JP2006311887A

JP2006311887A - 生体管状器官培養方法及びその装置

Info

Publication number: JP2006311887A
Application number: JP2005135140A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Imoto; 俊之井元
Original assignee: IMOTO SEISAKUSHO KK
Current assignee: IMOTO SEISAKUSHO KK
Priority date: 2005-05-06
Filing date: 2005-05-06
Publication date: 2006-11-16

Abstract

【課題】生体適合性材料からなる中空状足場の内と外にそれぞれ外皮と内皮が異なる管腔組織の均一な外皮細胞層と内皮細胞層とを形成できる生体管状器官培養方法及びその装置を提供する。
【解決手段】管腔組織を培養する密閉容器内の両側から足場取付管を同軸線上に対面させて回動可能に突設し、当該足場取付管に生体適合性材料からなる中空状足場を挿着して掛け渡し、密閉容器内に管腔の外腔を覆う外皮細胞の培養液を供給して足場取付管を前記同軸線を中心として同一方向に同期して回転させた状態で中空状足場の外側に当該外皮細胞を培養し、管腔の内腔を覆う内皮細胞の培養液を一方の足場取付管から他方の足場取付管に向かって供給して当該足場取付管を前記同軸線を中心として同一方向に同期して回転させた状態で前記中空状足場の内側に当該内皮細胞を培養するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、生体適合性材料からなる中空状足場に血管等の管腔を形成する細胞を付着培養して当該管腔を再生し、また、管状器官類似物を増殖させる生体管状器官培養方法及びその装置に関するものである。

周知の通り、再生医療においては、ポリ乳酸等からなる微細な繊維でメッシュ状に編み込んだ管腔構造の繊維チューブを血管等の管腔再生の補填材料として利用する技術の開発が成されている（例えば、非特許文献１参照）。

そして、ポリ乳酸等の生体吸収性材料からなる発泡体を補強材として強化した円筒形の血管系組織培養用基材が提案され、当該血管系組織培養用基材に細胞を播種することによって心血管系組織を再生する心血管系組織再生法が提案されている（特許文献１）。

前記生体管状器官培養方法を採用する培養装置として、例えば、特許文献２には、動物の心臓血管領域を形成しうる細胞または組織を収容する培養槽と、ポンプから機械弁を介して緩衝槽へ培養液が供給されるのに連動して緩衝槽から培養槽に培養液を供給する緩衝手段と、培養槽から排出される培養液を導管を通じて貯蔵槽に流入させて、該培養液を大気圧下で貯蔵槽に一時的に貯蔵するための回収貯蔵手段とを備え、培養槽にポリ乳酸からなる管腔状の細胞固定床を収容してポンプにより加圧された培養液を間欠的に供給する細胞培養装置が開示されている。

田畑泰彦編集・株式会社羊土社発行（2003年３月20日第１刷）「ここまで進んだ再生医療の実際」第172頁右欄〜第173頁左欄。特開２００１−７８７５０号公報特開２００４−４９１８５号公報

従来の生体管状器官培養装置では、培養槽内に生体適合性材料（例えば、ポリ乳酸等の生体吸収性材料）からなる管腔状の繊維チューブ（細胞固定床）を収容して該繊維チューブに管腔を形成する細胞を付着させて培養しているので、重力に影響されて繊維チューブでの細胞増殖が均一に進まないという問題点があった。また、同じ細胞培養液によって繊維チューブの内側と外側に細胞組織を培養しているので、外皮細胞と内皮細胞が異なる生体管腔器官の再生には採用できないという問題点があった。

そこで、本発明は、生体適合性材料からなる中空状足場の内と外にそれぞれ外皮と内皮が異なる管腔組織の均一な外皮細胞層と内皮細胞層とを形成できる生体管状器官培養方法及びその装置を提供することを技術的課題とするものである。

前記技術的課題は、次の通りの本発明によって解決できる。

即ち、本発明に係る生体管状器官培養方法は、管腔組織を培養する密閉容器内の両側から足場取付管を同軸線上に対面させて回動可能に突設し、当該足場取付管に生体適合性材料からなる中空状足場を挿着して掛け渡し、密閉容器内に管腔の外腔を覆う外皮細胞の培養液を供給して足場取付管を前記同軸線を中心として同一方向に同期して回転させた状態で中空状足場の外側に当該外皮細胞を培養し、管腔の内腔を覆う内皮細胞の培養液を一方の足場取付管から他方の足場取付管に向かって供給して当該足場取付管を前記同軸線を中心として同一方向に同期して回転させた状態で前記中空状足場の内側に当該内皮細胞を培養するものである。

また、本発明に係る生体管状器官培養装置は、密閉容器内の両側から同軸線上に対面させて回動可能に設けられた当該同軸線を中心として同一方向に同期して回転する一対の足場取付管と、密閉容器内に開口して設けられた培養液供給管と培養液排出管とを備え、前記足場取付管に生体適合性材料からなる中空状足場を挿着して掛け渡し、当該中空状足場を回転させた状態で前記密閉容器内に管腔の外腔を覆う外皮細胞の培養液を培養液供給管から培養液排出管に向かって供給し、当該中空状足場を回転させた状態で管腔の内腔を覆う内皮細胞の培養液を前記一方の足場取付管から他方の足場取付管に向かって供給するものである。

本発明によれば、生体適合性材料からなる中空状足場の内と外にそれぞれ該管腔細胞に適した培養液を供給して当該中空状足場を回転させて管腔細胞を増殖させているので、中空状足場の内側と外側にそれぞれ管腔組織と同じ組織の均一な異なる細胞層を形成することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

実施の形態１．

図１は本発明に係る生体管状器官培養方法を説明する密閉容器を透視した概略斜視図であり、同図において、１は血管等の管腔組織を培養する密閉容器２の室内である。当該密閉容器２には室内１の対面した両内壁側から筒状の足場取付管３，４が同軸線ｘ上を内方に向かって対面して突設され、当該両足場取付管３，４は密閉容器２を突き抜けて同軸線ｘを中心として同一方向に同期して回転するように回動可能に設けられている。また、室内１の天井壁には前記足場取付管３，４を挟んで離反する両側に細胞培養液ａを供給する培養液供給管５と室内１に供給された細胞培養液ａを排出する培養液排出管６が設けられている。７は前記足場取付管３，４の両先端部に挿着される生体適合性材料からなる中空状多孔足場である。なお、８は外皮細胞の培養液槽であり、チューブ９，９を介して培養液供給管５と培養液排出管６とにそれぞれ接続されている。10は内皮細胞の培養液槽であり、チューブ11，11を介して足場取付管３と足場取付管４とにそれぞれ接続されて一方の足場取付管３から他方の足場取付管４へ向かって細胞培養液ｂが供給される。

次に、血管の生体管状器官培養方法について説明する。

先ず、前記足場取付管３，４の両先端部に前記足場７を挿着して掛け渡す。

続いて、ポンプP1によって血管（管腔）の外腔を覆う外皮細胞の培養液槽８からチューブ９を介して培養液供給管５へ当該外皮細胞の培養液ａを送り、当該培養液ａを培養液供給管５から密閉容器２の室内１へ供給して室内１を当該外皮細胞培養液ａで満たし、培養液排出管６からチューブ９を介して前記培養液槽８へ戻るように循環させる。そして、前記足場取付管３，４を同軸線ｘを中心として同一方向に同期して回転させることにより、足場７を回転させて足場７の外側に血管の外皮細胞を培養する。

その後、回転している足場７内へポンプP2によって血管の内腔を覆う内皮細胞の培養液槽10からチューブ11を介して当該内皮細胞の培養液ｂを送り、一方の足場取付管３から外側が血管の外皮細胞で覆われた足場７内へ当該内皮細胞培養液ｂを供給し、他方の足場取付管４からチューブ11を介して前記培養液槽10へ戻るように循環させると共に、前記足場取付管３，４を同軸線ｘを中心として同一方向に同期して回転させることにより、足場７を回転させて足場７の内側に血管の内皮細胞を培養する。

本実施の形態では、密閉容器内１に血管の外腔を覆う外皮細胞の培養液ａを供給して両足場取付管３，４を同軸線ｘを中心として同一方向に同期して回転させた状態で中空状多孔足場７の外側に前記外皮細胞を培養し、血管の内腔を覆う内皮細胞の培養液ｂを一方の足場取付管３から他方の足場取付管４に向かって供給して両足場取付管３，４を同軸線ｘを中心として同一方向に同期して回転させた状態で前記足場７の内側に前記内皮細胞を培養させているので、細胞の繁殖において重力の影響を極力抑えることができ、足場７の内側と外側にそれぞれ血管組織と同じ内・外皮組織の均一な異なる細胞層を形成することができる。

実施の形態２．

図２は本発明に係る生体管状器官培養装置の平面図、図３は図２に図示する生体管状器官培養装置の側面図であり、これらの図において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示し、生体管状器官培養装置12は、管腔細胞を培養して管腔を再生させる矩形の培養チェンバー（室内）１を有する培養セル（密閉容器）２と、一対の筒状足場取付管３，４を同軸線ｘを中心として同一方向に同期して回転させる回転機構13と、培養セル２を内方に保持して回転機構13を支持している回転機構軸受ハウジング14と、駆動部ベース15を介してビス16により軸受ハウジング14に固定されている駆動用モータ17とから構成されている。そして、培養チェンバー１はシール材を介して培養セル２の上蓋18によって密閉され、前記培養セル２は前記足場取付管３，４が通る両側外方に前記回転機構13を配置できる隙間を有して他側方がビス16によって軸受ハウジング14に固定されている。

前記培養セル２は、前記培養チェンバー１と、該培養チェンバー１の中央にポリ乳酸等の生体吸収性材料からなる繊維チューブ足場（中空状多孔足場）７が配置されるように培養チェンバー１の両側壁から対面して同軸線ｘ上に突出して回動可能に設けられた一対の足場取付管３，４と、培養チェンバー１の床面中央に薄肉厚状に塞いで形成された円形観察窓19と、足場取付管３，４を挟んで培養チェンバー１の天井である上蓋18の離反位置に開口して設けられた外皮細胞培養液供給管５及び外皮細胞培養液排出管６とを備えている。

前記回転機構13は、駆動用モータ17のモータ軸20にカップリング21を介して同軸線ｘと平行に連結され、培養セル２の側部（前記他側方の反対側）に一体に形成された軸受ブロック22と前記軸受ハウジング14とを回動可能に貫通して設けられた回転軸23と、軸受ブロック22を挟んで回転軸23にそれぞれ軸着された同じ歯数の回転ギヤ24a，24bと、回転軸23と平行に隣接して軸受ハウジング14の足場取付管４側から培養セル２側壁に向かって該培養セル２側壁内途中まで突き通して回動可能に設けられた固定軸25aと、固定軸25aの延長線上であって軸受ハウジング14の足場取付管３側から培養セル２側壁に向かって該培養セル２側壁内途中まで突き通して回動可能に設けられた固定軸25bと、前記回転ギヤ24aに噛合させて固定軸25aに軸着された中継ギヤ26aと、同じく前記回転ギヤ24bに噛合させて固定軸25bに軸着された、中継ギヤ26aの歯数と同じ歯数の中継ギヤ26bと、前記足場取付管４に連設されて軸受ハウジング14の足場取付管４側を突き抜けて外方に突出して前記同軸線ｘ上に固定された内皮細胞培養液排出管27と、前記足場取付管３に連設されて軸受ハウジング14の足場取付管３側を突き抜けて外方に突出して前記同軸線ｘ上に固定された内皮細胞培養液供給管28と、前記中継ギヤ26aに噛合させて前記足場取付管４に固定されていると共に、前記培養液排出管27に対して空回り状態で軸着された同期用ギヤ29aと、前記中継ギヤ26bに噛合させて前記足場取付管３に固定されていると共に、前記培養液供給管28に対して空回り状態で軸着された、同期用ギヤ29aの歯数と同じ歯数の同期用ギヤ29bとから構成されている。なお、30はスペーサである。

従って、駆動用モータ17を駆動させれば、その回転が回転軸23に伝達されて回転ギヤ24a，24bと中継ギヤ26a，26bと介して同期用ギヤ29a，29bに伝えられ、前記足場取付管３，４が同軸線ｘを中心として同一方向に同期して同じ速度で回転する。このとき、培養液排出管27と培養液供給管28とはそれぞれ軸受ハウジング14に固定されているので回転しない。

これにより、足場取付管３と足場取付管４との間に繊維チューブ足場７を取り付けて培養セル２の上蓋18により培養チェンバー１を密閉する。外皮細胞培養液供給管５と外皮細胞培養液排出管６とにそれぞれポンプや脱気装置等を介して外皮細胞培養液槽８からのチューブ９を接続し、培養チェンバー１へ管腔の外腔を覆う外皮細胞の培養液ａを供給し、前記足場７を回転させて外皮細胞を足場７の外周に付着させ、インキュベータ等に入れて細胞を培養・増殖させる。また、内皮細胞培養液排出管27と内皮細胞培養液供給管28とにそれぞれポンプや脱気装置等を介して内皮細胞培養液槽10からのチューブ11を接続し、足場７内に管腔の内腔を覆う内皮細胞の培養液ｂを供給し、前記足場７を回転させて内皮細胞を足場７の内周に付着させ、インキュベータ等に入れて細胞を培養・増殖させる。

前記生体管状器官培養装置12では、繊維チューブ足場（中空状多孔足場）７を回転させた状態で培養チェンバー（密閉容器内）１に管腔の外腔を覆う外皮細胞の培養液ａを培養液供給管５から培養液排出管６に向かって供給し、前記足場７を回転させた状態で管腔の内腔を覆う内皮細胞の培養液ｂを前記一方の足場取付管３から他方の足場取付管４に向かって供給して足場７の外周に外皮組織を増殖させ、足場７の内周に内皮組織を増殖させているので、足場７の内と外にそれぞれ外皮と内皮が異なる管腔組織の均一な外皮細胞層と内皮細胞層とを形成することができる。

なお、本実施の形態では、細胞の増殖状態や変化等を観察窓19から顕微鏡等で観察することができる。

また、培養チェンバー１内に一対の足場取付管３，４を複数個設けて複数の足場７を取り付けて共通する外皮培養液により管腔細胞を増殖させてもよく、複数の培養チェンバー１を同軸線ｘ上に配置して共通する一対の足場取付管３，４により同じ内皮培養液を供給して管腔細胞を増殖させてもよい。その外、複数の培養チェンバー１と一対の足場取付管３，４を複数設けた生体管状器官培養装置12でもよく、足場取付管３，４が分岐した形状の生体管状器官培養装置12でもよい。

また、生体適合性材料としては、ポリ乳酸等の生体吸収性材料の外、ハイドロキシアパタイト等のセラミック、ステンレスやチタン等の金属等を使用することができる。

さらに、培養液供給管５と培養液排出管６とは培養セル２の上下に設けられていてもよく、同一側方に設けられていてもよい。

本発明によれば、内皮と外皮の組織が異なる管腔細胞の増殖に適した足場の回転数、培養液の組成、流速等を設定して細胞組織を形成することができ、管腔細胞により近い細胞組織を形成することができ、生体内に存在する管状器官の類似物を調製できるから、生体内に近い条件で血管等の管腔の実験を行うことができる。また、増殖させた管状器官類似物の内部に対して流速を変化させる等して流体力学的刺激を与えて状態変化を観察し、培養液に薬物を加えてその変化を観察することができるから、疾患の発生メカニズムの解明、治療方法及び新薬の開発に利用できる。さらに、患者由来の細胞から調製することができるから、再生医療分野において治療への応用に利用できる。

従って、本発明の産業上利用性は非常に高いといえる。

本発明に係る生体管状器官培養方法を説明する密閉容器を透視した概略斜視図である。本発明に係る生体管状器官培養装置の平面図である。図２に図示する生体管状器官培養装置の側面図である。

符号の説明

１密閉容器の室内（培養チェンバー）
２密閉容器（培養セル）
３一方の足場取付管
４他方の足場取付管
５培養液供給管
６培養液排出管
７中空状多孔足場（繊維チューブ足場）
８外皮細胞の培養液槽
１０内皮細胞の培養液槽
１２生体管状器官培養装置
１３回転機構
１４回転機構軸受ハウジング
１５駆動部ベース
１７駆動用モータ
２３回転軸
２４ａ、２４ｂ回転ギヤ
２５ａ、２５ｂ固定軸
２６ａ、２６ｂ中継ギヤ
２７内皮細胞培養液排出管
２８内皮細胞培養液供給管
２９ａ、２９b 同期用ギヤ

Claims

管腔組織を培養する密閉容器内の両側から足場取付管を同軸線上に対面させて回動可能に突設し、当該足場取付管に生体適合性材料からなる中空状足場を挿着して掛け渡し、密閉容器内に管腔の外腔を覆う外皮細胞の培養液を供給して足場取付管を前記同軸線を中心として同一方向に同期して回転させた状態で中空状足場の外側に当該外皮細胞を培養し、管腔の内腔を覆う内皮細胞の培養液を一方の足場取付管から他方の足場取付管に向かって供給して当該足場取付管を前記同軸線を中心として同一方向に同期して回転させた状態で前記中空状足場の内側に当該内皮細胞を培養することを特徴とする生体管状器官培養方法。
密閉容器内の両側から同軸線上に対面させて回動可能に設けられた当該同軸線を中心として同一方向に同期して回転する一対の足場取付管と、密閉容器内に開口して設けられた培養液供給管と培養液排出管とを備え、前記足場取付管に生体適合性材料からなる中空状足場を挿着して掛け渡し、当該中空状足場を回転させた状態で前記密閉容器内に管腔の外腔を覆う外皮細胞の培養液を培養液供給管から培養液排出管に向かって供給し、当該中空状足場を回転させた状態で管腔の内腔を覆う内皮細胞の培養液を前記一方の足場取付管から他方の足場取付管に向かって供給することを特徴とする生体管状器官培養装置。