WO2020105381A1 - 細胞デバイス、細胞デバイスの製造方法及び細胞デバイスの移植方法 - Google Patents

細胞デバイス、細胞デバイスの製造方法及び細胞デバイスの移植方法

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WO2020105381A1
WO2020105381A1 PCT/JP2019/042406 JP2019042406W WO2020105381A1 WO 2020105381 A1 WO2020105381 A1 WO 2020105381A1 JP 2019042406 W JP2019042406 W JP 2019042406W WO 2020105381 A1 WO2020105381 A1 WO 2020105381A1
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cell
carrier
cell device
aggregates
aggregate
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PCT/JP2019/042406
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優史 丸山
正樹 松森
酒井　康行
満利恵 篠原
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株式会社日立製作所
国立大学法人 東京大学
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a cell device used for cell transplantation, a method for manufacturing the cell device, and a method for transplanting the cell device.
  • pancreatic islets are a group of cells in which several types of cells are organized with blood vessels, including ⁇ cells that produce glucagon that raises blood glucose levels and ⁇ cells that produce insulin that lowers blood glucose levels. It is distributed in. Compared with pancreas transplantation, islet transplantation is less burdensome on donors and patients, and thus the number of transplants is expected to increase in the future.
  • pancreatic islets transplanted to the patient die to a considerable extent due to an immune reaction and insufficient supply of oxygen and nutrients, resulting in dysfunction. Therefore, in the current islet transplantation, islets are transplanted to a patient multiple times in order to obtain a necessary therapeutic effect, and islets to be transplanted are collected from multiple donors. The donor-provided islets are instilled into the portal vein of a locally anesthetized patient.
  • Patent Document 1 describes a chamber for an artificial organ in which a container to which an immunoisolation membrane is adhered is filled with chitin serving as a cell carrier.
  • cell transplantation therapy such as pancreatic islet transplantation
  • pancreatic islet transplantation in order to achieve both high therapeutic effect and low invasiveness, it is necessary to retain cells used for treatment in a small volume in the living body at a high number density.
  • Cells such as pancreatic islets have the property of forming cell aggregates (spheroids) in which cells are aggregated three-dimensionally, and in order to exert an effective therapeutic effect in the state of cell aggregates, cells including inside the cell aggregates are included. In addition, sufficient oxygen etc. must be supplied to the whole.
  • the diffusion rate of oxygen in the gel cannot be said to be high, and oxygen supply may be insufficient.
  • the total volume of the microcapsule is relatively large, there is a problem that the invasion of tissue is expanded.
  • the microcapsules have a drawback that they are difficult to collect because they are dispersed in tissues.
  • the artificial organ chamber described in Patent Document 1 uses chitin as a carrier for cells and is obtained by impregnating chitin with pancreatic cells or a substrate, but retains cells used for treatment at a high number density. It is unclear what can be done. In order to continuously obtain a high therapeutic effect by cells, it is also necessary to secure sufficient supply of oxygen and nutrients to the cell aggregates retained at high density.
  • the present invention is capable of holding cell aggregates at a high number density, and is capable of achieving both high therapeutic effect and low invasiveness due to cell aggregates, and production of cell devices.
  • An object of the present invention is to provide a method and a method for transplanting a cell device.
  • a cell device is a cell device used for cell transplantation, and includes a carrier for supporting cell aggregates, and a housing covering the carrier, Has a porous base material and a cell adhesive layer formed of cell adhesive molecules on the surface of the base material.
  • a method for producing a cell device is a method for producing a cell device used for cell transplantation, wherein the cell device includes a carrier for supporting cell aggregates, and a casing covering the carrier. And a carrier having a porous substrate, and a cell adhesive layer constituted by cell adhesive molecules attached to the surface of the substrate, wherein the production method comprises
  • the method includes the steps of accommodating in a casing and introducing the cell aggregates into the pores of the carrier accommodated in the casing by applying a compulsive force.
  • the manufacturing method a step of introducing the cell aggregate into the pores of the carrier by forcibly applying force, and a step of accommodating the carrier in which the cell aggregate has been introduced into the housing, including.
  • a method for transplanting a cell device is a method for transplanting a cell device, wherein the cell device comprises a carrier for supporting cell aggregates, and a casing covering the carrier,
  • the carrier has a porous base material, and a cell adhesive layer composed of cell adhesive molecules attached to the surface of the base material, and the transplantation method is the cell into which a cell aggregate has been introduced.
  • the step of implanting the device in a living body other than a human being is included.
  • ADVANTAGE OF THE INVENTION it is possible to hold
  • Methods and methods for implanting cellular devices can be provided.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a cell device according to an embodiment of the present invention.
  • the cell device 1 according to the present embodiment includes a carrier 20 for carrying the cell aggregate 10 and a housing 30 covering the carrier 20.
  • FIG. 1 schematically shows the cell device 1 in which the cell aggregates 10 are carried on the carrier 20, but the cell aggregates 10 may be used immediately before the cell device 1 is transplanted. Can be supported on the substrate.
  • the cell device 1 is used for cell transplantation in which cells are transplanted into a living body.
  • the cell device 1 carries a cell aggregate (spheroid) 10 in which cells are aggregated three-dimensionally by cell adhesion.
  • a normal cell function similar to that in vivo expressed by the cell aggregate 10 can be utilized in the living body of the transplant destination.
  • the cell aggregate 10 is not particularly limited in the type of cells constituting the cell aggregate.
  • Examples of the cell aggregate 10 include cells that secrete physiologically active substances such as hormones and cytokines that are effective in the treatment of various diseases, cells that have the ability to metabolize various physiologically active substances, drugs, nutrients, and the like. It is possible to use a cell mass composed of other cells that substitute the function of the normal cells of.
  • the cell aggregate 10 may be composed of a single type of cell, or may be composed of a plurality of types of cells.
  • the carrier 20 of the cell device 1 may carry a single type of cell aggregate 10, or may carry a plurality of types of cell aggregate 10.
  • the cell aggregate 10 may be a cell mass including constituent elements other than cells. Examples of components other than cells include a carrier for aggregating the cell aggregates 10 and a surface coating for immunotolerization.
  • the cells constituting the cell aggregate 10 include pancreatic cells such as pancreatic islets, pancreatic ⁇ cells, pancreatic ⁇ cells, established ⁇ cells, established ⁇ cells, and hepatocytes, established hepatocytes, and the like. ..
  • pancreatic cells such as pancreatic islets, pancreatic ⁇ cells, pancreatic ⁇ cells, established ⁇ cells, established ⁇ cells, and hepatocytes, established hepatocytes, and the like. ..
  • the cell device 1 can be used for cell transplantation therapy for treating diabetes.
  • the cells constituting the cell aggregate 10 can be used regardless of their origin.
  • the cells constituting the cell aggregate 10 may be primary cells directly collected from a tissue or the like, cell lines added with proliferative ability, or cells obtained by differentiating stem cells.
  • the cell aggregate 10 has cells that assist and enhance the functions of these cells, cells that form blood vessel-like structures, and reporter genes introduced.
  • the cells may be included in the cells.
  • cells into which a reporter gene has been introduced can be used for non-invasively detecting the environment of the cell device 1.
  • the average diameter of the cell aggregate 10 is not particularly limited, but is preferably 40 ⁇ m or more, more preferably 70 ⁇ m or more. Further, it is preferably 400 ⁇ m or less, and more preferably 200 ⁇ m or less. When the diameter of the cell aggregate 10 exceeds about 400 ⁇ m, even if the oxygen partial pressure of the tissue at the transplant destination is sufficiently high, the inside of the cell aggregate 10 easily falls into oxygen deficiency, and the cells inside the cell aggregate 10 easily. I will die. On the other hand, when the diameter of the cell aggregate 10 is 40 ⁇ m or 400 ⁇ m or less, the cells are three-dimensionally organized and oxygen is sufficiently supplied, so that a high therapeutic effect is continuously maintained. Obtainable. However, when a blood vessel-like structure is formed inside the cell aggregate 10, the average diameter of the cell aggregate 10 may exceed 400 ⁇ m.
  • the number density of the cell aggregates 10 is preferably 1 ⁇ 10 4 cells / cm 3 or more and 1 ⁇ 10 6 cells / cm 3 or less per carrier 20.
  • the number density of the cell aggregates 10 is 1 ⁇ 10 6 cells / cm 3 or less, it can be easily supported on the porous carrier 20.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing a carrying structure of the cell device according to the embodiment of the present invention.
  • the carrier 20 of the cell device 1 has a porous base material 21 and a cell adhesive layer 22 formed on the surface of the base material 21 by cell adhesive molecules. ing.
  • FIG. 2 schematically shows the structure of the carrier 20 when the cell aggregate 10 is carried on the surface of the carrier 20, but the cell aggregate 10 can be used immediately before the cell device 2 is transplanted. 20 can be carried.
  • cell aggregates in which cells are three-dimensionally aggregated are easily separated by gravity, vibration, liquid flow, etc., even if they are once adsorbed on the surface of the carrier, so it is desirable to firmly support them on the surface of the carrier.
  • Cell aggregates have a small specific surface area compared to isolated cells and have poor adsorptivity by themselves, so contact time between the carrier and cell aggregates is required to firmly support them on the surface of the carrier. Is.
  • the supply of oxygen and nutrients should be performed to the whole cell aggregates.
  • the cell aggregate 10 easily passes through the pores when the carrier 20 is loaded with the cell aggregate 10, so that the carrier 20 and the cell aggregate 10 do not pass.
  • the contact time with 10 becomes short.
  • the contact time is shortened, it becomes difficult for the cell aggregates 10 to be carried on the surface of the carrier 20, and it is difficult to sufficiently increase the number density of the cell aggregates 10.
  • the carrier 20 is loaded with the cell aggregates 10, the cell aggregates 10 that pass through the pores and fall off to the outside increase.
  • the pore size is large, the cell aggregates 10 can easily reach the deep part of the carrier 20, but after transplantation into a living body, there is a relation that the liquid flow for exfoliating the cell aggregates 10 easily hits.
  • the pore diameter of the carrier 20 of the cell device 1 is extremely small, it becomes difficult for the cell aggregate 10 having a large diameter to enter the pores when the cell aggregate 10 is carried on the carrier 20.
  • the cell aggregates 10 reach the deep part of the carrier 20 and be carried in the carrier 20 discretely.
  • a compulsory force that causes the aggregate 10 to enter the narrow pores such as a pressure difference or a centrifugal force, is required.
  • the contact time between the carrier 20 and the cell aggregate 10 becomes short, which is a problem.
  • the pore diameter of the carrier 20 is set to a medium level. It can be said that it is desirable to have an appropriate size. Specifically, the present inventors have confirmed that an appropriate pore size is about several times the diameter of the cell aggregate 10. In general, it is advantageous that the contact time between the carrier 20 and the cell aggregate 10 is long at one contact point.
  • the carrier 20 in which the cell adhesive layer 22 composed of cell adhesive molecules is provided on the surface of the porous substrate 21 is used.
  • the cell aggregate 10 can be firmly supported by utilizing the action of the cell adhesive molecule. Even if the contact time between the carrier 20 and the cell aggregate 10 is short, the adsorptivity is supplemented by the action of the cell adhesive molecule, so that when the carrier 20 is loaded with the cell aggregate 10, the cell aggregate 10 is subjected to a forced force. It is also possible to infiltrate into the pores by making it possible to achieve both ease of loading the cell aggregates 10 in the pores and retention of the cell aggregates 10 after loading.
  • the base material 21 can be formed of a porous material having pores capable of supporting the cell aggregate 10.
  • the material of the base material 21 is not particularly limited as long as it does not exhibit short-term toxicity to the cell aggregate 10 and the living body of the transplant destination and long-term toxicity after transplantation.
  • biocompatible materials include natural polymer materials such as chitin, chitosan, glycosaminoglycan, collagen, gelatin, cellulose and cellulose acetate, synthetic polymer materials such as silicone, polyurethane and polystyrene, and stainless steel. , Co-Cr-Mo alloy, Ti-6Al-4V alloy, and other metal materials, hydroxyapatite, alumina, zirconia, Na 2 O-CaO-P 2 O 5 -CaF 2 -B 2 O 3 -SiO 2 -based glass Inorganic materials such as Na 2 O—CaO—P 2 O 5 —SiO 2 based glass containing Al 2 O 3 and B 2 O 3 can be used.
  • natural polymer materials such as chitin, chitosan, glycosaminoglycan, collagen, gelatin, cellulose and cellulose acetate
  • synthetic polymer materials such as silicone, polyurethane and polystyrene
  • stainless steel and stainless steel.
  • the material of the base material 21 it is particularly preferable to use a polymer material because it has flexibility and moldability, and the porous carrier 20 can be easily manufactured.
  • a polymer material for example, chitin, polyurethane, and silicone are biocompatible polymer materials and are suitable for producing the porous carrier 20, and thus are preferably used as the material of the base material 21.
  • the base material 21 preferably has a structure in which a plurality of pores communicate with each other and the pores penetrate the base material 21 itself.
  • the carrier 20 has good air permeability and liquid permeability, so that sufficient oxygen and nutrients can be reliably supplied to the cell aggregates 10 carried on the carrier 20. .. Further, when the carrier 20 is loaded with the cell aggregates 10, the cell aggregates 10 can reach the deep portion of the carrier 20, so that the cell aggregates 10 can be loaded discretely.
  • the base material 21 may have regularly arranged pores or irregularly arranged pores.
  • the base material 21 preferably has a structure in which a plurality of pores communicate with each other in a non-linear shape.
  • the carrier 20 When the carrier 20 is loaded with the cell aggregates 10, it is desired that the cell aggregates 10 are forced into the pores so as to reach the deep portion of the carrier 20. .. Further, it is desired that the cell aggregate 10 that has penetrated into the pores is firmly adhered to the carrier 20 so that the cell aggregate 10 does not pass through the pores and fall out. If the pores have a non-linear shape, the cell aggregates 10 that have penetrated into the pores are easily trapped. Therefore, the cell aggregates 10 are firmly supported on the surface of the carrier 20 and supported on the carrier 20. The number density of the cell aggregates 10 can also be increased.
  • the base material 21 can be in the form of, for example, a non-woven fabric, a woven fabric, a mesh, a sponge, a foam, a film-removing foam, or the like. It is preferable to have a body shape. These forms have a structure in which the pores communicate with each other, and a plurality of pores communicate with each other in a non-linear shape, so that the cell aggregate 10 is discretely high. It can be supported at a number density, and the carrier 20 has good air permeability and liquid permeability. In addition, when the carrier 20 is loaded with the cell aggregates 10, the cell aggregates 10 that have entered the pores are easily trapped, and the cell aggregates 10 once adsorbed are less likely to be exposed to a strong liquid flow. It is possible to avoid peeling of the aggregate 10.
  • the base material 21 has a structure in which a plurality of pores communicate with each other in a linear shape, for example, a honeycomb-like structure.
  • a structure in which the pores are not in communication with each other for example, a foam shape such as a heat insulating material cannot allow the cell aggregate 10 to reach the deep part of the carrier 20, and the air permeability and liquid permeability of the carrier 20. It is not preferable because it is bad
  • the cell adhesion layer 22 can be formed by cell adhesion molecules that can adhere to the cell aggregate 10.
  • the cell adhesive molecule an appropriate molecule exhibiting adhesiveness to cells can be used depending on the type of the cell aggregate 10. However, a cell adhesive activity specific to a predetermined cell / extracellular molecule can be used.
  • the natural type cell adhesion molecule shown and the synthetic type cell adhesion molecule are particularly preferably used.
  • the cell adhesive molecule for example, proteinaceous molecules such as laminin, fibronectin, vitronectin and collagen, and non-proteinaceous molecules such as peptides having an RDG motif can be used.
  • a human-derived cell adhesive molecule is more preferable, and laminin or fibronectin is particularly preferable because it shows strong adhesiveness to pancreatic cells and the like.
  • the cell adhesive layer 22 may be formed by physically adsorbing the cell adhesive molecule on the surface of the base material 21 or by chemically adsorbing (chemically bonding) the cell adhesive molecule.
  • a physical adsorption method is more preferable because a simple coating method such as dip coating can be used.
  • the cell adhesive layer 22 may contain other components such as a stabilizer in addition to the cell adhesive molecule.
  • a stabilizer for example, saccharides such as sucrose, polyols such as glycerol, amino acids such as glycine, and the like can be used.
  • saccharides such as sucrose, polyols such as glycerol, amino acids such as glycine, and the like can be used.
  • saccharides when saccharides are added as stabilizers to proteinaceous cell-adhesive molecules, the higher-order structure of the proteinaceous cell-adhesive molecules is stabilized, so that when the carrier 20 is stored in a dry state, high cell adhesion is achieved. The activity can be maintained.
  • the carrier 20 preferably has a porosity of 50% or more and 99% or less.
  • the porosity of the carrier 20 is high, the mechanical strength of the carrier 20 may be insufficient, but it may be reinforced by the extracellular matrix (ECM) formed by the cell aggregate 10.
  • ECM extracellular matrix
  • the porosity is defined as the ratio of the volume of pores in the apparent total volume of the carrier 20.
  • the carrier 20 preferably has a pore opening ratio of 50% or more.
  • the higher the opening ratio of the pores the more the large number of cell aggregates 10 having a large diameter can penetrate into the pores of the carrier 20 when the carrier 20 is loaded with the cell aggregates 10. Therefore, the cell aggregates 10 can be supported discretely, and the number density of the cell aggregates 10 supported on the carrier 20 can be increased.
  • the opening ratio of the pores is defined as the ratio of the area of the openings to the apparent surface area of the carrier 20.
  • the housing 30 can be formed in an appropriate shape and material as long as it can accommodate the carrier 20 and can utilize the cell function of the cell aggregate 10.
  • the housing 30 may be formed of, for example, a rigid container, a flexible film or film, or a combination thereof.
  • the casing 30 has a structure in which the entire surface is formed of a film / membrane, and a physiologically active substance secreted by the cell aggregate 10 or a component to be transplanted which is metabolized by the cell aggregate 10 can pass through the entire surface of the casing 30.
  • the housing 30 may be formed by combining a container and a film / membrane, and may have a structure in which a physiologically active substance, a component of a transplant destination, and the like can pass through only a part of the surface of the housing 30.
  • the housing 30 is formed of a mesh film, a porous film, or a semipermeable film.
  • a permeable film / membrane is used, a physiologically active substance secreted by the cell aggregate 10 or a transplant metabolized by the cell aggregate 10 is prevented while preventing a large foreign substance from entering the inside of the cell device 1.
  • the above components and the like can be transmitted in and out at a relatively high diffusion rate.
  • At least a part of the housing 30 is formed of an immunoisolation membrane that blocks passage of immune cells.
  • an immunoisolation membrane such as a semipermeable membrane, it is possible to avoid an immune reaction from the cell aggregates 10 as foreign matter when the cell device 1 is transplanted. The therapeutic effect of can be obtained more continuously.
  • the material of the casing 30 is not particularly limited as long as it does not exhibit short-term toxicity to the cell aggregate 10 and the living body at the transplant destination and long-term toxicity after transplantation.
  • a material of the housing 30 it is preferable to use a biocompatible material whose safety is generally confirmed from the viewpoint of avoiding the influence on the living body after transplantation, and all components are biocompatible and of high medical grade. Molecular materials are more preferred.
  • the material of the housing 30 may be a bioabsorbable material.
  • the material of the housing 30 include porotetrafluoroethylene (PTFE), silicone, cellulose, cellulose acetate, styrene-isobutylene-styrene block copolymer (SIBS), polyurethane, polypropylene, polycaprolactam, and the like.
  • PTFE porotetrafluoroethylene
  • SIBS styrene-isobutylene-styrene block copolymer
  • polyurethane polypropylene
  • polycaprolactam polycaprolactam
  • the method for producing a cell device includes a step of producing the cell device having a carrier and a housing, and a step of supporting cell aggregates on the produced cell device.
  • the cell aggregate 10 can be introduced into the previously sterilized cell device 1 immediately before transplanting the cell device 1 into a living body, and can be carried on the surface of the carrier 20.
  • the step of producing a cell device further includes a base material producing step of producing a porous base material and an adsorption step of adsorbing a cell adhesive molecule on the surface of the porous base material to form a cell adhesive layer. And, including.
  • the base material manufacturing process can be performed using an appropriate manufacturing method depending on the material and form of the porous base material 21.
  • the pore diameter is about several times the average diameter of the cell aggregate 10 to be carried, and the pores having such a pore diameter communicate with each other in a non-linear shape and It is performed so as to penetrate the material 21 itself.
  • a method may be used in which a web made of fibers having an appropriate wire diameter is produced, a plurality of webs are laminated to adjust the density, and the laminated webs are bonded together.
  • a method for producing a web a wet laminating method, a dry laminating method, or the like can be used.
  • the method for bonding the webs may be either physical adhesion or chemical adhesion.
  • the non-woven material chitin, collagen, gelatin, cellulose, cellulose acetate and the like can be preferably used.
  • a sacrificial template material for forming pores is dispersed in a monomer or macromonomer, and the contact state / dispersion density of the dispersed sacrificial template materials are adjusted and After forming the molded body, a method of removing the sacrificial template material from the molded body or a method of causing phase separation by cooling the monomer or macromonomer after the melting or evaporation of the solvent can be used.
  • the sponge-like material silicone, polystyrene or the like can be preferably used.
  • a soluble material such as sodium chloride or saccharide can be used depending on the material of the base material 21.
  • a foam having an appropriate pore size is formed by using a method of foam-polymerizing a monomer that generates a gas during polymerization, a method of polymerizing the monomer while mixing the gas, or the like. It is possible to use a method of removing the cell membrane that connects the cells in the foam.
  • a method of film removal treatment for example, solvent treatment, heat treatment, blast treatment or the like can be used.
  • the material in the form of the film-removing foam polyurethane, polystyrene or the like can be preferably used.
  • the adsorption step can be carried out by applying the cell adhesive molecule to the surface of the base material 21 and holding the cell adhesive molecule for a predetermined time to physically or chemically adsorb (chemically bond) the cell adhesive molecule.
  • the cell-adhesive molecule can be applied by using an application coating method, a dip coating method, a spray coating method, etc., by dispersing the cell adhesive molecule in an aqueous solution.
  • the cell adhesive molecule may be applied to the base material 21 that has been surface-treated in advance.
  • the surface treatment method include plasma treatment, corona discharge treatment, ultraviolet irradiation treatment, ultraviolet irradiation / ozone treatment, chemical modification treatment, and coating treatment.
  • the hydrophobic base material 21 is made hydrophilic by surface treatment, the wettability of the pores is improved, so that the coating liquid of cell adhesive molecules and the cell aggregate 10 are suspended.
  • the turbid aqueous solution can penetrate deep into the pores.
  • chemisorption is used, a functional group for forming a covalent bond can be introduced.
  • the step of supporting the cell aggregate on the cell device further includes a step of accommodating the carrier in the housing and a step of introducing the cell aggregate into the pores of the carrier.
  • the accommodation step and the cell aggregate introduction step are not limited to before and after.
  • the accommodation step may be performed first to introduce the cell aggregate 10 into the carrier 20 accommodated in the housing 30, or the cell aggregate introduction step may be performed first to form the carrier 20 into which the cell aggregate 10 has been introduced. It may be housed in the body 30.
  • ⁇ Containing process is performed under aseptic conditions. It is preferable that the inner surface of the housing 30 accommodating the carrier 20 is previously subjected to a blocking treatment for preventing non-specific adsorption.
  • the carrier 20 and the housing 30 are preferably sterilized in advance by an appropriate sterilization method such as gamma ray sterilization or ultraviolet sterilization.
  • the cell aggregate introducing step can be performed using a suspension in which the cell aggregate 10 is adjusted to a predetermined number density.
  • the introduction of the cell aggregates 10 into the pores is performed by immersing the carrier 20 in a suspension in which the cell aggregates 10 are suspended, or a suspension in which the cell aggregates 10 are suspended in the stationary carrier 20.
  • the cell aggregate 10 can be adhered to the cell adhesive molecule in the pores by introducing the cell aggregate 10 into the pores of the carrier 20 and holding it for a predetermined time. ..
  • the introduction of the cell aggregates 10 into the pores is preferably performed by applying a compulsory force to the cell aggregates 10.
  • a compulsory force for introducing the cell aggregate 10 into the pores for example, a pressure difference, a centrifugal force or the like can be used.
  • the pores of the carrier 20 have such a size that the cell aggregate 10 does not pass through and fall off, and the pore size is small enough to easily trap the cell aggregate 10.
  • the cell aggregate 10 can surely reach the deep portion of the carrier 20. Therefore, the cell aggregates 10 can be supported on the carrier 20 in a discrete state where oxygen and nutrients are easily supplied and in a high number density.
  • a suspension in which the cell aggregates 10 are suspended is pressurized to generate a pressure difference, and the pressurized suspension is applied to the carrier 20 by the pressure difference.
  • the carrier 20 or by depressurizing one side of the carrier 20 to generate a pressure difference and suspending the suspension of the cell aggregates 10 from the other side of the carrier 20 by pressure difference inside the pore.
  • a method in which the carrier 20 is subjected to a centrifugal separator to generate a centrifugal force and the suspension in which the cell aggregates 10 are suspended is sucked into the pores from the center of rotation by centrifugal force. be able to.
  • the cell device 1 can be used for cell transplantation therapy in which the function of the cell aggregate 10 is utilized in vivo.
  • the cell device 1 can be used for a treatment in which the cell function of the cell aggregate 10 carried and carried in a living body of a human or an animal other than a human is utilized.
  • the site where the cell device 1 is implanted may be an appropriate site according to the purpose of treatment, such as a subcutaneous tissue, a peri-organic cavity, an abdominal cavity, an omentum, an organ defect portion, a tissue defect portion, or the like.
  • the transplanted cell device 1 can be recovered outside the body as necessary at the end of treatment or when the cell aggregate 10 fails.
  • the cell device 1 can be used for in vitro applications before transplantation to a living body.
  • the cell device 1 is used for maintenance culture for maintaining the function of the cell aggregate 10, expansion culture for growing the cell aggregate 10, and differentiation / induction of cells constituting the cell aggregate 10. It can be used for applications such as induction culture. By carrying out such culture before transplantation, a normal cell function similar to that in vivo by the cell aggregate 10 can be obtained in the living body of the transplant destination.
  • the cell device 1 can be used for in vivo applications for purposes other than treatment of a living body.
  • the cell device 1 can be used for applications such as inspection of the environment in the living body, inspection / diagnosis of functions of organs / tissues, operation / verification of action of drugs and physiologically active substances, and the like.
  • cells constituting the cell aggregate 10 cells having metabolic ability for various physiologically active substances, drugs, nutrients, etc., cells into which a reporter gene has been introduced, etc. can be used for purposes other than therapy. ..
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing a cell device according to a modified example of the present invention.
  • the above-described cell device including a carrier and a housing is a cell device of a system that supplies oxygen to a cell aggregate 10 from an oxygen source outside the device after transplantation to a living body (according to a modification example).
  • Cell device 2 may be used.
  • FIG. 3 schematically shows the cell device 2 in which the cell aggregate 10 is carried on the carrier 20, but the cell aggregate 10 may be used immediately before the cell device 2 is transplanted. Can be supported on the substrate.
  • the cell device 2 shown in FIG. 3 includes a carrier 20, a housing 30A, and an oxygen permeable membrane 40 that partitions the inside of the housing 30A into a cell chamber and a cavity.
  • the oxygen permeable membrane 40 is formed by a membrane that is permeable to oxygen molecules but is impermeable to larger molecules such as physiologically active substances secreted by the cell aggregate 10 and external foreign substances.
  • the casing 30A can be formed of the same material as the casing 30 of the cell device 1 described above.
  • one space inside the housing 30A separated by the oxygen permeable membrane 40 becomes a cell chamber and a space for holding the carrier 20 and the cell aggregate 10. Further, the other space in the housing 30A becomes a hollow portion in which the carrier 20 and the cell aggregate 10 are not held.
  • the portion of the housing 30A that covers the cell chamber can be formed of the same film or film as the housing 30 of the cell device 1.
  • the portion that covers the cavity is formed of a material that does not easily transmit oxygen molecules.
  • the housing 30A includes a supply pipe 31 for supplying oxygen from the outside of the cell device 2 to the cell aggregate 10 in the housing 30A. Further, the housing 30A includes a discharge pipe 32 for discharging the gas or liquid supplied into the housing 30A to the outside of the cell device 2.
  • the cell device 2 is implanted in the living body so that the supply pipe 31 and the discharge pipe 32 are exposed outside the living body. Other configurations and usage of the cell device 2 are the same as those of the cell device 1 described above.
  • an external oxygen source is connected to the supply pipe 31 exposed to the outside of the living body, so that a gas containing oxygen and dissolved oxygen are introduced into the cavity of the housing 30A. Can be supplied. Since the oxygen introduced into the cavity passes through the oxygen permeable membrane 40 and is supplied to the cell aggregate 10, oxygen can be supplied to the cell aggregate 10 aseptically. After that, the exhaust gas and the liquid in the cavity are collected through the discharge pipe 32 and are circulated for the supply of oxygen.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing a cell device according to a modified example of the present invention.
  • the above-mentioned cell device provided with a carrier and a housing is a cell device of a system in which oxygen is supplied from an oxygen source in the device to the cell aggregates 10 after transplantation to a living body (according to a modification The cell device 3 may be used.
  • FIG. 4 schematically shows the cell device 3 in which the cell aggregate 10 is carried on the carrier 20, the cell aggregate 10 may be used immediately before the cell device 3 is transplanted. Can be supported on the substrate.
  • the cell device 3 shown in FIG. 4 includes a carrier 20, a housing 30B, and an oxygen permeable membrane 40 that partitions the inside of the housing 30B into a cell chamber and a cavity.
  • the oxygen permeable membrane 40 is formed by a membrane that is permeable to oxygen molecules but is impermeable to larger molecules such as physiologically active substances secreted by the cell aggregates 10 and external foreign substances. ..
  • the housing 30B can be formed of the same material as that of the housing 30 of the cell device 1.
  • one space in the housing 30B separated by the oxygen permeable membrane 40 becomes a cell chamber and a space in which the carrier 20 and the cell aggregate 10 are held. Become. Further, the other space in the housing 30B becomes a hollow portion in which the carrier 20 and the cell aggregate 10 are not held.
  • the portion of the housing 30B that covers the cell chamber can be formed of the same film or film as the housing 30 of the cell device 1.
  • the portion that covers the cavity is formed of a material that does not easily transmit oxygen molecules.
  • the housing 30B contains an oxygen sustained release agent (oxygen source) 50 for supplying oxygen to the cell aggregates 10 in the housing 30B.
  • oxygen sustained-release agent 50 a substance that continues to release oxygen gas for a long time, such as artificial blood, magnesium peroxide, calcium peroxide, or the like can be used.
  • the cell device 3 is embedded in the living body after the oxygen-releasing agent 50 is housed in the housing 30B. Other configurations and usage of the cell device 3 are similar to those of the cell device 1 described above.
  • the oxygen sustained-release agent 50 continues to release oxygen to the cavity inside the housing 30B after transplantation, and therefore oxygen is not supplied to the cell aggregate 10 without supplying oxygen from outside the device. Can be continuously supplied. Since there is no need to connect to an external oxygen source after transplantation, the transplant destination is not limited to a site close to the body surface such as subcutaneous tissue, and a case where the cell aggregate 10 with high oxygen demand is used Also, the durability of the therapeutic effect can be improved.
  • the cell device shown in FIGS. 3 and 4 includes an oxygen source for supplying oxygen to the cell aggregates 10, an environment detection function for detecting environmental conditions in the living body of the transplant destination, and an organ of the transplant destination.
  • -Other functions such as an inspection / diagnosis function for measuring the function of the organization and a device for operating the function may be provided.
  • an oxygen sensor that detects an oxygen partial pressure, a glucose sensor that measures a glucose concentration, a pressure sensor that measures a load applied to a cell device, and the like can be provided.
  • the carrier for supporting the cell aggregate since the carrier for supporting the cell aggregate has a porous base material, a cell aggregate larger than the isolated cell is produced. It can be retained in a porous carrier at a discrete and high number density. Even when the cell aggregates are carried at a high number density that gives a high therapeutic effect, the cell aggregates are held discretely, so that oxygen and nutrients are reliably supplied to the inside of the cell aggregates. It is possible to significantly improve the engraftment rate of cell aggregates. Further, since the carrier for supporting the cell aggregate has the cell adhesive layer composed of the cell adhesive molecule, such a discrete and high number density supporting state can be obtained by using a base material having an appropriate pore diameter. In use, it can be realized reliably and easily by utilizing the action of cell adhesive molecule.
  • a carrier having a porous base material and a cell adhesive layer composed of cell adhesive molecules can be designed with an appropriately increased porosity and open area ratio of the carrier. Even with a carrier thinned to about 0.5 mm, cell aggregates can be carried discretely and at a high number density. With such a carrier, it is possible to maintain 3 ⁇ 10 8 insulin-producing cell spheroids, which are said to have an effective therapeutic effect, in a small volume in vivo for a long period of time. Therefore, according to the above-described method for producing a cell device and the method for transplanting a cell device, it is possible to retain cell aggregates at a high number density, and a high therapeutic effect and low invasiveness due to the cell aggregates can be achieved. It can be compatible.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
  • the present invention is not necessarily limited to those having all the configurations of the above-described embodiments and modifications. A part of the configuration of a certain embodiment or a modification is replaced with another configuration, a part of the configuration of a certain embodiment or a modification is added to another configuration, the configuration of a certain embodiment or the modification Can be omitted.
  • Example 1 A sponge-like silicone was used as a base material of the carrier to prepare a carrier for a cell device.
  • a mixture of silicone elastomer and porogen (polystyrene, sodium chloride, saccharide) is compressed into a disc shape to adjust the contact state and dispersion density of the porogens, and polymerize by heating to solidify the disc shaped body. It was Then, the porogen was dissolved and removed (polystyrene: toluene, sodium chloride / sugar: water) to obtain a base material which was a sponge-like silicone. The obtained substrate was washed and hydrophilized by plasma treatment. Then, a laminin solution was applied to the surface of the base material and physically adsorbed to obtain a sponge-like silicone carrier having a cell adhesion layer made of laminin.
  • porogen polystyrene, sodium chloride, saccharide
  • ⁇ Filling of cell aggregates The prepared carrier was placed in a low-adhesion well plate that had been surface-treated to give a low-adhesion surface. Then, a suspension of pancreatic ⁇ -cell-derived MIN6 cell line was added onto the carrier so that the number density of cell aggregates was 3 ⁇ 10 6 cells-spheroid / cm 2 . The well plate was spun at 50 rpm for 30 minutes to apply centrifugal force. After that, the carrier was transferred to another well plate, and the cell aggregates remaining in the original well plate were counted. As a result, it was confirmed that 90% or more of the seeded cell aggregate remained in the state of being adhered to the carrier.
  • the carrier carrying the MIN6 cell line was immersed in a low-adhesion well plate to carry out maintenance culture of the carried MIN6 cell line.
  • the medium was changed every two days, and the concentration of insulin contained in the medium was measured every time the medium was changed.
  • the amount of secreted insulin gradually increased after the start of culturing and reached a substantially steady state after 6 days. It was confirmed that the insulin concentration after 6 days and the insulin concentration after 14 days were almost equivalent, and the cell aggregates with high oxygen demand were carried at high density and their function could be kept high.
  • Example 2 A non-woven fabric chitin was used as a base material of the carrier to prepare a carrier for the cell device.
  • ⁇ Filling of cell aggregates> The prepared carrier was placed in a low-adhesion well plate that had been surface-treated to give a low-adhesion surface. Then, a suspension of pancreatic ⁇ -cell-derived MIN6 cell line was added onto the carrier so that the number density of cell aggregates was 3 ⁇ 10 6 cells-spheroid / cm 2 . The well plate was allowed to stand for 30 minutes. Then, the carrier was transferred to another well plate, and the cell aggregates remaining in the original well plate were counted. As a result, it was confirmed that 90% or more of the seeded cell aggregates remained in a state of being adhered to the carrier.
  • the carrier carrying the MIN6 cell line was immersed in a low-adhesion well plate to carry out maintenance culture of the carried MIN6 cell line.
  • the medium was changed every two days, and the concentration of insulin contained in the medium was measured every time the medium was changed.
  • the amount of secreted insulin gradually increased after the start of culturing and reached a substantially steady state after 6 days. It was confirmed that the insulin concentration after 6 days and the insulin concentration after 14 days were almost equivalent, and the cell aggregates with high oxygen demand were carried at high density and their function could be kept high.
  • Example 3 A carrier for a cell device was prepared by using a defoamed foam-like polyurethane as a base material of the carrier.
  • a base material “ester-based soft urethane foam Moltoprene SC” manufactured by INOAC, density: 31 kg / m 3 ) which is a polyurethane film-removing foam was subjected to washing and hydrophilization by plasma treatment. Then, a solution of laminin was applied to the surface of the base material and physically adsorbed to obtain a polyurethane carrier in the form of a film-removed foam having a cell adhesion layer made of laminin.
  • ⁇ Filling of cell aggregates> The prepared carrier was placed in a low-adhesion well plate that had been surface-treated to give a low-adhesion surface. Then, a suspension of pancreatic ⁇ -cell-derived MIN6 cell line was added onto the carrier so that the number density of cell aggregates was 3 ⁇ 10 6 cells-spheroid / cm 2 . The well plate was spun at 50 rpm for 30 minutes to apply centrifugal force. Then, the carrier was transferred to another well plate, and the cell aggregates remaining in the original well plate were counted. As a result, it was confirmed that 90% or more of the seeded cell aggregates remained in a state of being adhered to the carrier.
  • the carrier carrying the MIN6 cell line was immersed in a low-adhesion well plate to carry out maintenance culture of the carried MIN6 cell line.
  • the medium was changed every two days, and the concentration of insulin contained in the medium was measured every time the medium was changed.
  • the amount of secreted insulin gradually increased after the start of culturing and reached a substantially steady state after 6 days. It was confirmed that the insulin concentration after 6 days and the insulin concentration after 14 days were almost equivalent, and the cell aggregates with high oxygen demand were carried at high density and their function could be kept high.
  • Example 4 Using a non-woven fabric chitin as a base material of the carrier, a cell device having the carrier housed in a housing was produced.
  • the carrier carrying the MIN6 cell line prepared in Example 2 was housed in a housing molded with MED610 which is a medical grade biocompatible resin, and the housing was made of a hydrophilic PTFE mesh membrane. was sealed to obtain a cell device based on non-woven fabric chitin.
  • the produced cell device was immersed in a medium, and the MIN6 cell line carried by the cell device was subjected to maintenance culture. As a result, it was confirmed that the cell survival rate after 14 days was as high as 80%.
  • a base material "Ester-based soft urethane foam Moltoprene SC" manufactured by INOAC, density: 31 kg / m 3 ) which is a polyurethane film-removing foam is subjected to washing and hydrophilization by plasma treatment to have a cell adhesion layer.
  • a polyurethane carrier in the form of a film-removed foam was obtained.
  • ⁇ Filling of cell aggregates> The prepared carrier was placed in a low-adhesion well plate that had been surface-treated to give a low-adhesion surface. Then, a suspension of pancreatic ⁇ -cell-derived MIN6 cell line was added onto the carrier so that the number density of cell aggregates was 3 ⁇ 10 6 cells-spheroid / cm 2 . The well plate was allowed to stand for 30 minutes to physically adsorb the cell aggregate on the surface of the base material. Then, the carrier was transferred to another well plate, and the cell aggregates remaining in the original well plate were counted. As a result, it was confirmed that most of the seeded cell aggregates did not adhere to the carrier.
  • Example 4 a suspension of pancreatic ⁇ -cell-derived MIN6 cell line was poured into a housing formed of MED610, which is a medical grade biocompatible resin, and the housing was made of a hydrophilic mesh membrane made of PTFE. The body was sealed to obtain a carrier-free cell device.
  • MED610 which is a medical grade biocompatible resin
  • the produced cell device was immersed in a medium to maintain and culture the MIN6 cell line enclosed in the cell device. As a result, the cell aggregates not fixed to the carrier were unevenly distributed in the housing and formed coarse cell clusters. It was confirmed that the cell viability after 14 days was as low as 10%.

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Abstract

本発明は、細胞凝集体を高い数密度となるように保持することが可能であり、細胞凝集体による高い治療効果と低い侵襲性とを両立させることができる細胞デバイス、細胞デバイスの製造方法及び細胞デバイスの移植方法を提供するものである。細胞移植に用いられる細胞デバイス（１）であって、細胞凝集体（１０）を担持するための担体（２０）と、担体（２０）を覆う筐体（３０）とを備え、担体（２０）は、多孔質である基材（２１）と、基材（２１）の表面に設けられた細胞接着性分子によって構成される細胞接着層（２２）とを有する。細胞デバイスの製造方法は、担体（２０）を筐体（３０）に収容する工程と、担体（２０）の細孔に細胞凝集体（１０）を強制的な力をかけて導入する工程とを含む。細胞デバイスの移植方法は、細胞凝集体（１０）が導入された細胞デバイス（１）を、ヒトを除く生体の体内に埋植する工程を含む。

Description

細胞デバイス、細胞デバイスの製造方法及び細胞デバイスの移植方法
　本発明は、細胞移植に用いられる細胞デバイス、細胞デバイスの製造方法及び細胞デバイスの移植方法に関する。
　再生医療の分野では、内分泌系細胞やパラクライン効果を示す細胞を利用した細胞移植療法が実施されている。この種の療法では、ドナーが提供した細胞を患者に移植し、健常な細胞による内分泌を利用して治療を行っている。細胞移植療法の難易度は、治療効果を得るために必要な細胞数や、移植した細胞の酸素要求量等によって大きく左右される。
　従来、Ｉ型糖尿病の治療のために、膵島移植が行われている。膵島は、血糖値を上げるグルカゴンを産生するα細胞、血糖値を下げるインスリンを産生するβ細胞をはじめ、数種類の細胞が血管と共に組織化した塊状の細胞群であり、膵臓の組織中に島状に分布している。膵島移植は、膵臓移植と比較すると、ドナーや患者への負担が小さいため、将来的に移植件数が増加していくと予想される。
　患者に移植された膵島は、免疫反応や酸素・栄養の供給不足が原因で少なからず死滅し、機能不全に陥ることが知られている。そのため、現行の膵島移植では、必要な治療効果を得るために、膵島を複数回にわたって患者に移植しており、移植する膵島を複数人のドナーから集めている。ドナーが提供した膵島は、局所麻酔された患者の肝門脈に点滴で移植されている。
　膵島移植のように、治療効果を得るために必要な細胞数が多く、移植した細胞の酸素要求量も多くなるケースでは、十分な治療効果を持続的に得ることが容易ではない。そのため、膵島移植のような細胞移植療法に関して、移植した細胞の生着率の改善や、治療効果の持続性の向上が求められている。現行の膵島移植のように肝門脈への穿刺を行う治療法では、患者への負担やリスクが大きいため、より侵襲性が低い代替法が望まれている。
　従来、代替法として、膵島を皮下組織に移植する治療法が検討されている。また、膵島をアルギン酸ゲル等でカプセル化し、高分子ゲルのマイクロカプセルを血管近傍に移植する治療法が検討されている。また、細胞を保持した細胞デバイスを患者の体内に埋植する治療法が検討されている。例えば、特許文献１には、免疫隔離膜を接着した容器の中に、細胞の担体となるキチンが充填された人工臓器用チャンバが記載されている。
特開２００３－１９０２５９号公報
　膵島移植のような細胞移植療法において、高い治療効果と低い侵襲性とを両立させるためには、治療に用いる細胞を生体内の小さい体積中に高い数密度で保持することが必要である。膵島等の細胞は、細胞同士が三次元的に凝集した細胞凝集体（スフェロイド）を形成する性質があり、細胞凝集体の状態で有効な治療効果を発揮するため、細胞凝集体の内部を含めた全体に酸素等を十分に供給しなければならない。
　従来検討されている膵島を皮下組織に移植する治療法によると、侵襲性が比較的低いため、患者の負担は軽減されると考えられる。しかし、治療効果を得るために必要な細胞数が多い場合、細胞を高い数密度となるように移植する必要があり、酸素の供給が不足する可能性が高い。一方、細胞を低密度に分散させて移植すれば、酸素分圧が低くても細胞の生着率が改善する可能性があるが、組織への侵襲が拡大することが問題になる。
　また、従来検討されている高分子ゲルのマイクロカプセルを血管近傍に移植する治療法では、ゲル中の酸素の拡散速度が速いとはいえず、酸素の供給が不足する可能性がある。また、マイクロカプセルは、総体積が比較的大きくなるため、組織への侵襲が拡大することも問題になる。また、マイクロカプセルは、組織に分散されるため、回収が困難になる欠点がある。
　また、特許文献１に記載された人工臓器チャンバは、細胞の担体としてキチンを用いており、キチンに膵臓細胞や基質を含浸させたものであるが、治療に利用する細胞を高い数密度で保持することができるか不明である。細胞による高い治療効果を持続的に得るためには、高密度に保持した細胞凝集体に対し、酸素・栄養の供給を十分に確保することも必要である。
　そこで、本発明は、細胞凝集体を高い数密度となるように保持することが可能であり、細胞凝集体による高い治療効果と低い侵襲性とを両立させることができる細胞デバイス、細胞デバイスの製造方法及び細胞デバイスの移植方法を提供することを目的とする。
　前記課題を解決するために本発明に係る細胞デバイスは、細胞移植に用いられる細胞デバイスであって、細胞凝集体を担持するための担体と、前記担体を覆う筐体と、を備え、前記担体は、多孔質である基材と、前記基材の表面に設けられた細胞接着性分子によって構成される細胞接着層と、を有する。
　また、本発明に係る細胞デバイスの製造方法は、細胞移植に用いられる細胞デバイスの製造方法であって、前記細胞デバイスは、細胞凝集体を担持するための担体と、前記担体を覆う筐体と、を備え、前記担体は、多孔質である基材と、前記基材の表面に付着した細胞接着性分子によって構成される細胞接着層と、を有し、前記製造方法は、前記担体を前記筐体に収容する工程と、前記筐体に収容された前記担体の細孔に前記細胞凝集体を強制的な力をかけて導入する工程と、を含む。または、前記製造方法は、前記担体の細孔に前記細胞凝集体を強制的な力をかけて導入する工程と、前記細胞凝集体が導入された前記担体を前記筐体に収容する工程と、を含む。
　また、本発明に係る細胞デバイスの移植方法は、細胞デバイスの移植方法であって、前記細胞デバイスは、細胞凝集体を担持するための担体と、前記担体を覆う筐体と、を備え、前記担体は、多孔質である基材と、前記基材の表面に付着した細胞接着性分子によって構成される細胞接着層と、を有し、前記移植方法は、細胞凝集体が導入された前記細胞デバイスを、ヒトを除く生体の体内に埋植する工程を含む。
　本発明によれば、細胞凝集体を高い数密度となるように保持することが可能であり、細胞凝集体による高い治療効果と低い侵襲性とを両立させることができる細胞デバイス、細胞デバイスの製造方法及び細胞デバイスの移植方法を提供することができる。
本発明の実施形態に係る細胞デバイスを示す概念図である。 本発明の実施形態に係る細胞デバイスの担持構造を示す概念図である。 本発明の変形例に係る細胞デバイスを示す概念図である。 本発明の変形例に係る細胞デバイスを示す概念図である。
　以下、本発明の一実施形態に係る細胞デバイス、細胞デバイスの製造方法及び細胞デバイスの移植方法について説明する。なお、以下の各図において共通する構成については同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
＜細胞デバイス＞
　図１は、本発明の実施形態に係る細胞デバイスを示す概念図である。
　図１に示すように、本実施形態に係る細胞デバイス１は、細胞凝集体１０を担持するための担体２０と、担体２０を覆う筐体３０と、を備えている。なお、図１には、担体２０に細胞凝集体１０が担持された状態の細胞デバイス１を模式的に示しているが、細胞凝集体１０は、細胞デバイス１を移植する直前等に、担体２０に担持させることができる。
　細胞デバイス１は、生体内に細胞を移植する細胞移植に用いられる。細胞デバイス１には、細胞同士が細胞接着によって三次元的に凝集した細胞凝集体（スフェロイド）１０が担持される。細胞凝集体１０を担持した細胞デバイス１を生体内に埋植することにより、細胞凝集体１０が発現するin vivoと同様の正常な細胞機能を、移植先の生体内で利用することができる。
　細胞凝集体１０は、細胞塊を構成する細胞の種類が、特に限定されるものではない。細胞凝集体１０としては、例えば、各種の疾患の治療に有効なホルモン、サイトカイン等の生理活性物質を分泌する細胞や、各種の生理活性物質、薬剤、栄養素等に対する代謝能を有する細胞や、各種の正常細胞の機能を代替するその他の細胞等で構成される細胞塊を用いることができる。
　細胞凝集体１０は、単一種類の細胞で構成されてもよいし、複数種類の細胞で構成されてもよい。また、細胞デバイス１の担体２０に対して、単一種類の細胞凝集体１０が担持されてもよいし、複数種類の細胞凝集体１０が担持されてもよい。また、細胞凝集体１０は、細胞以外の構成要素を含む細胞塊であってもよい。細胞以外の構成要素としては、例えば、細胞凝集体１０を凝集させるための担体、免疫寛容化のための表面コーティング等が挙げられる。
　細胞凝集体１０を構成する細胞の具体例としては、膵島、膵α細胞、膵β細胞、株化α細胞、株化β細胞等の膵臓細胞や、肝細胞、株化肝細胞等が挙げられる。例えば、膵α細胞、膵β細胞、及び、膵島のうちの一種以上を含む細胞凝集体１０を用いると、細胞デバイス１を糖尿病の治療を目的とした細胞移植療法に用いることができる。なお、細胞凝集体１０を構成する細胞は、由来によらず使用できる。細胞凝集体１０を構成する細胞は、組織等から直接採取した初代細胞の他、増殖性を付加した株化細胞、幹細胞を分化させた細胞のいずれでもよい。
　細胞凝集体１０は、有用物質を産生する細胞や、所定物質を代謝する細胞の他に、これらの細胞の機能を補助・増強する細胞や、血管様構造を形成する細胞や、レポーター遺伝子が導入されている細胞等を含んでいてもよい。例えば、レポーター遺伝子が導入されている細胞は、細胞デバイス１の環境を非侵襲的に検知する用途に用いることができる。
　細胞凝集体１０の平均直径は、特に限定されるものではないが、４０μｍ以上であることが好ましく、７０μｍ以上であることがより好ましい。また、４００μｍ以下であることが好ましく、２００μｍ以下であることがより好ましい。細胞凝集体１０の直径が４００μｍ程度を超えると、移植先の組織の酸素分圧が十分に高い場合であっても、細胞凝集体１０の内部が酸素不足に陥り易く、内部の細胞が容易に壊死してしまう。これに対し、細胞凝集体１０の直径が４０μｍ４００μｍ以下であれば、細胞が三次元的に組織化されており、且つ、酸素が十分に供給される状態であるため、高い治療効果を持続的に得ることができる。但し、細胞凝集体１０の内部に血管様構造が形成される場合は、細胞凝集体１０の平均直径が４００μｍを超えてもよい。
　細胞凝集体１０の数密度は、担体２０あたり、１×１０４個／ｃｍ３以上１×１０６個／ｃｍ３以下であることが好ましい。例えば、細胞凝集体１０として膵臓細胞を使用し、且つ、細胞デバイス１の担体２０以外の構成要素を最小化した場合、このような高い数密度であると、生体内の十分に小さい体積中で必要な治療効果を得ることができる。また、細胞凝集体１０の数密度が１×１０６個／ｃｍ３以下であれば、多孔質である担体２０に無理なく担持させることができる。
　図２は、本発明の実施形態に係る細胞デバイスの担持構造を示す概念図である。
　図２に示すように、細胞デバイス１の担体２０は、多孔質である基材２１と、基材２１の表面に設けられた細胞接着性分子によって構成される細胞接着層２２と、を有している。図２には、担体２０の表面に細胞凝集体１０が担持されたときの担体２０の構造を模式的に示しているが、細胞凝集体１０は、細胞デバイス２を移植する直前等に、担体２０に担持させることができる。
　一般に、細胞が三次元的に凝集した細胞凝集体は、担体の表面に一旦吸着したとしても、重力、振動、液流等によって剥離し易いため、担体の表面に強固に担持させることが望ましい。細胞凝集体は、単離された細胞と比較して比表面積が小さく、それ自体の吸着性は乏しいため、担体の表面に強固に担持させるには、担体と細胞凝集体との接触時間が必要である。
　また、細胞凝集体を高い数密度となるように保持し、細胞凝集体による高い治療効果を持続的に得るためには、酸素・栄養の供給が細胞凝集体の全体に対して行われるようにする必要がある。細胞凝集体は、離散的に担持させることが望ましいが、細胞凝集体は単離された細胞と比較して直径が大きいため、直径が大きい細胞凝集体を離散的に保持できるだけの空間を持つ細孔や、細胞凝集体がその空間に到達するまでの経路となる細孔が必要である。
　しかし、細胞デバイス１の担体２０の細孔径を極端に大きくすると、担体２０に細胞凝集体１０を担持させる際に、細胞凝集体１０が細孔を通過し易くなるため、担体２０と細胞凝集体１０との接触時間が短くなる。接触時間が短くなると、細胞凝集体１０が、担体２０の表面に担持され難くなり、細胞凝集体１０の数密度を十分に高くすることが困難である。また、担体２０に細胞凝集体１０を担持させる際には、細孔を通過して外に脱落する細胞凝集体１０が増えることになる。細孔径が大きいと、細胞凝集体１０が担体２０の深部に到達し易くなるが、生体への移植後には、細胞凝集体１０を剥離させる液流が当たり易くなる関係がある。
　一方、細胞デバイス１の担体２０の細孔径を極端に小さくすると、担体２０に細胞凝集体１０を担持させる際に、直径が大きい細胞凝集体１０が細孔に侵入し難くなる。担体２０に担持される細胞凝集体１０の数密度を高くするには、細胞凝集体１０を担体２０の深部に到達させて、担体２０中に離散的に担持させることが望まれるため、細胞凝集体１０を狭い細孔に侵入させる強制的な力、例えば、圧力差、遠心力等が必要になる。しかし、強制的な力を利用する場合も、担体２０と細胞凝集体１０との接触時間が短くなることが問題になる。
　よって、細胞凝集体１０を生体内の小さい体積中に高い数密度となるように保持し、細胞凝集体１０による高い治療効果を持続的に得るためには、担体２０の細孔径を、中程度の適切な大きさにすることが望ましいといえる。具体的には、細胞凝集体１０の直径に対して数倍程度が適切な細孔径であることが、本発明者らにより確認されている。一般には、担体２０と細胞凝集体１０との接触時間は、一つの接触箇所で長い方が有利である。
　このような担体の条件に関し、本実施形態に係る細胞デバイス１では、多孔質である基材２１の表面に、細胞接着性分子によって構成される細胞接着層２２を設けた担体２０を用いるため、細胞接着性分子の作用を利用して、細胞凝集体１０を強固に担持させることができる。担体２０と細胞凝集体１０との接触時間が短くとも、細胞接着性分子の作用で吸着性を補えるため、担体２０に細胞凝集体１０を担持させる際に、細胞凝集体１０に強制的な力をかけて細孔に侵入させることも可能になり、細胞凝集体１０を細孔内に担持させる容易性と、細胞凝集体１０の担持後の保持性と、を両立させることができる。
　基材２１は、細胞凝集体１０を担持可能な細孔を有する多孔質の材料で形成することができる。基材２１の材料としては、細胞凝集体１０及び移植先の生体に対する短期毒性並びに移植後の長期毒性を現さない材料であれば、特に制限されるものではない。基材２１の材料としては、移植後の生体への影響を避ける観点から、一般に安全性が確認されている生体適合性材料を用いることが好ましい。
　生体適合性材料の具体例としては、キチン、キトサン、グリコサミノグリカン、コラーゲン、ゼラチン、セルロース、酢酸セルロース等の天然高分子材料や、シリコーン、ポリウレタン、ポリスチレン等の合成高分子材料や、ステンレス鋼、Ｃｏ－Ｃｒ－Ｍｏ合金、Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ合金等の金属材料や、ヒドロキシアパタイト、アルミナ、ジルコニア、Ｎａ２Ｏ－ＣａＯ－Ｐ２Ｏ５－ＣａＦ２－Ｂ２Ｏ３－ＳｉＯ２系ガラス、Ａｌ２Ｏ３やＢ２Ｏ３を含むＮａ２Ｏ－ＣａＯ－Ｐ２Ｏ５－ＳｉＯ２系ガラス等の無機材料が挙げられる。
　基材２１の材料としては、可撓性や成形性を有し、多孔質の担体２０を容易に作製することができる点で、高分子材料を用いることが特に好ましい。例えば、キチン、ポリウレタン、シリコーンは、生体適合性の高分子材料であり、多孔質の担体２０の作製に適しているため、基材２１の材料として好ましく用いられる。
　基材２１は、複数の細孔が互いに連通しており、細孔が基材２１自体を貫通している構造を有することが好ましい。このような構造であると、担体２０の通気性や通液性が良好になるため、担体２０に担持される細胞凝集体１０に対して、十分な酸素・栄養を確実に供給することができる。また、担体２０に細胞凝集体１０を担持させる際には、細胞凝集体１０を担体２０の深部に到達させることができるため、細胞凝集体１０を離散的に担持させることができる。なお、基材２１は、規則的に配列した細孔、及び、不規則的に配列した細孔のいずれを有していてもよい。
　基材２１は、複数の細孔が非直線的な形状で互いに連通している構造を有することが好ましい。担体２０に細胞凝集体１０を担持させる際には、細胞凝集体１０を担体２０の深部に到達させるために、細胞凝集体１０に強制的な力をかけて細孔に侵入させることが望まれる。また、細胞凝集体１０が細孔を通過して外に脱落しないように、細孔に侵入させた細胞凝集体１０を担体２０に強固に接着させることが望まれる。細孔が非直線的な形状であれば、細孔に侵入した細胞凝集体１０がトラップされ易くなるため、細胞凝集体１０を担体２０の表面に強固に担持させて、担体２０に担持される細胞凝集体１０の数密度も高くすることができる。
　基材２１は、例えば、不織布状、織布状、網目状、スポンジ状、発泡体状、脱膜発泡体状等の形態とすることができるが、不織布状、スポンジ状、又は、脱膜発泡体状とすることが好ましい。これらの形態は、細孔同士が互いに連通している構造であり、且つ、複数の細孔が非直線的な形状で互いに連通している構造であるため、細胞凝集体１０を離散的に高い数密度で担持させることができるし、担体２０の通気性や通液性が良好になる。また、担体２０に細胞凝集体１０を担持させる際に、細孔に侵入した細胞凝集体１０がトラップされ易くなるし、一旦吸着した細胞凝集体１０が強い液流に晒され難くなるため、細胞凝集体１０の剥離を避けることができる。
　一方、基材２１は、複数の細孔が直線的な形状で互いに連通している構造、例えば、ハニカム状等の構造を有することは好ましくない。細孔が直線的な形状であると、細孔に侵入した細胞凝集体１０がトラップされ難いし、一旦吸着した細胞凝集体１０が強い液流に晒され易いため、細胞凝集体１０の数密度を高くすることが困難になる。また、細孔同士が互いに連通していない構造、例えば、断熱材のような発泡体状は、細胞凝集体１０を担体２０の深部に到達させることができないし、担体２０の通気性や通液性が悪いため好ましくない。
　細胞接着層２２は、細胞凝集体１０と接着可能な細胞接着性分子によって形成することができる。細胞接着性分子としては、細胞凝集体１０の種類に応じて、細胞に対する接着性を示す適宜の分子を用いることができるが、所定の細胞・細胞外分子に対して特異的な細胞接着活性を示す天然型の細胞接着分子や、合成型の細胞接着分子が特に好ましく用いられる。
　細胞接着性分子としては、例えば、ラミニン、フィブロネクチン、ビトロネクチン、コラーゲン等のタンパク性分子や、ＲＤＧモチーフを有するペプチド等の非タンパク性分子を用いることができる。細胞接着性分子としては、ヒト由来の細胞接着分子がより好ましく、膵臓細胞等に対する強い接着性を示す点で、ラミニン、又は、フィブロネクチンが特に好ましい。
　細胞接着層２２は、基材２１の表面に、細胞接着性分子を物理吸着させて形成してもよいし、細胞接着性分子を化学吸着（化学結合）させて形成してもよい。細胞接着層２２を形成する方法としては、ディップコート等の単純なコーティング法を利用できる点で、物理吸着させる方法がより好ましい。
　細胞接着層２２は、細胞接着性分子の他に、安定化剤等の他の成分を含んでいてもよい。安定化剤としては、例えば、ショ糖等の糖類、グリセロール等のポリオール類、グリシン等のアミノ酸類等を用いることができる。例えば、安定化剤として糖類をタンパク性の細胞接着性分子に添加すると、タンパク性の細胞接着性分子の高次構造が安定化するため、担体２０を乾燥状態で保管する場合に、高い細胞接着活性を維持することができる。
　担体２０は、空隙率が５０％以上９９％以下であることが好ましい。担体２０の空隙率が高いほど、担体２０の体積当たり、細胞凝集体１０の担持量が多くなるため、高い治療効果が得られ易くなる。また、担体２０に担持される細胞凝集体１０の数密度が向上し、必要な治療効果を得るにあたり、担体２０の占有体積を縮小することができるため、移植先に対する侵襲性を低くすることができる。担体２０の空隙率が高い場合、担体２０の機械的強度が不足する虞があるが、細胞凝集体１０が形成する細胞外マトリックス（Extracellular Matrix：ＥＣＭ）によって補強できる場合がある。なお、空隙率は、担体２０の見かけ上の全体積に占める細孔の体積の割合として定義される。
　担体２０は、細孔の開口率が５０％以上であることが好ましい。細孔の開口率が高いほど、担体２０に細胞凝集体１０を担持させる際に、直径が大きい多数の細胞凝集体１０を担体２０の細孔に侵入させることができる。そのため、細胞凝集体１０を離散的に担持させて、担体２０に担持される細胞凝集体１０の数密度を高くすることができる。なお、細孔の開口率は、担体２０の見かけ上の表面積に占める開口の面積の割合として定義される。
　筐体３０は、担体２０を収容し、細胞凝集体１０の細胞機能を利用し得る限り、適宜の形状・材料で形成することができる。筐体３０は、例えば、剛性を有する容器で形成してもよいし、可撓性を有するフィルム・膜で形成してもよいし、これらを組み合わせて形成してもよい。例えば、筐体３０は、全面をフィルム・膜で形成し、細胞凝集体１０が分泌する生理活性物質や細胞凝集体１０が代謝する移植先の成分等が、筐体３０の全面を通過できる構造としてもよい。また、筐体３０は、容器とフィルム・膜とを組み合わせて形成し、生理活性物質や移植先の成分等が、筐体３０の一部の面のみを通過できる構造としてもよい。
　筐体３０は、少なくとも一部を、メッシュ状の膜、多孔質状の膜、又は、半透膜で形成することが好ましい。このような透過性を有するフィルム・膜を用いると、大きな異物が細胞デバイス１の内部に侵入するのを防ぎつつ、細胞凝集体１０が分泌する生理活性物質や、細胞凝集体１０が代謝する移植先の成分等を、比較的速い拡散速度で内外に透過させることができる。
　筐体３０は、少なくとも一部を、免疫細胞の通過を遮断する免疫隔離膜で形成することがより好ましい。半透膜等の免疫隔離膜で筐体３０の少なくとも一部を形成すると、細胞デバイス１の移植時に、細胞凝集体１０を異物として免疫反応が生じるのを避けることができるため、細胞凝集体１０による治療効果をより持続的に得ることができる。
　筐体３０の材料としては、細胞凝集体１０及び移植先の生体に対する短期毒性並びに移植後の長期毒性を現さない材料であれば、特に制限されるものではない。筐体３０の材料としては、移植後の生体への影響を避ける観点から、一般に安全性が確認されている生体適合性材料を用いることが好ましく、全成分が生体適合性を有するメディカルグレードの高分子材料がより好ましい。筐体３０の材料は、生体吸収性を示す材料であってもよい。
　筐体３０の材料の具体例としては、ポロテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、シリコーン、セルロース、酢酸セルロース、スチレン－イソブチレン－スチレンブロック共重合体（ＳＩＢＳ）、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリカプロラクタム等が挙げられる。
＜細胞デバイスの製造方法＞
　次に、本発明の一実施形態に係る細胞デバイスの製造方法について説明する。
　本実施形態に係る細胞デバイスの製造方法は、担体と筐体を備える前記の細胞デバイスを作製する工程と、作製した細胞デバイスに細胞凝集体を担持させる工程と、を含む。細胞凝集体１０は、細胞デバイス１を生体内に移植する直前等に、予め滅菌されている細胞デバイス１に導入して、担体２０の表面に担持させることができる。
（細胞デバイスを作製する工程）
　細胞デバイスを作製する工程は、更に、多孔質である基材を作製する基材作製工程と、多孔質である基材の表面に細胞接着性分子を吸着させて細胞接着層を形成する吸着工程と、を含む。
　基材作製工程は、多孔質である基材２１の材料や形態に応じて適宜の作製方法を利用して行うことができる。基材２１の作製は、細孔径が、担持させる細胞凝集体１０の平均直径の数倍程度となり、このような細孔径の細孔同士が、非直線的な形状で互いに連通し、且つ、基材２１自体を貫通するように行う。
　例えば、不織布状の形態の場合、適切な線径の繊維からなるウェブを作製し、複数のウェブを積層して密度を調整し、積層したウェブ同士を結合させる方法を用いることができる。ウェブを作製する方法としては、湿式積層法、乾式積層法等を用いることができる。ウェブ同士を結合させる方法としては、物理的接着、及び、化学的接着のいずれであってもよい。不織布状の形態の材料としては、キチン、コラーゲン、ゼラチン、セルロース、酢酸セルロース等を好ましく用いることができる。
　また、スポンジ状の形態の場合、モノマやマクロモノマに、細孔を形成するための犠牲テンプレート材（ポロジェン）を分散し、分散させた犠牲テンプレート材同士の接触状態・分散密度を調整し、重合によって成形体を形成した後、成形体から犠牲テンプレート材を取り除く方法や、モノマやマクロモノマに、溶融後の冷却や溶媒の蒸発によって相分離を生じさせる方法を用いることができる。スポンジ状の形態の材料としては、シリコーン、ポリスチレン等を好ましく用いることができる。犠牲テンプレート材としては、基材２１の材料に応じて、塩化ナトリウム、糖類等の溶解性材料を用いることができる。
　また、脱膜発泡体の形態の場合、重合時に気体を発生するモノマを発泡重合させる方法、気体を混合しながらモノマを重合させる方法等を用いて、適切な細孔径を有する発泡体を形成し、発泡体中で気泡セル同士を繋いているセル膜を脱膜処理する方法を用いることができる。脱膜処理の方法としては、例えば、溶剤処理、熱処理、爆破処理等を用いることができる。脱膜発泡体の形態の材料としては、ポリウレタン、ポリスチレン等を好ましく用いることができる。
　吸着工程は、基材２１の表面に細胞接着性分子を塗布して所定の時間保持し、細胞接着性分子を物理吸着又は化学吸着（化学結合）させることによって行うことができる。細胞接着性分子は、水溶液に分散させて塗布液とし、塗布コーティング法、ディップコーティング法、スプレーコーティング法等を利用して塗布することができる。
　細胞接着性分子は、予め表面処理を施した基材２１に塗布してもよい。表面処理の方法としては、例えば、プラズマ処理、コロナ放電処理、紫外線照射処理、紫外線照射／オゾン処理、化学修飾処理、コーティング処理等が挙げられる。例えば、物理吸着を利用する場合、表面処理によって疎水性の基材２１を親水化しておくと、細孔の濡れ性が向上するため、細胞接着性分子の塗布液や、細胞凝集体１０を懸濁した水溶液を、細孔の奥まで浸透させることができる。また、化学吸着を利用する場合、共有結合を形成するための官能基を導入することができる。
（細胞デバイスに細胞凝集体を担持させる工程）
　細胞デバイスに細胞凝集体を担持させる工程は、更に、担体を筐体に収容する収容工程と、細胞凝集体を担体の細孔に導入する細胞凝集体導入工程と、を含む。なお、収容工程と細胞凝集体導入工程とは、先後が限定されるものではない。収容工程を先に行い、筐体３０に収容された担体２０に細胞凝集体１０を導入してもよいし、細胞凝集体導入工程を先に行い、細胞凝集体１０を導入した担体２０を筐体３０に収容してもよい。
　収容工程は、無菌的な条件下で行う。担体２０を収容する筐体３０の内面は、非特異的な吸着を防止するためのブロッキング処理が、予め施されていることが好ましい。また、担体２０や筐体３０は、ガンマ線滅菌、紫外線滅菌等の適宜の滅菌方法によって、予め滅菌しておくことが好ましい。
　細胞凝集体導入工程は、細胞凝集体１０を所定の数密度に調整した懸濁液を用いて行うことができる。細胞凝集体１０の細孔への導入は、細胞凝集体１０を懸濁した懸濁液に担体２０を浸漬する方法や、静置させた担体２０に細胞凝集体１０を懸濁した懸濁液を流し込む方法等によって行うことができる。例えば、物理吸着を利用する場合、細胞凝集体１０を担体２０の細孔に導入して所定の時間保持することにより、細胞凝集体１０を細孔内の細胞接着性分子に接着させることができる。
　細胞凝集体１０の細孔への導入は、細胞凝集体１０に強制的な力をかけて行うことが好ましい。細胞凝集体１０を細孔へ導入するための強制的な力としては、例えば、圧力差、遠心力等を利用することができる。強制的な力を利用すると、担体２０の細孔が、細胞凝集体１０が通過して脱落しない程度の大きさを有し、且つ、細胞凝集体１０がトラップされ易い程度の小さい細孔径であっても、細胞凝集体１０を担体２０の深部に確実に到達させることができる。そのため、細胞凝集体１０を酸素・栄養が供給され易い離散的な状態、且つ、高い数密度となるように担体２０に担持させることができる。
　細胞凝集体１０を導入する具体的な方法としては、例えば、細胞凝集体１０を懸濁した懸濁液を加圧して圧力差を生じさせ、加圧された懸濁液を圧力差で担体２０の細孔内に圧入する方法や、担体２０の一面側を減圧して圧力差を生じさせ、細胞凝集体１０を懸濁した懸濁液を担体２０の他面側から圧力差で細孔内に吸引する方法や、担体２０を遠心分離機に供して遠心力を生じさせ、細胞凝集体１０を懸濁した懸濁液を回転中心側から遠心力で細孔内に吸引する方法等を用いることができる。
＜細胞デバイスの使用方法＞
　次に、前記の細胞デバイス１の具体的な使用方法について説明する。
　本実施形態に係る細胞デバイス１は、細胞凝集体１０の機能を生体内で利用する細胞移植療法に用いることができる。細胞デバイス１は、ヒトや、ヒトを除く動物の生体内に埋植して、担持させた細胞凝集体１０の細胞機能を利用する治療に用いることができる。細胞デバイス１を埋植する部位は、例えば、皮下組織、臓器周囲腔、腹腔、大網、臓器欠損部、組織欠損部等、治療の目的に応じた適宜の部位であってよい。移植した細胞デバイス１は、治療終了時や、細胞凝集体１０の機能不全時には、必要に応じて生体外に回収することができる。
　また、本実施形態に係る細胞デバイス１は、生体への移植前に、in vitroでの用途に用いることができる。例えば、細胞デバイス１は、細胞凝集体１０の機能を維持するための維持培養や、細胞凝集体１０を増殖させるための拡大培養や、細胞凝集体１０を構成する細胞を分化・誘導させるための誘導培養等の用途に用いることができる。このような培養を移植前に行うことにより、細胞凝集体１０によるin vivoと同様の正常な細胞機能を、移植先の生体内で得ることができる。
　また、本実施形態に係る細胞デバイス１は、生体の治療以外の目的でin vivoでの用途に用いることができる。例えば、細胞デバイス１は、生体内の環境の検査、臓器・組織の機能の検査・診断、薬物や生理活性物質等の作用操作・作用検証等の用途に用いることができる。細胞凝集体１０を構成する細胞として、各種の生理活性物質、薬剤、栄養素等に対する代謝能を有する細胞や、レポーター遺伝子が導入されている細胞等を用いることにより、治療以外の利用が可能である。
＜変形例＞
　次に、前記の実施形態に係る細胞デバイスの構成を変えた変形例について説明する。
　図３は、本発明の変形例に係る細胞デバイスを示す概念図である。
　図３に示すように、担体と筐体とを備える前記の細胞デバイスは、生体への移植後に、デバイス外の酸素源から細胞凝集体１０に酸素を供給する方式の細胞デバイス（変形例に係る細胞デバイス）２としてもよい。なお、図３には、担体２０に細胞凝集体１０が担持された状態の細胞デバイス２を模式的に示しているが、細胞凝集体１０は、細胞デバイス２を移植する直前等に、担体２０に担持させることができる。
　図３に示す細胞デバイス２は、担体２０と、筐体３０Ａと、筐体３０Ａ内を細胞室と空洞部とに仕切る酸素透過膜４０と、を備えている。酸素透過膜４０は、酸素分子を透過するが、細胞凝集体１０が分泌する生理活性物質、外部の異物をはじめ、より大きい分子を透過しない膜によって形成される。筐体３０Ａは、前記の細胞デバイス１の筐体３０と同様の材料によって形成することができる。
　細胞デバイス２において、酸素透過膜４０によって隔てられた筐体３０Ａ内の一方の空間は、細胞室となり、担体２０や細胞凝集体１０が保持される空間となる。また、筐体３０Ａ内の他方の空間は、担体２０や細胞凝集体１０が保持されない空洞部となる。筐体３０Ａのうち、細胞室を覆う部分は、前記の細胞デバイス１の筐体３０と同様のフィルム・膜で形成することができる。一方、空洞部を覆う部分は、酸素分子を透過し難い材料で形成される。
　図３に示す細胞デバイス２において、筺体３０Ａは、細胞デバイス２の外部から筐体３０Ａ内の細胞凝集体１０に酸素を供給するための供給管３１を備えている。また、筺体３０Ａは、筐体３０Ａ内に供給した気体や液体を細胞デバイス２の外部に排出するための排出管３２を備えている。細胞デバイス２は、供給管３１及び排出管３２が生体外に露出するように生体に埋植される。細胞デバイス２のその他の構成や、使用方法は、前記の細胞デバイス１と同様である。
　図３に示す細胞デバイス２によると、移植後に、生体外に露出している供給管３１に外部酸素源を接続することにより、筐体３０Ａ内の空洞部に、酸素を含むガスや、溶存酸素を含む液体を供給することができる。空洞部に導入された酸素は、酸素透過膜４０を透過して細胞凝集体１０に供給されるため、細胞凝集体１０に対する酸素の供給を無菌的に行うことができる。その後、空洞部の排ガスや液体は、排出管３２を通じて回収され、酸素の供給のために循環的に利用される。
　図４は、本発明の変形例に係る細胞デバイスを示す概念図である。
　図４に示すように、担体と筐体とを備える前記の細胞デバイスは、生体への移植後に、デバイス内の酸素源から細胞凝集体１０に酸素を供給する方式の細胞デバイス（変形例に係る細胞デバイス）３としてもよい。なお、図４には、担体２０に細胞凝集体１０が担持された状態の細胞デバイス３を模式的に示しているが、細胞凝集体１０は、細胞デバイス３を移植する直前等に、担体２０に担持させることができる。
　図４に示す細胞デバイス３は、担体２０と、筐体３０Ｂと、筐体３０Ｂ内を細胞室と空洞部とに仕切る酸素透過膜４０と、を備えている。酸素透過膜４０は、前記の細胞デバイス２と同様に、酸素分子を透過するが、細胞凝集体１０が分泌する生理活性物質、外部の異物をはじめ、より大きい分子を透過しない膜によって形成される。筐体３０Ｂは、前記の細胞デバイス１の筐体３０と同様の材料によって形成することができる。
　細胞デバイス３においては、前記の細胞デバイス２と同様に、酸素透過膜４０によって隔てられた筐体３０Ｂ内の一方の空間は、細胞室となり、担体２０や細胞凝集体１０が保持される空間となる。また、筐体３０Ｂ内の他方の空間は、担体２０や細胞凝集体１０が保持されない空洞部となる。筐体３０Ｂのうち、細胞室を覆う部分は、前記の細胞デバイス１の筐体３０と同様のフィルム・膜で形成することができる。一方、空洞部を覆う部分は、酸素分子を透過し難い材料で形成される。
　図４に示す細胞デバイス３において、筺体３０Ｂは、筐体３０Ｂ内の細胞凝集体１０に酸素を供給するための酸素徐放剤（酸素源）５０を収納している。酸素徐放剤５０としては、酸素ガスを長時間にわたって放出し続ける物質、例えば、人工血液、過酸化マグネシウム、過酸化カルシウム等を用いることができる。細胞デバイス３は、筐体３０Ｂに、酸素徐放剤５０を収納してから生体に埋植される。細胞デバイス３のその他の構成や、使用方法は、前記の細胞デバイス１と同様である。
　図４に示す細胞デバイス３によると、移植後に、酸素徐放剤５０が筐体３０Ｂ内の空洞部に酸素を放出し続けるため、デバイス外から酸素を供給しなくとも、細胞凝集体１０に対する酸素の供給を継続することができる。移植後に外部酸素源との接続を必要としないため、移植先が皮下組織のような体表に近い場所に限定されることがなく、酸素要求量が多い細胞凝集体１０を用いる場合であっても、治療効果の持続性を向上させることができる。
　なお、図３や図４に示した前記の細胞デバイスは、細胞凝集体１０に酸素を供給する酸素源の他に、移植先の生体内の環境条件を検知する環境検知機能、移植先の臓器・組織の機能を測定する検査・診断機能等、その他の機能や、機能させるための機器を備えてもよい。例えば、酸素分圧を検知する酸素センサ、グルコース濃度を測定するグルコースセンサ、細胞デバイスに加わる荷重を測定する圧力センサ等を備えることができる。
　以上の細胞デバイスの製造方法及び細胞デバイスの移植方法によると、細胞凝集体を担持するための担体が、多孔質の基材を有するため、単離された細胞と比較して大きい細胞凝集体を、多孔質の担体に離散的且つ高い数密度で保持することができる。細胞凝集体が、高い治療効果が得られる高い数密度で担持される場合であっても、細胞凝集体が離散的に保持されるため、酸素・栄養を細胞凝集体の内部に確実に供給することが可能であり、細胞凝集体の生着率を大きく向上させることができる。また、細胞凝集体を担持するための担体が、細胞接着性分子によって構成される細胞接着層を有するため、このような離散的且つ高い数密度の担持状態を、適切な細孔径の基材の使用下において、細胞接着性分子の作用を利用して確実・容易に実現することができる。
　また、多孔質である基材と、細胞接着性分子によって構成される細胞接着層と、を有する担体によると、担体の空隙率や開口率を適切に大きくした設計が可能であり、例えば、１．５ｍｍ程度に薄くした担体であっても、細胞凝集体を離散的且つ高い数密度で担持させることができる。このような担体によると、有効な治療効果が得られるとされている３×１０８個のインスリン産生細胞スフェロイドを、生体内の小さい体積中で長期間にわたって維持することも可能である。よって、以上の細胞デバイスの製造方法及び細胞デバイスの移植方法によると、細胞凝集体を高い数密度となるように保持することが可能であり、細胞凝集体による高い治療効果と低い侵襲性とを両立させることができる。
　以上、本発明について説明したが、本発明は、前記の実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、本発明は、必ずしも前記の実施形態や変形例が備える全ての構成を備えるものに限定されない。或る実施形態や変形例の構成の一部を他の構成に置き換えたり、或る実施形態や変形例の構成の一部を他の形態に追加したり、或る実施形態や変形例の構成の一部を省略したりすることができる。
　以下、実施例を示して本発明について具体的に説明するが、本発明の技術的範囲はこれに限定されるものではない。
［実施例１］
　担体の基材としてスポンジ状のシリコーンを用いて細胞デバイスの担体を作製した。
＜担体の作製＞
　シリコーンエラストマと、ポロジェン（ポリスチレン、塩化ナトリウム、糖類）との混合物を、ディスク状に圧縮してポロジェン同士の接触状態・分散密度を調整し、加熱により重合させて、ディスク状の成形体を固化させた。その後、ポロジェンを溶解させて取り除き（ポリスチレン：トルエン、塩化ナトリウム・糖類：水）、スポンジ状のシリコーンである基材を得た。得られた基材に、洗浄と、プラズマ処理による親水化を施した。その後、基材の表面にラミニンの溶液を塗布して物理吸着させることにより、ラミニンからなる細胞接着層を有するスポンジ状のシリコーンの担体を得た。
＜細胞凝集体の充填＞
　作製した担体を、低接着の表面となるように表面処理されている低接着ウェルプレート内に設置した。そして、その担体上に、膵β細胞由来のＭＩＮ６細胞株の懸濁液を、細胞凝集体の数密度が、３×１０６個－スフェロイド／ｃｍ２となるように加えた。このウェルプレートを、５０ｒｐｍで３０分間旋回させて遠心力をかけた。その後、担体を別のウェルプレートに移し、元のウェルプレートに残存している細胞凝集体を計数した。その結果、播種した細胞凝集体の９０％以上が担体に接着した状態で残留していることが確認された。
＜細胞凝集体の維持培養＞
　ＭＩＮ６細胞株が担持されている担体を低接着ウェルプレート内に浸漬して担持されているＭＩＮ６細胞株を維持培養した。培地交換は２日毎に実施し、培地交換毎に培地に含まれるインスリンの濃度を測定した。その結果、インスリンの分泌量は、培養開始後に徐々に増大し、６日後に略定常に達した。６日後のインスリン濃度と１４日後のインスリン濃度とは略同等であり、酸素要求量が多い細胞凝集体を高密度に担持し、その機能を高く保てることが確認された。
［実施例２］
　担体の基材として不織布状のキチンを用いて細胞デバイスの担体を作製した。
＜担体の作製＞
　キチン製の不織布である基材「創傷被覆・保護材　べスキチン」（ニプロ社製）に、洗浄と、プラズマ処理による親水化を施した。その後、基材の表面にラミニンの溶液を塗布して物理吸着させることにより、ラミニンからなる細胞接着層を有する不織布状のキチンの担体を得た。
＜細胞凝集体の充填＞
　作製した担体を、低接着の表面となるように表面処理されている低接着ウェルプレート内に設置した。そして、その担体上に、膵β細胞由来のＭＩＮ６細胞株の懸濁液を、細胞凝集体の数密度が、３×１０６個－スフェロイド／ｃｍ２となるように加えた。このウェルプレートを３０分間静置した。その後、担体を別のウェルプレートに移し、元のウェルプレートに残存している細胞凝集体を計数した。その結果、播種した細胞凝集体の９０％以上が担体に接着した状態で残留していることが確認された。
＜細胞凝集体の維持培養＞
　ＭＩＮ６細胞株が担持されている担体を低接着ウェルプレート内に浸漬して担持されているＭＩＮ６細胞株を維持培養した。培地交換は２日毎に実施し、培地交換毎に培地に含まれるインスリンの濃度を測定した。その結果、インスリンの分泌量は、培養開始後に徐々に増大し、６日後に略定常に達した。６日後のインスリン濃度と１４日後のインスリン濃度とは略同等であり、酸素要求量が多い細胞凝集体を高密度に担持し、その機能を高く保てることが確認された。
［実施例３］
　担体の基材として脱膜発泡体状のポリウレタンを用いて細胞デバイスの担体を作製した。
＜担体の作製＞
　ポリウレタン製の脱膜発泡体である基材「エステル系軟質ウレタンフォーム　モルトプレンＳＣ」（イノアック社製、密度：３１ｋｇ／ｍ３）に、洗浄と、プラズマ処理による親水化を施した。その後、基材の表面にラミニンの溶液を塗布して物理吸着させることにより、ラミニンからなる細胞接着層を有する脱膜発泡体状のポリウレタンの担体を得た。
＜細胞凝集体の充填＞
　作製した担体を、低接着の表面となるように表面処理されている低接着ウェルプレート内に設置した。そして、その担体上に、膵β細胞由来のＭＩＮ６細胞株の懸濁液を、細胞凝集体の数密度が、３×１０６個－スフェロイド／ｃｍ２となるように加えた。このウェルプレートを、５０ｒｐｍで３０分間旋回させて遠心力をかけた。その後、担体を別のウェルプレートに移し、元のウェルプレートに残存している細胞凝集体を計数した。その結果、播種した細胞凝集体の９０％以上が担体に接着した状態で残留していることが確認された。
＜細胞凝集体の維持培養＞
　ＭＩＮ６細胞株が担持されている担体を低接着ウェルプレート内に浸漬して担持されているＭＩＮ６細胞株を維持培養した。培地交換は２日毎に実施し、培地交換毎に培地に含まれるインスリンの濃度を測定した。その結果、インスリンの分泌量は、培養開始後に徐々に増大し、６日後に略定常に達した。６日後のインスリン濃度と１４日後のインスリン濃度とは略同等であり、酸素要求量が多い細胞凝集体を高密度に担持し、その機能を高く保てることが確認された。
［実施例４］
　担体の基材として不織布状のキチンを用いて、担体を筐体に収納した細胞デバイスを作製した。
＜細胞デバイスの作製＞
　実施例２で作製したＭＩＮ６細胞株が担持されている担体を、医療用グレードの生体適合性樹脂であるＭＥＤ６１０で造形した筐体に収納し、親水化処理されたＰＴＦＥ製のメッシュ膜で筐体を封止して、不織布状のキチンを基材とする細胞デバイスを得た。
＜細胞デバイスによる維持培養＞
　作製した細胞デバイスを培地に浸漬させて、細胞デバイスに担持されているＭＩＮ６細胞株を維持培養した。その結果、１４日後の細胞の生存率は、８０％と高いことが確認された。
［比較例１］
　担体の基材として、脱膜発泡体状のポリウレタンを用いて、細胞接着性分子によって構成される細胞接着層を形成することなく、担体を作製した。
＜担体の作製＞
　ポリウレタン製の脱膜発泡体である基材「エステル系軟質ウレタンフォーム　モルトプレンＳＣ」（イノアック社製、密度：３１ｋｇ／ｍ３）に、洗浄と、プラズマ処理による親水化を施し、細胞接着層を有しない脱膜発泡体状のポリウレタンの担体を得た。
＜細胞凝集体の充填＞
　作製した担体を、低接着の表面となるように表面処理されている低接着ウェルプレート内に設置した。そして、その担体上に、膵β細胞由来のＭＩＮ６細胞株の懸濁液を、細胞凝集体の数密度が、３×１０６個－スフェロイド／ｃｍ２となるように加えた。このウェルプレートを３０分間静置して、細胞凝集体を基材の表面に物理吸着させた。その後、担体を別のウェルプレートに移し、元のウェルプレートに残存している細胞凝集体を計数した。その結果、播種した細胞凝集体の大半が担体に接着していないことが確認された。
［比較例２］
　細胞凝集体を担持するための担体を用いることなく、細胞凝集体のみを筐体に収納した細胞デバイスを作製した。
＜細胞デバイスの作製＞
　実施例４と同様に医療用グレードの生体適合性樹脂であるＭＥＤ６１０で造形した筐体に膵β細胞由来のＭＩＮ６細胞株の懸濁液を注ぎ、親水化処理されたＰＴＦＥ製のメッシュ膜で筐体を封止して、担体を備えない細胞デバイスを得た。
＜細胞デバイスによる維持培養＞
　作製した細胞デバイスを培地に浸漬させて、細胞デバイスに封入されているＭＩＮ６細胞株を維持培養した。その結果、担体に固定されていない細胞凝集体は、筐体内で分布が偏り、粗大な細胞塊を形成した。１４日後の細胞の生存率は、１０％と低いことが確認された。
１　　　細胞デバイス
２　　　細胞デバイス
３　　　細胞デバイス
１０　　細胞凝集体
２０　　担体
２１　　基材
２２　　細胞接着層
３０　　筐体
３０Ａ　筐体
３０Ｂ　筐体
３１　　供給管
３２　　排出管
４０　　酸素透過膜
５０　　酸素徐放剤（酸素源）

Claims (14)

  1. 　細胞移植に用いられる細胞デバイスであって、
    　細胞凝集体を担持するための担体と、
    　前記担体を覆う筐体と、を備え、
    　前記担体は、多孔質である基材と、前記基材の表面に設けられた細胞接着性分子によって構成される細胞接着層と、を有する細胞デバイス。
  2. 　請求項１に記載の細胞デバイスであって、
    　前記基材は、空隙率が５０％以上９９％以下である細胞デバイス。
  3. 　請求項１に記載の細胞デバイスであって、
    　前記基材は、不織布状、スポンジ状、又は、脱膜発泡体状である細胞デバイス。
  4. 　請求項１に記載の細胞デバイスであって、
    　前記基材は、不織布状のキチン、スポンジ状のシリコーン、又は、脱膜発泡体状のポリウレタンである細胞デバイス。
  5. 　請求項１に記載の細胞デバイスであって、
    　前記細胞接着性分子は、ラミニン、フィブロネクチン、ビトロネクチン、コラーゲン、又は、ＲＤＧモチーフを有するペプチドである細胞デバイス。
  6. 　請求項１に記載の細胞デバイスであって、
    　前記担体は、細胞凝集体を担持しており、
    　前記細胞凝集体の平均直径は、４０μｍ以上４００μｍ以下であり、
    　前記細胞凝集体の数密度は、前記担体あたり、１×１０４個／ｃｍ３以上１×１０６個／ｃｍ３以下である細胞デバイス。
  7. 　請求項１に記載の細胞デバイスであって、
    　前記担体は、細胞凝集体を担持しており、
    　前記細胞凝集体は、膵α細胞、膵β細胞、膵島、これらの初代細胞、及び、これらの株化細胞のうちの一種以上を含む細胞デバイス。
  8. 　請求項１に記載の細胞デバイスであって、
    　前記筺体の少なくとも一部は、メッシュ状の膜、多孔質状の膜、又は、半透膜である細胞デバイス。
  9. 　請求項１に記載の細胞デバイスであって、
    　前記筺体は、前記細胞凝集体に酸素を供給するための供給管を備える細胞デバイス。
  10. 　請求項１に記載の細胞デバイスであって、
    　前記筺体は、前記細胞凝集体に酸素を供給するための酸素源を収納している細胞デバイス。
  11. 　請求項１に記載の細胞デバイスであって、
    　前記筐体は、前記筐体内を細胞室と空洞部に仕切る酸素透過膜を備える細胞デバイス。
  12. 　細胞移植に用いられる細胞デバイスの製造方法であって、
    　前記細胞デバイスは、細胞凝集体を担持するための担体と、前記担体を覆う筐体と、を備え、
    　前記担体は、多孔質である基材と、前記基材の表面に付着した細胞接着性分子によって構成される細胞接着層と、を有し、
    　前記製造方法は、
    　前記担体を前記筐体に収容する工程と、
    　前記筐体に収容された前記担体の細孔に前記細胞凝集体を強制的な力をかけて導入する工程と、を含む細胞デバイスの製造方法。
  13. 　細胞移植に用いられる細胞デバイスの製造方法であって、
    　前記細胞デバイスは、細胞凝集体を担持するための担体と、前記担体を覆う筐体と、を備え、
    　前記担体は、多孔質である基材と、前記基材の表面に付着した細胞接着性分子によって構成される細胞接着層と、を有し、
    　前記製造方法は、
    　前記担体の細孔に前記細胞凝集体を強制的な力をかけて導入する工程と、
    　前記細胞凝集体が導入された前記担体を前記筐体に収容する工程と、を含む細胞デバイスの製造方法。
  14. 　細胞デバイスの移植方法であって、
    　前記細胞デバイスは、細胞凝集体を担持するための担体と、前記担体を覆う筐体と、を備え、
    　前記担体は、多孔質である基材と、前記基材の表面に付着した細胞接着性分子によって構成される細胞接着層と、を有し、
    　前記移植方法は、
    　細胞凝集体が導入された前記細胞デバイスを、ヒトを除く生体の体内に埋植する工程を含む細胞デバイスの移植方法。
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