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JP2011155945A - Incubator for tissue culture, and method for manufacturing three-dimensional tissue culture - Google Patents

Incubator for tissue culture, and method for manufacturing three-dimensional tissue culture Download PDF

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JP2011155945A
JP2011155945A JP2010022146A JP2010022146A JP2011155945A JP 2011155945 A JP2011155945 A JP 2011155945A JP 2010022146 A JP2010022146 A JP 2010022146A JP 2010022146 A JP2010022146 A JP 2010022146A JP 2011155945 A JP2011155945 A JP 2011155945A
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tissue culture
incubator
sample
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裕道 藤江
Yuki Sudama
裕貴 須玉
Kenichi Kumagai
賢一 熊谷
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Tama TLO Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an incubator for tissue culture capable of conveniently increasing the dynamic strength of a three-dimensional tissue culture having orientation and a method of manufacturing the three-dimensional tissue culture using the incubator for tissue culture. <P>SOLUTION: The incubator for tissue culture is configured to manufacture a three-dimensional tissue culture from cells wherein grooves the width of which is larger in upper parts than in bottom parts are continuously or intermittently formed in a prescribed direction on a face to which the cells are adhered so as to be cultured, and a plurality of grooves formed in the prescribed direction are arrayed in a direction crossing the prescribed direction with prescribed intervals. A method of manufacturing the three-dimensional tissue culture includes: a sowing process for sowing the cells in the incubator for tissue culture; an adhesion and culture process for culturing the sowed cells to adhere the cells to the face for culture, and for producing an extracellular matrix from the cells to form a three-dimensional culture in culture solution; and a separation process for separating the culture from the face for culture after a prescribed period. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、組織培養用培養器、及び三次元組織培養物の製造方法に関する。   The present invention relates to a tissue culture incubator and a method for producing a three-dimensional tissue culture.

近年、重症臓器不全や難治性疾患、或いは激しいスポーツや交通事故などによって、生体組織の一部又は全部が損傷を受けた場合には、遺伝子工学や細胞組織工学、再生医学等を駆使して、この欠損部を補う再生医療による治療が注目されている。
これまで組織修復、再生をめざした細胞治療を行う場合、細胞の集積の維持、細胞増殖、分化機能の安定化、さらには治療部位にかかる力学的ストレスからの保護などのために大多数の研究では、有機高分子化合物や生体スキャフォールド(Scaffold)が使用されてきた(例えば、特許文献1)。しかし、スキャフォールドの多くは生物(動物)材料、生体高分子材料等を含有し、それらの材料の使用が生体に及ぼす安全性は長期にわたっては予測しきれない問題があった。
In recent years, when part or all of biological tissue is damaged due to severe organ failure or intractable disease, or severe sports or traffic accidents, make full use of genetic engineering, cell tissue engineering, regenerative medicine, etc. Attention has been focused on regenerative medical treatment to compensate for this defect.
When cell therapy aiming at tissue repair and regeneration has been performed so far, the majority of researches have been conducted to maintain cell accumulation, stabilize cell proliferation, stabilize differentiation function, and protect against mechanical stress applied to the treatment site. Then, organic polymer compounds and biological scaffolds (Scaffold) have been used (for example, Patent Document 1). However, many of the scaffolds contain biological (animal) materials, biopolymer materials, etc., and the safety of using these materials on the living body has been a problem that cannot be predicted for a long time.

スキャフォールドなどの足場材を用いない細胞移植方法としては、温度感受性培養皿を利用した細胞シート工学技術等が知られている(例えば、非特許文献1)。しかし、この細胞シート技術を使用する場合、単独のシートでは脆弱であることが多く、移植等の外科的操作に耐えうる強度を得るためにはシートを重ね合わせる操作等の工夫が必要であった。   As a cell transplantation method not using a scaffold such as a scaffold, a cell sheet engineering technique using a temperature-sensitive culture dish is known (for example, Non-Patent Document 1). However, when this cell sheet technology is used, a single sheet is often fragile, and in order to obtain a strength that can withstand surgical operations such as transplantation, it has been necessary to devise operations such as overlapping sheets. .

これらの問題を解決するために、スキャフォールドを含まない培養組織が知られている(特許文献2及び非特許文献2)。このようなスキャフォールドフリー自己組織性三次元人工組織(3DBT: scaffold-free Three-Dimensional Bioengineered Tissue)は、滑膜などに由来する幹細胞を、細胞外基質産生促進因子を含む細胞培養液中で培養すると得ることができると記載されている。また、細胞外基質産生促進因子を添加することによって細胞外基質の生産が促進されて、その結果、得られる培養組織又は複合体が硬化され、剥離しやすくなり、培養物を剥がしたときに収縮し、三次元化、重層化などが促進されると記載されている。このような培養組織及びその複合体によって、スキャフォールド自体の混入に起因する問題を一挙に解決することができ、スキャフォールドがないにもかかわらず、移植後の経過において優れた治療を可能にすることができると記載されている。   In order to solve these problems, a cultured tissue containing no scaffold is known (Patent Document 2 and Non-Patent Document 2). Such scaffold-free self-organizing three-dimensional artificial tissue (3DBT: scaffold-free Three-Dimensional Bioengineered Tissue) cultivates stem cells derived from synovial membrane in a cell culture medium containing an extracellular matrix production promoting factor. It is described that it can be obtained. In addition, the production of extracellular matrix is promoted by adding an extracellular matrix production promoting factor. As a result, the obtained cultured tissue or complex is hardened and easily peeled, and contracted when the culture is peeled off. However, it is described that three-dimensionalization, multi-layering, etc. are promoted. Such a cultured tissue and its complex can solve all the problems caused by contamination of the scaffold itself, and enables excellent treatment in the course after transplantation despite the absence of the scaffold. It is described that it can.

しかしながら、上記スキャフォールドフリー自己組織性三次元人工組織は、線維組織などの構造が未発達のため、自己支持性をある程度は維持できるとしても、手術手技における操作で破損等しないよう取り扱いに注意する必要ある。従来の作製方法では、これ以上の引張強度を向上させるには限界があった。
また、上記スキャフォールドフリー自己組織性三次元人工組織は、細胞やコラーゲン線維などが配向性を有しない等方性材料であるが、靭帯や腱などの力学的及び形態的異方性を有する軟組織の代替組織としては、生体内の組織に近似した異方性を有することが望ましい。
このように、高分子材料等を用いずに簡便に培養組織の強度を高め、また、生体内の組織に模倣した配向性を培養組織に付与する方法が必要とされていた。
However, because the scaffold-free self-organizing three-dimensional artificial tissue has not yet developed a structure such as a fibrous tissue, it should be handled with care so as not to be damaged by an operation in a surgical procedure even if the self-supporting property can be maintained to some extent. Necessary. In the conventional manufacturing method, there was a limit to improving the tensile strength beyond this.
The scaffold-free self-organizing three-dimensional artificial tissue is an isotropic material in which cells and collagen fibers do not have orientation, but soft tissue having mechanical and morphological anisotropy such as ligaments and tendons. As an alternative tissue, it is desirable to have anisotropy that approximates the tissue in a living body.
Thus, there has been a need for a method of simply increasing the strength of a cultured tissue without using a polymer material or the like, and imparting an orientation that mimics the tissue in a living body to the cultured tissue.

これに関連して、細胞を播種して培養させる培養器としては、例えば、細胞を播種する面に数μm〜数十μm程度の深さの方形の溝を設けて、当該面に細胞を播種して培養する培養器が記載されている(例えば、非特許文献3〜5)。このような培養器により培養した培養組織は、組織及び組織に含まれる細胞やコラーゲン線維が溝の方向に沿った配向性を有することが知られている。
しかしながら、このような培養器により培養した培養組織は、培養器の培養面から引き剥がす際、剥れにくい上、それに伴い培養組織が破壊されやすくなり、強度が高められなくなってしまうといった現象も生じている。また、溝の深さが浅いため、生成される組織に十分な構造的・力学的異方性を付与することができない。
このような点からも、培養組織に配向性を付与しつつ、簡便に培養組織の強度を高める方法が必要とされていた。
In relation to this, as an incubator for seeding and culturing cells, for example, a square groove having a depth of about several μm to several tens of μm is provided on the cell seeding surface, and the cells are seeded on the surface. Incubators for culturing are described (for example, Non-Patent Documents 3 to 5). It is known that a cultured tissue cultured with such an incubator has an orientation along the direction of the groove in the tissue and cells and collagen fibers contained in the tissue.
However, when a tissue cultured in such an incubator is peeled off from the culture surface of the incubator, a phenomenon such that the cultured tissue is easily broken and the strength cannot be increased is caused. ing. Further, since the depth of the groove is shallow, sufficient structural / mechanical anisotropy cannot be imparted to the generated tissue.
Also from such a point, a method for simply increasing the strength of the cultured tissue while imparting orientation to the cultured tissue has been required.

国際公開第2002/010349号パンフレットInternational Publication No. 2002/010349 Pamphlet 特表2007−528756号公報Special table 2007-528756 gazette

J Biomed. Mater. Res., Vol.45, pp.355-362 (1999)J Biomed. Mater. Res., Vol. 45, pp. 355-362 (1999) Biomaterials, Vol. 38(36), pp.5462-5470 (2007)Biomaterials, Vol. 38 (36), pp.5462-5470 (2007) Journal of Biomechanics, Vol. 36, pp.97-102 (2003)Journal of Biomechanics, Vol. 36, pp.97-102 (2003) Biomaterials, Vol. 29, pp.2565-2572 (2008)Biomaterials, Vol. 29, pp.2565-2572 (2008) Biomaterials, Vol. 30, pp.5417-5426 (2009)Biomaterials, Vol. 30, pp.5417-5426 (2009)

したがって、本発明の目的は、溝部分の細胞密度と基質密度が高く、溝以外の部分では低密度となるような不均一な組織であって、生体内組織やこれまでのバイオマテリアルになかった新規な性質を付与された組織を生成することができる組織培養用培養器、及びそれを用いた三次元組織培養物の製造方法を提供することである。   Therefore, the object of the present invention is a heterogeneous tissue in which the cell density and the substrate density of the groove portion are high and the density is low in the portion other than the groove, and there is no tissue in the living body or conventional biomaterials. It is to provide a tissue culture incubator capable of generating a tissue imparted with a novel property, and a method for producing a three-dimensional tissue culture using the same.

本発明は以下のとおりである。
[1]細胞から三次元組織培養物を製造するための組織培養用培養器であって、前記細胞を付着させて培養する面に、底部の幅よりも上部の幅が大きい溝が所定方向に向かって連続的又は断続的に設けられると共に、当該所定方向に向かって設けられた溝が前記所定方向と交差する方向に所定間隔で複数配列されている組織培養用培養器である。
The present invention is as follows.
[1] A tissue culture incubator for producing a three-dimensional tissue culture from cells, wherein a groove having an upper width larger than a bottom width is formed in a predetermined direction on a surface on which the cells are attached and cultured. The tissue culture incubator is provided continuously or intermittently toward the predetermined direction, and a plurality of grooves provided in the predetermined direction are arranged at predetermined intervals in a direction intersecting the predetermined direction.

[2]前記溝の側面が、湾曲した壁面で構成された[1]に記載の組織培養用培養器である。
[3]材質が無機材料である[1]又は[2]に記載の組織培養用培養器である。
[4]前記溝の深さが、5μm〜40μmである[1]〜[3]のいずれか1つに記載の組織培養用培養器である。
[2] The tissue culture incubator according to [1], wherein a side surface of the groove is formed of a curved wall surface.
[3] The tissue culture incubator according to [1] or [2], wherein the material is an inorganic material.
[4] The tissue culture incubator according to any one of [1] to [3], wherein the depth of the groove is 5 μm to 40 μm.

[5]培養液中で細胞及び細胞外基質を含む三次元組織培養物を製造する製造方法であって、[1]〜[4]のいずれか1つに記載の組織培養用培養器に細胞を播種する播種工程と、播種後の細胞を培養して前記培養する面に付着させると共に、前記細胞から細胞外基質を産生させて培養液中に三次元の培養物を形成する付着培養工程と、所定期間後に、前記培養する面から前記培養物を分離する分離工程と、を含む三次元組織培養物の製造方法である。 [5] A production method for producing a three-dimensional tissue culture containing cells and extracellular matrix in a culture solution, wherein the cells are placed in the tissue culture incubator according to any one of [1] to [4] A seeding process for seeding cells, and a cell culture for seeding and adhering to the surface to be cultured, and producing an extracellular matrix from the cells to form a three-dimensional culture in the culture solution; And a separation step of separating the culture from the surface to be cultured after a predetermined period of time.

[6]前記細胞が、間葉系幹細胞である[5]に記載の三次元組織培養物の製造方法である。
[7]前記細胞を、細胞外基質産生促進因子の存在下で培養する[5]又は[6]に記載の三次元組織培養物の製造方法である。
[8]前記細胞外基質産生促進因子が、アスコルビン酸、アスコルビン酸誘導体、TGF−β1及びTGF−β3からなる群より選択される少なくとも1種である[7]に記載の三次元組織培養物の製造方法である。
[9]前記細胞外基質が、コラーゲンI、コラーゲンIII、ビトロネクチン及びフィブロネクチンからなる群より選択される少なくとも1種である[5]〜[8]のいずれか1つに記載の三次元組織培養物の製造方法である。
[6] The method for producing a three-dimensional tissue culture according to [5], wherein the cells are mesenchymal stem cells.
[7] The method for producing a three-dimensional tissue culture according to [5] or [6], wherein the cells are cultured in the presence of an extracellular matrix production promoting factor.
[8] The three-dimensional tissue culture according to [7], wherein the extracellular matrix production promoting factor is at least one selected from the group consisting of ascorbic acid, ascorbic acid derivatives, TGF-β1 and TGF-β3. It is a manufacturing method.
[9] The three-dimensional tissue culture according to any one of [5] to [8], wherein the extracellular matrix is at least one selected from the group consisting of collagen I, collagen III, vitronectin and fibronectin. It is a manufacturing method.

本発明によれば、溝部分の細胞密度と基質密度が高く、溝以外の部分では低密度となるような不均一な組織であって、生体内組織やこれまでのバイオマテリアルになかった新規な性質を付与された組織を生成することができる組織培養用培養器、及びそれを用いた三次元組織培養物の製造方法を提供することができる。   According to the present invention, the cell density and the substrate density of the groove portion are high, and the non-uniform tissue is low density in a portion other than the groove, which is a novel tissue that has not been found in in vivo tissues or biomaterials so far. It is possible to provide a tissue culture incubator capable of generating a tissue imparted with properties, and a method for producing a three-dimensional tissue culture using the same.

本発明の三次元組織培養用培養器の一例を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows an example of the incubator for three-dimensional tissue culture of this invention. 本発明の三次元組織培養用培養器の底部の一例を示す概略断面図(図1のA−A断面図に相当)である。It is a schematic sectional drawing (equivalent to AA sectional drawing of FIG. 1) which shows an example of the bottom part of the incubator for three-dimensional tissue culture of this invention. 本発明の三次元組織培養用培養器の底部の他の一例を示す概略断面図(図1のA−A断面図に相当)である。It is a schematic sectional drawing (equivalent to AA sectional drawing of FIG. 1) which shows another example of the bottom part of the incubator for three-dimensional tissue cultures of this invention. 本発明の三次元組織培養用培養器の底部の他の一例を示す概略断面図(図1のA−A断面図に相当)である。It is a schematic sectional drawing (equivalent to AA sectional drawing of FIG. 1) which shows another example of the bottom part of the incubator for three-dimensional tissue cultures of this invention. 本発明の三次元組織培養用培養器の他の一例を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows another example of the incubator for three-dimensional tissue culture of this invention. 本発明の三次元組織培養用培養器の他の一例を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows another example of the incubator for three-dimensional tissue culture of this invention. 本発明の三次元組織培養用培養器の他の一例を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows another example of the incubator for three-dimensional tissue culture of this invention. 本発明の三次元組織培養用培養器の製造方法の一例を示す工程図である。It is process drawing which shows an example of the manufacturing method of the incubator for three-dimensional tissue culture of this invention. 本発明の三次元組織培養用培養器の製造方法の一例を示す工程図である。It is process drawing which shows an example of the manufacturing method of the incubator for three-dimensional tissue culture of this invention.

本発明の実施例にかかる試料の調製を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically preparation of the sample concerning the Example of this invention. 本発明の実施例で得られた試料の微分干渉顕微鏡像である。It is a differential interference microscope image of the sample obtained in the Example of this invention. 本発明の実施例で得られた試料の応力−ひずみ曲線である。It is a stress-strain curve of the sample obtained in the Example of this invention. 本発明の実施例で得られた試料の応力−ひずみ曲線である。It is a stress-strain curve of the sample obtained in the Example of this invention. 本発明の実施例で得られた試料の応力−ひずみ曲線である。It is a stress-strain curve of the sample obtained in the Example of this invention. 本発明の実施例で得られた試料の応力−ひずみ曲線である。It is a stress-strain curve of the sample obtained in the Example of this invention. 本発明の実施例で得られた試料の応力−ひずみ曲線である。It is a stress-strain curve of the sample obtained in the Example of this invention.

本発明の組織培養用培養器は、細胞から三次元組織培養物を製造するための組織培養用培養器であって、前記細胞を付着させて培養する面(以下、培養面と称する)に、底部の幅よりも上部の幅が大きい溝が所定方向に向かって連続的又は断続的に設けられると共に、当該所定方向に向かって設けられた溝が前記所定方向と交差する方向に所定間隔で複数配列されている組織培養用培養器(以下、培養器と称する)である。
なお、培養面は、一般に培養器の底面であるが側面であってもよい。
The tissue culture incubator according to the present invention is a tissue culture incubator for producing a three-dimensional tissue culture from cells, and attaches and cultures the cells (hereinafter referred to as culture surface), Grooves having an upper width larger than the width of the bottom are provided continuously or intermittently in a predetermined direction, and a plurality of grooves provided in the predetermined direction are arranged at predetermined intervals in a direction intersecting the predetermined direction. It is an arrayed tissue culture incubator (hereinafter referred to as an incubator).
The culture surface is generally the bottom surface of the incubator, but may be a side surface.

そして、本発明の三次元組織培養物の製造方法は、培養液中で細胞及び細胞外基質を含む三次元組織培養物を製造する製造方法であって、本発明の培養器に細胞を播種する播種工程と、播種後の細胞を培養して前記培養器の培養する面に付着させると共に、前記細胞から細胞外基質を産生させて培養液中に三次元の培養物を形成する付着培養工程と、所定期間後に、前記培養する面から前記培養物を分離する分離工程と、を含む三次元組織培養物の製造方法である。   The method for producing a three-dimensional tissue culture of the present invention is a method for producing a three-dimensional tissue culture containing cells and an extracellular matrix in a culture solution, and seeds the cells in the incubator of the present invention. A seeding step, and an adherent culture step of culturing the cells after seeding and attaching them to the culture surface of the incubator and producing an extracellular matrix from the cells to form a three-dimensional culture in the culture solution; And a separation step of separating the culture from the surface to be cultured after a predetermined period of time.

本発明の培養器を用いた三次元組織培養物の製造方法によれば、溝部分の細胞密度と基質密度が高く、溝以外の部分では低密度となるような不均一な組織であって、生体内組織やこれまでのバイオマテリアルになかった新規な性質を付与された組織を生成することができる。
また、本発明の培養器を用いた三次元組織培養物の製造方法によれば、三次元組織培養物に配向性を付与することができる。そして、配向性を付与することで三次元組織培養物に力学的強度を付与し、かつ、その力学的強度を簡便に高めることができる。これにより、力学的に生体内の組織の代替物として有用な培養物を作製することができる。また、手術手技のハンドリング性に優れる培養物を作製することができる。
According to the method for producing a three-dimensional tissue culture using the incubator of the present invention, the cell density and the substrate density of the groove portion are high, and the non-uniform tissue is low in the portion other than the groove, It is possible to generate a tissue to which a new property that has not been found in in vivo tissues or biomaterials so far is given.
Moreover, according to the method for producing a three-dimensional tissue culture using the incubator of the present invention, it is possible to impart orientation to the three-dimensional tissue culture. Then, by imparting orientation, mechanical strength can be imparted to the three-dimensional tissue culture, and the mechanical strength can be easily increased. This makes it possible to produce a culture that is mechanically useful as a substitute for tissue in a living body. In addition, a culture excellent in handling ability of a surgical technique can be produced.

本発明の培養器の培養面においては、溝が所定方向に向かって連続的又は断続的に設けられており、その方向に沿うように細胞及びコラーゲンなどの細胞外基質が整列し、三次元組織培養物に配向が生じるものと考えられる。
加えて、培養面に形成された溝は、底部の幅よりも上部の幅が大きいことから、当該溝に埋まり込むように培養された培養物を、培養面から分離する際、培養物における溝に埋まり込んだ部位が当該溝から抜け易く、損傷が生じ難くなると考えられる。このため、溝の深さを深くしても、当該損傷に起因した培養物の強度低下が抑制され、結果、高い強度(引張強度)を持つ三次元組織培養物が得られると考えられる。
In the culture surface of the incubator of the present invention, the grooves are provided continuously or intermittently in a predetermined direction, and extracellular matrices such as cells and collagen are aligned along the direction, and a three-dimensional tissue is formed. It is believed that orientation occurs in the culture.
In addition, since the groove formed on the culture surface has a larger width at the top than the width of the bottom, when separating the culture cultured to be embedded in the groove from the culture surface, the groove in the culture It is considered that the portion embedded in the layer is easily removed from the groove and is less likely to be damaged. For this reason, even if the depth of the groove is increased, it is considered that a decrease in strength of the culture due to the damage is suppressed, and as a result, a three-dimensional tissue culture having high strength (tensile strength) can be obtained.

本発明において配向とは、当技術分野で通常用いられる意味で使用される。三次元組織培養物の配向は、形態的には、肉眼での観察、及び拡大鏡、光学顕微鏡、電子顕微鏡などを用いた観察により確認でき、この際にHE染色や免疫染色などの組織染色を行って観察することもできる。三次元組織培養物の配向は、力学的には、後述する引張強度、剛性率、ヤング率などを複数方向に測定することによって確認できる。   In the present invention, the term “orientation” is used in the meaning normally used in this technical field. The orientation of the three-dimensional tissue culture can be confirmed morphologically by observation with the naked eye and observation using a magnifier, optical microscope, electron microscope, etc. At this time, tissue staining such as HE staining or immunostaining is performed. You can go and observe. The orientation of the three-dimensional tissue culture can be confirmed mechanically by measuring tensile strength, rigidity, Young's modulus, etc. described later in a plurality of directions.

まず、本発明の培養器を説明する。
本発明の培養器は、例えば、図1及び図2に示すように、円形状で透明なガラス皿10で構成され、この底面を培養面10Aとしている。
そして、この培養面10Aに、複数の溝12がストライプ状に形成されている。具体的には、一つの溝12は、所定方向に向かって直線状に連続的に形成され、これが当該所定方向(溝12の延在方向)と交差(例えば直交)する方向に所定間隔(所定ピッチ)で配列されている。
First, the incubator of the present invention will be described.
For example, as shown in FIGS. 1 and 2, the incubator of the present invention is configured by a circular and transparent glass dish 10, and this bottom surface is used as a culture surface 10 </ b> A.
A plurality of grooves 12 are formed in stripes on the culture surface 10A. Specifically, one groove 12 is continuously formed linearly in a predetermined direction, and a predetermined interval (predetermined) in a direction intersecting (for example, orthogonal to) the predetermined direction (extending direction of the groove 12). Pitch).

溝12は、底部の幅よりも上部の幅(溝12の開口縁における幅)が大きくなっており、具体的には、例えば、底面として培養面10Aと平行な面を有し、底部から上部に向かって次第に幅が大きくなる断面形状となっている。具体的には、溝12は、例えば、底面が培養面10Aと平行な面で構成されると共に、側面が湾曲した壁面で構成されている。
特に、溝12の側面は、湾曲した壁面で構成されていることがよく(具体的に溝12の底部における幅方向両端部が湾曲した壁面で構成されていることがよく)、これにより、溝12の底部における幅方向両端部に培養される培養物が入り込まず、過度な力を加えずに培養物が培養面10Aから分離されることから、その損傷が生じ難く、結果、培養物の強度が高められる。
ここで、溝12の断面形状とは、所定方向に沿って溝12が形成された培養器を、当該所定方向(溝12の延在方向)に対して直交する方向に沿って切断したときの断面形状を意味する。また、溝12の上部とは、培養面10Aに直交し、且つ当該培養面10Aの外側を向く方向を意味する。
The groove 12 has an upper width (width at the opening edge of the groove 12) larger than the width of the bottom. Specifically, for example, the groove 12 has a surface parallel to the culture surface 10A as the bottom surface, and the top from the bottom. The cross-sectional shape gradually increases in width toward. Specifically, the groove | channel 12 is comprised, for example with the wall surface where the bottom face was comprised by the surface parallel to the culture surface 10A, and the side surface was curved.
In particular, the side surface of the groove 12 is preferably composed of a curved wall surface (specifically, both end portions in the width direction at the bottom of the groove 12 are preferably composed of curved wall surfaces). Since the culture to be cultivated does not enter at both ends in the width direction at the bottom of 12 and the culture is separated from the culture surface 10A without applying excessive force, the damage is unlikely to occur, resulting in the strength of the culture. Is increased.
Here, the cross-sectional shape of the groove 12 means that the incubator in which the groove 12 is formed along a predetermined direction is cut along a direction orthogonal to the predetermined direction (extending direction of the groove 12). It means a cross-sectional shape. Moreover, the upper part of the groove | channel 12 means the direction orthogonal to the culture surface 10A and facing the outer side of the culture surface 10A.

溝12の深さR1は、例えば、5〜40μmがよく、好ましくは10〜40μm、より好ましくは15〜35μm、更に好ましくは20〜30μm、特に好ましくは25〜30μmである。この溝12の深さR1を上記範囲とすることで、得られる培養物の配向性が得られ易く、且つ得られた培養物を培養器の培養面10Aから分離する際に、当該培養物の損傷が抑制される。   The depth R1 of the groove 12 is, for example, 5 to 40 μm, preferably 10 to 40 μm, more preferably 15 to 35 μm, still more preferably 20 to 30 μm, and particularly preferably 25 to 30 μm. By setting the depth R1 of the groove 12 in the above range, the orientation of the obtained culture can be easily obtained, and when the obtained culture is separated from the culture surface 10A of the incubator, Damage is suppressed.

溝12の幅R2(溝12の開口縁部での幅:最大幅)は、例えば、40〜150μmがよく、好ましくは50〜120μm、より好ましくは60〜100μmである。この溝12の幅R2を上記範囲とすることで、得られる培養物の配向性が得られ易く、且つ得られた培養物を培養器の培養面10Aから分離する際に、当該培養物の損傷が抑制される。   The width R2 of the groove 12 (width at the opening edge of the groove 12: maximum width) is, for example, preferably 40 to 150 μm, preferably 50 to 120 μm, and more preferably 60 to 100 μm. By setting the width R2 of the groove 12 in the above range, it is easy to obtain the orientation of the obtained culture, and when the obtained culture is separated from the culture surface 10A of the incubator, the culture is damaged. Is suppressed.

溝12のピッチR3(配列間隔)は、例えば、100〜220μmがよく、好ましくは120〜200μm、より好ましくは140〜180μm、更に好ましくは140〜160μmである。この溝12のピッチR3を上記範囲とすることで、得られる培養物の配向性が得られ易く、且つ得られた培養物を培養器の培養面10Aから分離する際に、当該培養物の損傷が抑制される。   The pitch R3 (arrangement interval) of the grooves 12 is, for example, preferably 100 to 220 μm, preferably 120 to 200 μm, more preferably 140 to 180 μm, and still more preferably 140 to 160 μm. By setting the pitch R3 of the groove 12 in the above range, the orientation of the obtained culture can be easily obtained, and the culture is damaged when the obtained culture is separated from the culture surface 10A of the incubator. Is suppressed.

溝12の深さR1と幅R2との比率(R1:R2)は、例えば、1:30〜1:1がよく、好ましくは1:5〜1:2である。この溝12の深さR1と幅R2との比率を上記範囲とすることで、得られる培養物の配向性が得られ易く、且つ得られた培養物を培養器の培養面10Aから分離する際に、当該培養物の損傷が抑制される。   The ratio (R1: R2) between the depth R1 and the width R2 of the groove 12 is, for example, 1:30 to 1: 1, and preferably 1: 5 to 1: 2. By setting the ratio of the depth R1 and the width R2 of the groove 12 to the above range, the orientation of the obtained culture can be easily obtained, and when the obtained culture is separated from the culture surface 10A of the incubator. In addition, damage to the culture is suppressed.

なお、溝12は、底部の幅よりも上部の幅(溝12の開口縁における幅)が大きい形状であれば、上記断面形状以外にも、例えば、1)図3に示すように、底面として培養面10Aと平行な面を有し、底部から上部に向かって次第に幅が大きくなり、そして幅が一定となる、U字状の断面形状、2)図4に示すように、これらの断面形状であって、溝12の開口縁が面取りされた断面形状(例えば、図4中では図2に示す断面形状で、湾曲状に面取りされた断面形状を示す)等が挙げられる。   In addition to the cross-sectional shape described above, for example, 1) as shown in FIG. A U-shaped cross-sectional shape having a surface parallel to the culture surface 10A, gradually increasing in width from the bottom toward the top, and constant in width, 2) As shown in FIG. 4, these cross-sectional shapes In addition, a cross-sectional shape in which the opening edge of the groove 12 is chamfered (for example, the cross-sectional shape shown in FIG. 2 in FIG. 4 shows a cross-sectional shape chamfered in a curved shape) and the like.

また、溝12は、一つの溝12が直線状に連続的に設けられた形態に限られず、例えば、図5に示すように、断続的に設けたれた形態であってもよい。溝12を断続的に設けても、培養物に配向性は付与できる。   Moreover, the groove | channel 12 is not restricted to the form in which the one groove | channel 12 was continuously provided in linear form, For example, as shown in FIG. 5, the form provided intermittently may be sufficient. Even if the groove 12 is provided intermittently, orientation can be imparted to the culture.

また、溝12は、複数の溝12が所定間隔(ピッチ)で配列し、ストライプ状に形成した形態に限られず、図6に示すように、この培養面10Aに、一つの溝12を所定方向に向かって直線状に連続的に形成され、これを当該所定方向(溝12の延在方向)と交差する方向に所定間隔(所定ピッチ)で配列させたものを第1の溝群とし、当該所定方向に向かって形成された第1の溝群に対して、当該所定方向と交差する方向(例えば直交方向)に当該第1の溝群と同様の第2の溝群を配設した形態(つまり、溝12を格子状に設けた形態)であってもよい。これにより、2つの方向に配向性を持たせた培養物、つまり、2つの方向に対して強度(引張強度)が付与された培養物が得られる。   Further, the groove 12 is not limited to a form in which a plurality of grooves 12 are arranged at a predetermined interval (pitch) and formed in a stripe shape. As shown in FIG. 6, one groove 12 is formed on the culture surface 10A in a predetermined direction. The first groove group is formed continuously in a straight line toward the surface and arranged at a predetermined interval (predetermined pitch) in a direction intersecting the predetermined direction (extending direction of the groove 12). A configuration in which a second groove group similar to the first groove group is disposed in a direction (for example, an orthogonal direction) intersecting the predetermined direction with respect to the first groove group formed in the predetermined direction ( In other words, the groove 12 may be provided in a lattice shape. Thereby, a culture having orientation in two directions, that is, a culture in which strength (tensile strength) is given to the two directions is obtained.

また、本発明の培養器は、円形状のガラス皿10の底面を培養面10Aとして、これに溝を設けた形態に限られず、例えば、図7に示すように、円形状の板状体11の表面を培養面として、これに溝12を形成した形態であってもよい。例えば、この溝12を設けた板状体11は、図7に示すように円形状のガラス皿10の底面に配置して使用される。   Further, the incubator of the present invention is not limited to the form in which the bottom surface of the circular glass dish 10 is the culture surface 10A and the grooves are provided in the culture surface. For example, as shown in FIG. The surface may be a culture surface, and grooves 12 may be formed in the culture surface. For example, the plate-like body 11 provided with the grooves 12 is used by being arranged on the bottom surface of a circular glass dish 10 as shown in FIG.

次に、本発明の培養器の製造方法について説明する。
本発明の培養器の製造方法は、例えば、培養器を準備し、その培養面に対して、エッチング処理(例えばドライエッチング処理、ウエットエッチング処理)を施すことで、当該培養面に溝が設けられた培養器を得る方法が挙げられる。無論、本発明の培養器の製造方法は、特に制限はなく、培養面に溝が形成できれば、周知の方法が採用される。
Next, the manufacturing method of the incubator of the present invention will be described.
In the method for producing an incubator of the present invention, for example, an incubator is prepared, and an etching process (for example, a dry etching process or a wet etching process) is performed on the culture surface, whereby a groove is provided on the culture surface. And a method for obtaining an incubator. Of course, the method for producing the incubator of the present invention is not particularly limited, and a well-known method can be adopted if a groove can be formed on the culture surface.

本発明の培養器の製造方法としては、例えば図8及び図9に示す方法が挙げられる。この培養器の製造方法は、ガラス製の円形皿に対してウエットエッチング処理を施して培養面に溝を形成する方法である。   Examples of the method for producing the incubator of the present invention include the methods shown in FIGS. This method for producing an incubator is a method in which a wet etching process is performed on a glass circular dish to form grooves on the culture surface.

具体的には、まず、円形状のガラス皿10又は円形状の板状体11(例えば、テンパックスガラス:千葉理科ガラス)を準備する。なお、これら部材は、円形状に限られるわけではない。
以下、円形状のガラス皿10を用いた場合を例にして説明するが、円形状の板状体11を用いた場合も同様である。
図8(A)に示すように、円形状のガラス皿10の培養面10Aとなる底面をイソプロパノールアルコール(大成化学社製)、純水の順でそれぞれ15分間超音波洗浄をして、ガラス皿10の底面に付着している汚れを落とす。洗浄後、例えば、エアガンによりガラス皿10の底面に付着した水分を吹き飛ばして、例えば、120℃に設定したホットプレート上で30分間温め、水分を完全に飛ばす。
Specifically, first, a circular glass dish 10 or a circular plate body 11 (for example, Tempax glass: Chiba science glass) is prepared. These members are not limited to a circular shape.
Hereinafter, the case where the circular glass dish 10 is used will be described as an example, but the same applies to the case where the circular plate body 11 is used.
As shown in FIG. 8 (A), the bottom surface that becomes the culture surface 10A of the circular glass dish 10 was ultrasonically cleaned in the order of isopropanol alcohol (Taisei Chemical Co., Ltd.) and pure water for 15 minutes, respectively. The dirt adhering to the bottom surface of 10 is removed. After the cleaning, for example, water attached to the bottom surface of the glass dish 10 is blown off by an air gun, for example, heated on a hot plate set at 120 ° C. for 30 minutes, and the water is completely blown off.

次に、図8(B)に示すように、ガラス皿10が冷めたら、例えば、三元スパッタ装置により、ガラス皿10の底面に金属マスク層20(例えばCr膜)を蒸着する。この時、金属マスク層20を蒸着する面(底面)は、傷がない奇麗な面であることを確認する。   Next, as shown in FIG. 8B, when the glass dish 10 is cooled, a metal mask layer 20 (for example, a Cr film) is deposited on the bottom surface of the glass dish 10 by, for example, a three-way sputtering apparatus. At this time, it is confirmed that the surface (bottom surface) on which the metal mask layer 20 is deposited is a clean surface without scratches.

次に、図8(C)に示すように、ガラス皿10の底面に金属マスク層20上に、例えば、スピンコータにより感光性樹脂(例えばOFPR:東京応化工業)を均一に塗布して感光性樹脂の層を形成する。このスピンコータの回転プログラムは、例えば、初速300rpmを5s、本速5000rpmを15s、終速6000rpmを0.2sとする。
そして、例えば、スピンコート後、110℃で5分間プリベークすることで、液体である感光性樹脂(例えばOFPR:東京応化工業)を硬化させて、感光性樹脂層22を形成する。
Next, as shown in FIG. 8C, a photosensitive resin (for example, OFPR: Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) is uniformly applied to the bottom surface of the glass dish 10 on the metal mask layer 20 by, for example, a spin coater. Forming a layer. In this spin coater rotation program, for example, the initial speed of 300 rpm is set to 5 s, the main speed of 5000 rpm is set to 15 s, and the final speed of 6000 rpm is set to 0.2 s.
Then, for example, after spin coating, pre-baking is performed at 110 ° C. for 5 minutes to cure the liquid photosensitive resin (for example, OFPR: Tokyo Ohka Kogyo) to form the photosensitive resin layer 22.

次に、図8(D)に示すように、感光性樹脂層22に対して、片面マスクアライナにより紫外線を20s間、パターン照射した後、現像液(例えばNMD−3:東京応化工業)に浸し現像処理を施し、感光性樹脂層22に開口パターン22Aを形成する。その後、例えば、現像液を完全に除外するため、純水で3回洗浄してエアガンにより表面の水分を除去し、感光性樹脂層22を下層(金属マスク層20)と密着させるために、120℃で5分間ポストベークを行う。   Next, as shown in FIG. 8D, the photosensitive resin layer 22 is irradiated with a pattern of ultraviolet rays for 20 s by a single-side mask aligner, and then immersed in a developer (for example, NMD-3: Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.). Development processing is performed to form an opening pattern 22 </ b> A in the photosensitive resin layer 22. Thereafter, for example, in order to completely remove the developer, the surface is washed with pure water three times, water on the surface is removed by an air gun, and the photosensitive resin layer 22 is brought into close contact with the lower layer (metal mask layer 20). Post bake at 5 ° C. for 5 minutes.

次に、図9(E)に示すように、例えば、金属エッチング液(例えばETCH−1:三洋化成)により、金属マスク層20のエッチングを行い、開口パターン20Aを形成する。その後、例えば、純水で三回洗浄を行って金属エッチング液を完全に除去して、水分をエアガンで吹き飛ばす。   Next, as shown in FIG. 9E, for example, the metal mask layer 20 is etched with a metal etchant (for example, ETCH-1: Sanyo Kasei) to form an opening pattern 20A. Thereafter, for example, the metal etching solution is completely removed by washing three times with pure water, and moisture is blown off with an air gun.

次に、図9(F)に示すように、所望の開口パターン20Aで金属マスク層20がエッチングされているか確認した後、例えば、所定の溝12の深さになるまで、フッ化水素酸によりガラス皿10の底面にエッチングを施し、溝12を形成する。その後、例えば、即座に純水で三回洗浄し、フッ化水素酸を完全に除去して、水分をエアガンで吹き飛ばす。   Next, as shown in FIG. 9F, after confirming whether the metal mask layer 20 is etched with the desired opening pattern 20A, for example, with hydrofluoric acid until the depth of the predetermined groove 12 is reached. Etching is performed on the bottom surface of the glass dish 10 to form grooves 12. Then, for example, it is immediately washed three times with pure water, hydrofluoric acid is completely removed, and moisture is blown off with an air gun.

次に、図9(G)に示すように、例えば、70℃に温めた剥離液(例えば剥離液105:東京応化工業)を用いて、感光性樹脂層22を除去する。その後、例えば、剥離液をイソプロパノールアルコールで置換した後に、純水で二回洗浄する。
そして、金属エッチング液(例えばETCH−1:三洋化成)により、金属マスク層20を除去する。そして、同様に純粋で三回洗浄を行って金属エッチング液を完全に除去して、水分をエアガンで吹き飛ばす。
Next, as shown in FIG. 9G, the photosensitive resin layer 22 is removed using, for example, a stripping solution warmed to 70 ° C. (for example, stripping solution 105: Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.). Thereafter, for example, after the stripping solution is replaced with isopropanol alcohol, it is washed twice with pure water.
Then, the metal mask layer 20 is removed with a metal etching solution (for example, ETCH-1: Sanyo Chemical). Similarly, it is purely washed three times to completely remove the metal etching solution and blow off moisture with an air gun.

以上の工程を経て、培養器が得られる。
なお、上記製造方法において、例えば、金属マスク層20、感光性樹脂層22に形成される開口パターンの形状や、ガラス皿10の底面に対するエッチング時間等により、形成される溝12の幅、深さ、配列間隔(ピッチ)等が制御される。
また、上記ウエットエッチング処理を採用すると、底部の幅よりも上部の幅が大きく、湾曲した壁面で構成された溝12が得られ易い。
An incubator is obtained through the above steps.
In the above manufacturing method, for example, the width and depth of the groove 12 to be formed depending on the shape of the opening pattern formed in the metal mask layer 20 and the photosensitive resin layer 22, the etching time with respect to the bottom surface of the glass dish 10, and the like. The arrangement interval (pitch) and the like are controlled.
Further, when the above wet etching process is employed, the width of the upper portion is larger than the width of the bottom portion, and the groove 12 constituted by a curved wall surface is easily obtained.

また、本発明の培養器においては、その材質として、ガラスを採用したものについて説明したが、これに限られるわけではなく、プラスチック等の樹脂、PDMS(ポリジメチルシロキサン)等の高分子、等を採用したものであってもよい。ガラス製、セラミック製、金属製(例えば、シリコン等)等の無機材料の培養器は、変形が少なく、殺菌処理を行えば、繰り返し使用することができる。また、透明なガラス製の培養器を採用することで、リアルタイムで細胞観察が可能となる。   Further, in the incubator of the present invention, the material using glass as the material has been described, but the material is not limited to this, and a resin such as plastic, a polymer such as PDMS (polydimethylsiloxane), etc. It may be adopted. Incubators made of inorganic materials such as glass, ceramic, and metal (for example, silicon) have little deformation and can be used repeatedly if sterilized. In addition, by employing a transparent glass incubator, it becomes possible to observe cells in real time.

次に、本発明の三次元組織培養物の製造方法について説明する。
本発明の三次元組織培養物の製造方法は、本発明の培養器を用いて、培養液中で細胞及び細胞外基質を含む三次元組織培養物を製造するものである。詳細には、本発明の培養器に細胞を播種する播種工程と、播種後の細胞を培養して培養する面に付着させると共に、前記細胞から細胞外基質を産生させて培養液中に三次元の培養物を形成する付着培養工程と、所定期間後に、培養する面から前記培養物を分離する分離工程と、を含む。
Next, the manufacturing method of the three-dimensional tissue culture of this invention is demonstrated.
The method for producing a three-dimensional tissue culture of the present invention is a method for producing a three-dimensional tissue culture containing cells and an extracellular matrix in a culture solution using the incubator of the present invention. Specifically, the seeding step of seeding the cells in the incubator of the present invention, the cells after seeding are attached to the surface to be cultured and cultured, and the extracellular matrix is produced from the cells to be three-dimensional in the culture solution. An adherent culture step for forming the culture, and a separation step for separating the culture from the surface to be cultured after a predetermined period.

培養器に播種する細胞としては、特に制限されないが、増殖能と分化能の観点から、幹細胞が好ましい。
本発明において幹細胞とは、自己複製能と分化能とを有する細胞をいう。本発明における幹細胞としては、胚性幹(ES)細胞、体性幹細胞を挙げることができ、また、上述の能力を有している限り、人工的に作製した多能性幹細胞もまた、本発明における幹細胞に該当する。胚性幹細胞とは、初期胚に由来する多能性幹細胞をいい、体性幹細胞とは、胚性幹細胞よりも分化の方向が限定されている細胞である。体性幹細胞としては、外胚葉に由来する幹細胞、中胚葉に由来する幹細胞、内胚葉に由来する幹細胞があり、例えば、外胚葉に由来する幹細胞としては皮膚系、神経系、中胚葉に由来する幹細胞としては骨髄系、内胚葉に由来する幹細胞としては消化器系などに分けられる。皮膚系の体性幹細胞としては、表皮幹細胞、毛嚢幹細胞などが挙げられる。消化器系の体性幹細胞としては、膵(共通)幹細胞、肝幹細胞などが挙げられる。骨髄系の体性幹細胞としては、造血幹細胞、間葉系幹細胞(例えば、脂肪由来、骨髄由来)などが挙げられる。神経系の体性幹細胞としては、神経幹細胞、網膜幹細胞などが挙げられる。本発明では、なかでも間葉系幹細胞に好ましく用いられる。
The cells to be seeded in the incubator are not particularly limited, but stem cells are preferable from the viewpoint of proliferation ability and differentiation ability.
In the present invention, the stem cell refers to a cell having self-renewal ability and differentiation ability. Examples of the stem cells in the present invention include embryonic stem (ES) cells and somatic stem cells, and artificially prepared pluripotent stem cells may also be used as long as they have the above-mentioned ability. Corresponds to stem cells in Embryonic stem cells refer to pluripotent stem cells derived from early embryos, and somatic stem cells are cells whose direction of differentiation is more limited than embryonic stem cells. As somatic stem cells, there are stem cells derived from ectoderm, stem cells derived from mesoderm, stem cells derived from endoderm. For example, stem cells derived from ectoderm are derived from skin system, nervous system, mesoderm. Stem cells are classified into the myeloid system, and stem cells derived from the endoderm are classified into the digestive system. Examples of cutaneous somatic stem cells include epidermal stem cells and hair follicle stem cells. Examples of digestive somatic stem cells include pancreatic (common) stem cells and hepatic stem cells. Examples of myeloid somatic stem cells include hematopoietic stem cells, mesenchymal stem cells (for example, fat-derived, bone marrow-derived), and the like. Examples of neural somatic stem cells include neural stem cells and retinal stem cells. In the present invention, it is preferably used for mesenchymal stem cells.

間葉系幹細胞は、増殖能と、骨細胞、軟骨細胞、筋肉細胞、ストローマ細胞、腱細胞、脂肪細胞、等への分化能を有する。本発明においては、腱細胞、骨細胞、軟骨細胞等への分化能を有する幹細胞を好ましく用いることができる。   Mesenchymal stem cells have the ability to proliferate and differentiate into bone cells, chondrocytes, muscle cells, stromal cells, tendon cells, adipocytes, and the like. In the present invention, stem cells capable of differentiating into tendon cells, bone cells, chondrocytes and the like can be preferably used.

これらの間葉系幹細胞は、これらの幹細胞が存在しうる組織から得ることができる。本発明における幹細胞を得るために好ましく用いられる供給源としての組織には、骨、軟骨、腱、靭帯、半月、椎間板、骨膜、血管、血管様組織、心臓、心臓弁、心膜、硬膜などの組織を挙げることができる。なかでも、腱細胞へ分化可能な幹細胞を用いる場合には、滑膜等の組織を供給源とすることができ、滑膜由来間質細胞などを用いることが好ましい。また、骨細胞、軟骨細胞へ分化可能な幹細胞を用いる場合には、脂肪等の組織を供給源とすることができ、脂肪組織由来細胞などを用いることが好ましい。   These mesenchymal stem cells can be obtained from a tissue in which these stem cells can exist. Tissues preferably used for obtaining stem cells in the present invention include bone, cartilage, tendon, ligament, meniscus, intervertebral disc, periosteum, blood vessel, blood vessel-like tissue, heart, heart valve, pericardium, dura mater, etc. Can be mentioned. In particular, when stem cells that can differentiate into tendon cells are used, tissues such as synovium can be used as a supply source, and it is preferable to use synovial stromal cells. When stem cells that can be differentiated into bone cells or chondrocytes are used, tissues such as fat can be used as the supply source, and it is preferable to use adipose tissue-derived cells.

また、培養器に播種する細胞としては、細胞外基質の生産性が高い細胞が好ましい。細胞外基質の生産性が高い細胞としては、例えば、間葉系幹細胞、線維芽細胞、骨細胞、軟骨細胞、ストローマ細胞、腱細胞、滑膜細胞、脂肪細胞、等が挙げられる。
細胞外基質としては、特に制限はないが、コラーゲンI、コラーゲンIII、ビトロネクチン及びフィブロネクチンのうちの少なくとも1種が好ましい。
Moreover, as a cell seed | inoculated to a culture device, the cell with high productivity of an extracellular matrix is preferable. Examples of cells with high productivity of extracellular matrix include mesenchymal stem cells, fibroblasts, bone cells, chondrocytes, stromal cells, tendon cells, synovial cells, adipocytes, and the like.
The extracellular matrix is not particularly limited, but at least one of collagen I, collagen III, vitronectin and fibronectin is preferable.

細胞の由来には特に制限はないが、ヒトに対して三次元組織培養物を移植片等として使用する場合には、種適合性等を勘案してヒト及びその他の哺乳動物から適宜選択されることが好ましい。その他の哺乳動物としては、例えば、貧歯類、食肉類、食虫類、長鼻類、奇蹄類、偶蹄類、管歯類、有鱗類、海牛類、クジラ目、霊長類、齧歯類、ウサギ目などを挙げることができ、例えば、サル、ウシ、ブタ、ウマ、ネコ、イヌなどの動物を具体例として挙げることができる。組織適合性の観点からは、自家移植が好ましい。   The origin of the cell is not particularly limited, but when a three-dimensional tissue culture is used as a graft for humans, it is appropriately selected from humans and other mammals in consideration of species compatibility. It is preferable. Examples of other mammals include, for example, rodents, carnivores, carnivores, long noses, odd hoofs, even hoofs, rodents, scales, sea cattle, cetaceans, primates, rodents Specific examples include animals such as monkeys, cows, pigs, horses, cats, and dogs. From the viewpoint of tissue compatibility, autotransplantation is preferable.

これらの細胞は、生体から採取されたいわゆる初代培養物であっても継代されたものであってもよいが、細胞密度向上と細胞外基質生産能力向上の観点から、4継代以上7継代以下の培養細胞を用いることが好ましい。本発明において「継代」とは、当技術分野で通常用いられる意味で使用され、本発明における細胞は、生体から採取した初代培養以来の継代回数で表される。本発明における細胞が4継代以上の培養細胞であれば充分な強度の培養物とすることができ、7継代以下の培養細胞であれば細胞の増殖能も充分に高いため、好ましい。また、5継代以上7継代以下の培養細胞であれば、細胞外基質の生産と三次元組織培養物としたときの細胞密度のバランスを高いレベルで良好なものにすることができ、より好ましい。   These cells may be so-called primary cultures collected from a living body or those that have been passaged, but from the viewpoint of improving cell density and improving extracellular matrix production ability, they are more than 4 passages and 7 passages. It is preferable to use cultured cells of the following generation. In the present invention, “passage” is used in the meaning normally used in the art, and the cells in the present invention are represented by the number of passages since the primary culture collected from a living body. If the cell in the present invention is a cultured cell having 4 or more passages, a sufficiently strong culture can be obtained, and if the cell has 7 or less passages, the cell growth ability is sufficiently high, which is preferable. Moreover, if it is a cultured cell of 5 to 7 passages, the balance between the production of extracellular matrix and the cell density when used as a three-dimensional tissue culture can be improved at a high level. preferable.

細胞の培養に用いられる培養液としては、目的とする細胞の培養に一般的に用いられるものであればよく、例えば、DMEM、MEM、F12、DME、RPMI1640、MCDB104、199、MCDB153、L15、SkBM、Basal培地などを使用することができる。また、これらの培養液には、一般に添加可能な各種の成分、例えば、グルコース、FBS(ウシ胎仔血清)又はヒト血清、抗生物質(ペニシリン、ストレプトマイシンなど)を添加してもよい。なお、血清を添加する場合の濃度は、培養状態によって適宜変更することができるが、通常10%(v/v)とすることができる。細胞の培養には、通常の培養条件、例えば37℃の温度で5%CO濃度のインキュベーター内での培養が適用される。 The culture solution used for culturing cells may be any one that is generally used for culturing target cells. For example, DMEM, MEM, F12, DME, RPMI1640, MCDB104, 199, MCDB153, L15, SkBM Basal medium and the like can be used. In addition, various components that can be generally added, such as glucose, FBS (fetal bovine serum) or human serum, and antibiotics (such as penicillin and streptomycin) may be added to these culture solutions. In addition, although the density | concentration at the time of adding serum can be suitably changed according to a culture state, it can usually be 10% (v / v). For cell culture, normal culture conditions, for example, culture in an incubator with a temperature of 37 ° C. and a concentration of 5% CO 2 are applied.

細胞の播種は、細胞の種類、細胞の継代数、培養期間などによって適宜調整可能であるが、一般に、5×10〜1×10cells/cmの細胞密度で播種することができる。
細胞の播種の方法は、特に制限されるものではないが、例えば、細胞を懸濁した培養液を培養器に注入することで行うことができる。
The seeding of cells can be appropriately adjusted depending on the type of cells, the number of passages of cells, the culture period, etc., but in general, seeding can be performed at a cell density of 5 × 10 4 to 1 × 10 6 cells / cm 2 .
The method for seeding cells is not particularly limited, and can be performed, for example, by injecting a culture solution in which cells are suspended into a culture vessel.

細胞の播種が完了すると、付着培養工程において、細胞を培養して、細胞を培養面に付着させると共に、細胞から細胞外基質を産生させて培養液中に三次元の培養物を形成する。
細胞の培養面への付着は、通常の培養条件において、細胞の性質に応じて培養面へ細胞が付着することより容易に達成される。培養面に形成された溝の幅及び深さと播種した細胞の大きさ及び性質によるが、細胞は溝の壁面にも付着することができる。
細胞の付着は、培養面に強固に付着している必要はなく、培養面の形状を細胞が感受できる程度の付着力で付着していればよく、細胞の性質上、独立して浮遊せず、培養器の培養面に接触している程度でもよく、後述する分離工程において、所定の分離手段によって容易に分離可能となる程度の付着力であることが、培養物の損傷を抑えることができる点で好ましい。
When the seeding of the cells is completed, in the adhesion culture step, the cells are cultured to attach the cells to the culture surface, and an extracellular matrix is produced from the cells to form a three-dimensional culture in the culture solution.
Adhesion of the cells to the culture surface is more easily achieved by attaching the cells to the culture surface according to the properties of the cells under normal culture conditions. Depending on the width and depth of the grooves formed on the culture surface and the size and nature of the seeded cells, the cells can also adhere to the walls of the grooves.
Cell attachment does not have to be firmly attached to the culture surface, it is sufficient that the shape of the culture surface is attached with an adhesive force that can be perceived by the cell, and it does not float independently due to the nature of the cell. In addition, the contact with the culture surface of the incubator may be sufficient, and in the separation step to be described later, the adhesion can be easily separated by a predetermined separation means, so that damage to the culture can be suppressed. This is preferable.

また培養期間を継続させることにより、細胞から細胞外基質が産生される。
細胞から産生される細胞外基質としては、例えば、コラーゲンI、コラーゲンIII、コラーゲンV、エラスチン、ビトロネクチン、フィブロネクチン、ラミニン、トロンボスポンディン、プロテオグリカン類(例えば、デコリン、バイグリカン、フィブロモジュリン、ルミカン、ヒアルロン酸、アグリカンなど)等を挙げることができるがそれらに限定されず、細胞接着を担う細胞外基質であれば、いずれのものであってもよい。より好ましくは、細胞外基質は、コラーゲン(I型、III型など)、ビトロネクチン及びフィブロネクチンをすべて含む。これらの細胞外基質が産生されることにより、細胞外基質のネットワークが形成された細胞と細胞外基質とで構成された三次元の培養物が形成される。
Further, by continuing the culture period, extracellular matrix is produced from the cells.
Examples of the extracellular matrix produced from the cells include collagen I, collagen III, collagen V, elastin, vitronectin, fibronectin, laminin, thrombospondin, proteoglycans (eg, decorin, biglycan, fibrojuline, lumican, hyaluron) Acid, aggrecan, and the like), but are not limited to these, and any extracellular matrix that is responsible for cell adhesion may be used. More preferably, the extracellular matrix includes all collagen (type I, type III, etc.), vitronectin and fibronectin. By producing these extracellular matrixes, a three-dimensional culture composed of the cells in which the extracellular matrix network is formed and the extracellular matrix is formed.

細胞からの細胞外基質の産生を促進するために、細胞の培養は、細胞外基質産生促進因子の存在下で行われることが好ましい。このため、培養液には、細胞外基質産生促進因子が添加されることが好ましい。
なお、細胞外基質産生促進因子は、付着培養工程において存在していればよく、培養開始時から培養液に添加していてもよく、細胞播種後に培養液に添加してもよい。
これらの細胞外基質産生促進因子の存在下で細胞を培養することにより、後述する分離工程において、培養物の分離をより容易にすることができる。
In order to promote the production of extracellular matrix from the cells, it is preferable that the culture of the cells is performed in the presence of an extracellular matrix production promoting factor. For this reason, it is preferable that an extracellular matrix production promoting factor is added to the culture solution.
The extracellular matrix production promoting factor may be present in the adhesion culture step, may be added to the culture solution from the beginning of the culture, or may be added to the culture solution after cell seeding.
By culturing cells in the presence of these extracellular matrix production promoting factors, the culture can be more easily separated in the separation step described later.

培養液中に添加される細胞外基質産生促進因子は、細胞の細胞外基質の分泌を促進するような因子であり、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好ましくは、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)とすることができる。本発明におけるアスコルビン酸は、L体であることが好ましいが、それに限定されない。   The extracellular matrix production promoting factor added to the culture medium is a factor that promotes the secretion of extracellular matrix of the cell. For example, TGF-β1, TGF-β3, ascorbic acid, ascorbic acid diphosphate or Examples thereof include derivatives thereof and salts thereof. From the viewpoint of collagen production, ascorbic acid, ascorbic acid diphosphate or a derivative thereof and a salt thereof (for example, sodium salt, magnesium salt, potassium salt, etc.) can be preferably used. Ascorbic acid in the present invention is preferably L-form, but is not limited thereto.

本発明において使用される細胞外基質産生促進因子の添加量としては、例えばアスコルビン酸2リン酸の場合であれば、通常0.01mM以上、三次元組織培養物の引張強度の観点から、好ましくは0.05mM以上、さらに好ましくは0.1mM以上とすることができ、より好ましくは0.2mM以上とすることができる。アスコルビン酸2リン酸の場合には、添加量を多くしてもよく、例えば5.0mM以下としてもよいが、添加量に対する引張強度向上効率の観点から、1.0mMであることがさらに好ましい。   In the case of ascorbic acid 2-phosphate, for example, the amount of the extracellular matrix production promoting factor used in the present invention is usually 0.01 mM or more, preferably from the viewpoint of the tensile strength of the three-dimensional tissue culture. It can be 0.05 mM or more, more preferably 0.1 mM or more, more preferably 0.2 mM or more. In the case of ascorbic acid diphosphate, the addition amount may be increased, for example, 5.0 mM or less, but is more preferably 1.0 mM from the viewpoint of the tensile strength improvement efficiency with respect to the addition amount.

三次元組織培養物を形成するための付着培養期間としては、播種した細胞数、細胞の種類、目的とする組織の種類などによって異なるが、一般には、少なくとも7日間とすることができる。培養物の強度の増大を期待できる観点から、付着培養期間を、例えば15日程度に延長することも好ましく、より好ましくは21日程度、更に好ましくは28日程度、特に好ましくは35日程度である。これにより、目的に応じたサイズ及び強度の三次元組織培養物を形成しうる。   The adhesion culture period for forming a three-dimensional tissue culture varies depending on the number of cells seeded, the type of cells, the type of target tissue, etc., but can generally be at least 7 days. From the viewpoint of expecting an increase in strength of the culture, it is also preferable to extend the adhesion culture period to, for example, about 15 days, more preferably about 21 days, more preferably about 28 days, and particularly preferably about 35 days. . Thereby, a three-dimensional tissue culture having a size and strength suitable for the purpose can be formed.

分離工程では、前記培養面から、培養中の培養物を分離する。
培養工程によって形成された三次元組織培養物は、培養面からの分離によって培養液中に浮遊する。この分離の刺激を与えることによって自己収縮が生じて、培養物の硬化(線維組織の架橋による剛性と強度の増大)が生じる。
In the separation step, the culture being cultured is separated from the culture surface.
The three-dimensional tissue culture formed by the culturing process floats in the culture medium by separation from the culture surface. By applying this separation stimulus, self-contraction occurs, resulting in hardening of the culture (an increase in stiffness and strength due to cross-linking of fibrous tissue).

分離の手段としては、培養物に自己収縮を生じる一方で培養物に損傷を与えない刺激であればよい。このような分離手段としては、例えば、物理的手段(例えば、培地のピペッティングなど)、化学的手段(物質の添加)などを挙げることができる。中でもピペッティングなどの物理的手段であることが、得られた培養物に異物を混入させないという観点から好ましい。また、剥離は、物理的な刺激(例えば、培養器の角に棒などで物理的手段、即ち、ずり応力印加、ピペッティング、培養器の変形などを与えるなど)を行うことによって促進することができる。自己収縮は、このような剥離の後、物理的刺激が与えられる場合、自然に起こる。化学的刺激の場合は、自己収縮および剥離が並行して生じる。このような刺激により生じる自己収縮によって、特に第三次元方向の生物学的結合が促進されると考えられ、この結果、培養物は、三次元の構造体としての形態を維持することができる。   As a means for separation, any stimulus that causes self-contraction in the culture while not damaging the culture may be used. Examples of such separation means include physical means (for example, pipetting of a medium), chemical means (addition of a substance), and the like. Among these, physical means such as pipetting is preferable from the viewpoint of preventing foreign matters from being mixed into the obtained culture. In addition, exfoliation can be promoted by applying a physical stimulus (for example, applying a physical means such as application of shear stress, pipetting, or deformation of the incubator with a rod at the corner of the incubator). it can. Self-shrinking occurs naturally after such debonding when a physical stimulus is applied. In the case of chemical stimulation, self-contraction and peeling occur in parallel. It is thought that the self-contraction caused by such stimulation promotes biological binding, particularly in the third dimension, so that the culture can maintain its form as a three-dimensional structure. .

本発明の三次元組織培養物の製造方法においては、更に、分離工程の後に、培養物を培養器から分離させた状態で浮遊培養する浮遊培養工程を設けることができる。分離工程において培養面から分離された三次元培養物は自然と培養液中に浮遊状態となり、浮遊培養工程は、このような浮遊状態による培養を所定期間継続することにより行われる。浮遊培養工程により、三次元培養物の強度を向上させることができる。
浮遊状態による培養の期間は、特に制限されないが、少なくとも1日以上継続することが好ましい。3日以上とすることで、充分な自己収縮を生じさせることができる。
In the method for producing a three-dimensional tissue culture of the present invention, a suspension culture step of suspension culture in a state where the culture is separated from the incubator can be provided after the separation step. The three-dimensional culture separated from the culture surface in the separation step naturally becomes a floating state in the culture solution, and the floating culture step is performed by continuing the culture in such a floating state for a predetermined period. The strength of the three-dimensional culture can be improved by the suspension culture process.
The culture period in a floating state is not particularly limited, but it is preferable to continue for at least one day. Sufficient self-shrinkage can be produced by setting it as 3 days or more.

本発明により得られた三次元組織培養物は、人工物を含まない、いわゆるスキャフォールドフリーの組織培養物であって、手術手技における操作で破損等することがなく、操作性を確保できる十分な強度を有するものである。また、力学的にも形態的にも、生体内の組織に模倣した配向性を付与された、生体内の組織の代替物として有用なものである。   The three-dimensional tissue culture obtained by the present invention is a so-called scaffold-free tissue culture that does not contain an artifact, and is sufficient to ensure operability without being damaged by an operation in a surgical technique. It has strength. Moreover, it is useful as a substitute for the tissue in the living body to which the orientation imitating the tissue in the living body is imparted mechanically and morphologically.

ここで培養物として、手術手技における操作で破損等することがなく、操作性を確保できる十分な強度とは、自己支持性に十分な強度に加えて、手術手技においてピンセット等で把持し、操作する際に破壊されない程度の強度を意味する。本発明における「自己支持性」とは、組織の少なくとも1点が空間上に固定されたときに、その組織が実質的に破壊されない特性をいう。本発明における三次元組織培養物は、自己支持性に十分な程度の強度よりも大きな強度を示すものであり、従来の培養法で得られる組織に比べ、顕著な引張強度を得ることが可能である。   Here, as a culture, sufficient strength to ensure operability without being damaged by operation in the surgical technique means that it is grasped with tweezers etc. in the surgical technique in addition to sufficient strength for self-supporting It means the strength not to be destroyed when doing. “Self-supporting” in the present invention refers to a property that the tissue is not substantially destroyed when at least one point of the tissue is fixed in space. The three-dimensional tissue culture in the present invention exhibits a strength greater than a strength sufficient for self-supporting, and can obtain a remarkable tensile strength compared to a tissue obtained by a conventional culture method. is there.

本発明における培養組織、三次元構造体などが有する引張に抗する組織の力学的特性は、一般に引張試験を実施して、引張強度、剛性率、ヤング率などを測定することによって求めることができる。   The mechanical properties of the tissue that resists the tension of the cultured tissue, three-dimensional structure, etc. in the present invention can be generally determined by conducting a tensile test and measuring the tensile strength, rigidity, Young's modulus, and the like. .

また、本発明における培養組織、三次元構造体などが有する力学的特性は、力学試験において応力・歪み特性を測定することによって求めることができる。手短に述べると、試料に荷重を加え、例えば、1chは歪み、2chは荷重の各々のAD変換器(例えば、ELK−5000)に入力して、応力および歪みを測定し、引張強さや接線係数(材料の硬さ)などを求めることができる。   Further, the mechanical properties of the cultured tissue, the three-dimensional structure and the like in the present invention can be obtained by measuring stress / strain properties in a mechanical test. Briefly, a load is applied to a sample, for example, 1ch is strain, 2ch is input to each AD converter (eg ELK-5000), stress and strain are measured, tensile strength and tangential coefficient (The hardness of the material) can be obtained.

力学的特性はまた、クリープ特性を試験することによっても求めることができる。クリープ特性インデンテーション試験とは、一定の荷重を加えた状態で時間とともにどのように伸びていくかを調べる試験である。微小な素材、薄い素材などのインデンテーション試験は、先端の半径0.1〜1μm程度の、例えば、三角錐の圧子を試験対象物に押し込んで実験を行う。まず、試験片に対して圧子を押し込み、負荷を与える。そして、試験片に数十nmから数μm程度押し込んだところで、圧子を戻し除荷する。このような試験方法によって得られる荷重除荷曲線から得られた負荷荷重と押し込み深さの挙動とによって硬さ、ヤング率などを求めることができる。   Mechanical properties can also be determined by testing creep properties. The creep characteristic indentation test is a test for examining how the material expands with time under a certain load. For the indentation test of a minute material, a thin material, etc., an indenter having a radius of about 0.1 to 1 μm, for example, a triangular pyramid indenter is pushed into the test object. First, an indenter is pushed into the test piece to give a load. Then, when the test piece is pushed into the test piece by about several tens nm to several μm, the indenter is returned and unloaded. The hardness, Young's modulus, and the like can be obtained from the load load obtained from the load unloading curve obtained by such a test method and the behavior of the indentation depth.

本発明の三次元組織培養物が有する高い強度は、引張強度による数値を指標として評価することができる。この引張強度による数値は、手術手技のハンドリングの観点から、少なくとも0.1MPa又はそれ以上であることが好ましく、高いほどよい。この引張強度は、引張試験によって確認することができる。上記の強度は、以下の条件で測定されたものとして定義する。   The high strength of the three-dimensional tissue culture of the present invention can be evaluated using a numerical value based on tensile strength as an index. The numerical value based on the tensile strength is preferably at least 0.1 MPa or more from the viewpoint of handling of the surgical technique, and the higher the better. This tensile strength can be confirmed by a tensile test. The intensity is defined as measured under the following conditions.

引張試験は、37℃に保たれたPBS中で、各試料をアルミ合金(A6061)のクランプで挟み込み、幅が6mmになるよう両側を切りそろえる。PBSの温度は、バス底面に配置したシリコンラバーヒータ(一般用SR:スリーハイ社)と温度コントローラにより温度管理を行う。クランプの一方はアクチュエータ(LAH−46−3002−F−PA−B1−SP、ハーモニック・ドライブ・システムズ)に接続し、他方は荷重検出部と一体とする。荷重検出部は、表裏に2枚ずつ、ひずみゲージ(KGF−02−120−C1−23、共和電業)を貼ることにより微小加重も正確に検出できるようにする。試験中、各試料のひずみを非接触で測定するため、マーカーは、微小磁石(質量0.002g、寸法1×1×1mm)と発泡スチロールビーズ(φ2mm)を用いて作製し、各試料を上下から挟み込んで固定する。断面積は、マイクロスコープ(VHX−100、キーエンス)で測定した厚みと幅から算出する。プレロードとして2mN与え、その状態をひずみ0と定義し、引張速度0.05mm/sで試料が破断するまで引張加重を与える。   In the tensile test, each sample is sandwiched between aluminum alloy (A6061) clamps in PBS maintained at 37 ° C., and both sides are trimmed so that the width is 6 mm. The temperature of the PBS is controlled by a silicon rubber heater (general SR: Three High) arranged on the bottom of the bath and a temperature controller. One of the clamps is connected to an actuator (LAH-46-3002-F-PA-B1-SP, Harmonic Drive Systems), and the other is integrated with the load detector. A load detection part makes it possible to detect a micro load correctly also by sticking a strain gauge (KGF-02-120-C1-23, Kyowa Dengyo) two sheets on each side. In order to measure the strain of each sample in a non-contact manner during the test, the marker was prepared using a micro magnet (mass 0.002 g, dimensions 1 × 1 × 1 mm) and expanded polystyrene beads (φ2 mm). Insert and fix. The cross-sectional area is calculated from the thickness and width measured with a microscope (VHX-100, Keyence). 2 mN is applied as a preload, the state is defined as zero strain, and a tensile load is applied until the sample breaks at a tensile speed of 0.05 mm / s.

以下に本発明の実施例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。また実施例中の%は、特に断らない限り、質量基準である。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto. Moreover,% in an Example is a mass reference | standard unless there is particular notice.

[実施例1]
<ヒト滑膜由来間質細胞からの三次元組織培養物の作製>
(1)培養細胞の維持
患者に同意を得た上で採取されたヒト滑膜由来間質細胞を用いて三次元組織培養物を得るための細胞を調製した。
膝関節から滑膜組織片を採取し、コラゲナーゼ処理後、DMEM培養液(10%FBS、1%ペニシリン/ストレプトマイシン)にて、5%CO、37℃の条件で培養を行った。培養細胞の維持は、培養液(20ml)の約1/3量を7日ごとに交換することとし、継代を行う場合には、14日ごとに継代を行った。
[Example 1]
<Preparation of three-dimensional tissue culture from human synovial stromal cells>
(1) Maintenance of cultured cells A cell for obtaining a three-dimensional tissue culture was prepared using human synovial stromal cells collected after obtaining consent from the patient.
Synovial tissue pieces were collected from the knee joint, treated with collagenase, and cultured in DMEM culture solution (10% FBS, 1% penicillin / streptomycin) at 5% CO 2 and 37 ° C. Cultured cells were maintained by replacing about 1/3 of the culture solution (20 ml) every 7 days, and when subcultured, the cells were subcultured every 14 days.

(2)試験片(試料A)の調製
上記(1)の方法で7回継代培養して細胞数を増やした細胞群を、初期細胞密度4.0×10cells/cmとなるように、DMEM培養液(10%FBS、1%ペニシリン/ストレプトマイシン、0.2mMアスコルビン酸2リン酸)に懸濁し、培養器に播種して、5%CO、37℃の条件で培養を開始した。ここで用いた培養器は、培養面(底面)に、図2に例示するような断面形状が半円弧状の溝を、図1に例示するようにストライプ状に形成したものである(溝のピッチ200μm、幅100μm、深さ30μm。底面の材質はガラス(テンパックスガラス:千葉理科ガラス)、径35mm)。細胞は播種した後ほどなく、培養器の底面に付着した。
(2) Preparation of Test Specimen (Sample A) A cell group that has been subcultured 7 times by the method of (1) above to increase the number of cells so that the initial cell density is 4.0 × 10 5 cells / cm 2 And suspended in DMEM culture solution (10% FBS, 1% penicillin / streptomycin, 0.2 mM ascorbic acid 2-phosphate), and inoculated in an incubator, and the culture was started under conditions of 5% CO 2 and 37 ° C. . The incubator used here has a groove having a semicircular cross-sectional shape as illustrated in FIG. 2 formed on the culture surface (bottom surface) in a stripe shape as illustrated in FIG. The pitch is 200 μm, the width is 100 μm, the depth is 30 μm, and the bottom material is glass (Tempax glass: Chiba Science glass), diameter 35 mm). The cells attached to the bottom of the incubator soon after seeding.

培養35日目に、マイクロピペットの先端を用いて培養物をプレートの底面から剥離させ、浮遊状態のまま1時間維持して、自己収縮させた。自己収縮後に培養物を培養液から取り出し、試料Aとした(図10参照)。
試料Aの微分干渉顕微鏡像を図11中央に示す。図11中央に示されるように、試料Aは、組織が配向していた。この配向の方向は培養面(底面)の溝の方向とだいたい一致しており、溝の方向に沿って細胞及び細胞外基質が整列していた。
On the 35th day of culture, the culture was detached from the bottom of the plate using the tip of a micropipette and maintained for 1 hour in a floating state to self-contract. After self-contraction, the culture was taken out of the culture medium and used as sample A (see FIG. 10).
A differential interference microscope image of sample A is shown in the center of FIG. As shown in the center of FIG. 11, Sample A had a texture oriented. The direction of this orientation almost coincided with the direction of the groove on the culture surface (bottom surface), and cells and extracellular matrix were aligned along the direction of the groove.

(3)比較試験片(試料B)の調製
上記(1)の方法で7回継代培養した細胞群を、上記(2)と同様に培養液に懸濁し、6ウェルプレート(BD Falcon)に播種して、5%CO、37℃の条件で培養を開始した。細胞は播種した後ほどなく、プレートの底面に付着した。
(3) Preparation of Comparative Test Specimen (Sample B) A cell group that has been subcultured seven times by the method of (1) above is suspended in a culture solution in the same manner as in (2) above, and is suspended in a 6-well plate (BD Falcon). After seeding, the culture was started under conditions of 5% CO 2 and 37 ° C. The cells attached to the bottom of the plate shortly after seeding.

培養35日目に、マイクロピペットの先端を用いて培養物をプレートの底面から剥離させ、浮遊状態のまま1時間維持して、自己収縮させた。自己収縮後に培養物を培養液から取り出し、試料Bとした。
試料Bの微分干渉顕微鏡像を図11左に示す。図11左に示されるように、試料Bは、組織が配向していなかった。
On the 35th day of culture, the culture was detached from the bottom of the plate using the tip of a micropipette and maintained for 1 hour in a floating state to self-contract. After self-contraction, the culture was removed from the culture medium and used as sample B.
A differential interference microscope image of Sample B is shown on the left of FIG. As shown in the left of FIG. 11, the sample B was not oriented in structure.

(4)試験片の評価
上記で得られた試料A及びBの力学的特性を以下のようにして評価した。
(a)厚み
シート状の各試料をスライドガラスに広げて、PBS10μlを添加し、カバーガラスで挟み、デジタルマイクロスコープ(VHX−100、キーエンス)を用いて、スライドガラスとカバーガラス間距離を5カ所測定し、測定値の平均を各試料の厚みとした。各試料の厚みと幅から各試料の断面積を求めた。結果を表1に示す。
(4) Evaluation of test piece The mechanical characteristics of the samples A and B obtained above were evaluated as follows.
(A) Thickness Spread each sheet-shaped sample on a slide glass, add 10 μl of PBS, sandwich it with a cover glass, and use a digital microscope (VHX-100, Keyence) to set the distance between the slide glass and the cover glass at five locations. The average of the measured values was taken as the thickness of each sample. The cross-sectional area of each sample was determined from the thickness and width of each sample. The results are shown in Table 1.

(b)引張強度及び剛性
各試料の引張強度と剛性を、下記の引張試験を行って評価した。
各試料をアルミ合金のクランプに挟み込み、幅が6mmになるよう両側を切断した。試料に、引張速度0.05mm/sで、試料が破断する時点(ブレーキングポイント、BP)まで引張荷重を与え、試料が破断した時点での引張荷重を試料の断面積で除したものを引張強度とした。なお、試料Aには、組織の配向の方向に引張荷重を与えた。
同時に、試料のひずみを測定し、応力−ひずみ線図のひずみ域0%〜5%における接線係数を求め、この数値を剛性とした。
ひずみは、各試料に付けたマーカーを画像センサー(CV−750、キーエンス)を用いて、非接触で測定した。マーカーは微小磁石(重量0.002g、寸法1×1×1mm)と発泡スチロールビーズ(φ2mm)を用いて製作し、試料を上下から挟み込んで試料に固定した。リニアアクチュエータ(LAH−46−3002−F−PA−V1−SP、ハーモニック・ドライブ・システムズ)によりプレロード2mNを与え、その状態をひずみ0と定義した。
応力は、ひずみゲージの荷重出力を各試料の初期断面積で除し公称応力を求めた。ここで断面積はマイクロスコープ(VHX−100、キーエンス)で測定した厚みと幅から算出した。
引張試験の間、試験環境を生体に模擬するため、各試料をバス中のPBSに浸し、シリコンラバーヒーター(一般用SR、スリーハイ)と温度コントローラー(共和電子産業)を用いて、PBSの温度を37℃に保った。
(B) Tensile strength and rigidity The tensile strength and rigidity of each sample were evaluated by conducting the following tensile tests.
Each sample was sandwiched between aluminum alloy clamps, and both sides were cut to a width of 6 mm. A tensile load is applied to the sample at a tensile speed of 0.05 mm / s until the sample breaks (breaking point, BP), and the tensile load at the time the sample breaks is divided by the cross-sectional area of the sample. Strength. Note that a tensile load was applied to the sample A in the direction of tissue orientation.
At the same time, the strain of the sample was measured, the tangential coefficient in the strain range 0% to 5% of the stress-strain diagram was obtained, and this numerical value was taken as the stiffness.
The strain was measured in a non-contact manner by using an image sensor (CV-750, Keyence) for a marker attached to each sample. The marker was manufactured using a micro magnet (weight 0.002 g, dimensions 1 × 1 × 1 mm) and polystyrene foam beads (φ2 mm), and the sample was sandwiched from above and below and fixed to the sample. A preload of 2 mN was applied by a linear actuator (LAH-46-3002-F-PA-V1-SP, Harmonic Drive Systems), and the state was defined as zero strain.
The stress was determined by dividing the load output of the strain gauge by the initial cross-sectional area of each sample. Here, the cross-sectional area was calculated from the thickness and width measured with a microscope (VHX-100, Keyence).
During the tensile test, in order to simulate the test environment in the living body, each sample is immersed in PBS in the bath, and the temperature of the PBS is adjusted using a silicon rubber heater (general SR, three high) and a temperature controller (Kyowa Electronics Industry). Maintained at 37 ° C.

引張強度及び接線係数の検定はt検定で行い、有意水準を5%とした。結果を表1に示す。また、応力−ひずみ曲線を図12に示す。図12において、白四角は試料Aを表し、黒丸は試料Bを表す。   Tensile strength and tangential coefficient were tested by t-test, with a significance level of 5%. The results are shown in Table 1. A stress-strain curve is shown in FIG. In FIG. 12, the white square represents sample A and the black circle represents sample B.


表1に示されるように、試料Aは試料Bと比較して、厚みには有意差が見られないものの、引張強度は有意に増大し(P<0.05)、剛性(ひずみ域0%〜5%における接線係数)も有意に増大した(P<0.05)。
このことから、力学的刺激や化学的刺激を与えることなく、本発明の培養器を用いて培養を行うという方法で、培養物に配向性を付与することができ、また、容易に培養物の強度及び剛性を高められることがわかった。
As shown in Table 1, the sample A has no significant difference in thickness as compared with the sample B, but the tensile strength is significantly increased (P <0.05) and the rigidity (strain range 0%). The tangential coefficient at ˜5%) also increased significantly (P <0.05).
From this, orientation can be imparted to the culture by the method of culturing using the incubator of the present invention without applying mechanical stimulation or chemical stimulation. It has been found that the strength and rigidity can be increased.

[実施例2]
<溝の配列方向の検討>
(1)試験片(試料C)の調製
実施例1の試料Aの調製において、培養期間を28日としたこと以外は、試料Aの調製と同様にして培養物を作製し、試料Cとした。試料Cの微分干渉顕微鏡像は、試料Aと同様であった。試料Cは、組織が配向しており、この配向の方向は培養面(底面)の溝の方向とだいたい一致しており、溝の方向に沿って細胞及び細胞外基質が整列していた。
[Example 2]
<Examination of groove arrangement direction>
(1) Preparation of test piece (sample C) In the preparation of sample A of Example 1, a culture was prepared in the same manner as the preparation of sample A except that the culture period was 28 days. . The differential interference microscope image of Sample C was the same as Sample A. In Sample C, the tissue was oriented, and the direction of this orientation almost coincided with the direction of the groove on the culture surface (bottom surface), and cells and extracellular matrix were aligned along the direction of the groove.

(2)試験片(試料D)の調製
実施例1の試料Aの調製において、培養期間を28日とし、また、用いた培養器を変更したこと以外は、試料Aの調製と同様にして培養物を作製し、試料Dとした。ここで用いた培養器は、培養面(底面)に、図2に例示するような断面形状が半円弧状の溝を、図6に例示するように格子状に形成したものである(第1の溝群及び第2の溝群のピッチ200μm、幅100μm、深さ30μm。第1の溝群とび第2の溝群は直交。底面の材質はガラス(テンパックスガラス:千葉理科ガラス)、径35mm)。
試料Dの微分干渉顕微鏡像を図11右に示す。図11右に示されるように、試料Dは、組織が2方向に配向していた。この配向の方向は培養面(底面)の溝の方向とだいたい一致しており、溝の方向に沿って細胞及び細胞外基質が2方向に整列していた。
(2) Preparation of test piece (sample D) In the preparation of sample A of Example 1, the culture period was 28 days, and the culture was performed in the same manner as the preparation of sample A, except that the incubator used was changed. An object was prepared as Sample D. The incubator used here has grooves with a semicircular cross-sectional shape as illustrated in FIG. 2 formed in a lattice shape as illustrated in FIG. 6 on the culture surface (bottom surface) (first). The groove group and the second groove group have a pitch of 200 μm, a width of 100 μm, a depth of 30 μm, the first groove group and the second groove group are orthogonal, and the bottom material is glass (Tempax glass: Chiba science glass), diameter 35 mm).
A differential interference microscope image of Sample D is shown on the right side of FIG. As shown in the right side of FIG. 11, the sample D had the tissue oriented in two directions. The direction of this orientation almost coincided with the direction of the groove on the culture surface (bottom surface), and cells and extracellular matrix were aligned in two directions along the direction of the groove.

(3)試験片の評価
試料C及びDについて実施例1と同様にして、厚み、引張強度及び接線係数を測定した。ただし、接線係数については、ひずみ域0%〜5%における接線係数、及びBP−5%〜BPにおける接線係数を求めた。試料Cについては、組織の配向方向に直交する向き(「垂直方向」ということがある。)についても厚みを測定し、また、引張試験を行って、引張強度及び接線係数を測定した。試料Dについては、引張試験を行う際、2方向の配向の一方に沿って引張荷重を与えた。
結果を表2に示す。また、応力−ひずみ曲線を図13に示す。図13において、白四角は試料Cの配向方向を表し、白丸は試料Cの垂直方向を表し、黒菱形は試料Dを表す。
(3) Evaluation of Specimen Samples C and D were measured for thickness, tensile strength, and tangential coefficient in the same manner as in Example 1. However, for the tangent coefficient, the tangential coefficient in the strain range of 0% to 5% and the tangential coefficient in BP-5% to BP were obtained. For sample C, the thickness was also measured in a direction orthogonal to the orientation direction of the tissue (sometimes referred to as “vertical direction”), and a tensile test and a tangential coefficient were measured. For sample D, a tensile load was applied along one of the two orientations when the tensile test was performed.
The results are shown in Table 2. A stress-strain curve is shown in FIG. In FIG. 13, the white square represents the orientation direction of the sample C, the white circle represents the vertical direction of the sample C, and the black diamond represents the sample D.


表2に示されるように、試料Cの配向方向、試料Cの垂直方向、及び試料Dでは、厚みに有意差が見られなかった。
試料Cの配向方向は試料Cの垂直方向に比べ、引張強度が有意に増大した(P<0.05)。また、低ひずみ域での剛性(ひずみ域0%〜5%における接線係数)に差は見られなかったが、高ひずみ域での剛性(BP−5%〜BPにおける接線係数)が有意に増大した(P<0.05)。
試料Cの配向方向は試料Dに比べ、引張強度が有意に増大した(P<0.05)。また、低ひずみ域での剛性(ひずみ域0%〜5%における接線係数)に有意な差は見られなかったが、高ひずみ域での剛性(BP−5%〜BPにおける接線係数)が有意に増大した(P<0.05)。
試料Dは試料Cの垂直方向に比べ、有意差はないものの、引張強度と高ひずみ域での剛性(BP−5%〜BPにおける接線係数)が増大した。
このことから、本発明の培養器を用いて培養を行うという方法で、培養物に力学的異方性を付与できることがわかった。
As shown in Table 2, there was no significant difference in thickness between the orientation direction of sample C, the vertical direction of sample C, and sample D.
The orientation direction of sample C significantly increased the tensile strength as compared to the vertical direction of sample C (P <0.05). In addition, there was no difference in the stiffness in the low strain range (tangential coefficient in the strain range of 0% to 5%), but the stiffness in the high strain range (BP-5% to tangential coefficient in the BP) was significantly increased. (P <0.05).
The orientation direction of sample C significantly increased the tensile strength compared to sample D (P <0.05). In addition, no significant difference was observed in the stiffness in the low strain region (tangential coefficient in the strain range of 0% to 5%), but the stiffness in the high strain range (BP-5% to tangential coefficient in the BP) was significant. (P <0.05).
Although sample D was not significantly different from the vertical direction of sample C, the tensile strength and the rigidity in the high strain region (BP-5% to tangential coefficient in BP) increased.
From this, it was found that mechanical anisotropy can be imparted to the culture by the method of culturing using the incubator of the present invention.

[実施例3]
<溝の配列間隔の検討>
(1)試験片(試料E)の調製
実施例1の試料Aの調製において、初期細胞密度を1.0×10cells/cmとし、培養期間を2か月としたこと以外は、試料Aの調製と同様にして培養物を作製し、試料Eとした。
[Example 3]
<Examination of groove spacing>
(1) Preparation of Specimen (Sample E) In the preparation of Sample A of Example 1, the sample had the initial cell density of 1.0 × 10 5 cells / cm 2 and the culture period was 2 months. A culture was prepared in the same manner as in preparation of A, and used as sample E.

(2)試験片(試料F)の調製
実施例1の試料Aの調製において、初期細胞密度を1.0×10cells/cmとし、培養期間を2か月とし、また、用いた培養器を変更したこと以外は、試料Aの調製と同様にして培養物を作製し、試料Fとした。ここで用いた培養器は、培養面(底面)に、図2に例示するような断面形状が半円弧状の溝を、図1に例示するようにストライプ状に形成したものである(溝のピッチ160μm、幅100μm、深さ30μm。底面の材質はガラス(テンパックスガラス:千葉理科ガラス)、径35mm)。
(2) Preparation of test piece (sample F) In the preparation of sample A of Example 1, the initial cell density was 1.0 × 10 5 cells / cm 2 , the culture period was 2 months, and the culture used A culture was prepared in the same manner as the preparation of sample A except that the vessel was changed, and was used as sample F. The incubator used here has a groove having a semicircular cross-sectional shape as illustrated in FIG. 2 formed on the culture surface (bottom surface) in a stripe shape as illustrated in FIG. The pitch is 160 μm, the width is 100 μm, the depth is 30 μm, and the bottom material is glass (Tempax glass: Chiba science glass), diameter 35 mm).

(3)試験片の評価
試料E及びFについて実施例1と同様にして、厚み、引張強度及び接線係数を測定した。ただし、接線係数については、ひずみ域10%〜40%における接線係数を求めた。
結果を表3に示す。また、応力−ひずみ曲線を図14に示す。図14において、黒三角は試料Eを表し、白四角は試料Fを表す。
(3) Evaluation of test piece For Samples E and F, the thickness, tensile strength, and tangential coefficient were measured in the same manner as in Example 1. However, for the tangent coefficient, the tangential coefficient in a strain region of 10% to 40% was obtained.
The results are shown in Table 3. A stress-strain curve is shown in FIG. In FIG. 14, the black triangle represents the sample E, and the white square represents the sample F.


表3に示されるように、試料F(ピッチ160μm)は試料E(ピッチ200μm)と比較して、厚み及び引張強度に有意な差が見られた(P<0.05)。
剛性(ひずみ域10%〜40%における接線係数)については、有意差は認められなかったが、試料Fが試料Eよりも値が大きかった。
このことから、培養面の溝が配列する間隔(ピッチ)を狭くすることで、培養物の厚み、強度及び剛性を高められることがわかった。
As shown in Table 3, sample F (pitch 160 μm) showed significant differences in thickness and tensile strength compared to sample E (pitch 200 μm) (P <0.05).
Regarding the rigidity (tangential coefficient in the strain range of 10% to 40%), no significant difference was observed, but the value of Sample F was larger than that of Sample E.
From this, it was found that the thickness, strength and rigidity of the culture can be increased by narrowing the interval (pitch) at which the grooves on the culture surface are arranged.

[実施例4]
<溝の深さの検討>
(1)試験片(試料G)の調製
実施例1の試料Aの調製において、初期細胞密度を6.0×10cells/cmとし、培養期間を21日とし、また、用いた培養器を変更したこと以外は、試料Aの調製と同様にして培養物を作製し、試料Gとした。ここで用いた培養器は、培養面(底面)に、図2に例示するような断面形状が半円弧状の溝を、図1に例示するようにストライプ状に形成したものであり、溝の深さが10μmである(溝のピッチ200μm、幅100μm。底面の材質はガラス(テンパックスガラス:千葉理科ガラス)、径35mm)。
試料Gの微分干渉顕微鏡像は、試料Aと同様であった。試料Gは、組織が配向しており、この配向の方向は培養面(底面)の溝の方向とだいたい一致しており、溝の方向に沿って細胞及び細胞外基質が整列していた。
[Example 4]
<Examination of groove depth>
(1) Preparation of test piece (sample G) In the preparation of sample A of Example 1, the initial cell density was 6.0 × 10 5 cells / cm 2 , the culture period was 21 days, and the incubator used A culture was prepared in the same manner as in the preparation of Sample A, except that the sample was changed to Sample G. The incubator used here is a culture surface (bottom surface) in which grooves having a semicircular cross-sectional shape as illustrated in FIG. 2 are formed in stripes as illustrated in FIG. The depth is 10 μm (groove pitch 200 μm, width 100 μm. The material of the bottom surface is glass (Tempax glass: Chiba Science glass), diameter 35 mm).
The differential interference microscope image of Sample G was the same as Sample A. In Sample G, the tissue was oriented, and the direction of this orientation almost coincided with the direction of the groove on the culture surface (bottom surface), and cells and extracellular matrix were aligned along the direction of the groove.

(2)試験片(試料H)の調製
実施例1の試料Aの調製において、初期細胞密度を6.0×10cells/cmとし、培養期間を21日としたこと以外は、試料Aの調製と同様にして培養物を作製し、試料Hとした。即ち、ここで用いた培養器は、培養面(底面)に、図2に例示するような断面形状が半円弧状の溝を、図1に例示するようにストライプ状に形成したものであり、溝の深さが30μmである(溝のピッチ200μm、幅100μm。底面の材質はガラス(テンパックスガラス:千葉理科ガラス)、径35mm)。
試料Hの微分干渉顕微鏡像は、試料Aと同様であった。試料Hは、組織が配向しており、この配向の方向は培養面(底面)の溝の方向とだいたい一致しており、溝の方向に沿って細胞及び細胞外基質が整列していた。
(2) Preparation of test piece (sample H) Sample A was prepared except that the initial cell density was 6.0 × 10 5 cells / cm 2 and the culture period was 21 days in the preparation of sample A of Example 1. A culture was prepared in the same manner as in the preparation of Sample H. That is, the incubator used here is a culture surface (bottom surface) having a semicircular groove having a cross-sectional shape as illustrated in FIG. 2 formed in a stripe shape as illustrated in FIG. The depth of the groove is 30 μm (the groove pitch is 200 μm, the width is 100 μm. The material of the bottom surface is glass (Tempax Glass: Chiba Science Glass), diameter 35 mm).
The differential interference microscope image of Sample H was the same as Sample A. In Sample H, the tissue was oriented, and the direction of this orientation almost coincided with the direction of the groove on the culture surface (bottom surface), and cells and extracellular matrix were aligned along the direction of the groove.

(3)試験片の評価
試料G及びHについて実施例1と同様にして、厚み、引張強度及び接線係数を測定した。結果を表4に示す。また、応力−ひずみ曲線を図15に示す。図15において、白丸は試料Gを表し、黒四角は試料Hを表す。
(3) Evaluation of test piece In the same manner as in Example 1, the thickness, tensile strength, and tangent coefficient of Samples G and H were measured. The results are shown in Table 4. A stress-strain curve is shown in FIG. In FIG. 15, white circles represent the sample G, and black squares represent the sample H.


表4に示されるように、試料Gと試料Hとは、引張強度に有意な差が見られ(P<0.05)、試料Hのほうが値が大きかった。
一方、試料Gと試料Hとは、厚みには有意差は認められなかった。剛性(ひずみ域5%〜10%における接線係数)については、有意差は認められなかったが、試料Hのほうが接線係数が大きかった。
また、試料Gと試料Hの組織観察の結果から、試料Hのほうが培養物表面の凹凸が鮮明に見えた。
これらのことから、培養面の溝の深さを変えることで、培養物の力学的異方性の程度を変えることができることがわかった。培養面の溝の深さは10μmよりも30μmのほうが、培養物の強度を高められることがわかった。
As shown in Table 4, there was a significant difference in tensile strength between sample G and sample H (P <0.05), and sample H had a larger value.
On the other hand, there was no significant difference in thickness between sample G and sample H. No significant difference was observed in the rigidity (tangential coefficient in the strain range of 5% to 10%), but the tangential coefficient of sample H was larger.
Further, from the results of the observation of the structures of Sample G and Sample H, the unevenness of the culture surface was clearly seen in Sample H.
From these facts, it was found that the degree of mechanical anisotropy of the culture can be changed by changing the depth of the groove on the culture surface. It was found that the strength of the culture can be increased when the groove depth on the culture surface is 30 μm rather than 10 μm.

[実施例5]
<ヒト皮膚線維芽細胞からの三次元組織培養物の作製>
(1)培養細胞の維持
ヒト皮膚線維芽細胞(Cell Systems社、2F0−C75)をDMEM培養液(10%FBS、1%ペニシリン/ストレプトマイシン)にて、5%CO、37℃の条件で培養を行った。培養細胞の維持は、培養液(20ml)の約1/3量を7日ごとに交換することとし、継代を行う場合には、14日ごとに継代を行った。
[Example 5]
<Preparation of three-dimensional tissue culture from human skin fibroblasts>
(1) Maintenance of cultured cells Human skin fibroblasts (Cell Systems, 2F0-C75) are cultured in DMEM culture medium (10% FBS, 1% penicillin / streptomycin) at 5% CO 2 and 37 ° C. Went. Cultured cells were maintained by replacing about 1/3 of the culture solution (20 ml) every 7 days, and when subcultured, the cells were subcultured every 14 days.

(2)試験片(試料I)の調製
ヒト皮膚線維芽細胞を4回継代培養して細胞数を増やした細胞群を用い、初期細胞密度を6.0×10cells/cmとし、培養期間を15日としたこと以外は、実施例1の試料Aの調製と同様にして培養物を作製し、試料Iとした。
試料Iの微分干渉顕微鏡像は、試料Aと同様であった。試料Iは、組織が配向しており、この配向の方向は培養面(底面)の溝の方向とだいたい一致しており、溝の方向に沿って細胞及び細胞外基質が整列していた。
(2) Preparation of test piece (sample I) Using a cell group in which human skin fibroblasts were subcultured 4 times to increase the number of cells, the initial cell density was 6.0 × 10 5 cells / cm 2 , A culture was prepared as Sample I in the same manner as in the preparation of Sample A of Example 1, except that the culture period was 15 days.
The differential interference microscope image of Sample I was the same as Sample A. In Sample I, the tissue was oriented, and the direction of this orientation almost coincided with the direction of the groove on the culture surface (bottom surface), and cells and extracellular matrix were aligned along the direction of the groove.

(3)比較試験片(試料J)の調製
ヒト皮膚線維芽細胞を4回継代培養して細胞数を増やした細胞群を用い、初期細胞密度を6.0×10cells/cmとし、培養期間を15日としたこと以外は、実施例1の試料Bの調製と同様にして培養物を作製し、試料Jとした。
試料Jの微分干渉顕微鏡像は、試料Bと同様であった。試料Jは、組織が配向していなかった。
(3) Preparation of Comparative Specimen (Sample J) Using a cell group in which human dermal fibroblasts were subcultured 4 times to increase the number of cells, the initial cell density was 6.0 × 10 5 cells / cm 2. A culture was prepared as Sample J in the same manner as in the preparation of Sample B of Example 1, except that the culture period was 15 days.
The differential interference microscope image of Sample J was the same as Sample B. In Sample J, the structure was not oriented.

(4)試験片の評価
試料I及びJについて実施例1と同様にして、厚み、引張強度及び接線係数を測定した。結果を表5に示す。また、応力−ひずみ曲線を図16に示す。図16において、白四角は試料Iを表し、黒四角は試料Jを表す。
(4) Evaluation of Specimen Samples I and J were measured for thickness, tensile strength, and tangent coefficient in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 5. A stress-strain curve is shown in FIG. In FIG. 16, the white square represents Sample I, and the black square represents Sample J.


表5に示されるように、試料Iは試料Jと比較して、厚みと剛性(ひずみ域5%〜10%における接線係数)には有意差が見られないものの、引張強度は有意に増大した(P<0.05)。
このことから、力学的刺激や化学的刺激を与えることなく、本発明の培養器を用いて培養を行うという方法で、培養物に配向性を付与することができ、また、容易に培養物の強度を高められることがわかった。
As shown in Table 5, the tensile strength was significantly increased in Sample I compared to Sample J, although there was no significant difference in thickness and stiffness (tangential coefficient in the strain range of 5% to 10%). (P <0.05).
From this, orientation can be imparted to the culture by the method of culturing using the incubator of the present invention without applying mechanical stimulation or chemical stimulation. It was found that the strength could be increased.

試料Jを調製するための培養中に、組織の一部が培養面から剥離する現象が見られた。一方、試料Iの調製においては、培養面からの組織の剥離は見られなかった。
このことから、本発明の培養器を用いて培養を行うという方法で、培養物が培養中に培養面から剥離することなく、培養物を容易に得られることがわかった。
During the culture for preparing Sample J, a phenomenon was observed in which part of the tissue was detached from the culture surface. On the other hand, in the preparation of Sample I, no tissue detachment from the culture surface was observed.
From this, it was found that the culture can be easily obtained by culturing using the incubator of the present invention without peeling the culture from the culture surface during the culture.

本発明によれば、溝部分の細胞密度と基質密度が高く、溝以外の部分では低密度となるような不均一な組織であって、生体内組織やこれまでのバイオマテリアルになかった新規な性質を付与された組織を生成することができる。   According to the present invention, the cell density and the substrate density of the groove portion are high, and the non-uniform tissue is low density in a portion other than the groove, which is a novel tissue that has not been found in in vivo tissues or biomaterials so far. A tissue imparted with properties can be generated.

10…ガラス皿
10A…培養面
12…溝
20…金属マスク層
22…感光性樹脂層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Glass dish 10A ... Culture surface 12 ... Groove 20 ... Metal mask layer 22 ... Photosensitive resin layer

Claims (9)

細胞から三次元組織培養物を製造するための組織培養用培養器であって、
前記細胞を付着させて培養する面に、底部の幅よりも上部の幅が大きい溝が所定方向に向かって連続的又は断続的に設けられると共に、当該所定方向に向かって設けられた溝が前記所定方向と交差する方向に所定間隔で複数配列されている組織培養用培養器。
A tissue culture incubator for producing a three-dimensional tissue culture from cells,
On the surface to which the cells are attached and cultured, a groove having a width larger than the width of the bottom is continuously or intermittently provided in a predetermined direction, and the groove provided in the predetermined direction includes the groove A tissue culture incubator arranged in a plurality at predetermined intervals in a direction crossing a predetermined direction.
前記溝の側面が、湾曲した壁面で構成された請求項1に記載の組織培養用培養器。   The incubator for tissue culture according to claim 1, wherein a side surface of the groove is formed of a curved wall surface. 材質が無機材料である請求項1又は請求項2に記載の組織培養用培養器。   The tissue culture incubator according to claim 1 or 2, wherein the material is an inorganic material. 前記溝の深さが、5μm〜40μmである請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の組織培養用培養器。   The incubator for tissue culture according to any one of claims 1 to 3, wherein the groove has a depth of 5 to 40 µm. 培養液中で細胞及び細胞外基質を含む三次元組織培養物を製造する製造方法であって、
請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の組織培養用培養器に細胞を播種する播種工程と、
播種後の細胞を培養して前記培養する面に付着させると共に、前記細胞から細胞外基質を産生させて培養液中に三次元の培養物を形成する付着培養工程と、
所定期間後に、前記培養する面から前記培養物を分離する分離工程と、
を含む三次元組織培養物の製造方法。
A production method for producing a three-dimensional tissue culture containing cells and extracellular matrix in a culture solution,
A seeding step of seeding cells in the tissue culture incubator according to any one of claims 1 to 4;
An adherent culture step of culturing cells after seeding and attaching them to the surface to be cultured, and producing an extracellular matrix from the cells to form a three-dimensional culture in the culture solution;
A separation step of separating the culture from the surface to be cultured after a predetermined period;
A method for producing a three-dimensional tissue culture comprising:
前記細胞が、間葉系幹細胞である請求項5に記載の三次元組織培養物の製造方法。   The method for producing a three-dimensional tissue culture according to claim 5, wherein the cells are mesenchymal stem cells. 前記細胞を、細胞外基質産生促進因子の存在下で培養する請求項5又は請求項6に記載の三次元組織培養物の製造方法。   The method for producing a three-dimensional tissue culture according to claim 5 or 6, wherein the cells are cultured in the presence of an extracellular matrix production promoting factor. 前記細胞外基質産生促進因子が、アスコルビン酸、アスコルビン酸誘導体、TGF−β1及びTGF−β3からなる群より選択される少なくとも1種である請求項7に記載の三次元組織培養物の製造方法。   The method for producing a three-dimensional tissue culture according to claim 7, wherein the extracellular matrix production promoting factor is at least one selected from the group consisting of ascorbic acid, ascorbic acid derivatives, TGF-β1 and TGF-β3. 前記細胞外基質が、コラーゲンI、コラーゲンIII、ビトロネクチン及びフィブロネクチンからなる群より選択される少なくとも1種である請求項5〜請求項8のいずれか1項に記載の三次元組織培養物の製造方法。   The method for producing a three-dimensional tissue culture according to any one of claims 5 to 8, wherein the extracellular matrix is at least one selected from the group consisting of collagen I, collagen III, vitronectin and fibronectin. .
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