WO2020158482A1 - 細胞シート形成部材、細胞シート形成部材の製造方法、および、細胞シートの製造方法 - Google Patents

細胞シート形成部材、細胞シート形成部材の製造方法、および、細胞シートの製造方法 Download PDF

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WO2020158482A1
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WO
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cell sheet
forming member
flat
pitch
convex
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PCT/JP2020/001734
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寿子 得能
啓 篠塚
紘太郎 大
凌峰 沈
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王子ホールディングス株式会社
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M1/00Apparatus for enzymology or microbiology
    • C12M1/22Petri dishes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M3/00Tissue, human, animal or plant cell, or virus culture apparatus

Definitions

  • the present disclosure relates to a cell sheet forming member for forming a cell sheet, a method for manufacturing the cell sheet forming member, and a method for manufacturing the cell sheet.
  • Patent Document 1 Various methods for culturing cells have been conventionally proposed. For example, in the method for culturing cells described in Patent Document 1, a plurality of spatial structures partitioned by fine sidewalls are provided in a cell culture substrate, and the directions in which the spatial structures communicate with each other and the cell extension direction are defined. By aligning, the orientation of cells in the cell sheet is controlled (see Patent Document 1).
  • An object of the present disclosure is to provide a cell sheet forming member that facilitates peeling of a cell sheet, a method of manufacturing the cell sheet forming member, and a method of manufacturing the cell sheet.
  • a cell sheet forming member includes a surface for forming a cell sheet, the surface being located outside a culturing section for culturing cells and the culturing section, and the cell sheet. And a peeling assisting portion that forms a peeling start site from the surface, the culture portion includes a plurality of first flat portions and a plurality of first uneven portions, and each of the first flat portions, The first flat portions have a shape extending in a first direction, the first flat portions are arranged in a second direction intersecting the first direction, and the first uneven portions are adjacent to each other.
  • a first step structure for filling the space is provided, wherein the first step structure is composed of convex parts arranged at a first pitch, and the peeling auxiliary part is composed of convex parts arranged at a second pitch. And a second flat portion having a second stepped structure.
  • the cell sheet forming member is provided with the peeling auxiliary portion outside the culture portion, so that the cell sheet can be peeled easily. That is, when the detachment assisting portion is formed of the second uneven portion having the second step structure, the contact area of the detachment assisting portion with respect to the cell sheet is smaller than the contact area of the culture portion with respect to the cell sheet. , The adhesive strength is also low. Therefore, the outer peripheral portion of the cell sheet is easily peeled off from the surface of the cell sheet forming member. Further, when the peeling assisting portion is formed of the second flat portion, the strength of the outer peripheral portion of the cell sheet is increased, and the outer peripheral portion of the cell sheet is less likely to be damaged when peeled from the surface.
  • the cells cultured in the cell sheet forming member are at least one kind selected from the group consisting of myoblasts, fibroblasts, and cardiomyocytes. According to the above configuration, it is possible to easily produce a cell sheet having orientation such as myoblasts, fibroblasts, and cardiomyocytes, and easily from the cell sheet forming member without damaging the cell sheet. Can be peeled off.
  • the peeling assisting portion is formed of a second uneven portion having a second step structure that is formed of convex portions arranged at a second pitch, and the second pitch is It is preferably the same as the first pitch or larger than the first pitch. According to the above configuration, the contact area of the peeling assisting portion with respect to the cell sheet is smaller than the contact area of the culturing portion with respect to the cell sheet, and the adhesive force is also reduced. Therefore, the outer peripheral portion of the cell sheet is easily peeled off from the surface of the cell sheet forming member.
  • the first pitch is preferably 10 nm or more and 10 ⁇ m or less
  • the second pitch is preferably 100 nm or more and 10 ⁇ m or less.
  • the peeling assisting portion is a single annular portion that surrounds the culturing portion. According to the above configuration, the cell sheet can be easily peeled from the peeling auxiliary portion formed of the single annular portion.
  • the peeling assisting portion is composed of a second uneven portion having a second step structure composed of convex portions arranged at a second pitch
  • the peeling assisting portion is An annular portion that is a double or more annular portion that surrounds the culture portion, the annular portion that is located on the outside is provided with a concavo-convex structure that is the same as the annular portion that is located on the inside or that has a larger pitch than the annular portion that is located on the inside. It is preferable.
  • the adhesive force of the cell sheet can be weakened toward the outside. Accordingly, the cell sheet can be easily peeled from the outside in the peeling assisting portion.
  • the surface is coated with a temperature responsive polymer. According to the above-mentioned composition, exfoliation and collection of a cell sheet can be made easy.
  • the peeling assisting portion is formed of a second uneven portion having a second step structure that is formed of convex portions arranged at a second pitch, and is parallel to the surface. It is preferable that the area of contact between the virtual plane and the peeling auxiliary portion per unit area is smaller than the area of contact between the virtual plane and the first uneven portion per unit area. According to the above configuration, the area in which the virtual plane parallel to the surface and the peeling assisting portion make contact per unit area is smaller than the area in which the virtual plane and the first uneven portion make contact per unit area. Therefore, the adhesive strength is also low. Therefore, the outer peripheral portion of the cell sheet is easily peeled off from the surface of the cell sheet forming member.
  • the peeling assisting portion is composed of a second flat portion, and an area where a virtual plane parallel to the surface and the peeling assisting portion contact each other per unit area is the virtual. It is preferable that the area is larger than the area where the flat surface and the first uneven portion are in contact with each other per unit area. According to the above configuration, the area in which the virtual plane parallel to the surface and the peeling assisting portion contact per unit area is larger than the area in which the virtual plane and the first uneven portion contact per unit area. The strength of the outer peripheral portion of the cell sheet is increased, and the outer peripheral portion of the cell sheet is less likely to be damaged when peeled from the surface.
  • a cell sheet forming member includes a surface for forming a cell sheet, the surface is a culture section for culturing cells, and the cell sheet is located at an edge of the surface.
  • a separation assisting part that forms a separation initiation site from the surface, the culturing part includes a plurality of first flat parts, and a plurality of first concavo-convex parts, and each of the first flat parts is a first part.
  • Direction, and the first flat portion is arranged in a second direction intersecting with the first direction, and an imaginary plane parallel to the surface and the peeling auxiliary portion per unit area. The area of contact is smaller than the area of contact between the virtual plane and the first uneven portion per unit area.
  • the area in which the virtual plane parallel to the surface and the peeling assisting portion make contact per unit area is smaller than the area in which the virtual plane and the first uneven portion make contact per unit area. Therefore, the adhesive strength is also low. Therefore, the outer peripheral portion of the cell sheet is easily peeled off from the surface of the cell sheet forming member.
  • a cell sheet forming member includes a surface for forming a cell sheet, the surface being a culture portion for culturing cells, and the cell sheet being located at an edge of the surface. And a peeling assisting portion that forms a peeling start site from the surface, the culture portion includes a plurality of first flat portions and a plurality of first uneven portions, and each of the first flat portions, The first flat portion has a shape extending in a first direction, and the first flat portion is arranged in a second direction intersecting the first direction, and a virtual plane parallel to the surface and the peeling auxiliary portion have a unit area. The area in contact with the contact is larger than the area in contact with the virtual plane and the first uneven portion per unit area.
  • the area in which the virtual plane parallel to the surface and the peeling assisting portion contact per unit area is larger than the area in which the virtual plane and the first uneven portion contact per unit area.
  • the strength of the outer peripheral portion of the cell sheet is increased, and the outer peripheral portion of the cell sheet is less likely to be damaged when peeled from the surface.
  • a method for manufacturing a cell sheet-forming member for solving the above-mentioned problems includes forming an intaglio plate, and forming the surface of a cell sheet-forming member for forming a cell sheet by transferring the intaglio plate,
  • the surface comprises a culture unit for culturing cells, and a peeling auxiliary unit that is located outside the culture unit and forms a peeling start site from the surface of the cell sheet, and the culture unit has a plurality of A first flat portion and a plurality of first uneven portions are provided, each of the first flat portions has a shape extending in a first direction, and the first flat portion intersects with the first direction.
  • each of the first uneven portions includes a first step structure that fills a space between the first flat portions that are adjacent to each other, and the first step structures are arranged at a first pitch.
  • the peeling assisting portion is formed of a second uneven portion having a second step structure including convex portions arranged at a second pitch, or a second flat portion.
  • the intaglio plate has a first flat forming portion that forms the first flat portion, a first uneven forming portion that forms the first uneven portion, and a second flat portion that forms the second uneven portion or the second flat portion.
  • Forming the intaglio plate with two molding parts includes forming the first flat molding part, the first concavo-convex molding part, and the second molding part by photolithography, colloidal lithography, anodization, And forming using at least one kind of interference exposure method.
  • a method for producing a cell sheet according to an aspect of the present disclosure uses the cell sheet forming member as described above, and adhesion to any one of the first flat portion and the first uneven portion is superior to adhesion to the other. Adhering a certain cell to the surface of the cell sheet forming member to form a cell sheet on the surface of the cell sheet forming member, and the cell from the peeling start portion on the peeling auxiliary portion of the cell sheet forming member. Peeling the sheet from the surface.
  • FIG. 1A is a perspective view showing the structure of a cell sheet forming member according to the present disclosure together with a petri dish
  • FIG. 1B is a plan view showing the entire surface of the cell sheet forming member of FIG. 1A
  • FIG. 1B is an enlarged perspective view showing a part of the surface of the culture part of the cell sheet forming member of FIG. 1B
  • FIG. 6F is a cell sheet forming member of FIG. 1B.
  • the image of the surface of the product taken by a scanning electron microscope.
  • FIG. 2A is a plan view of a first cell sheet forming member
  • FIG. 2B is a cross-sectional view of a main part of the first cell sheet forming member of FIG. 3A is a plan view of a second cell sheet forming member
  • FIG. 3B is a cross-sectional view of a main part of the second cell sheet forming member of FIG. 4A is a plan view of a third cell sheet forming member
  • FIG. 4B is a cross-sectional view of a main part of the third cell sheet forming member of FIG. 4A
  • 5A is a plan view of a fourth cell sheet forming member
  • FIG. 5B is a cross-sectional view of an essential part of the fourth cell sheet forming member of FIG. 5A.
  • FIG. 3 is a process drawing for explaining an example of a method for manufacturing the cell sheet forming member shown in FIGS. 2A and 2B.
  • (A)-(c) is a schematic diagram for demonstrating the manufacturing process of a cell sheet. A fluorescence-stained image of myoblasts cultured using the cell sheet forming member according to the present disclosure. Fluorescent staining image of myoblasts cultured using a cell culture dish as a reference example.
  • (A)-(c) is a schematic diagram for demonstrating the manufacturing process of a cell sheet.
  • A)-(c) is a schematic diagram for demonstrating the manufacturing process of a cell sheet.
  • (A) is a diagram showing cultured cells
  • (b) is a diagram showing a state in which the cultured cells are covered with an adhesive film
  • (c) is a diagram showing a state in which the cultured cells are three-dimensionally organized
  • (D) is a fluorescence-stained image of myoblasts cultured using the cell sheet forming member.
  • the cell sheet forming member 100 is, for example, a sheet material arranged on a culture dish 110 of a petri dish.
  • the cell sheet forming member 100 may be placed on the culture dish 110 or may be provided by directly processing a petri dish.
  • the cell sheet forming member 100 is shaped by injection molding the petri dish, for example.
  • the petri dish holds the cell suspension in the space surrounded by the culture dish 110 and the lid 120.
  • the cells contained in the cell suspension are, for example, at least one selected from the group consisting of myoblasts, fibroblasts, and cardiomyocytes, but are not limited thereto.
  • the surface 111 of the cell sheet forming member 100 includes a culture section 101 for culturing cells, and a separation assisting section 102 for facilitating separation of the cell sheet from the surface 111.
  • the peeling auxiliary portion 102 is configured as an annular portion that surrounds the culture portion 101 outside the culture portion 101.
  • the peeling assisting portion 102 is located at the edge of the surface 111.
  • the adhesive force of the cell sheet to the peeling assisting section 102 is set to be lower than the adhesive force of the cell sheet to the culture section 101, and the outer peripheral portion of the cell sheet serves as a peeling start site. It is configured to be easily peeled off from the surface 111.
  • the adhesive force of the cell sheet to the peeling assisting section 102 is made higher than the adhesive force of the cell sheet to the culture section 101, and the strength of the outer peripheral portion of the cell sheet is increased.
  • the outer peripheral portion of the cell sheet is peeled from the surface 111, it is less likely to be damaged.
  • the culture unit 101 includes a plurality of first flat portions 130 and a plurality of first uneven portions 140.
  • Each first concave-convex portion 140 has a step structure (first step structure), and the plurality of step structures fill the space between the first flat portions 130 adjacent to each other.
  • the step structure is a convex portion or a concave portion.
  • the step structure in the present embodiment is the convex portion 141, and the first concave-convex portion 140 includes the concave portion sandwiched between the first flat portions 130 adjacent to each other and the plurality of convex portions 141 located on the bottom surface of the concave portion.
  • each first flat portion 130 is a flat surface extending in one direction, which is one direction (vertical direction in FIG. 1(d)).
  • the first flat portions 130 are arranged in the second direction (the left-right direction in FIG. 1D) orthogonal to the first direction on the entire surface 111.
  • Each of the first uneven portions 140 also extends in the first direction, and the first uneven portions 140 are arranged in the second direction on the entire surface 111. This is clear from an image obtained by photographing the surface of the cell sheet forming member 100 with a scanning electron microscope as shown in FIG. 1(f).
  • Each of the convex portions 141 forming the first concave-convex portion 140 is located at, for example, each vertex of a triangular lattice when viewed from the direction facing the surface 111.
  • Each first concave-convex portion 140 repeats such an arrangement of the convex portions 141 in the first direction and the second direction.
  • a master suitable for forming the convex portion 141 is a mask suitable for forming a minute repeating structure, for example, a single particle film. It becomes possible to form by the etching method which used as a mask.
  • Each protrusion 141 has, for example, a circular shape when viewed from the direction facing the surface 111.
  • the mode of the distance between the centers of the convex portions 141 adjacent to each other is the pitch of the convex portions 141.
  • the maximum width of the convex portion 141 in the plan view shape is the diameter of the convex portion 141.
  • the configuration in which the first pitch, which is the pitch of the convex portions 141, satisfies the following (A) and (B) is an extension direction of animal cells such as human and mouse, particularly the myoblasts, fibroblasts, and cardiomyocytes described above. Is suitable from the viewpoint of aligning in the first direction. That is, the configuration in which the pitch (first pitch) of the convex portions 141 satisfies the following (A) and (B) is superior or inferior to the adhesion of animal cells, particularly the above-described myoblasts, fibroblasts, and cardiomyocytes. It is preferable in that it is clearly divided between the first flat portion 130 and the first uneven portion 140.
  • the pitch of the convex portions 141 is 500 nm or more, it is easy to form a fine structure on the resin surface.
  • the pitch of the protrusions 141 is preferably 500 nm or more and 10 ⁇ m or less.
  • each first flat portion 130 in the second direction is the width of the first flat portion 130. Is. Further, the length in the second direction (short side direction) between the flat portions 130 adjacent to each other is the width of the first uneven portion 140.
  • the width of the first flat portion 130 and the width of the first uneven portion 140 are, for example, 1/10 times or more and 10 times or less of the size of cells to be cultured (5 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less).
  • the configuration in which the width of the first flat portion 130 and the width of the first concave-convex portion 140 satisfy the following (C) and (D) is that of animal cells, particularly the above-described myoblasts, fibroblasts, and cardiomyocytes. It is suitable from the viewpoint of facilitating the alignment of the extension direction with the first direction.
  • a concave portion 142 may be provided between the convex portions 141 adjacent to each other, and between the first flat portion 130 and the convex portion 141 adjacent thereto. Since the plurality of convex portions 141 are scattered on the first concave-convex portion 140, the concave portions 142 that are spaces between the convex portions 141 are continuous in the first concave-convex portion 140 in the first direction and the second direction.
  • the length between the bottom surface of the concave portion 142 and the first flat portion 130 is the height of the first flat portion 130.
  • the height difference between the tip end surface of each convex portion 141 and the first flat portion 130 is a boundary step.
  • the height difference between the bottom surface of the concave portion 142 and the tip surface of each convex portion 141 is the height of the convex portion 141.
  • the height of the first flat portion 130 and the height of the convex portion 141 are equal to each other.
  • the ratio of the pitch of the protrusions 141 to the height of the protrusions 141 is the aspect ratio of the protrusions 141.
  • the configuration in which the boundary step satisfies the following (E) is suitable from the viewpoint of improving the flatness of the cell sheet.
  • the configuration in which the height of the convex portion 141 satisfies the following (F), and the configuration in which the aspect ratio of the convex portion 141 satisfies the following (G), can increase the structural stability of the first uneven portion 140, Further, it is preferable from the viewpoint of facilitating the formation of the first uneven portion 140.
  • the cells preferentially adhere to one of the structures, regardless of whether the cells are predominantly adherent to the first flat portion 130 or the first concavo-convex portion 140.
  • the cells are aligned in the first direction, which is the extending direction of both structures, and as a result, spread in the two-dimensional direction along the surface 111.
  • the cell sheet it is possible to align the cell elongation direction in a one-dimensional direction, that is, to improve the orientation of the cell. It is also possible to form a three-dimensional structure by stacking in the thickness direction in the state of having a property.
  • the structure satisfying the above (F) can further enhance the flatness of the cell sheet.
  • the surface 111 of the cell sheet forming member 100 includes the first flat portion 130 and the first concave-convex portion 140, the cells that are predominantly adhered to the first flat portion 130 are adhered to the first concave-convex portion 140. It is also possible to apply the common cell sheet forming member 100 to both the predominant cells. That is, the versatility of the cell sheet forming member 100 can be enhanced.
  • Stimulus-responsive material may be applied to facilitate peeling and recovery of the cell sheet after the cell sheet is formed.
  • the stimulus-responsive material a temperature-responsive polymer whose water affinity changes with temperature changes is preferable. Specifically, poly-N-isopropylacrylamide (PIPAAm) is preferable.
  • PIPAAm poly-N-isopropylacrylamide
  • the stimuli-responsive material may be applied to the substrate using a conventional application method.
  • the cell sheet forming member on which the cell sheet is formed may be subjected to ultrasonic treatment in order to facilitate peeling and recovery of the cell sheet.
  • the peeling assisting portion 102 of the first cell sheet forming member which is an embodiment of the cell sheet forming member 100, is configured as an annular portion that surrounds the culture portion 101.
  • the second uneven portion 121 is formed.
  • the second uneven portion 121 is located on the outer peripheral portion of the cell sheet forming member 100.
  • the second uneven portion 121 has a single step structure (second step structure) that surrounds the culture section 101.
  • the step structure in the peeling auxiliary section 102 is a convex section 122, and the second concave-convex section 121 includes a concave section adjacent to the first flat section 130 and a plurality of convex sections 122 located on the bottom surface of the concave section.
  • Each of the convex portions 122 forming the second concave-convex portion 121 is located at, for example, each vertex of a triangular lattice when viewed from the direction facing the surface 111.
  • the second concave-convex portion 121 is a mask suitable for forming a master for forming the convex portions 122 and a minute repeating structure, for example, It can be formed by an etching method using a single particle film as a mask.
  • the second uneven portion 121 can be formed simultaneously with the first uneven portion 140.
  • the width of the second uneven portion 121 is preferably 0.5 mm or more and 20 mm or less.
  • Each of the convex portions 122 has, for example, a circular shape when viewed from the direction facing the surface 111.
  • the mode of the distance between the centers of the convex portions 122 adjacent to each other is the pitch of the convex portions 122.
  • the maximum width of the convex portion 122 in the plan view shape is the diameter of the convex portion 122.
  • the configuration in which the second pitch, which is the pitch of the convex portions 122, satisfies the following (H) is from the viewpoint of enhancing the detachability of animal cells such as human and mouse, particularly the above-mentioned myoblasts, fibroblasts, and cardiomyocytes. It is suitable.
  • Second pitch of the convex portions 122 100 nm or more and 10 ⁇ m or less (preferably 300 nm or more and 5 ⁇ m or less, more preferably 500 nm or more and 1 ⁇ m or less)
  • the second pitch is preferably the same as the first pitch or larger than the second pitch. That is, it is preferable that the second pitch is larger than the first pitch.
  • the area in which the virtual plane parallel to the surface 111 and the second uneven portion 121 of the peeling assisting portion 102 contact per unit area is the contact between the virtual plane and the first uneven portion 140 per unit area. It is smaller than the area.
  • the cell sheet has a smaller adhesive force to the peeling assisting section 102 than to the culturing section 101.
  • the cell sheet is easily peeled off from the outer peripheral edge (peeling start site) of the surface 111 and is less likely to be damaged.
  • the contact area of the second uneven portion 121 with respect to the cell sheet is the first flat portion 130 when adjacent to the outer peripheral side of the first flat portion 130.
  • the height between the bottom surface of the concave portion and the convex portion 122 is the height of the convex portion 122.
  • the peeling assisting portion 102 of the second cell sheet forming member which is another embodiment of the cell sheet forming member 100, has an inner ring shape as the second uneven portion 121.
  • a portion 123 and an outer annular portion 124 are provided. That is, the second uneven portion 121 has a double step structure (second step structure) surrounding the culture section 101, the inner annular section 123 is located adjacent to the culture section 101, and the outer annular section 124 is The inner side is adjacent to the inner annular portion 123, and the outer side constitutes the outer peripheral edge of the cell sheet forming member 100.
  • each of the inner annular portion 123 and the outer annular portion 124 is a convex portion or a concave portion.
  • the step structure of the inner annular portion 123 is a convex portion 123a, and the inner annular portion 123 includes a concave portion adjacent to the first flat portion 130 and a plurality of convex portions 123a located on the bottom surface of the concave portion.
  • the step structure of the outer annular portion 124 is a convex portion 124a, and the outer annular portion 124 includes a plurality of convex portions 124a located on the bottom surface of the concave portion.
  • Each of the convex portions 123a and 124a is located, for example, at each vertex of a triangular lattice when viewed from the direction facing the surface 111.
  • the master for forming the protrusions 123a and 124a is formed into a minute repeating structure. It can be formed by an etching method using a suitable mask, for example, a single particle film as a mask.
  • the annular portions 123 and 124 can be formed simultaneously with the first uneven portion 140.
  • the configuration in which the inner second pitch that is the pitch of the convex portions 123a and the outer second pitch that is the pitch of the convex portions 124a satisfy the following (I) and (J) is used for animal cells such as human and mouse, especially the myoblasts described above. It is suitable from the viewpoint of enhancing the detachability of cells, fibroblasts, and cardiomyocytes. Further, this configuration is preferable from the viewpoint that the outer annular portion 124 makes the cell sheet easier to peel off than the inner annular portion 123.
  • the cell sheet has a smaller adhesive force to the peeling assisting section 102 than to the culturing section 101. Therefore, the cell sheet is easily peeled off from the outer peripheral edge (peeling start site) of the surface 111 and is less likely to be damaged.
  • the inner second pitch is preferably the same as the first pitch or larger than the first pitch.
  • the contact force of the cell sheet is weakened because the contact area of the peeling assisting section 102 is smaller than the contact area of the culturing section 101 per unit area.
  • the contact area of the inner annular portion 123 with respect to the cell sheet is the first. The smaller the contact area of the 1 flat part 130 with the cell sheet, the weaker the adhesive force. As a result, the inner annular portion 123 has a weaker adhesive force of the cell sheet than the first flat portion 130, and is easily peeled off.
  • the inner second pitch of the convex portions 123a of the inner annular portion 123 is smaller than the outer second pitch of the convex portions 124a of the outer annular portion 124. That is, the outer second pitch is larger than the inner second pitch.
  • the contact area of the outer annular portion 124 with respect to the cell sheet per unit area is smaller than that of the inner annular portion 123, and the adhesive force of the cell sheet is weakened and the cell sheet is easily peeled off.
  • the length between the bottom surface of the concave portion and the convex portions 123a and 124a is the height of the convex portions 123a and 124a.
  • the peeling assisting portion 102 of the third cell sheet forming member is the second uneven portion 121.
  • An inner annular portion 125 and an outer annular portion 126 are provided. That is, the second concave-convex portion 121 has a double step structure surrounding the culture portion 101, the inner annular portion 125 is located adjacent to the culture portion 101, and the outer annular portion 126 is an inner annular portion inside. It is adjacent to the portion 125 and constitutes the outer peripheral edge of the cell sheet forming member 100 on the outer side.
  • Each step structure of the inner annular portion 125 and the outer annular portion 126 is a convex portion or a concave portion.
  • the stepped structure (second stepped structure) of the inner annular portion 125 is a convex portion 125a having a truncated cone shape, and the inner annular portion 125 has a concave portion adjacent to the first flat portion 130 and a bottom surface of the concave portion. And a plurality of convex portions 125a located therein.
  • the step structure of the outer annular portion 126 is a convex portion 126a having a conical shape, and the outer annular portion 126 includes a plurality of convex portions 126a located on the bottom surface of the concave portion.
  • Each of the convex portions 125a and 126a is located, for example, at each apex of the triangular lattice when viewed from the direction facing the surface 111.
  • the master for forming the convex portions 125a and 126a is formed into a minute repeating structure. It can be formed by an etching method using a suitable mask, for example, a single particle film as a mask.
  • the annular portions 125 and 126 can be formed simultaneously with the first uneven portion 140.
  • the configuration in which the inner second pitch that is the pitch of the convex portion 125a and the outer second pitch that is the pitch of the convex portion 126a satisfy the following (K) is defined as animal cells, particularly the above-described myoblasts, fibroblasts, and myocardium. It is suitable from the viewpoint of enhancing the detachability of cells.
  • the area where the virtual plane parallel to the surface 111 and the annular portions 125 and 126 of the peeling assisting portion 102 contact each other per unit area is the virtual plane and the first uneven portion 140. It is smaller than the contact area.
  • the cell sheet has a smaller adhesive force to the peeling assisting section 102 than to the culturing section 101. Therefore, the cell sheet is easily peeled off from the outer peripheral edge (peeling start site) of the surface 111 and is less likely to be damaged.
  • the inner second pitch is preferably the same as the first pitch or larger than the first pitch.
  • the contact force of the cell sheet is weakened because the contact area of the peeling assisting section 102 is smaller than the contact area of the culturing section 101 per unit area.
  • the contact area of the inner annular portion 125 with respect to the cell sheet is the cells of the first flat portion 130 when adjacent to the outer peripheral side of the first flat portion 130. The smaller the contact area with the sheet, the weaker the adhesive force.
  • the inner annular portion 125 has a weaker adhesive force of the cell sheet than the first flat portion 130, and is easily peeled off.
  • each protrusion 126a of the outer annular portion 126 has a conical shape
  • each protrusion 125a of the inner annular portion 125 has a truncated cone shape. Therefore, the inner annular portion 125 has a larger contact area per unit area than the outer annular portion 124. As a result, the outer annular portion 126 is easier to peel off the cell sheet than the inner annular portion 125.
  • the length between the bottom surface of the concave portion and the convex portions 125a, 126a is the height of the convex portions 125a, 126a.
  • the flatness of the cell sheet can be improved in the configuration in which the tip surfaces of the respective convex portions 125a and 126a are flush with the convex portion 141 and the first flat portion 130.
  • the peeling assisting portion 102 of the fourth cell sheet forming member which is still another embodiment of the cell sheet forming member 100, includes a second flat portion 127. ing.
  • the second flat portion 127 is a flat surface. In the thickness direction of the cell sheet forming member 100, the length between the bottom surface of the concave portion 142 and the second flat portion 127 is the height of the second flat portion 127. The height difference between the bottom surface of the concave portion 142 and the tip end surface of the second flat portion 127 is the height of the second flat portion 127.
  • each convex portion 141 and the first flat portion 130 and the second flat portion 127 are flush with each other.
  • a surface 111 makes it possible to form a master for forming the convex portions 122 by a mask suitable for forming a minute repeating structure, for example, an etching method using a single particle film as a mask. ..
  • the second flat portion 127 can be formed simultaneously with the first uneven portion 140.
  • the width of the second flat portion 127 is preferably 0.5 mm or more and 20 mm or less.
  • the area in which the virtual flat surface parallel to the surface 111 and the second flat portion 127 of the peeling assisting portion 102 contact per unit area is such that the virtual flat surface and the first uneven portion 140 are the unit area. It is larger than the contact area.
  • the adhesive force of the cell sheet to the peeling assisting portion 102 is higher than the adhesive force of the cell sheet to the culture portion 101. Therefore, it is possible to increase the strength of the outer peripheral portion of the cell sheet and prevent the outer peripheral portion of the cell sheet from being damaged when peeled from the surface 111.
  • the peeling assisting portion 102 may be configured such that the second flat portion 127 is formed of a second uneven portion having a step structure.
  • the second concavo-convex portion may be smaller than the pitch of the first concavo-convex portion 140 so that the contact area with the cell sheet per unit area is larger than that of the culture section 101.
  • the strength of the cell sheet in the peeling assisting portion 102 can be increased.
  • the outer annular portion is configured to have a smaller pitch of the concavo-convex structure than the inner annular portion. With such a configuration, the strength of the cell sheet can be increased as it approaches the edge of the surface 111.
  • the manufacturing method of the cell sheet forming member includes a step of forming the intaglio plate 150 and a step of forming the surface 111 of the cell sheet forming member 100 by transferring the intaglio plate 150.
  • the lower surface of the intaglio plate 150 has a shape extending in a first direction (a direction orthogonal to the paper surface), and a plurality of first flat forming portions 151 arranged in a second direction (left-right direction of the paper surface) intersecting the first direction. And a first concavo-convex molding part 152 having a plurality of step structures that fills the space between the first flat molding parts 151 adjacent to each other.
  • the first flat forming portion 151 is a portion for forming the first flat portion 130
  • the first uneven forming portion 152 is a portion for forming the first uneven portion 140.
  • the portion of the intaglio 150 outside the first flat forming portion 151 is a portion that forms the peeling assisting portion 102, and in the example of FIG. 6, the second uneven forming portion for forming the second uneven portion 121. 153 is provided.
  • the concavo-convex structure of the first concavo-convex shaped portion 152 has a pitch, a height, etc. corresponding to the concavo-convex structure of the first concavo-convex portion 140.
  • the concavo-convex structure of the second concavo-convex shaped portion 153 has a pitch and a height corresponding to the concavo-convex structure of the second concavo-convex portion 121.
  • the concavo-convex portion is formed using, for example, at least one of a photolithography method, a colloidal lithography method, an anodic oxidation method, and an interference exposure method on a silicon substrate for forming the intaglio plate 150.
  • the intaglio plate 150 itself may be obtained by transferring the master plate once or plural times.
  • a shape corresponding to the surface shape of the intaglio plate 150 is formed on the master by using at least one of a photolithography method, a colloidal lithography method, an anodic oxidation method, and an interference exposure method for a silicon substrate.
  • the lower surface of the intaglio plate 150 is opposed to the surface 111 of the base material 160 for forming the cell sheet forming member 100.
  • the forming material of the base material 160 is, for example, a thermoplastic resin or a photocurable resin. Then, the lower surface of the intaglio plate 150 is pressed against the surface 111 of the base material 160 while the base material 160 has fluidity. Next, the intaglio plate 150 is released from the surface 111 of the base material 160 with the fluidity of the base material 160 suppressed.
  • the first flat molding portion 151, the first concave-convex molding portion 152, and the second concave-convex molding portion 153 of the intaglio plate 150 are transferred to the surface 111 of the base material 160, and the first flat portion 130 and the first concave-convex portion 140. , The second uneven portion 121 and the like are formed.
  • the base material 160 For the purpose of enhancing the adhesiveness of cells on the surface of the thermoplastic resin or the photocurable resin forming the base material 160, for example, laminin, collagen, gelatin, fibronectin, polylysine (PDL or PLL), hyaluronic acid, etc.
  • An organic substance containing an adhesion factor such as extracellular matrix, polymer, or gel may be applied.
  • a biomaterial such as a polysaccharide or a protein may be used as a material for forming the base material 160.
  • the cell suspension located on the surface 111 of the cell sheet forming member 100 includes, for example, cells S1 that adhere to the first flat portion 130.
  • each first flat portion 130 extends in the long side direction (first direction) of the first concavo-convex portion 140, and the width of each first flat portion 130 is 1 to several times the size of a general cell. It is a degree. Therefore, as shown in FIG. 7B, the positions of the cells S1 are preferentially distributed within the range of the first flat portion 130, and the cells S1 are arranged with the long axis direction of the cells arranged in the first direction.
  • FIG. 8 shows an example of myoblasts cultured using the cell sheet forming member 100. In the example shown in FIG. 8, the myoblasts are controlled so that their extending directions are aligned in one direction.
  • FIG. 9 shows an example of myoblasts cultivated using a commercially available cell culture dish as a reference example, and in the example shown in the figure, the extending direction of myoblasts is randomly arranged.
  • the cell suspension located on the surface 111 of the cell sheet forming member 100 contains, for example, the cells S2 that adhere to the first uneven portion 140.
  • each first concavo-convex portion 140 extends in the long side direction (first direction) of the first concavo-convex portion 140, and the width of each first concavo-convex portion 140 is 1 to several times the size of a general cell. It is a degree. Therefore, as shown in FIG. 10B, the cells S2 are preferentially distributed within the range of the first concavo-convex portion 140, and the cells S2 are linear with the long axis direction of the cells arranged in the first direction. Connected to. That is, the extension direction of the cell S2 is controlled so as to be aligned with the long side direction of the first uneven portion 140.
  • the orientation of the cells S1 is not controlled, and thus the long axis direction of the cells exists in a random direction.
  • the cell sheet forming base material that satisfies the above (A) as shown in FIG. It is the cell S1 that preferentially adheres, and is also the cell S2 that is allowed to adhere to the first uneven portion 140, although it is inferior to the first flat portion 130.
  • the cells of the cell suspension retained on the cell sheet forming member 100 are cells S2 that preferentially adhere to the first uneven portion 140, which is inferior to the first uneven portion 140 but flat.
  • the cell S1 is also allowed to adhere to the portion 130.
  • the first flat portions 130 and the first uneven portions 140 extend in the first direction and are alternately arranged in the second direction. Therefore, on the surface 111 of the cell sheet forming member, for example, the orientation of the cells S1 preferentially adhered to the flat portion 130 has the structure of the flat portion 130 and the structure of the first uneven portion 140 partitioning the flat portion 130. Controlled by.
  • the orientation by the flat portion 130 is reflected.
  • the cells S1 and S2 whose orientation is controlled in the first direction form a cell sheet SA that spreads over the entire surface 111.
  • the orientation of the cells S2 preferentially adhered to the first uneven portion 140 is controlled by the structure of the first uneven portion 140 and the structure of the first flat portion 130 partitioning the cell S2. Then, in the first flat portion 130 sandwiched between the first uneven portions 140 adjacent to each other, although it is inferior to the first uneven portion 140, the cells S1 adhered to the first flat portion 130 The control of the orientation by the uneven portion 140 is reflected. As a result, as shown in FIG. 11C, the cells S1 and S2 whose orientation is controlled in the first direction form a cell sheet SA that spreads over the entire surface 111.
  • Example 1 ⁇ Production of cell sheet forming member> The first flat portion 130, the first uneven portion 140, and the annular portions 123 and 124 of the second uneven portion 121 of the cell sheet forming member 100 including the peeling assisting portion 102 shown in FIGS. A nickel intaglio plate to be formed by transfer was produced.
  • a ring-shaped first flat portion 130, first concave-convex portion 140 and second concave-convex portion 121 is formed on a polystyrene sheet having a temperature-responsive polymer (PIPAAm) fixed on the surface of the substrate by a nanoimprint method.
  • PIPAAm temperature-responsive polymer
  • the parts 123 and 124 were processed, and thereby the cell sheet forming member 100 of Example 1 was produced.
  • Each of the first flat portions 130 in the culture section 101 has a shape that extends in the first direction, is arranged in a second direction that intersects the first direction, and has a width (in the second direction) of each first flat portion 130. The length) was 10 ⁇ m.
  • the first concavo-convex portion 140 includes a plurality of step structures that fill the spaces between the flat portions 130 adjacent to each other, and the length in the second direction between the first flat portions 130 adjacent to each other is 10 ⁇ m.
  • the pitch of the convex portions 141 in the concave-convex portion 140 was 300 nm.
  • the height of each convex portion in the first concave-convex portion 140 was measured using an AFM, and the average height from the bottom surface of the concave portion to the tip of the convex portion was 446 nm.
  • the average height from the bottom of the recess to the first flat portion 130 was 455 nm.
  • the width of the outer annular portion 124 located at the outer edge portion of the cell sheet forming member 100 was 5 mm, and the outer second pitch of the convex portions 124a was 600 nm.
  • the height of each convex portion in the outer annular portion 124 was measured using an AFM, and the average height from the bottom surface of the concave portion to the tip of the convex portion was 763 nm.
  • the inner second pitch of the convex portions 123a in the inner annular portion 123 located inside the outer annular portion 124 and outside the culture portion 101 was 300 nm.
  • the height of the convex portion 123a in the inner annular portion 123 was measured using an AFM, and the average height from the bottom surface of the concave portion to the tip of the convex portion was 446 nm.
  • mice-derived myoblasts (C2C12 cells, manufactured by DS Pharma Biomedical) were cultured in a cell culture flask (25 cm 2 ).
  • the culture conditions are FBS (fetal bovine serum) 1
  • DMEM Dulbecco's modified Eagle medium
  • Trypsin was used to recover the cells, and the cells were collected according to a standard method. The number of cells in the collected cells was measured using a hemocytometer.
  • the cell sheet forming member 100 of Example 1 cut into a circle having a diameter of 8.8 mm was placed on the bottom surface of the multi-well plate for cell culture (48 holes), and 1 ml of myoblast was seeded. After culturing for 24 hours or more in a CO 2 incubator, the medium was exchanged, and the medium was exchanged every day. Seven days after the start of culture, the cultured cell sheet was collected.
  • the medium was removed leaving the cells soaked, and the multiwell plate was allowed to stand in an incubator at -20°C for 30 minutes.
  • a PDVF membrane as a cell support was placed on the cell sheet to adhere the cell sheet. With the cell sheet attached to the PDVF membrane, the PDVF membrane was lifted and moved onto the collagen gel. The medium was added dropwise to remove only the PDVF membrane. It was confirmed by microscopic observation that the recovered cell sheet did not tear or fall off the cells.
  • the cell sheet forming member 100 shown in FIGS. 2(a) to 4(b) is provided with a peeling assisting portion 102 including a second uneven portion 121 on the outside of the culture portion 101.
  • the peeling assisting part 102 can weaken the adhesive force by making the contact area of the cell sheet smaller than that of the culturing part 101. As a result, the cell sheet can be easily separated in the separation assisting unit 102.
  • the cell sheet forming member 100 including the peeling assisting portion 102 including the second uneven portion 121 is suitable for culturing cells having relatively strong adhesiveness, for example. That is, even when a cell sheet having a relatively strong adhesiveness is peeled off, the peeling assisting portion 102 can weaken the adhesive force of the cell sheet, so that the cell sheet is easily peeled off.
  • the cell sheet forming member 100 shown in FIGS. 5(a) and 5(b) is provided with the peeling assisting portion 102 including the second flat portion 127 on the outer side of the culture portion 101.
  • the strength of the outer peripheral portion of the cell sheet is increased and the outer peripheral portion of the cell sheet is covered with the surface. It can be made less likely to be damaged when peeled from 111.
  • the cell sheet forming member 100 including the peeling assisting portion 102 including the second flat portion 127 is suitable for culturing cells having relatively weak adhesiveness, for example.
  • a cell sheet having orientation such as myoblasts, fibroblasts, and cardiomyocytes can be easily manufactured, and easily peeled from the cell sheet forming member 100 without damaging the cell sheet. can do.
  • the second pitch of the step structure in the second uneven portion 121 in the peeling assisting portion 102 is the same as or larger than the first pitch of the step structure in the first uneven portion 140.
  • the contact area of the second uneven portion 121 with respect to the cell sheet is smaller than the contact area of the first uneven portion 140 with respect to the cell sheet, and the adhesive force is also reduced. Therefore, the outer peripheral portion of the cell sheet can be easily peeled from the surface 111.
  • the peeling assisting portion 102 shown in FIG. 2A is a second uneven portion 121 formed of a single annular portion surrounding the culture portion 101. Therefore, the contact area of the cell sheet on the second concave-convex portion 121 is smaller than that on the culture section 101, and thus the adhesive force is weakened. As a result, the cell sheet can be easily separated in the separation assisting unit 102.
  • the peeling assisting portion 102 shown in FIGS. 3(a) to 4(b) is the second concave-convex portion 121 formed of a double annular portion surrounding the culture portion 101, and the annular portion positioned outside.
  • the pitch of the concavo-convex structure of the part is the same as the pitch of the concavo-convex structure of the annular part located inside, or larger than the pitch of the concavo-convex structure of the annular part located inside.
  • the surface of the base material 160 is coated with a temperature-responsive polymer. This makes it easy to peel off and collect the cell sheet.
  • the cell suspension located on the surface 111 of the cell sheet forming member 100 is the first solution containing the cell adhesion first component and the first solution. It comprises cultured cells 1 coated alternately with a component and a second solution containing a cell-adhesive second component that interacts. That is, the cultured cell 1 shown in FIG. 12( a) is covered with the adhesive film 2 as shown in FIG. 12( b ).
  • the adhesive film 2 is composed of a first film 2a containing a first component and a second film 2b containing a second component (FIG. 12(b)).
  • the combination of the first component and the second component is, for example, a combination of a polymer containing an arginine-glycine-aspartic acid (RGD) sequence to which an integrin binds and a polymer interacting with a polymer containing the RGD sequence. is there.
  • the polymer containing the RGD sequence containing the first component may be a protein having the RGD sequence or a protein chemically bound to the RGD sequence. Further, it may have a RGD sequence, and may be a naturally-occurring polymer other than protein or a synthetic polymer. Examples of the polymer containing an RGD sequence composed of a protein include conventionally known adhesive proteins such as fibronectin (molecular weight of about 500,000), vitronectin, laminin, cadherin and collagen.
  • both substances are capable of, for example, binding, adhering, adsorbing, and electron transfer due to the interaction with the polymer containing the RGD sequence.
  • the substance is not particularly limited as long as it is a substance that can be brought into close proximity, and it is any one of a protein that interacts with a polymer containing an RGD sequence, a naturally-occurring polymer, and a synthetic polymer.
  • the protein that interacts with the polymer containing the RGD sequence include water-soluble proteins, and specific examples thereof include collagen, gelatin (molecular weight of 100,000 as an example), proteoglycan, integrin, enzyme, antibody, etc. is there.
  • Examples of naturally-occurring polymers that interact with polymers containing RGD sequences include water-soluble polypeptides, low-molecular peptides, polyamino acids such as ⁇ -polylysine and ⁇ -polylysine (molecular weight 5,000), heparin and heparan sulfate, Examples include sugars such as dextran sulfate (molecular weight 500,000) and hyaluronic acid (molecular weight 1,000,000).
  • the combination of the first component and the second component is, for example, any of fibronectin and gelatin, fibronectin and heparin, fibronectin and dextran sulfate, and laminin and collagen.
  • a cultured cell 1 is prepared, and the entire surface thereof is coated with an adhesive film 2 to prepare a coated cell. Specifically, the prepared cultured cells 1 are put into a test tube.
  • the first component is brought into contact with the cultured cell 1.
  • the method for contacting the cultured cells with the first component include, for example, a method of directly adding the first component, a method of immersing the cell in a liquid containing the first component, and a dropping of the liquid containing the first component into the cultured cells 1.
  • the contact conditions can be appropriately determined depending on the contact method and the concentration of the contained liquid used.
  • the contact time is, for example, 15 seconds to 60 minutes, preferably 15 seconds to 15 minutes, more preferably 15 seconds to 5 minutes, and further preferably 15 seconds to 1 minute.
  • the contact temperature is not particularly limited, but is, for example, 4 to 60° C., preferably 20 to 40° C., more preferably 30 to 37° C., and further preferably 37° C.
  • the solvent may be an aqueous solvent such as water or a buffer
  • the buffer may be, for example, a Tris buffer such as Tris-HCl buffer, a phosphate buffer, HEPES buffer, citrate-phosphate buffer, glycylglycine-sodium hydroxide buffer, Britton-Robinson buffer, GTA buffer and the like can be mentioned.
  • the released first component is removed.
  • centrifugation is performed using the above solvent, the cultured cells 1 and the liquid containing the first component are separated, and the supernatant is removed. A method of removing is mentioned. As a result, the cultured cells 1 covered with the first film 2a composed of the first component can be obtained.
  • the cultured cells 1 coated with the first component are brought into contact with the second component.
  • the second film 2b made of the second component is coated.
  • the method of contacting with the second component can be carried out in the same manner as the first component.
  • it is carried out in the same manner as the method for preparing the liquid containing the first component.
  • a liquid containing the second component can be prepared.
  • the cultured cells 1 coated with the adhesive film 2 including the first film 2a including the first component and the second film 2b including the second component can be obtained.
  • a laminated film composed of the first film 2a of the first component and the second film 2b of the second component can be repeatedly coated to form a plurality of coating film layers.
  • the non-peritoneal layer is, for example, 1 to 20 layers, preferably 1 to 10 layers, and more preferably 1 to 5 layers.
  • the cell suspension containing the cultured cells 1 is dropped on the surface 111 of the cell sheet forming member 100, and the cultured cells 1 are seeded. Then, the cultured cell 1 is cultured.
  • the culture conditions for completing the three-dimensional cell sheet of the cultured cells 1 are appropriately determined according to the cells to be cultured.
  • the culture temperature is, for example, 4 to 60° C., preferably 20 to 40° C., more preferably 30 to 37° C.
  • the culture time is, for example, 1 to 168 hours, preferably 3 to 24 hours. Time, more preferably 3 to 12 hours.
  • the cell sheets 10 having a three-dimensional tissue can be manufactured by adhering the cultured cells 1 to each other or the proliferated cultured cells 1 to each other via the adhesive film 2 (see FIG. 12 ( See c).).
  • the cell sheet 10 other cultured cells extending in the one-dimensional direction are cultivated so as to overlap the cultured cells extending in the one-dimensional direction. Therefore, the size and shape of the cultured cells extending in the one-dimensional direction are , Not only in the first direction, but also in the second direction and in the direction orthogonal to the first and second directions. As a result, in the three-dimensional tissue, the space between the cultured cells that extend in the first direction and are adjacent to each other in the second direction is smaller than the cells and filled with other cells that extend in the first direction. Therefore, in the three-dimensional tissue, a layer structure is recognized in the first layer constituting the first surface adjacent to the surface 111 or a position close to the first layer.
  • the layer structure collapses as it moves away from the first surface) and approaches the second surface facing the first surface, and the other cultured cells 1 are stacked so that another cultured cell 1 enters the gap between the cultured cells 1.
  • the three-dimensional tissue having orientation can culture cells in a state close to a living body. Further, as shown in FIG. 12D, the orientation has an inclination in the second direction with respect to the first direction in which the extending direction of the cultured cells 1 is the specific direction. In the three-dimensional tissue having such an orientation, cells are cultured in a state close to that of a living body, so that drug responsiveness and the like can be made closer to that of the living body.
  • the surface 111 of the cell sheet forming member 100 is, for the purpose of enhancing the adhesiveness of cells, for example, an extracellular matrix such as laminin, collagen, gelatin, fibronectin, polylysine (PDL or PLL), hyaluronic acid, a polymer, a gel.
  • An organic substance containing an adhesion factor such as the above may be applied, or the surface may be made of metal.
  • the surface 111 of the cell sheet forming member 100 may have hydrophilicity or hydrophobicity for the purpose of enhancing the adhesiveness of cells and the flatness of the cell sheet.
  • An extracellular matrix production promoting factor may be added to the cell suspension.
  • the extracellular matrix production promoting factor include TGF- ⁇ 1, TGF- ⁇ 3, ascorbic acid, ascorbic acid diphosphate or a derivative thereof or a salt thereof.
  • ascorbic acid, ascorbic acid diphosphate or derivatives thereof and salts thereof are preferable.
  • Ascorbic acid is preferably L-form.
  • the shape of the convex portion 141 can be any one of a cone shape such as a cone and a pyramid, a columnar shape such as a cylinder and a prism, a truncated cone shape such as a truncated cone and a truncated pyramid, and a hemispherical shape. is there.
  • the position of the convex portion 141 may be irregular at each lattice point on the square lattice, at each lattice point on the hexagonal lattice, and further at the first irregular portion 140.
  • the shape of the first concavo-convex portion 140 is not limited to the linear shape extending in the first direction, but may be changed to a polygonal line extending in the first direction or a curved shape extending in the first direction.
  • the step structure that constitutes the first concavo-convex portion 140 can be changed to a concave portion or both a concave portion and a convex portion.
  • the first concavo-convex portion 140 can be changed to a structure in which one side surface that is continuous with the first flat portion 130 is provided and a plurality of concave portions are formed on the side surface.
  • the width of one first concavo-convex portion 140 and the width of the other first concavo-convex portion 140 may be different from each other or may be equal to each other. If the width of one first concavo-convex portion 140 and the width of the other first concavo-convex portion 140 are equal to each other, it is possible to enhance the uniformity of the characteristics of the cell sheet in the second direction. Is possible.
  • the width of one first flat portion 130 and the width of another first flat portion 130 may be different from each other or may be equal to each other. If the width of one first flat portion 130 and the width of another first flat portion 130 are equal to each other, the uniformity of the characteristics of the cell sheet in the second direction can be improved. Is possible.
  • the width of the first flat portion 130 and the width of the first uneven portion 140 may be different from each other or may be equal to each other.
  • the width of the first flat portion 130 is within a range in which the orientation can be controlled and is larger than the width of the first uneven portion 140. It is suitable.
  • the width of the first uneven portion 140 is within a range in which the orientation can be controlled and is larger than the width of the first flat portion 130. It is suitable.
  • the second direction in which the first flat portions 130 and the first concavo-convex portions 140 are alternately arranged is not limited to the direction orthogonal to the first direction, and if the second direction intersects the first direction, for example, the first direction It is also possible to set the direction in which the angle formed is 45°.
  • the cell sheet forming member is not limited to a transfer body using an intaglio plate, but may be a transfer body using a relief plate, and can also be a molded body by injection molding. That is, it is also possible to manufacture a cell sheet molding member using injection molding.
  • the height of the convex portion is preferably 50 nm or more and 5 ⁇ m or less. Further, the aspect ratio of the convex portion is preferably 0.1 or more and 10 or less. Such a configuration is suitable from the viewpoint that the structural stability of the second uneven portion 121 can be improved and that the second uneven portion 121 can be easily formed.
  • the shape of the convex portion is any one of a cone shape such as a cone and a pyramid, a columnar shape such as a cylinder and a prism, a truncated cone shape such as a truncated cone and a truncated pyramid, and a hemispherical shape. It is possible to
  • the positions of the convex portions in the second concave-convex portion 121 may be irregular at the lattice points on the square lattice, the lattice points on the hexagonal lattice, and the first concave-convex portion 140.
  • the height of the second uneven portion 121 may be the same as the height of the first flat portion 130 and/or the first uneven portion 140, may be higher, or may be lower.
  • the second concave-convex portion 121 of the peeling assisting portion 102 may be formed of an annular portion having three or more layers. In this case, it is preferable to increase the pitch of the step structure and weaken the adhesive force toward the outer peripheral annular portion. In the step structure in the adjacent annular portions, the pitch may be the same and there may be a portion.
  • the cell sheet forming member can be applied to a multi-well plate, a petri dish, a flask, a chamber slide or the like as long as it can hold a cell suspension.
  • Convex part, 142 Recessed part, 150... Intaglio, 151... 1st flat shaping

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Abstract

細胞シート形成部材は、細胞シートを形成するための表面を備え、表面は、細胞を培養する培養部と、培養部に対して外側に位置し、細胞シートの表面からの剥離開始部位を形成する剥離補助部とを備え、培養部は、複数の第1平坦部と、複数の第1凹凸部とを備える。第1平坦部の各々は、第1方向に延びる形状を有し、かつ、第1平坦部は、第1方向と交差する第2方向に並び、第1凹凸部の各々は、相互に隣り合う第1平坦部の間を埋める第1段差構造を備える。第1段差構造は、第1ピッチで配置された凸部から構成されている。剥離補助部は、第2ピッチで配置された凸部から構成された第2段差構造を備えた第2凹凸部、または、第2平坦部で構成されている。

Description

細胞シート形成部材、細胞シート形成部材の製造方法、および、細胞シートの製造方法
 本開示は、細胞シートを形成するための細胞シート形成部材、細胞シート形成部材の製造方法、および、細胞シートの製造方法に関する。
 細胞を培養するための方法は、従来から種々提案されている。例えば、特許文献1に記載の細胞の培養方法は、微細な側壁で区画された複数の空間構造を細胞培養用基材に設け、空間構造が相互に連通する方向と、細胞の伸長方向とを揃えることによって、細胞シートの細胞の配向性を制御する(特許文献1参照)。
特開2006-191809号公報
 ところで、例えば特許文献1で記載されたような細胞シートは、脆弱であることから、細胞培養用基材から剥離する際に損傷してしまうおそれがある。
 本開示の目的は、細胞シートの剥離を容易とした細胞シート形成部材、細胞シート形成部材の製造方法、および、細胞シートの製造方法を提供することにある。
 本開示の一態様に係る細胞シート形成部材は、細胞シートを形成するための表面を備え、前記表面は、細胞を培養する培養部と、前記培養部に対して外側に位置し、前記細胞シートの前記表面からの剥離開始部位を形成する剥離補助部とを備え、前記培養部は、複数の第1平坦部と、複数の第1凹凸部とを備え、前記第1平坦部の各々は、第1方向に延びる形状を有し、かつ、前記第1平坦部は、前記第1方向と交差する第2方向に並び、前記第1凹凸部の各々は、相互に隣り合う前記第1平坦部の間を埋める第1段差構造を備え、前記第1段差構造は、第1ピッチで配置された凸部から構成されており、前記剥離補助部は、第2ピッチで配置された凸部から構成された第2段差構造を備えた第2凹凸部、または、第2平坦部で構成されている。
 上記構成によれば、細胞シート形成部材は、培養部の外側に剥離補助部を備えているので、細胞シートを剥離し易くできる。すなわち、剥離補助部が第2段差構造を備えた第2凹凸部で構成されている場合には、剥離補助部での細胞シートに対する接触面積は、培養部での細胞シートに対する接触面積より小さくなり、接着力も低くなる。したがって、細胞シートの外周部が細胞シート形成部材の表面から剥がれ易くなる。また、剥離補助部が第2平坦部で構成されている場合には、細胞シートの外周部の強度が高まり、細胞シートの外周部を表面から剥がすときに損傷しにくくなる。
 上記細胞シート形成部材において、例えば、前記細胞シート形成部材において培養される細胞は、筋芽細胞、線維芽細胞、および、心筋細胞からなる群から選ばれた少なくとも1種である。上記構成によれば、筋芽細胞、線維芽細胞、および、心筋細胞などの配向性を持たせた細胞シートを容易に製造することができ、細胞シートを損傷させることなく細胞シート形成部材から容易に剥離することができる。
 上記細胞シート形成部材において、前記剥離補助部は、第2ピッチで配置された凸部から構成された第2段差構造を備えた第2凹凸部で構成されており、前記第2ピッチは、前記第1ピッチと同じであるか、前記第1ピッチよりも大きいことが好ましい。上記構成によれば、剥離補助部での細胞シートに対する接触面積は、培養部での細胞シートに対する接触面積より小さくなり、接着力も低くなる。したがって、細胞シートの外周部が細胞シート形成部材の表面から剥がれ易くなる。
 上記細胞シート形成部材において、例えば、前記第1ピッチは、10nm以上、10μm以下であり、前記第2ピッチは、100nm以上、10μm以下であることが好ましい。
 上記細胞シート形成部材において、前記剥離補助部は、前記培養部を包囲する一重の環状部であることが好ましい。上記構成によれば、一重の環状部で構成された剥離補助部から細胞シートを剥離し易くできる。
 上記細胞シート形成部材において、前記剥離補助部は、第2ピッチで配置された凸部から構成された第2段差構造を備えた第2凹凸部で構成されており、前記剥離補助部は、前記培養部を包囲する2重以上の環状部であって、外側に位置する環状部は、内側に位置する環状部と同じか、前記内側に位置する環状部よりも大きなピッチを有する凹凸構造を備えることが好ましい。上記構成によれば、外側に向かうほど、細胞シートの接着力を弱めることができる。これにより、剥離補助部において、外側から細胞シートを剥離し易くできる。
 上記細胞シート形成部材において、前記表面には、温度応答性ポリマーが塗布されていることが好ましい。上記構成によれば、細胞シートの剥離・回収を容易にすることができる。
 上記細胞シート形成部材において、前記剥離補助部は、第2ピッチで配置された凸部から構成された第2段差構造を備えた第2凹凸部で構成されており、前記表面に対して平行な仮想平面と前記剥離補助部とが単位面積当たりに接触する面積は、前記仮想平面と前記第1凹凸部とが単位面積当たりに接触する面積よりも小さいことが好ましい。上記構成によれば、表面に対して平行な仮想平面と前記剥離補助部とが単位面積当たりに接触する面積が、仮想平面と前記第1凹凸部とが単位面積当たりに接触する面積よりも小さいので、接着力も低くなる。したがって、細胞シートの外周部が細胞シート形成部材の表面から剥がれ易くなる。
 上記細胞シート形成部材において、前記剥離補助部は、第2平坦部で構成されており、前記表面に対して平行な仮想平面と前記剥離補助部とが単位面積当たりに接触する面積は、前記仮想平面と前記第1凹凸部とが単位面積当たりに接触する面積よりも大きいことが好ましい。上記構成によれば、表面に対して平行な仮想平面と剥離補助部とが単位面積当たりに接触する面積が、仮想平面と前記第1凹凸部とが単位面積当たりに接触する面積よりも大きいので、細胞シートの外周部の強度が高まり、細胞シートの外周部を表面から剥がすときに損傷しにくくなる。
 本開示の別の態様に係る細胞シート形成部材は、細胞シートを形成するための表面を備え、前記表面は、細胞を培養する培養部と、前記表面の縁に位置して前記細胞シートの前記表面からの剥離開始部位を形成する剥離補助部とを備え、前記培養部は、複数の第1平坦部と、複数の第1凹凸部とを備え、前記第1平坦部の各々は、第1方向に延びる形状を有し、かつ、前記第1平坦部は、前記第1方向と交差する第2方向に並び、前記表面に対して平行な仮想平面と前記剥離補助部とが単位面積当たりに接触する面積は、前記仮想平面と前記第1凹凸部とが単位面積当たりに接触する面積よりも小さい。
 上記構成によれば、表面に対して平行な仮想平面と前記剥離補助部とが単位面積当たりに接触する面積が、仮想平面と前記第1凹凸部とが単位面積当たりに接触する面積よりも小さいので、接着力も低くなる。したがって、細胞シートの外周部が細胞シート形成部材の表面から剥がれ易くなる。
 本開示の更なる別の態様に係る細胞シート形成部材は、細胞シートを形成するための表面を備え、前記表面は、細胞を培養する培養部と、前記表面の縁に位置して前記細胞シートの前記表面からの剥離開始部位を形成する剥離補助部とを備え、前記培養部は、複数の第1平坦部と、複数の第1凹凸部とを備え、前記第1平坦部の各々は、第1方向に延びる形状を有し、かつ、前記第1平坦部は、前記第1方向と交差する第2方向に並び、前記表面に対して平行な仮想平面と前記剥離補助部とが単位面積当たりに接触する面積は、前記仮想平面と前記第1凹凸部とが単位面積当たりに接触する面積よりも大きい。
 上記構成によれば、表面に対して平行な仮想平面と剥離補助部とが単位面積当たりに接触する面積が、仮想平面と前記第1凹凸部とが単位面積当たりに接触する面積よりも大きいので、細胞シートの外周部の強度が高まり、細胞シートの外周部を表面から剥がすときに損傷しにくくなる。
 上記課題を解決するための細胞シート形成部材の製造方法は、凹版を形成することと、細胞シートを形成するための細胞シート形成部材の表面を前記凹版の転写によって形成することとを含み、前記表面は、細胞を培養する培養部と、前記培養部に対して外側に位置し、前記細胞シートの前記表面からの剥離開始部位を形成する剥離補助部とを備え、前記培養部は、複数の第1平坦部と、複数の第1凹凸部とを備え、前記第1平坦部の各々は、第1方向に延びる形状を有し、かつ、前記第1平坦部は、前記第1方向と交差する第2方向に並び、前記第1凹凸部の各々は、相互に隣り合う前記第1平坦部の間を埋める第1段差構造を備え、前記第1段差構造は、第1ピッチで配置された凸部から構成されており、前記剥離補助部は、第2ピッチで配置された凸部で構成された第2段差構造を備えた第2凹凸部、または、第2平坦部で構成されており、前記凹版は、前記第1平坦部を成形する第1平坦成形部と、前記第1凹凸部を成形する第1凹凸成形部と、前記第2凹凸部または前記第2平坦部を成形する第2成形部とを備え、前記凹版を形成することは、前記第1平坦成形部、前記第1凹凸成形部、および、前記第2成形部を、フォトリソグラフィー法、コロイダルリソグラフィー法、陽極酸化法、および、干渉露光法の少なくとも1種を用いて形成することを含む。
 本開示の一態様に係る細胞シートの製造方法は、以上のような細胞シート形成部材を用い、前記第1平坦部および前記第1凹凸部の何れか一方に対する接着が他方に対する接着よりも優勢である細胞を前記細胞シート形成部材の表面に接着させて、前記細胞シート形成部材の表面に細胞シートを形成することと、前記細胞シート形成部材の前記剥離補助部上の前記剥離開始部位から前記細胞シートを前記表面から剥離することとを含む。
(a)は、本開示に係る細胞シート形成部材の構造をシャーレと共に示す斜視図、(b)は、図1(a)の細胞シート形成部材の表面全体を示す平面図、(c)は、図1(b)の細胞シート形成部材の培養部表面の一部を拡大して示す斜視図、(d)は、図1(b)の細胞シート形成部材の培養部表面の一部を拡大して示す平面図、(e)は、図1(b)の細胞シート形成部材の培養部の一部を拡大して示す部分断面図、(f)は、図1(b)の細胞シート形成部材の表面を走査電子顕微鏡によって撮影した画像。 (a)は、第1細胞シート形成部材の平面図であり、(b)は、図2(a)の第1細胞シート形成部材の要部断面図。 (a)は、第2細胞シート形成部材の平面図であり、(b)は、図3(a)の第2細胞シート形成部材の要部断面図。 (a)は、第3細胞シート形成部材の平面図であり、(b)は、図4(a)の第3細胞シート形成部材の要部断面図。 (a)は、第4細胞シート形成部材の平面図であり、(b)は、図5(a)の第4細胞シート形成部材の要部断面図。 図2(a)および図2(b)に示す細胞シート形成部材の製造方法の一例を説明するための工程図。 (a)~(c)は、細胞シートの製造過程を説明するための模式図。 本開示に係る細胞シート形成部材を用いて培養した筋芽細胞の蛍光染色画像。 参考例としての細胞培養シャーレを用いて培養した筋芽細胞の蛍光染色画像。 (a)~(c)は、細胞シートの製造過程を説明するための模式図。 (a)~(c)は、細胞シートの製造過程を説明するための模式図。 (a)は培養細胞を示す図であり、(b)は、培養細胞が接着膜で被覆された状態を示す図、(c)は、培養細胞が三次元組織化された状態を示す図、(d)は、細胞シート形成部材を用いて培養した筋芽細胞の蛍光染色画像。
 以下、細胞シート形成部材、細胞シート形成部材の製造方法、および、細胞シートの製造方法の実施形態について説明する。まず、細胞シート形成部材の構成を説明し、次いで、細胞シート形成部材の製造方法、細胞シートの製造方法を説明する。
 [細胞シート形成部材]
 図1(a)に示すように、細胞シート形成部材100は、例えば、シャーレの培養皿110に配置されるシート材である。細胞シート形成部材100は、培養皿110に載置されるものであってもよいし、シャーレを直接加工して設けるものであってもよい。シャーレに直接加工して設ける場合、細胞シート形成部材100は、例えばシャーレを射出成型して賦形される。シャーレは、培養皿110と蓋120とに囲まれた空間に細胞懸濁液を保持する。細胞懸濁液に含まれる細胞は、例えば、筋芽細胞、線維芽細胞、および心筋細胞からなる群から選ばれた少なくとも1種であるが、これに限定されるものではない。
 図1(b)に示すように、細胞シート形成部材100の表面111は、細胞培養する培養部101と、表面111からの細胞シートの剥離を行い易くする剥離補助部102とを備えている。剥離補助部102は、培養部101の外側において、培養部101を包囲する環状部として構成されている。また、剥離補助部102は、表面111の縁に位置している。剥離補助部102では、一例として、剥離補助部102に対する細胞シートの接着力が培養部101に対する細胞シートの接着力よりも低くなるようにし、細胞シートの外周部が剥離開始部位となるように、表面111から剥がれ易くなるように構成されている。また、剥離補助部102では、別の例として、剥離補助部102に対する細胞シートの接着力が培養部101に対する細胞シートの接着力よりも高くなるようにし、細胞シートの外周部の強度を高め、細胞シートの外周部を表面111から剥がすときに損傷しにくくしている。
 [培養部]
 図1(c)に示すように、培養部101は、複数の第1平坦部130と、複数の第1凹凸部140とを備える。各第1凹凸部140は、段差構造(第1段差構造)を備え、複数の段差構造は、相互に隣り合う第1平坦部130の間を埋める。段差構造は、凸部、または、凹部である。なお、本実施形態における段差構造は、凸部141であり、第1凹凸部140は、相互に隣り合う第1平坦部130に挟まれた凹部と、凹部の底面に位置する複数の凸部141とを備える。
 図1(d)に示すように、各第1平坦部130は、1つの方向である第1方向(図1(d)の上下方向)に延びる平坦面である。第1平坦部130は、表面111の全体において、第1方向と直交する第2方向(図1(d)の左右方向)に並ぶ。各第1凹凸部140もまた、第1方向に延び、かつ、第1凹凸部140は、表面111の全体において、第2方向に並ぶ。このことは、図1(f)に示すように、細胞シート形成部材100の表面を走査電子顕微鏡によって撮影した画像からも明らかである。
 第1凹凸部140を構成する各凸部141は、表面111と対向する方向から見て、例えば、三角格子の各頂点に位置する。各第1凹凸部140は、凸部141のこのような配列を、第1方向、および、第2方向に繰り返す。三角格子の各頂点に凸部141が位置する第1凹凸部140であれば、凸部141を形成するための原盤を、微小な繰り返し構造を形成することに適したマスク、例えば、単粒子膜をマスクとしたエッチング法によって形成することが可能となる。
 表面111と対向する方向から見て、各凸部141は、例えば円形状を有する。相互に隣り合う凸部141の中心間の距離の最頻値は、凸部141のピッチである。また、凸部141の平面視形状における凸部の最大幅は、凸部141の直径である。
 凸部141のピッチである第1ピッチが下記(A)および(B)を満たす構成は、ヒト・マウスなどの動物細胞、特に上述した筋芽細胞、線維芽細胞、および、心筋細胞の伸長方向を第1方向に揃える観点において好適である。すなわち、凸部141のピッチ(第1ピッチ)が下記(A)および(B)を満たす構成は、動物細胞、特に上述した筋芽細胞、線維芽細胞、および、心筋細胞などの接着に対する優劣が、第1平坦部130と第1凹凸部140との間で明確に区画される観点において好適である。
 (A)凸部141の第1ピッチ:10nm以上、10μm以下(好ましくは、100nm以上、10μm以下)
 なお、凸部141のピッチが、たとえば300nm以下であれば、細胞シートを透過した可視光が、凸部141によって干渉されにくい。凸部141の干渉によって表示される色は、顕微鏡を使用した細胞シートの観察を複雑にする。こうした視認性の観点において、凸部141のピッチは10nm以上300nm以下が好ましい。一方、凸部141のピッチが大きいほど、射出成形等によって樹脂表面に凸部の微細構造を正確に形成することができる。たとえば、凸部141のピッチが500nm以上であれば、樹脂表面への微細構造の形成は容易である。こうした加工性の観点において、凸部141のピッチは500nm以上10μm以下であることが好ましい。
 (B)凸部141の直径:凸部141のピッチの50%以上、100%以下
 各第1平坦部130の第2方向(短辺方向)での長さは、第1平坦部130の幅である。また、相互に隣り合う平坦部130間の第2方向(短辺方向)での長さは、第1凹凸部140の幅である。
 第1平坦部130の幅、および、第1凹凸部140の幅は、例えば、培養の対象となる細胞の大きさ(5μm以上、100μm以下)の1/10倍以上、10倍以下である。第1平坦部130の幅、および、第1凹凸部140の幅が下記(C)および(D)を満たす構成は、動物細胞、特に上述した筋芽細胞、線維芽細胞、および、心筋細胞の伸長方向を第1方向に揃えることを容易なものとする観点において好適である。
 (C)第1平坦部130の幅:10μm以上、50μm以下
 (D)第1凹凸部140の幅:10μm以上、50μm以下
 図1(e)に示すように、第1凹凸部140は、相互に隣り合う凸部141、および、第1平坦部130とそれに隣接する凸部141との間に、凹部142を備えても良い。複数の凸部141が第1凹凸部140に点在するため、凸部141間の空間である凹部142は、第1凹凸部140において、第1方向、および、第2方向に連なる。
 細胞シート形成部材100の厚み方向において、凹部142の底面と第1平坦部130との間の長さは、第1平坦部130の高さである。また、細胞シート形成部材100の厚み方向において、各凸部141の先端面と第1平坦部130との間の高低差は、境界段差である。凹部142の底面と各凸部141の先端面の高低差は、凸部141の高さである。各凸部141の先端面と平坦部130とが面一である構成では、第1平坦部130の高さと、凸部141の高さとが、相互に等しい。凸部141の高さに対する凸部141のピッチの比は、凸部141のアスペクト比である。
 境界段差が下記(E)を満たす構成は、細胞シートの平坦性を高める観点において好適である。凸部141の高さが下記(F)を満たす構成、また、凸部141のアスペクト比が下記(G)を満たす構成は、第1凹凸部140の構造上での安定性を高められる観点、また、第1凹凸部140の形成を容易なものとする観点において好適である。
 (E)境界段差:0.5μm以下(好ましくは0.3μm以下)
 (F)凸部141の高さ:5nm以上、5μm以下(好ましくは、50nm以上、5μm以下
 (G)凸部141のアスペクト比:0.1以上、10以下
 そして、上記(A)および(B)を満たす構成であれば、第1平坦部130に対する接着が優勢である細胞であれ、第1凹凸部140に対する接着が優勢である細胞であれ、一方の構造体に対して細胞が優先的に接着し、他方の構造体に対する接着の劣勢と相まって、双方の構造体の延在方向である第1方向に、細胞の伸長方向が揃えられる。結果として、表面111に沿った二次元方向に広がる細胞シートにおいて、細胞の伸長方向を一次元方向に揃えること、すなわち、細胞の配向性を向上させることが可能となる。なお、細胞シートは、培養細胞が一次元方向に揃った状態、すなわち配向性を有する状態で厚さ方向に積み上がって三次元組織を形成することも可能である。
 また、上記(E)を満たす構成、特に、各凸部141の先端面と第1平坦部130とが面一である構成は、第1凹凸部140と第1平坦部130とを覆うように形成された細胞シートにおいて、それの平坦性を高めることを可能とする。さらに、上記(F)を満たす構成は、細胞シートの平坦性をより一層に高めることが可能である。
 なお、細胞シート形成部材100の表面111が、第1平坦部130と第1凹凸部140とを備えるため、第1平坦部130に対する接着が優勢である細胞と、第1凹凸部140に対する接着が優勢である細胞との両方に、共通する細胞シート形成部材100を適用することが可能ともなる。すなわち、細胞シート形成部材100の汎用性を高めることも可能となる。
 細胞シート形成後に細胞シートの剥離・回収を容易にするために、刺激応答性材料を塗布しても良い。刺激応答性材料としては、温度変化によって水親和性が変化する温度応答性ポリマーが好ましい。具体的にはポリ-N-イソプロピルアクリルアミド(PIPAAm)が好ましい。刺激応答性材料は慣用の塗布方法を用いて基材に塗布しても良い。なお、細胞シートの剥離・回収を容易にするために、細胞シートが形成された細胞シート形成部材は、超音波処理を施されてもよい。
 [剥離補助部]
 [第1細胞シート形成部材]
 図2(a)および図2(b)に示すように、細胞シート形成部材100の一実施形態である第1細胞シート形成部材の剥離補助部102は、培養部101を包囲する環状部として構成された第2凹凸部121を備える。第2凹凸部121は、細胞シート形成部材100の外周部に位置している。第2凹凸部121は、培養部101を囲む一重の段差構造(第2段差構造)を備える。剥離補助部102における段差構造は、凸部122であり、第2凹凸部121は、第1平坦部130に対して隣接する凹部と、凹部の底面に位置する複数の凸部122とを備える。
 第2凹凸部121を構成する各凸部122は、表面111と対向する方向から見て、例えば、三角格子の各頂点に位置する。第2凹凸部121は、三角格子の各頂点に凸部122が位置するものであれば、凸部122を形成するための原盤を、微小な繰り返し構造を形成することに適したマスク、例えば、単粒子膜をマスクとしたエッチング法によって形成することが可能となる。そして、第2凹凸部121は、第1凹凸部140と同時に形成することができる。第2凹凸部121の幅は、0.5mm以上、20mm以下であることが好ましい。
 表面111と対向する方向から見て、各凸部122は、例えば円形状を有する。相互に隣り合う凸部122の中心間の距離の最頻値は、凸部122のピッチである。また、凸部122の平面視形状における凸部の最大幅は、凸部122の直径である。
 凸部122のピッチである第2ピッチが下記(H)を満たす構成は、ヒト・マウスなどの動物細胞、特に上述した筋芽細胞、線維芽細胞、および、心筋細胞の剥離性を高める観点において好適である。
 (H)凸部122の第2ピッチ:100nm以上、10μm以下(好ましくは、300nm以上、5μm以下、より好ましくは、500nm以上、1μm以下)
 第2ピッチは第1ピッチと同じであるか、第2ピッチよりも大きいことが好ましい。すなわち、第2ピッチは、第1ピッチ以上の大きさを有することが好ましい。換言すると、表面111に対して平行な仮想平面と剥離補助部102の第2凹凸部121とが単位面積当たりに接触する面積は、当該仮想平面と第1凹凸部140とが単位面積当たりに接触する面積よりも小さくなる。これにより、細胞シートは、培養部101に対する接着力よりも剥離補助部102に対する接着力が小さくなる。したがって、細胞シートは、表面111の外周縁(剥離開始部位)から剥離が容易となり、損傷しにくくなる。また、第2ピッチが第1ピッチと同じ場合であっても、第1平坦部130の外周側に隣接しているときは、第2凹凸部121の細胞シートに対する接触面積が第1平坦部130の細胞シートに対する接触面積よりも小さくなることで、接着力が弱まり、表面111の外周縁から剥離が容易となる。
 細胞シート形成部材100の厚み方向において、凹部の底面と凸部122との間の長さが凸部122の高さである。各凸部122の先端面と凸部141および第1平坦部130とが面一である構成では、細胞シートの平坦性を高めることができる。
 [第2細胞シート形成部材]
 図3(a)および図3(b)に示すように、細胞シート形成部材100の別の実施形態である第2細胞シート形成部材の剥離補助部102は、第2凹凸部121として、内側環状部123と外側環状部124とを備えている。すなわち、第2凹凸部121は、培養部101を囲む二重の段差構造(第2段差構造)を有し、内側環状部123は、培養部101に隣接して位置し、外側環状部124は、内側において、内側環状部123と隣接し、外側において、細胞シート形成部材100の外周縁を構成する。
 内側環状部123および外側環状部124の各々の段差構造は、凸部、または、凹部である。内側環状部123の段差構造は、凸部123aであり、内側環状部123は、第1平坦部130に対して隣接する凹部と、凹部の底面に位置する複数の凸部123aとを備える。外側環状部124の段差構造は、凸部124aであり、外側環状部124は、凹部の底面に位置する複数の凸部124aを備える。
 各凸部123a,124aは、表面111と対向する方向から見て、例えば、三角格子の各頂点に位置する。環状部123,124の各々は、三角格子の各頂点に凸部123a,124aが位置するものであれば、凸部123a,124aを形成するための原盤を、微小な繰り返し構造を形成することに適したマスク、例えば、単粒子膜をマスクとしたエッチング法によって形成することが可能となる。そして、環状部123,124は、第1凹凸部140と同時に形成することができる。
 凸部123aのピッチである内側第2ピッチおよび凸部124aのピッチである外側第2ピッチが下記(I)および(J)を満たす構成は、ヒト・マウスなどの動物細胞、特に上述した筋芽細胞、線維芽細胞、および、心筋細胞の剥離性を高める観点において好適である。さらに、この構成は、外側環状部124の方が内側環状部123よりも細胞シートが剥がれ易くする観点において好適である。
 (I)内側環状部123における凸部123aの内側第2ピッチ:100nm以上、10μm以下(好ましくは、300nm以上、1μm以下)
 (J)外側環状部124における凸部124aの外側第2ピッチ:500nm以上、10μm以下(好ましくは、700nm以上、2μm以下)
 このような構成により、表面111に対して平行な仮想平面と剥離補助部102の環状部123,124とが単位面積当たりに接触する面積は、当該仮想平面と第1凹凸部140とが単位面積当たりに接触する面積よりも小さくなる。これにより、細胞シートは、培養部101に対する接着力よりも剥離補助部102に対する接着力が小さくなる。したがって、細胞シートは、表面111の外周縁(剥離開始部位)から剥離が容易となり、損傷しにくくなる。
 さらに具体的には、内側第2ピッチは、第1ピッチと同じであるか、第1ピッチよりも大きいことが好ましい。細胞シートは、培養部101に対する単位面積当たりの接触面積よりも剥離補助部102に対する接触面積が小さくなることで、接触力が弱まる。内側第2ピッチが第1凹凸部140の第1ピッチと同じ場合であっても、第1平坦部130の外周側に隣接しているときは、内側環状部123の細胞シートに対する接触面積が第1平坦部130の細胞シートに対する接触面積よりも小さくなることで、接着力が弱まる。これにより、内側環状部123の方が第1平坦部130よりも細胞シートの接着力が弱まり剥がれ易くなる。内側環状部123の凸部123aの内側第2ピッチは、外側環状部124の凸部124aの外側第2ピッチよりも小さい。すなわち、外側第2ピッチは、内側第2ピッチよりも大きい。これにより、外側環状部124の方が細胞シートに対する単位面積当たりの接触面積が内側環状部123よりも小さくなり、細胞シートの接着力が弱まり剥がれ易くなる。
 細胞シート形成部材100の厚み方向において、凹部の底面と凸部123a,124aの間の長さが凸部123a,124aの高さである。各凸部123a,124aの先端面と凸部141および第1平坦部130とが面一である構成では、細胞シートの平坦性を高めることができる。
 [第3細胞シート形成部材]
 図4(a)および図4(b)に示すように、細胞シート形成部材100の更なる別の実施形態である第3細胞シート形成部材の剥離補助部102は、第2凹凸部121として、内側環状部125と外側環状部126とを備えている。すなわち、第2凹凸部121は、培養部101を囲む二重の段差構造を有し、内側環状部125は、培養部101に隣接して位置し、外側環状部126は、内側において、内側環状部125と隣接し、外側において、細胞シート形成部材100の外周縁を構成する。
 内側環状部125および外側環状部126の各々の段差構造は、凸部、または、凹部である。内側環状部125の段差構造(第2段差構造)は、円錐台形状を有した凸部125aであり、内側環状部125は、第1平坦部130に対して隣接する凹部と、凹部の底面に位置する複数の凸部125aとを備える。外側環状部126の段差構造は、円錐形状を有した凸部126aであり、外側環状部126は、凹部の底面に位置する複数の凸部126aを備える。
 各凸部125a,126aは、表面111と対向する方向から見て、例えば、三角格子の各頂点に位置する。環状部125,126の各々は、三角格子の各頂点に凸部125a,126aが位置するものであれば、凸部125a,126aを形成するための原盤を、微小な繰り返し構造を形成することに適したマスク、例えば、単粒子膜をマスクとしたエッチング法によって形成することが可能となる。そして、環状部125,126は、第1凹凸部140と同時に形成することができる。
 凸部125aのピッチである内側第2ピッチおよび凸部126aのピッチである外側第2ピッチが下記(K)を満たす構成は、動物細胞、特に上述した筋芽細胞、線維芽細胞、および、心筋細胞の剥離性を高める観点において好適である。
 (K)環状部125,126における凸部125a,126aの内側第2ピッチおよび外側第2ピッチ:100nm以上、10μm以下(好ましくは、300nm以上、1μm以下)
 このような構成により、表面111に対して平行な仮想平面と剥離補助部102の環状部125,126とが単位面積当たりに接触する面積は、当該仮想平面と第1凹凸部140とが単位面積当たりに接触する面積よりも小さくなる。これにより、細胞シートは、培養部101に対する接着力よりも剥離補助部102に対する接着力が小さくなる。したがって、細胞シートは、表面111の外周縁(剥離開始部位)から剥離が容易となり、損傷しにくくなる。
 さらに具体的には、内側第2ピッチは、第1ピッチと同じであるか、第1ピッチよりも大きいことが好ましい。細胞シートは、培養部101に対する単位面積当たりの接触面積よりも剥離補助部102に対する接触面積が小さくなることで、接触力が弱まる。内側第2ピッチが第1ピッチと同じ場合であっても、第1平坦部130の外周側に隣接しているときは、内側環状部125の細胞シートに対する接触面積が第1平坦部130の細胞シートに対する接触面積よりも小さくなることで、接着力が弱まる。これにより、内側環状部125の方が第1平坦部130よりも細胞シートの接着力が弱まり剥がれ易くなる。また、外側環状部126は、各凸部126aが円錐形状で、内側環状部125は、各凸部125aが円錐台形状である。したがって、内側環状部125の方が外側環状部124よりも単位面積当たりの接触面積が大きくなる。これにより、外側環状部126の方が内側環状部125よりも細胞シートが剥がれ易くなる。
 細胞シート形成部材100の厚み方向において、凹部の底面と凸部125a,126aとの間の長さが凸部125a,126aの高さである。各凸部125a,126aの先端面と凸部141および第1平坦部130とが面一である構成では、細胞シートの平坦性を高めることができる。
 [第4細胞シート形成部材]
 図5(a)および図5(b)に示すように、細胞シート形成部材100の更なる別の実施形態である第4細胞シート形成部材の剥離補助部102は、第2平坦部127を備えている。第2平坦部127は、平坦面である。細胞シート形成部材100の厚み方向において、凹部142の底面と第2平坦部127との間の長さは、第2平坦部127の高さである。凹部142の底面と第2平坦部127の先端面の高低差は、第2平坦部127の高さである。各凸部141の先端面と第1平坦部130と第2平坦部127とが面一である構成が好ましい。このような表面111は、凸部122を形成するための原盤を、微小な繰り返し構造を形成することに適したマスク、例えば、単粒子膜をマスクとしたエッチング法によって形成することが可能となる。そして、第2平坦部127は、第1凹凸部140と同時に形成することができる。第2平坦部127の幅は、0.5mm以上、20mm以下であることが好ましい。
 このような構成により、表面111に対して平行な仮想平面と剥離補助部102の第2平坦部127とが単位面積当たりに接触する面積は、当該仮想平面と第1凹凸部140とが単位面積当たりに接触する面積よりも大きくなる。これにより、第2平坦部127は、一例として、剥離補助部102に対する細胞シートの接着力が培養部101に対する細胞シートの接着力よりも高くなる。したがって、細胞シートの外周部の強度を高め、細胞シートの外周部を表面111から剥がすときに損傷しにくくできる。
 なお、剥離補助部102は、第2平坦部127を段差構造を有する第2凹凸部で構成するようにしてもよい。この場合の第2凹凸部は、第1凹凸部140のピッチより小さくして、単位面積当たりの細胞シートとの接触面積が培養部101より大きくなるようにしてもよい。このような構成によって、剥離補助部102での細胞シートの強度を高めることができる。そして、第2凹凸部を2以上の多重の環状部で構成するときには、外側に位置する環状部が、内側に位置する環状部よりも凹凸構造のピッチ小さくなるように構成する。このような構成によって、表面111の縁に近づくほど、細胞シートの強度を高めることができる。
 [細胞シート形成部材の製造方法]
 次に、細胞シート形成部材の製造方法の一例について説明する。なお、以下の説明では、ナノインプリント法を用いて、細胞シート形成部材の表面111を、凹版150の転写によって形成する例を説明する。ここでは、一例として、上述した第1細胞シート形成部材(図2(a)および図2(b))の製造方法を説明する。
 図6に示すように、細胞シート形成部材の製造方法は、凹版150を形成する工程と、細胞シート形成部材100の表面111を凹版150の転写によって形成する工程とを含む。
 凹版150の下面は、第1方向(紙面と直交する方向)に延びる形状を有し、かつ、第1方向と交差する第2方向(紙面の左右方向)に並ぶ複数の第1平坦成形部151と、相互に隣り合う第1平坦成形部151の間を埋める複数の段差構造を有する第1凹凸成形部152とを備える。第1平坦成形部151は、第1平坦部130を形成するための部分であって、第1凹凸成形部152は、第1凹凸部140を形成するための部分である。さらに、凹版150における第1平坦成形部151の外側の部分は、剥離補助部102を形成する部分であって、図6の例では、第2凹凸部121を形成するための第2凹凸成形部153を備えている。第1凹凸成形部152の凹凸構造は、第1凹凸部140の凹凸構造に対応したピッチや高さなどを有している。また、第2凹凸成形部153の凹凸構造は、第2凹凸部121の凹凸構造に対応したピッチや高さなどを有している。なお、図2示すような第2平坦部127を成形するときには、これに対応する第2平坦成形部を凹版150の下面に設けることになる。
 凹版150を形成する工程では、例えば、凹版150を形成するためのシリコン基板に対する、フォトリソグラフィー法、コロイダルリソグラフィー法、陽極酸化法、および、干渉露光法の少なくとも1種を用いて、凹凸部が形成される。また、凹版150自体を原盤からの1回、あるいは複数回の転写によって得てもよい。原盤には、例えば、シリコン基板に対するフォトリソグラフィー法、コロイダルリソグラフィー法、陽極酸化法、および、干渉露光法の少なくとも1種を用いて凹版150の表面形状に対応する形状が作り込まれている。
 次に、細胞シート形成部材100を形成するための基材160の表面111に、凹版150の下面を対向させる。基材160の形成材料は、例えば、熱可塑性樹脂や光硬化性樹脂である。そして、基材160が流動性を有する状態で、基材160の表面111に、凹版150の下面を押し付ける。次いで、基材160の流動性を抑えた状態で、凹版150を基材160の表面111から離型する。これによって、基材160の表面111に凹版150の第1平坦成形部151、第1凹凸成形部152、および、第2凹凸成形部153が転写され、第1平坦部130、第1凹凸部140、第2凹凸部121などが形成される。
 基材160の形成材料の熱可塑性樹脂や光硬化性樹脂の表面に、細胞の接着性を高めることを目的として、例えば、ラミニン、コラーゲン、ゼラチン、フィブロネクチン、ポリーリシン(PDLまたはPLL)、ヒアルロン酸などの細胞外マトリックス、ポリマー、ゲルなどの接着因子を含む有機物が塗布されていてもよい。また、基材160の形成材料として、多糖類やタンパク質などの生体材料を用いてもよい。
 [細胞シートの製造方法]
 次に、細胞シート形成部材100を用いて製造される細胞シートについて説明する。
 図7(a)に示すように、細胞シート形成部材100の表面111上に位置する細胞懸濁液は、例えば、第1平坦部130に接着する細胞S1を含む。この際、各第1平坦部130は、第1凹凸部140の長辺方向(第1方向)に延び、各第1平坦部130の幅は、一般的な細胞の大きさの1~数倍程度である。そのため、図7(b)に示すように、細胞S1の位置は、第1平坦部130の範囲内に優先的に分布し、細胞S1は、第1方向に細胞の長軸方向が配置されて直線状に連なる。すなわち、細胞S1の伸長方向は、第1平坦部130の長辺方向と揃うように制御される。図8は、細胞シート形成部材100を用いて培養した筋芽細胞の一例を示しており、同図に示す例では、筋芽細胞の伸長方向が一方向に揃うように制御されている。
 なお、図7(c)に示すように、上記(A)を満たさない細胞シート形成基材では、細胞S1の配向性が制御されないため、細胞の長軸方向はランダムな方向で配置される。図9は、参考例となる市販の細胞培養シャーレを用いて培養した筋芽細胞の一例を示しており、同図に示す例では、筋芽細胞の伸長方向がランダムに配置されている。
 図10(a)に示すように、細胞シート形成部材100の表面111上に位置する細胞懸濁液は、例えば、第1凹凸部140に接着する細胞S2を含む。この際、各第1凹凸部140は、第1凹凸部140の長辺方向(第1方向)に延び、各第1凹凸部140の幅は、一般的な細胞の大きさの1~数倍程度である。そのため、図10(b)に示すように、細胞S2は、第1凹凸部140の範囲内に優先的に分布し、細胞S2は、第1方向に細胞の長軸方向が配置されて直線状に連なる。すなわち、細胞S2の伸長方向は、第1凹凸部140の長辺方向と揃うように制御される。
 なお、図10(c)が示すように、上記(A)を満たさない細胞シート形成基材では、細胞S1の配向性が制御されないため、細胞の長軸方向はランダムな方向で存在する。
 一方、上記(A)を満たす細胞シート形成基材では、図11(a)に示すように、細胞シート形成部材100に保持された細胞懸濁液の細胞が、第1平坦部130に対して優先的に接着する細胞S1であり、第1平坦部130よりも劣勢ではあるが、第1凹凸部140に対する接着を許容された細胞S2でもある。あるいは、細胞シート形成部材100に保持された細胞懸濁液の細胞が、第1凹凸部140に対して優先的に接着する細胞S2であり、第1凹凸部140よりも劣勢ではあるが、平坦部130に対する接着を許容された細胞S1でもある。
 この場合、図11(b)に示すように、第1平坦部130、および、第1凹凸部140は、第1方向に延び、第2方向に交互に配置される。そのため、細胞シート形成部材の表面111には、例えば、平坦部130に優先的に接着された細胞S1の配向性が、平坦部130の構造、および、それを区画する第1凹凸部140の構造によって制御される。
 そして、相互に隣り合う平坦部130に挟まれた第1凹凸部140においては、平坦部130よりも劣勢ではあるが、第1凹凸部140に接着した細胞S2にて、平坦部130による配向性の制御が反映される。結果として、図11(c)に示すように、第1方向に配向性の制御された細胞S1,S2が、表面111の全体に広がる細胞シートSAを形成する。
 あるいは、第1凹凸部140に優先的に接着された細胞S2の配向性が、第1凹凸部140の構造、および、それを区画する第1平坦部130の構造によって制御される。そして、相互に隣り合う第1凹凸部140に挟まれた第1平坦部130においては、第1凹凸部140よりも劣勢ではあるが、第1平坦部130に接着した細胞S1にて、第1凹凸部140による配向性の制御が反映される。結果として、図11(c)に示すように、第1方向に配向性の制御された細胞S1,S2が、表面111の全体に広がる細胞シートSAを形成する。
 上記実施形態に記載の細胞シート形成部材、細胞シート形成部材の製造方法、および、細胞シートの製造方法における実施例を以下に説明する。
 <実施例1>
 <細胞シート形成部材の作製>
 図3(a)および図3(b)に示す剥離補助部102を備えた細胞シート形成部材100の第1平坦部130、第1凹凸部140および第2凹凸部121の環状部123,124を転写によって形成するためのニッケル製凹版を作製した。次いで、ニッケル製凹版をスタンパーとして用い、ナノインプリント法によって、温度応答性ポリマー(PIPAAm)を基材表面に固定したポリスチレンシートに第1平坦部130、第1凹凸部140および第2凹凸部121の環状部123,124を加工し、それによって、実施例1の細胞シート形成部材100を作製した。培養部101における各第1平坦部130は、第1方向に延びる形状を有し、かつ、第1方向と交差する第2方向に並び、各第1平坦部130の幅(第2方向での長さ)は10μmであった。第1凹凸部140は、相互に隣り合う平坦部130の間を埋める複数の段差構造を備え、相互に隣り合う第1平坦部130間の第2方向での長さは10μmであり、第1凹凸部140における凸部141のピッチは300nmであった。第1凹凸部140における各凸部の高さはAFMを用いて測定し、凹部の底面から凸部の先端までの高さの平均は、446nmであった。また、凹部の底面から第1平坦部130までの高さの平均は455nmであった。
 また、第2凹凸部121において、細胞シート形成部材100の外縁部に位置する外側環状部124の幅は、5mmであり、凸部124aの外側第2ピッチは、600nmであった。外側環状部124における各凸部の高さは、AFMを用いて測定し、凹部の底面から凸部の先端までの高さの平均は、763nmであった。外側環状部124の内側であって培養部101の外側に位置する内側環状部123における凸部123aの内側第2ピッチは、300nmであった。内側環状部123における凸部123aの高さは、AFMを用いて測定し、凹部の底面から凸部の先端までの高さの平均は、446nmであった。
 そして、実施例1の細胞シート形成部材100に、温度応答性ポリマーを固定し、UV照射を行い、この滅菌処理を行った後に、細胞培養試験に使用した。
 <細胞培養試験>
 まず、マウス由来の筋芽細胞(C2C12細胞、DSファーマバイオメディカル社製)を細胞培養用フラスコ(25cm)で培養した。培養条件は、FBS(ウシ胎仔血清)1
0%添加したDMEM(ダルベッコ改変イーグル培地)を用い、37℃、5%CO雰囲気下で行った。細胞の回収にはトリプシンを用い、定法に従い実施した。回収した細胞について血球計算版を用いて細胞数を計測した。
 次いで、細胞培養用マルチウェルプレート(48孔)の底面に、直径8.8mmの円形に裁断した実施例1の細胞シート形成部材100を設置し、筋芽細胞を1mlずつ播種した。COインキュベーターで24時間以上培養した後に培地交換を行い、1日ごとに培地交換を行った。培養開始7日後に、培養した細胞シートを回収した。
 細胞シートの回収方法は、まず、培地を細胞が浸る程度を残して除去し、マルチウェルプレートを-20℃のインキュベーターで30分静置した。次に、細胞支持体としてPDVF膜を細胞シート上に載せ、細胞シートを接着させた。PDVF膜に細胞シートが付着した状態でPDVF膜を持ち上げ、コラーゲンゲル上に移動させた。培地を滴下し、PDVF膜のみを取り除いた。回収した細胞シートは、顕微鏡観察により、シートの破れや細胞の脱落が無い事を確認した。
 上記実施形態によれば、以下に列挙する効果が得られる。
 (1)図2(a)~図4(b)に示す細胞シート形成部材100は、培養部101の外側に、第2凹凸部121から構成された剥離補助部102を備えている。剥離補助部102は、細胞シートの接触面積を、培養部101に対してよりも小さくすることで、接着力を弱めることができる。これにより、剥離補助部102において、細胞シートを剥離し易くできる。こうした第2凹凸部121から構成された剥離補助部102を備えた細胞シート形成部材100は、例えば、比較的強い接着性を有する細胞の培養に適する。すなわち、比較的強い接着性を有する細胞シートを剥離する場合であっても、剥離補助部102によって、細胞シートの接着力を弱めることができるので、細胞シートが剥離し易くなる。
 一方、図5(a)および図5(b)に示す細胞シート形成部材100は、培養部101の外側に、第2平坦部127からなる剥離補助部102を備えている。このように剥離補助部102に対する細胞シートの接着力が培養部101に対する細胞シートの接着力よりも高くなるようにしたときには、細胞シートの外周部の強度が高められ、細胞シートの外周部を表面111から剥がすときに損傷しにくくできる。こうした第2平坦部127からなる剥離補助部102を備えた細胞シート形成部材100は、例えば、比較的弱い接着性を有する細胞の培養に適する。弱い接着性を有する細胞では、細胞培養中および細胞シートの回収時(剥離時)に、意図しないタイミングでの細胞の剥離や、細胞シートの破れが生じやすいという課題がある。この点、こうした第2平坦部127からなる剥離補助部102を備えた細胞シート形成部材100を用いると、剥離補助部102(外周部)の第2平坦部127は細胞に対する接着性が比較的高いので、高い力学的強度を有する細胞シートを形成することができ、細胞シートが剥離しやすくなる。
 (2)筋芽細胞、線維芽細胞、および、心筋細胞などの配向性を持たせた細胞シートを容易に製造することができ、細胞シートを損傷させることなく細胞シート形成部材100から容易に剥離することができる。
 (3)剥離補助部102における第2凹凸部121での段差構造の第2ピッチは、第1凹凸部140における段差構造の第1ピッチと同じであるか、第2ピッチよりも大きい。これにより、第2凹凸部121での細胞シートに対する接触面積は、第1凹凸部140での細胞シートに対する接触面積より小さくなり、接着力も低くなる。したがって、細胞シートの外周部が表面111から剥がれ易くできる。
 (4)図2(a)に示す剥離補助部102は、培養部101を包囲する一重の環状部で構成された第2凹凸部121である。したがって、第2凹凸部121は、細胞シートの接触面積が培養部101に対して小さくなることで、接着力が弱くなる。これにより、剥離補助部102において、細胞シートを剥離し易くできる。
 (5)図3(a)~図4(b)に示す剥離補助部102は、培養部101を包囲する二重の環状部で構成された第2凹凸部121であり、外側に位置する環状部の凹凸構造のピッチは、内側に位置する環状部の凹凸構造のピッチと同じであるか、内側に位置する環状部の凹凸構造のピッチよりも大きい。これにより、剥離補助部102においても、外側に向かうほど、細胞シートの接着力を弱めることができる。これにより、剥離補助部102において、細胞シートを剥離し易くできる。
 (6)基材160の表面には、温度応答性ポリマーが塗布されている。これにより、細胞シートの剥離・回収を容易にすることができる。
 なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
 ・上述した細胞外マトリックスによるコーティング方法によって配向性を有する三次元組織が構成された細胞シートを形成することもできる。図12(a)~図12(c)に示すように、この場合、細胞シート形成部材100の表面111上に位置する細胞懸濁液は、細胞接着第1成分を含有する第1溶液と第1成分と相互作用する細胞接着第2成分を含有する第2溶液とを交互にコーティングした培養細胞1を含んでいる。すなわち、図12(a)に示す培養細胞1は、図12(b)に示すように、接着膜2で被覆されている。接着膜2は、第1成分を含む第1膜2aと第2成分を含む第2膜2bとで構成されている(図12(b))。第1成分と第2成分との組み合わせは、例えば、インテグリンが結合するアルギニン-グリシン-アスパラギン酸(RGD)配列を含む高分子とRGD配列を含む高分子と相互作用をする高分子との組み合わせである。
 第1成分を含むRGD配列を含む高分子は、RGD配列を有するタンパク質でもよいし、RGD配列が化学的に結合されたタンパク質であってもよい。また、RGD配列を有していればよく、タンパク質以外の天然由来高分子であってもよいし、合成高分子であってもよい。タンパク質からなるRGD配列を含む高分子としては、例えば、従来公知の接着性タンパク質が挙げられ、フィブロネクチン(分子量約50万)、ビトロネクチン、ラミニン、カドヘリン、コラーゲンなどである。
 第2成分を含むRGD配列を含む高分子と相互作用する高分子としては、RGD配列を含む高分子との相互作用により、両物質が、例えば、結合、接着、吸着、電子の授受が可能な程度近接できる物質であれば特に制限されないが、RGD配列を含む高分子と相互作用するタンパク質、天然由来高分子及び合成高分子の何れか1種である。RGD配列を含む高分子と相互作用するタンパク質としては、例えば、水溶性タンパク質が挙げられ、具体例として、コラーゲン、ゼラチン(一例として分子量10万)、プロテオグリカン、インテグリン、酵素、抗体などの何れかである。RGD配列を含む高分子と相互作用する天然由来高分子としては、例えば、水溶性ポリペプチド、低分子ペプチド、α-ポリリジン,ε-ポリリジン(分子量5千)等のポリアミノ酸、ヘパリンやヘパラン硫酸、デキストラン硫酸(分子量50万)、ヒアルロン酸(分子量100万~)などの糖などである。
 第1成分と第2成分との組み合わせは、例えば、フィブロネクチンとゼラチン、フィブロネクチンとヘパリン、フィブロネクチンとデキストラン硫酸、および、ラミニンとコラーゲンの何れかである。
 次に、三次元組織を備えた細胞シートの製造方法を説明する。
 先ず、培養細胞1を用意し、その表面全体を接着膜2で被覆して被覆細胞を作製する。具体的には、用意した培養細胞1を試験管に入れる。
 次いで、第1成分を培養細胞1に接触させる。培養細胞と第1成分との接触方法としては、例えば、第1成分を直接添加する方法、第1成分の含有液に細胞を浸漬する方法、培養細胞1に第1成分の含有液を滴下または噴霧する方法などがある。好ましくは、操作が容易であることから浸漬である。接触の条件は、接触方法や使用する含有液の濃度などによって適宜決定できる。具体的には、接触時間は、例えば、15秒~60分であり、好ましくは15秒~15分、より好ましくは15秒~5分であり、更に好ましくは15秒~1分である。接触温度は、特に制限されないが、例えば、4~60℃であり、好ましくは20~40℃、より好ましくは30~37℃であり、更に好ましくは37℃である。
 第1成分の含有液を調製する場合、溶媒としては、水や緩衝液などの水性溶媒が挙げられ、緩衝液としては、例えば、Tris-HCl緩衝液等のTris緩衝液、リン酸緩衝液、HEPES緩衝液、クエン酸-リン酸緩衝液、グリシルグリシン-水酸化ナトリウム緩衝液、Britton-Robinson緩衝液、GTA緩衝液などが挙げられる。
 このようにして培養細胞1を第1成分からなる第1膜2aにより被覆した後、遊離している第1成分を除去する。第1成分を除去する方法としては、上記の溶媒を用いて遠心分離を行い、培養細胞1と第1成分の含有液とを分離して上澄みを取り除くことで、遊離している第1成分を除去する方法が挙げられる。これにより、第1成分からなる第1膜2aで被覆された培養細胞1を得ることができる。
 接着膜2として、第1成分の第1膜2aと第2成分からなる第2膜2bとからなる積層膜を形成させる場合、第1成分で被覆された培養細胞1を第2成分と接触させることにより、第2成分からなる第2膜2bで被覆する。第2成分との接触方法は、第1成分と同様な方法で行うことができ、第2成分の含有液を用いて接触させる場合は、第1成分の含有液を調製する方法と同様にして第2成分の含有液を調製することができる。これにより、第1成分からなる第1膜2aと、第2成分からなる第2膜2bとからなる接着膜2で被覆された培養細胞1が得られる。第1成分の第1膜2aと第2成分からなる第2膜2bとからなる積層膜は、繰り返し被覆をすることで、複数の被覆膜層を形成することが可能である。非腹膜層は、例えば1~20層であり、好ましくは1~10層であり、より好ましくは1~5層である。培養細胞1を含む細胞懸濁液は、細胞シート形成部材100の表面111上に滴下され、培養細胞1が播種される。その後、培養細胞1は、培養される。
 培養細胞1の三次元細胞シートを完成させるための培養条件は、培養する細胞に応じて適宜決定される。例えば、培養温度が、例えば、4~60℃であり、好ましくは20~40℃、より好ましくは30~37℃であり、培養時間は、例えば、1~168時間であり、好ましくは3~24時間、より好ましくは3~12時間である。これにより、接着膜2を介して、培養細胞1同士を接着させたり、増殖した培養細胞1同士を接着させたりして、三次元組織を有する細胞シート10を製造することができる(図12(c)参照。)。
 細胞シート10では、一次元方向に延在した培養細胞に重なるように、一次元方向に延在した他の培養細胞が培養されるため、一次元方向に延在した培養細胞の大きさと形状は、第1方向のみならず、第2方向、および、第1方向と第2方向とに直交する方向において、区々となる。結果として、三次元組織では、第1方向に延在して第2方向で隣り合う培養細胞間が、当該細胞よりも小さく、かつ、第1方向に延在した他の細胞で埋められる。したがって、三次元組織は、表面111に隣接する第1面を構成する1層目やその近い位置では、層構造が認められるが、培養細胞1の大きさや形状などのばらつきによって、表面111(第1面)から離れ、第1面と対向する第2面に近づくほど層構造は崩れ、培養細胞1の間の隙間に別の培養細胞1が入り込むように積み上がって構成される。配向性を有した三次元組織は、生体に近い状態で細胞を培養することができる。また、図12(d)に示すように、配向性は、培養細胞1の伸長方向が特定方向である第1方向に対して前記第2方向に傾きを有する。このような配向性を有した三次元組織は、生体に近い状態に細胞が培養されるため、薬剤応答性などを生体に近づけることができる。
 ・細胞シート形成部材100の表面111は、細胞の接着性を高めることを目的として、例えば、ラミニン、コラーゲン、ゼラチン、フィブロネクチン、ポリーリシン(PDLまたはPLL)、ヒアルロン酸などの細胞外マトリックス、ポリマー、ゲル等の接着因子を含む有機物が塗布されてもよく、あるいは、金属から構成される面であってもよい。また、細胞シート形成部材100の表面111は、細胞の接着性や細胞シートの平坦性を高めることを目的として、親水性、あるいは、疎水性を有してもよい。
 ・細胞懸濁液中には、細胞外基質産生促進因子を添加するようにしてもよい。細胞外基質産生促進因子としては、例えば、TGF-β1、TGF-β3、アスコルビン酸、アスコルビン酸2リン酸またはその誘導体あるいはそれらの塩を挙げることができる。コラーゲン産生の観点から、アスコルビン酸、アスコルビン酸2リン酸またはそれらの誘導体およびその塩(例えば、ナトリウム塩、マグネシウム塩、カリウム塩など)とすることが好ましい。アスコルビン酸としては、L体であることが好ましい。
 [細胞シート形成部材の培養部]
 ・凸部141の有する形状は、円錐や角錐などの錐状、円柱や角柱などの柱状、円錐台や角錐台などの錐台状、および、半球状の何れか1種とすることが可能である。
 ・凸部141の位置は、四角格子上の各格子点、六角格子上の各格子点、さらには、第1凹凸部140において不規則とすることも可能である。
 ・第1凹凸部140の有する形状は、第1方向に延びる直線状に限らず、第1方向に延びる折れ線状や、第1方向に延びる曲線状に変更することも可能である。
 ・第1凹凸部140の底面と平坦部130とを面一に変更すること、すなわち、凸部141の基端部と第1平坦部130とを面一に変更することも可能である。なお、上述したように、第1凹凸部140の先端面と第1平坦部130とを面一とする構成は、細胞シートの平坦性を高める観点において好適である。
 ・第1凹凸部140を構成する段差構造を、凹部に変更することも可能であり、凹部と凸部との両方に変更することも可能である。例えば、第1凹凸部140は、第1平坦部130に連続する1つの側面を備え、該側面に複数の凹部が形成された構造に変更することも可能である。
 ・1つの第1凹凸部140の幅と、他の第1凹凸部140の幅とは、相互に異なる構成であってもよいし、相互に等しい構成であってもよい。なお、1つの第1凹凸部140の幅と、他の第1凹凸部140の幅とが、相互に等しい構成であれば、細胞シートが有する特性について、第2方向での均一性を高めることが可能となる。
 ・1つの第1平坦部130の幅と、他の第1平坦部130の幅とは、相互に異なる構成であってもよいし、相互に等しい構成であってもよい。なお、1つの第1平坦部130の幅と、他の第1平坦部130の幅とが、相互に等しい構成であれば、細胞シートが有する特性について、第2方向での均一性を高めることが可能となる。
 ・第1平坦部130の幅と、第1凹凸部140の幅とは、相互に異なる構成であってもよいし、相互に等しい構成であってもよい。例えば、細胞の接着が第1平坦部130において優勢である場合、第1平坦部130の幅は、配向性を制御できる範囲であって、かつ、第1凹凸部140の幅よりも大きいことが好適である。また、細胞の接着が第1凹凸部140において優勢である場合、第1凹凸部140の幅は、配向性を制御できる範囲であって、かつ、第1平坦部130の幅よりも大きいことが好適である。
 ・第1平坦部130と第1凹凸部140とが交互に並ぶ第2方向は、第1方向と直交する方向に限らず、第1方向と交差する方向であれば、例えば、第1方向と形成する角度が45°である方向とすることも可能である。
 ・細胞シート形成部材は、凹版を用いた転写体に限らず、凸版を用いた転写体であってもよく、さらに、射出成形による成形体とすることも可能である。すなわち、射出成形を用いて細胞シート成形部材を製造することも可能である。
 [細胞シート形成部材の剥離補助部]
 ・第2凹凸部121において、凸部の高さは、50nm以上、5μm以下であることが好ましい。また、凸部のアスペクト比は、0.1以上、10以下であることが好ましい。このような構成は、第2凹凸部121の構造上での安定性を高められる観点、また、第2凹凸部121の形成を容易なものとする観点において好適である。
 ・第2凹凸部121において、凸部の有する形状は、円錐や角錐などの錐状、円柱や角柱などの柱状、円錐台や角錐台などの錐台状、および、半球状の何れか1種とすることが可能である。
 ・第2凹凸部121において、凸部の位置は、四角格子上の各格子点、六角格子上の各格子点、さらには、第1凹凸部140において不規則とすることも可能である。
 ・第2凹凸部121の高さは、第1平坦部130および/または第1凹凸部140の高さと同じであってもよいし、高くてもよいし、低くてもよい。培養部101と剥離補助部102との間に高低差を形成する場合には、高低差が形成された位置およびその周辺で、隙間が形成され易く、細胞シートと表面111との接着力を弱めることが可能となる。
 ・剥離補助部102における第2凹凸部121は、3重以上の環状部で構成してもよい。この場合外周の環状部になるほど、段差構造のピッチを大きくするようにして、接着力を弱めていくことが好ましい。なお、隣接する環状部における段差構造において、ピッチが同じで箇所があってもよい。
 [その他]
 ・細胞シート形成部材は、マルチウェルプレート、シャーレ、フラスコ、チェンバースライドなど、細胞懸濁液を保持可能なものであれば、それに適用することができる。
 1…培養細胞、2…接着膜、2a…第1膜、2b…第2膜、10…細胞シート、100…細胞シート形成部材、101…培養部、102…剥離補助部、110…培養皿、111…表面、120…蓋、121…第2凹凸部、122…凸部、123…内側環状部、123a…凸部、124…外側環状部、124a…凸部、125…内側環状部、125a…凸部、126…外側環状部、126a…凸部、127…第2平坦部、130…第1平坦部、140…第1凹凸部、141…凸部、142…凹部、150…凹版、151…第1平坦成形部、152…第1凹凸成形部、153…第2凹凸成形部、160…基材。

Claims (13)

  1.  細胞シートを形成するための表面を備え、
     前記表面は、細胞を培養する培養部と、前記培養部に対して外側に位置し、前記細胞シートの前記表面からの剥離開始部位を形成する剥離補助部とを備え、
     前記培養部は、複数の第1平坦部と、複数の第1凹凸部とを備え、
     前記第1平坦部の各々は、第1方向に延びる形状を有し、かつ、前記第1平坦部は、前記第1方向と交差する第2方向に並び、
     前記第1凹凸部の各々は、相互に隣り合う前記第1平坦部の間を埋める第1段差構造を備え、前記第1段差構造は、第1ピッチで配置された凸部から構成されており、
     前記剥離補助部は、第2ピッチで配置された凸部から構成された第2段差構造を備えた第2凹凸部、または、第2平坦部で構成されている
     細胞シート形成部材。
  2.  前記細胞シート形成部材において培養される細胞は、筋芽細胞、線維芽細胞、および、心筋細胞からなる群から選ばれた少なくとも1種である
     請求項1に記載の細胞シート形成部材。
  3.  前記剥離補助部は、第2ピッチで配置された凸部から構成された第2段差構造を備えた第2凹凸部で構成されており、
     前記第2ピッチは、前記第1ピッチと同じであるか、前記第1ピッチよりも大きい
     請求項1または2に記載の細胞シート形成部材。
  4.  前記第1ピッチは、10nm以上、10μm以下であり、
     前記第2ピッチは、100nm以上、10μm以下である、
     請求項3に記載の細胞シート形成部材。
  5.  前記剥離補助部は、前記培養部を包囲する一重の環状部である
     請求項1ないし4のうち何れか1項に記載の細胞シート形成部材。
  6.  前記剥離補助部は、第2ピッチで配置された凸部から構成された第2段差構造を備えた第2凹凸部で構成されており、
     前記剥離補助部は、前記培養部を包囲する2重以上の環状部であって、
     外側に位置する環状部は、内側に位置する環状部と同じか、前記内側に位置する環状部よりも大きなピッチを有する凹凸構造を備える
     請求項1ないし4のうち何れか1項に記載の細胞シート形成部材。
  7.  前記表面には、温度応答性ポリマーが塗布されている
     請求項1ないし6のうち何れか1項に記載の細胞シート形成部材。
  8.  前記剥離補助部は、第2ピッチで配置された凸部から構成された第2段差構造を備えた第2凹凸部で構成されており、
     前記表面に対して平行な仮想平面と前記剥離補助部とが単位面積当たりに接触する面積は、前記仮想平面と前記第1凹凸部とが単位面積当たりに接触する面積よりも小さい
     請求項1ないし7のうち何れか1項に記載の細胞シート形成部材。
  9.  前記剥離補助部は、第2平坦部で構成されており、
     前記表面に対して平行な仮想平面と前記剥離補助部とが単位面積当たりに接触する面積は、前記仮想平面と前記第1凹凸部とが単位面積当たりに接触する面積よりも大きい
     請求項1,2,および7のうち何れか1項に記載の細胞シート形成部材。
  10.  細胞シートを形成するための表面を備え、
     前記表面は、細胞を培養する培養部と、前記表面の縁に位置して前記細胞シートの前記表面からの剥離開始部位を形成する剥離補助部とを備え、
     前記培養部は、複数の第1平坦部と、複数の第1凹凸部とを備え、
     前記第1平坦部の各々は、第1方向に延びる形状を有し、かつ、前記第1平坦部は、前記第1方向と交差する第2方向に並び、
     前記表面に対して平行な仮想平面と前記剥離補助部とが単位面積当たりに接触する面積は、前記仮想平面と前記第1凹凸部とが単位面積当たりに接触する面積よりも小さい
     細胞シート形成部材。
  11.  細胞シートを形成するための表面を備え、
     前記表面は、細胞を培養する培養部と、前記表面の縁に位置して前記細胞シートの前記表面からの剥離開始部位を形成する剥離補助部とを備え、
     前記培養部は、複数の第1平坦部と、複数の第1凹凸部とを備え、
     前記第1平坦部の各々は、第1方向に延びる形状を有し、かつ、前記第1平坦部は、前記第1方向と交差する第2方向に並び、
     前記表面に対して平行な仮想平面と前記剥離補助部とが単位面積当たりに接触する面積は、前記仮想平面と前記第1凹凸部とが単位面積当たりに接触する面積よりも大きい
     細胞シート形成部材。
  12.  凹版を形成することと、
     細胞シートを形成するための細胞シート形成部材の表面を前記凹版の転写によって形成することと、を含み、
     前記表面は、細胞を培養する培養部と、前記培養部に対して外側に位置し、前記細胞シートの前記表面からの剥離開始部位を形成する剥離補助部とを備え、
     前記培養部は、複数の第1平坦部と、複数の第1凹凸部とを備え、
     前記第1平坦部の各々は、第1方向に延びる形状を有し、かつ、前記第1平坦部は、前記第1方向と交差する第2方向に並び、
     前記第1凹凸部の各々は、相互に隣り合う前記第1平坦部の間を埋める第1段差構造を備え、前記第1段差構造は、第1ピッチで配置された凸部から構成されており、
     前記剥離補助部は、第2ピッチで配置された凸部で構成された第2段差構造を備えた第2凹凸部、または、第2平坦部で構成されており、
     前記凹版は、前記第1平坦部を成形する第1平坦成形部と、
     前記第1凹凸部を成形する第1凹凸成形部と、
     前記第2凹凸部または前記第2平坦部を成形する第2成形部とを備え、
     前記凹版を形成することは、前記第1平坦成形部、前記第1凹凸成形部、および、前記第2成形部を、フォトリソグラフィー法、コロイダルリソグラフィー法、陽極酸化法、および、干渉露光法の少なくとも1種を用いて形成することを含む、
     細胞シート形成部材の製造方法。
  13.  請求項1ないし11のうち何れか1項に記載の細胞シート形成部材を用い、前記第1平坦部および前記第1凹凸部の何れか一方に対する接着が他方に対する接着よりも優勢である細胞を前記細胞シート形成部材の表面に接着させて、前記細胞シート形成部材の表面に細胞シートを形成することと、
     前記細胞シート形成部材の前記剥離補助部上の前記剥離開始部位から前記細胞シートを前記表面から剥離することと、を含む
     細胞シートの製造方法。
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