおける吸光度を、20~40℃の間で測定した。
 その結果、20~30℃では、水溶液は透明であり、吸光度がほぼ0であったが、31℃付近から水溶液中に白濁が見られるようになり、32℃で吸光度が急激に上昇した。これにより、温度応答性ポリマーは、約32℃の曇点を有することを確認した。
 なお、温度応答性ポリマーを37℃まで昇温させると、ポリマー水溶液は、良好な応答性で、懸濁し、その後、水溶液全体が固化した。この固化物を室温(25℃)で維持したところ、数十時間の間、固化した状態のままであった。その後、固化物が徐々に溶解して、均質な水溶液に変化した。固化したポリマーは4℃まで冷却すると、速やかに溶解した。そして、上記昇温及び降温の操作を繰り返し行なっても、応答性に変化は生じなかったことから、ポリマーが可逆的に相転移を生じさせることが確認された。
 上述の温度応答性ポリマーを、純水に溶解して、温度応答性ポリマー溶液(終濃度15ng/μL)を調製した。35mmディッシュ(住友ベークライト社製、品名「PrimeSurface」(登録商標)、MS−9035X)の培養面上の8箇所に、温度応答性ポリマー溶液0.5μLを、円形状に塗布した。
 1箇所あたりの円形の被覆培養面の直径は、約2,000μmであり、また、各被覆培養面間の距離は、約2,500μmであった。
 そして、インキュベーター(37℃)中で30分間放置することによって、塗布した温度応答性ポリマーの水溶液を乾燥させ、複数の被覆培養面を有する被覆細胞培養器を準備した。
 ヒト肝癌細胞(コスモバイオ社、品番「HepG2−500」)を、PKH26 Red Fluorescent Cell Linker Kit(Sigma社製)を用いて、染色した。染色したヒト肝癌細胞100個に対して、GFP組換えルイスラット脂肪組織由来間葉系幹細胞(ADSC)33個の割合で混合した混合細胞を、培地(DMAEM+10%FBS(ギブコ社製、ロット番号:715929)中に混ぜて調製した、3.2×10個/mLの混合細胞浮遊液25μLを被覆細胞培養器に加え、混合細胞を播種した。
 その後、細胞インキュベーター(37℃、5%CO)中で、2時間培養し、新たな培地を用いて培地交換し、さらに細胞インキュベーター(37℃、5%CO)中で、48時間培養して、塊状の細胞構造体を得た。
(実施例VII−2)
 ヒト肝癌細胞100個に対して、GFP組換えルイスラット脂肪組織由来間葉系幹細胞を10個の割合で混合したこと以外、実施例VII−1と同様にして塊状の細胞構造体を得た。
(実施例VII−3)
 ヒト肝癌細胞100個に対して、GFP組換えルイスラット脂肪組織由来間葉系幹細胞を50個の割合で混合したこと以外、実施例VII−1と同様にして塊状の細胞構造体を得た。
(実施例VII−4)
 ヒト肝癌細胞100個に対して、GFP組換えルイスラット脂肪組織由来間葉系幹細胞を33個、ルイスラット脂肪組織由来の接着性脂肪細胞を33個、の割合で混合したこと以外、実施例VII−1と同様にして塊状の細胞構造体を得た。
(実施例VII−5)
 細胞には、肝細胞として実施例VII−1と同様にして染色したヒト肝癌細胞(HepG2)、線維芽細胞としてGFP組換えルイスラット脂肪組織由来間葉系幹細胞(ADSC)、免疫系細胞としてマクロファージを使用した。マクロファージは、ラット骨髄由来の単球から分化誘導して使用した(コスモバイオ社製、骨髄単球培養キット、品番:BMM01)。
 第一段階として、ヒト肝癌細胞100個に対して、GFP組換えルイスラット脂肪組織由来間葉系幹細胞25個の割合で混合した細胞を、実施例VII−1と同様にして播種し、5時間後に、細胞が接着して単層を形成した後に、培地交換を行った。この単層の上へ、ヒト肝癌細胞100個に対して、マクロファージ5個の割合となるように、マクロファージを含むマクロファージ浮遊液を加え、静置培養を継続したこと以外、実施例VII−1と同様の操作を行なった。
 肝癌細胞と間葉系幹細胞からなる単層培養層が巾着袋状に凝集する際に、該単層培養層の上に沈降していたマクロファージは凝集に巻き込まれ、1個の塊状の細胞構造体を得た。露出した培養面にマクロファージは確認されず、播種したマクロファージの全数が細胞凝集塊中に取り込まれたことが確認された。
(比較例VII−1)
 ヒト肝癌細胞100個に対して、GFP組換えルイスラット脂肪組織由来間葉系幹細胞を300個の割合で混合したこと以外、実施例VII−1と同様にして塊状の細胞構造体を得た。
(比較例VII−2)
 ヒト肝癌細胞100個に対して、GFP組換えルイスラット脂肪組織由来間葉系幹細胞を100個の割合で混合したこと以外、実施例VII−1と同様にして塊状の細胞構造体を得た。
(比較例VII−3)
 GFP組換えルイスラット脂肪組織由来間葉系幹細胞を混ぜずに、ヒト肝癌細胞のみから細胞溶液を調製したこと以外、実施例VII−1と同様にして塊状の細胞構造体を得た。
(比較例VII−4)
 ヒト肝癌細胞100個に対して、GFP組換えルイスラット脂肪組織由来間葉系幹細胞を5個の割合で混合したこと以外、実施例VII−1と同様にして塊状の細胞構造体を得た。
(比較例VII−5)
 ヒト肝癌細胞100個に対して、GFP組換えルイスラット脂肪組織由来間葉系幹細胞を67個の割合で混合したこと以外、実施例VII−1と同様にして塊状の細胞構造体を得た。
[評価]
(細胞構造体の外観)
 実施例、比較例で得られた塊状の細胞構造体(培養48時間後)を、顕微鏡(ニコン社製、商品名「ECLIPES−Ti」)で観察し、以下の基準で細胞の外観を評価した。
○(良好):8箇所全ての被覆培養面において、球形の塊状の細胞構造体が得られた。
△(不良):8箇所のいずれかの被覆培養面において、被覆培養面に接着した細胞が凝集せず単層のまま、又は凝集する部分と被覆培養面から剥離しない接着部分とが混在する端部が反り返った細胞構造体、の例が見られた。
(細胞構造体中の細胞の形態)
 播種、培養した細胞を、培養2時間後に、顕微鏡(ニコン社製、商品名「ECLIPES−Ti」)で観察したところ、被覆培養面に接着していた。接着した細胞のうち、肝細胞の形態を、以下の基準で評価した。なお、何れの例においても、播種する肝細胞(被覆培養面に接着する前の肝細胞)の形態は、敷石状であった。
○(良好):多くの肝細胞の形態が変化し、紡錘形の線維芽細胞様の形態をしていた。
×(不良):肝細胞の形態の変化は見られなかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
 表6に示すように、特定の割合で肝細胞と線維芽細胞とを混合した実施例の細胞構造体では、肝細胞の形態が敷石状から線維芽細胞様へと変化していた。そのため、実施例の細胞構造体に含まれる肝細胞は、浸潤性がより高く、悪性度の高いがん細胞へと変化しており、肝不全モデルとして使用可能と判断した。なお、各実施例の細胞構造体を崩して培養皿に再播種し、形態を観察したところ、肝細胞は線維芽細胞様の形態をしていた。
 一方、比較例の細胞構造体中の肝細胞の形態は、敷石状のまま変化は見られなかった。なお、比較例の細胞構造体を崩して培養皿に再播種し、形態を観察したところ、肝細胞は敷石状の形態をしていた。
 本発明によれば、細胞塊、細胞構造体、又は立体組織体を効率よく製造する方法を提供することができる。
 特に、本発明(I)によれば、関節、気管、鼻等の治療に有用な軟骨細胞塊及び移植材料を簡便に製造することができる。また、本発明(II)によれば、上皮系細胞を容易に培養することができ、また、上皮系細胞を含む細胞構造体を容易に製造することができ、また、上皮系細胞の培養及びその細胞構造体の製造が可能である。また、本発明(III)によれば、容易にリング状又は管腔状等の立体組織体を作製することができる。また、容易にリング状又は管腔状等の立体組織体を作製することができる。また、本発明(IV)によれば、所望のサイズの形状の整ったスフェロイド状の細胞構造体を簡便に製造することができる。また、本発明(V)によれば、細胞の凝集様式を制御して、所望の形態の細胞構造体を製造することができる。また、本発明(VI)によれば、心疾患モデルとして有用な、心筋細胞と線維芽細胞とを含む細胞構造体を容易に形成することができる。また、本発明(VII)によれば、肝不全モデルとして有用な、肝細胞と線維芽細胞とを含む細胞構造体を容易に形成することができる。

Claims (55)

  1.  温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で被覆された被覆培養面において、細胞塊の存在下、軟骨細胞に分化し得る細胞を播種し、前記細胞塊及び前記軟骨細胞に分化し得る細胞を培養することによって、軟骨細胞塊を調製する、播種培養工程を含むことを特徴とする、軟骨細胞塊の製造方法。
  2.  前記細胞塊を、前記軟骨細胞に分化し得る細胞を播種し、これを培養することによって、調製する、請求項1に記載の軟骨細胞塊の製造方法。
  3.  前記播種培養工程を複数回行う、請求項1又は2に記載の軟骨細胞塊の製造方法。
  4.  前記被覆培養面は、細胞非接着性の壁で囲まれている、請求項1~3のいずれか一項に記載の軟骨細胞塊の製造方法。
  5.  前記被覆培養面の幅を3mm以下として、前記壁の高さを3mm以下とする、請求項4に記載の軟骨細胞塊の製造方法。
  6.  前記被覆培養面が単位面積当たりに有する前記温度応答性ポリマー及び温度応答性ポリマー組成物の量を、0.1~3.0μg/cmとする、請求項1~5のいずれか一項に記載の軟骨細胞塊の製造方法。
  7.  前記播種培養工程において、前記軟骨細胞に分化し得る細胞を、0.3×10~10.0×10個/cmの細胞密度で播種する、請求項1~6のいずれか一項に記載の軟骨細胞塊の製造方法。
  8.  請求項1~7のいずれか一項に記載の軟骨細胞塊の製造方法により製造されたことを特徴とする、軟骨細胞塊。
  9.  ドーナツ形である、請求項8に記載の軟骨細胞塊。
  10.  請求項8又は9に記載の軟骨細胞塊の存在下、間葉系細胞を播種し、前記軟骨細胞塊及び前記間葉系細胞を培養することによって、移植材料を調製する、工程を含むことを特徴とする、移植材料の製造方法。
  11.  請求項10に記載の移植材料の製造方法により製造されたことを特徴とする、移植材料。
  12.  請求項9に記載の軟骨細胞塊が管状構造体の外表面に設けられていることを特徴とする、複合材。
  13.  前記管状構造体の内部に芯材が設けられている、請求項12に記載の複合材。
  14.  温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を調製する、調製工程と、
     前記温度応答性ポリマー又は前記温度応答性ポリマー組成物で、細胞培養器の培養面の少なくとも一部を被覆して被覆領域Aを形成し、被覆領域Aを有する被覆細胞培養器を準備する、培養器準備工程と、
     上皮系細胞を前記被覆細胞培養器に播種する、播種工程と、
     前記被覆領域Aに接着した前記上皮系細胞を培養する、培養工程と、
    を含み、
     前記被覆領域Aにおける前記温度応答性ポリマー又は前記温度応答性ポリマー組成物の濃度が、0.3pg/mm以上であることを特徴とする、上皮系細胞の培養方法。
  15.  前記細胞培養器の培養面の少なくとも一部に窪み部を有しており、前記被覆領域A内に前記窪み部がある、請求項14に記載の上皮系細胞の培養方法。
  16.  温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を調製する、調製工程と、
     前記温度応答性ポリマー又は前記温度応答性ポリマー組成物で、細胞培養器の培養面の少なくとも一部を被覆して被覆領域Aを形成し、被覆領域Aを有する被覆細胞培養器を準備する、培養器準備工程と、
     上皮系細胞を前記被覆細胞培養器に播種する、播種工程と、
     前記上皮系細胞から塊状の細胞構造体を形成し、前記被覆領域Aに接着した細胞構造体を得る、培養工程と、
    を含み、
     前記被覆領域Aにおける前記温度応答性ポリマー又は前記温度応答性ポリマー組成物の濃度が、0.3pg/mm以上であることを特徴とする、細胞構造体の製造方法。
  17.  前記培養器準備工程において、前記温度応答性ポリマー又は前記温度応答性ポリマー組成物で、細胞培養器の培養面の少なくとも一部であって、前記被覆領域Aとは異なる位置に、被覆領域Bを形成し、
     前記被覆領域Bにおける前記温度応答性ポリマー又は前記温度応答性ポリマー組成物の濃度が、200pg/mm未満である、請求項16に記載の細胞構造体の製造方法。
  18.  前記細胞培養器の培養面の少なくとも一部に窪み部を有しており、前記被覆領域A内に前記窪み部がある、請求項16又は17に記載の細胞構造体の製造方法。
  19.  培養面の少なくとも一部に、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で被覆された被覆領域Aを有し、
     前記被覆領域Aにおける前記温度応答性ポリマー又は前記温度応答性ポリマー組成物の濃度が、0.3pg/mm以上であることを特徴とする、上皮系細胞用細胞培養器。
  20.  培養面の少なくとも一部であって、前記被覆領域Aと異なる位置に、温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で被覆された被覆領域Bを有し、
     前記被覆領域Bにおける前記温度応答性ポリマー又は前記温度応答性ポリマー組成物の濃度が、200pg/mm未満である、請求項19に記載の上皮系細胞用細胞培養器。
  21.  前記細胞培養器の培養面の少なくとも一部に窪み部を有しており、前記被覆領域A内に前記窪み部がある、請求項19に記載の上皮系細胞用細胞培養器。
  22.  少なくとも1個の貫通孔を有する培養面と、前記貫通孔を挿通する心棒とからなる立体組織体の作製装置であって、
     前記培養面に温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で被覆された被覆培養面を少なくとも1つ含み、
     1つの前記被覆培養面の内側に、少なくとも1個の前記貫通孔を有し、
     前記培養面が前記心棒の延在方向に可動であることを特徴とする、立体組織体の作製装置。
  23.  複数の前記培養面を有し、
     1本の前記心棒が、前記複数の前記培養面の前記貫通孔を挿通している、請求項22に記載の立体組織体の作製装置。
  24.  請求項22又は23に記載の立体組織体の作製装置を用いた立体組織体の作製方法であって、
     前記被覆培養面上に少なくとも1種の細胞を播種する、播種工程と、
     播種した前記細胞を培養して、前記心棒の周囲に巻き付いたリング状の立体組織体を得る、培養工程と、
    を含むことを特徴とする、立体組織体の作製方法。
  25.  心棒の周囲に巻き付いたリング状の立体組織体が得られた後に、前記培養面を前記心棒の延在方向に移動させる培養面移動工程と、
     移動後の前記被覆培養面上に少なくとも1種の細胞を播種する、播種工程と、
     播種した前記細胞を培養して、心棒の周囲に巻き付いたリング状の前記立体組織体に隣接する、心棒の周囲に巻き付いたリング状の立体組織体を得る、培養工程と、
    の繰り返しを更に含む、請求項24に記載の立体組織体の作製方法。
  26.  全ての前記被覆培養面に前記細胞を播種し、播種した前記細胞を培養して立体組織体を得る、請求項24又は25に記載の立体組織体の作製方法。
  27.  前記播種工程において播種した前記細胞を含む立体組織体を得る、請求項24~26のいずれか一項に記載の立体組織体の作製方法。
  28.  前記培養工程の後に、前記細胞を除去して、
     前記細胞から分泌された物質を含む立体組織体を得る、請求項24~26のいずれか一項に記載の立体組織体の作製方法。
  29.  前記物質がタンパク質である、請求項28に記載の立体組織体の作製方法。
  30.  培養面に温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物で被覆された被覆領域を調製し、該被覆領域に細胞懸濁液の液滴を形成し、該液滴中で細胞培養を行い、
     ここで、前記被覆領域の表面ゼータ電位を0~50mVとする
    ことを特徴とする、細胞構造体の製造方法。
  31.  前記被覆領域に対する水の接触角を50~90°とする、請求項30に記載の細胞構造体の製造方法。
  32.  前記培養面に複数の前記被覆領域を調製する、請求項30又は31に記載の細胞構造体の製造方法。
  33.  前記被覆領域に複数の前記液滴を形成する、請求項30~32のいずれか一項に記載の細胞構造体の製造方法。
  34.  各前記被覆領域において、前記液滴の底面積を前記被覆領域の面積よりも小さくする、請求項30~33のいずれか一項に記載の細胞構造体の製造方法。
  35.  前記液滴に含まれる細胞の数を3.0×10個/mL以下とする、請求項30~34のいずれか一項に記載の細胞構造体の製造方法。
  36.  前記液滴の径を1μm~8mmとする、請求項30~35のいずれか一項に記載の細胞構造体の製造方法。
  37.  前記液滴の量を0.5~50μLとする、請求項30~36のいずれか一項に記載の細胞構造体の製造方法。
  38.  細胞培養器の培養面に、
     温度応答性ポリマー及び/又は温度応答性ポリマー組成物で被覆された第一被覆領域と、
     前記第一被覆領域の端部に設けられた、細胞接着性物質で被覆された複数の第二被覆領域と
    を準備する、準備工程と、
     細胞を前記第一被覆領域及び前記第二被覆領域に播種し、前記細胞を培養することによって、細胞構造体を調製する、播種培養工程と
    を含むことを特徴とする、細胞構造体の製造方法。
  39.  前記培養面を、細胞非接着性とする、請求項38に記載の細胞構造体の製造方法。
  40.  前記細胞接着性物質を、ラミニン、コラーゲン、フィブロネクチンからなる群から選択される少なくとも1種とする、請求項38又は39に記載の細胞構造体の製造方法。
  41.  前記第一被覆領域及び前記第二被覆領域が占める領域を、細胞非接着性の壁で囲む、請求項38~40のいずれか一項に記載の細胞構造体の製造方法。
  42.  前記第一被覆領域を、所定方向に延びる形状とし、前記第一被覆領域の前記端部を、前記所定方向についての端部とする、請求項38~41のいずれか一項に記載の細胞構造体の製造方法。
  43.  請求項38~42のいずれか一項に記載の細胞構造体の製造方法により製造されたことを特徴とする、細胞構造体。
  44.  培養面に、
     温度応答性ポリマー及び/又は温度応答性ポリマー組成物で被覆された第一被覆領域と、
     前記第一被覆領域の端部に設けられた、細胞接着性物質で被覆された複数の第二被覆領域と
    を有することを特徴とする、細胞培養器。
  45.  温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を調製する、調製工程と、
     前記温度応答性ポリマー又は前記温度応答性ポリマー組成物で、細胞培養器の培養面を被覆して、被覆細胞培養器を準備する、培養器準備工程と、
     心筋細胞と、前記心筋細胞100個に対して200~300個の割合の線維芽細胞を前記被覆細胞培養器に播種する、播種工程と、
     播種した細胞を培養して塊状の細胞構造体を得る、培養工程と
    を含むことを特徴とする、細胞構造体の製造方法。
  46.  前記播種工程において、血管内皮細胞をさらに播種する、請求項45に記載の細胞構造体の製造方法。
  47.  前記播種工程以降であって、前記細胞構造体が得られる前に、免疫系細胞を前記被覆細胞培養器にさらに添加する、請求項45又は46に記載の細胞構造体の製造方法。
  48.  前記免疫系細胞が、マクロファージ及び/又はT細胞である、請求項47に記載の細胞構造体の製造方法。
  49.  前記温度応答性ポリマー又は前記温度応答性ポリマー組成物で被覆された部分の面積が200mm以下である、請求項45~48のいずれか一項に記載の細胞構造体の製造方法。
  50.  温度応答性ポリマー又は温度応答性ポリマー組成物を調製する、調製工程と、
     前記温度応答性ポリマー又は前記温度応答性ポリマー組成物で、細胞培養器の培養面を被覆して、被覆細胞培養器を準備する、培養器準備工程と、
     肝細胞と、前記肝細胞100個に対して10~50個の割合の線維芽細胞を前記被覆細胞培養器に播種する、播種工程と、
     播種した細胞を培養して塊状の細胞構造体を得る、培養工程と
    を含むことを特徴とする、細胞構造体の製造方法。
  51.  前記播種工程において、血管内皮細胞をさらに播種する、請求項50に記載の細胞構造体の製造方法。
  52.  前記播種工程において、脂肪細胞をさらに播種する、請求項50又は51に記載の細胞構造体の製造方法。
  53.  前記播種工程において、前記肝細胞100個に対して前記脂肪細胞を10~50個の割合で、且つ前記線維芽細胞100個に対して前記脂肪細胞を100~500個の割合で播種する、請求項52に記載の細胞構造体の製造方法。
  54.  前記播種工程以降であって、前記細胞構造体が得られる前に、免疫系細胞を前記被覆細胞培養器にさらに添加する、請求項50~53のいずれか一項に記載の細胞構造体の製造方法。
  55.  前記免疫系細胞が、単球、顆粒球、リンパ球、及びマクロファージからなる群から選択される少なくとも1種である、請求項54に記載の細胞構造体の製造方法。
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