JP7323182B2 - Hydrophilic modified cell culture substratum with cell adhesion - Google Patents
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Description
本発明は、成形基材表面に施された親水化処理効果を長時間持続することによって、細胞培養可能で細胞接着性を発現した親水性改質細胞培養基材に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a hydrophilically modified cell culture substratum that is capable of cell culture and exhibits cell adhesiveness by sustaining the effect of hydrophilization treatment applied to the surface of the molded substratum for a long period of time.
医薬品・農薬の研究開発や、飲食品の微生物検査、健康診断での菌・細胞の培養、生化学研究現場・医療現場での細胞培養、再生医療での組織培養などに、培地を有する培養基材が用いられる。 Culture media with media for research and development of pharmaceuticals and agrochemicals, microbiological testing of food and drink, culture of bacteria and cells in health checkups, cell culture in biochemical research and medical practice, tissue culture in regenerative medicine, etc. wood is used.
これらの培養には、細胞培養プレート、細胞培養フラスコ、細胞培養ディッシュ、細胞培養チューブなど、様々な形状に成形された成形基材が用いられる。 Molded substrates molded into various shapes, such as cell culture plates, cell culture flasks, cell culture dishes, and cell culture tubes, are used for these cultures.
通常、成形基材の素材には、成形が容易で透明性が高いガラスの他、ポリスチレンやシリコーンなどの各種プラスチックが汎用されており、成形方法としては、圧縮成形や射出成形、押出成形、ブロー成形、真空成形、圧空成形、カレンダー成形などにより様々な形状に成形されている。 In general, the materials used for molding substrates include glass, which is easy to mold and has high transparency, as well as various plastics such as polystyrene and silicone. It is formed into various shapes by molding, vacuum forming, pressure forming, calendering, and the like.
細胞培養の形態は増殖状態の細胞に応じて、単一細胞または小さな細胞塊が培地に浮いている状態の浮遊培養系、細胞が容器等に接着している接着培養系の2つに大別される。 Depending on the cells in the state of proliferation, cell culture is broadly divided into two types: a suspension culture system in which single cells or small clusters of cells are floating in the medium, and an adherent culture system in which cells are adhered to a container, etc. be done.
通常、ガラスやプラスチックで成形しただけの成形基材では、接着培養系の細胞培養が難しいため、細胞が播種される表面に、各素材に合った表面処理が必要になってくる。 Normally, it is difficult to culture cells in an adherent culture system with molded substrates made of glass or plastic, so the surface on which cells are seeded needs to be surface-treated to suit each material.
表面処理には、表面を親水化するための表面改質処理、または細胞外マトリックスタンパク質または細胞外マトリックスタンパク質を消化分解する等して生じる断片やポリリジンなどのポリペプチドでコーティングされる。ヒト子宮頸癌由来細胞であるHeLa細胞、チャイニーズハムスター肺由来線維芽細胞であるV79細胞のような株化細胞は、一般に表面を親水化された培養容器で細胞培養が可能となる。 The surface treatment includes surface modification treatment for hydrophilizing the surface, or coating with extracellular matrix proteins, fragments produced by digestion of extracellular matrix proteins, or polypeptides such as polylysine. Cell lines such as HeLa cells, which are human cervical cancer-derived cells, and V79 cells, which are Chinese hamster lung-derived fibroblasts, can generally be cultured in a culture vessel having a hydrophilized surface.
細胞外マトリックスは、動物の各組織において細胞間隙など細胞外に存在する不溶性物質であり、コラーゲン、フィブロネクチン、ラミニン等の様々なタンパク質により構成される。細胞外マトリックスは、細胞によって作り出され細胞の足場となり、細胞の接着、分化、増殖、移動、機能維持に重要な役割を果たす生体成分である。 Extracellular matrix is an insoluble substance that exists outside cells such as intercellular spaces in each tissue of animals, and is composed of various proteins such as collagen, fibronectin, and laminin. Extracellular matrix is a biological component that is produced by cells, serves as a scaffold for cells, and plays an important role in adhesion, differentiation, proliferation, migration, and maintenance of cell functions.
一般に細胞外マトリックスを構成するタンパク質のうちヒト由来のタンパク質は、培養容器をコーティングする目的のために十分な品質および十分な量を入手することが難しい。そのため通常、ヒト由来の細胞を培養するためであっても、培養容器をコーティングするための細胞外マトリックス由来のタンパク質としてウシやブタ等由来のタンパク質を用いる。しかし、再生医療における移植用の細胞培養や生体内における詳細な細胞機能研究のための細胞培養には、異種動物由来のタンパク質やポリペプチドを出来うる限り使用しないことが好ましい。 Among the proteins that constitute extracellular matrices, human-derived proteins are generally difficult to obtain in sufficient quality and quantity for the purpose of coating culture vessels. Therefore, usually, even for culturing human-derived cells, proteins derived from bovine, porcine, etc. are used as extracellular matrix-derived proteins for coating culture vessels. However, in cell culture for transplantation in regenerative medicine and cell culture for detailed cell function studies in vivo, it is preferable not to use proteins and polypeptides derived from heterologous animals as much as possible.
再生医療における細胞移植、創薬産業における動物実験を代替するため臓器機能を再現するorgan-on-a-chip、生体内における環境における本来的な細胞の機能研究など、近年の細胞培養技術開発において、動物体内の臓器や組織により近い環境で培養をする技術が重要になっている。 Recent cell culture technology developments such as cell transplantation in regenerative medicine, organ-on-a-chip that reproduces organ functions to replace animal experiments in the drug discovery industry, and original cell function research in the in vivo environment Therefore, techniques for culturing in an environment more similar to the organs and tissues in the animal body are becoming important.
シリコーンゴムからは、動物の様々な組織の硬度に近い培養容器を作ること、通気性の高い培養容器を作ること、心筋や血管腸管に近い高い伸展性を持つ培養容器を作ることが可能である。また、シリコーンゴムは、高圧滅菌に耐えられる耐久性を有する。このような種々の硬度、通気性、伸展性、耐久性を持つ培養容器をガラス素材およびポリスチレン素材のみから作ることは難しい。 From silicone rubber, it is possible to create culture vessels with a hardness similar to that of various animal tissues, culture vessels with high air permeability, and culture vessels with high extensibility similar to those of the myocardium and blood vessels. . In addition, silicone rubber has the durability to withstand high-pressure sterilization. It is difficult to produce culture vessels having such various hardnesses, air permeability, extensibility, and durability only from glass and polystyrene materials.
シリコーンゴムは、前記の理由で再生医療、創薬産業、基礎研究などの分野から注目されるが、シリコーンゴムは、その撥水撥油性の所為で親水性に乏しいためシリコーンゴムを基材とする培養容器に細胞を接着させることは難しい。通常、シリコーンゴムで成形された培養容器は、接着培養系の細胞培養を行うために、表面をコラーゲン等の細胞外マトリックスを構成するタンパク質やポリペプチドでコーティングして利用される。 Silicone rubber is attracting attention from fields such as regenerative medicine, the drug discovery industry, and basic research for the reasons described above. It is difficult to adhere cells to culture vessels. Generally, a culture vessel made of silicone rubber is coated with a protein or polypeptide that constitutes an extracellular matrix, such as collagen, for use in cell culture in an adherent culture system.
再生医療における細胞移植のための細胞培養、創薬産業における動物実験を代替するため臓器機能を再現するorgan-on-a-chipのための細胞培養、生体内における詳細な細胞機能研究のための細胞培養等の研究開発において、動物体内の臓器や組織により近い環境で細胞培養を実現する技術が求められている。 Cell culture for cell transplantation in regenerative medicine, cell culture for organ-on-a-chip that reproduces organ function to replace animal experiments in the drug discovery industry, and detailed cell function research in vivo In the research and development of cell culture and the like, there is a demand for a technique that realizes cell culture in an environment that is closer to the organs and tissues in the animal body.
このようなシリコーン製の成形基材に、親水性を付与するために、シリコーン成形基材への乾式処理や湿式処理、又は親水性化合物含有シリコーン原料組成物の硬化によるシリコーン基材形成処理、表面蒸着処理のような表面改質処理によって、シリコーン表面に親水性基を付与していた。 In order to impart hydrophilicity to such silicone molding substrates, the silicone molding substrate is subjected to dry treatment or wet treatment, or silicone substrate forming treatment is performed by curing a hydrophilic compound-containing silicone raw material composition. Hydrophilic groups have been imparted to the silicone surface by surface modification treatment such as vapor deposition treatment.
これら表面改質処理のうち、乾式処理は、コロナ放電処理、プラズマ処理、紫外線処理、エキシマ処理などがあり、表面に水酸基などの親水性基を生成させて、親水性を付与するというものである。このような乾式処理は、比較的簡便である。しかし、乾式処理して得られた親水性化したシリコーン成形基材を大気中又は水中で保管・保存又は使用していると、シリコーン基材表面に折角生じさせた親水性基が経時的にシリコーンとりわけシリコーンゴムの内部に潜りこむようになり、親水性が3~6箇月程度の比較的短期間で失われてしまう。 Among these surface modification treatments, dry treatments include corona discharge treatment, plasma treatment, ultraviolet treatment, excimer treatment, etc., and are intended to impart hydrophilicity by generating hydrophilic groups such as hydroxyl groups on the surface. . Such dry processing is relatively simple. However, when a hydrophilic silicone molding base material obtained by dry treatment is stored, preserved, or used in the air or in water, the hydrophilic groups produced on the surface of the silicone base material degrade over time. In particular, it penetrates into the interior of the silicone rubber and loses its hydrophilicity in a relatively short period of about 3 to 6 months.
また、表面改質処理のうち、湿式処理は、親水性コーティング剤(例えば親水性シランカップリング剤)をシリコーン成形基材の表面官能基へ化学的に結合させて化学修飾して導入するというものである。このような湿式処理では、シリコーン成形基材表面の表面官能基が疎らにしか存在せず親水性コーティング剤の結合にムラができてしまったり、3~6箇月程度親水性を保持できるが親水程度が然程高くなく水との接触角を30°程度にまでしか低下できなかったり、表面で結合した親水性コーティング剤分子が次第にシリコーン成形基材の表面から内部へ潜り込みシリコーン分子が露出し易くなって親水性が低下したり、シリコーンゴムに適用可能な親水性コーティング剤の種類が極めて少なかったりして、十分な親水性を発現し難い。また、この表面処理した面に支持体等を接合する際には、別途、接合のための表面処理や化学修飾を施さなければならず、折角の親水性を阻害してしまう。 Among the surface modification treatments, the wet treatment involves chemically bonding a hydrophilic coating agent (e.g., a hydrophilic silane coupling agent) to the surface functional groups of the silicone molding substrate to chemically modify and introduce them. is. In such a wet treatment, the surface functional groups on the surface of the silicone molding substrate are sparsely present, resulting in uneven bonding of the hydrophilic coating agent. However, the contact angle with water is not so high, and the contact angle with water can only be reduced to about 30°. It is difficult to develop sufficient hydrophilicity due to the fact that there are very few types of hydrophilic coating agents that can be applied to silicone rubber. Moreover, when bonding a support or the like to this surface-treated surface, it is necessary to separately perform surface treatment or chemical modification for bonding, which impedes the desired hydrophilicity.
別な湿式処理として、ベタイン構造を有するポリマー例えば側鎖にアミノ酸構造を有するポリ(メタ)アクリレート又は側鎖にスルホベタイン構造を有する(メタ)アクリルアミドをシリコーン成形基材表面へアニオン・カチオン同士乃至正負帯電基同士による化学吸着をさせて導入する表面改質処理もある。しかし、このような表面改質処理では、表面に物理吸着乃至化学吸着させただけであるので、折角均質に吸着されていても水、若しくは酸性試液又はアルカリ性試液との接触によって比較的速やかに流れ落ちてしまい、長期間の強い親水性発現ができない。 As another wet treatment, a polymer having a betaine structure, such as poly(meth)acrylate having an amino acid structure in the side chain or (meth)acrylamide having a sulfobetaine structure in the side chain, is applied to the surface of the silicone molding substrate. There is also a surface modification treatment that introduces chemical adsorption between charged groups. However, in such a surface modification treatment, since only physical adsorption or chemical adsorption is performed on the surface, even if it is uniformly adsorbed, it will run off relatively quickly when it comes into contact with water, an acidic test solution, or an alkaline test solution. Therefore, strong hydrophilicity cannot be expressed for a long period of time.
また、表面改質処理のうち、親水性化合物含有シリコーン原料組成物の硬化によるシリコーン基材形成処理として、液状乃至ミラブル状のシリコーン原材料に親水性化合物例えば親水性オイルを配合して硬化させシリコーン成形体を形成することにより、その表面に親水性添加剤を露出させて親水性を付与する素材改質処理がある。このような素材改質処理の例として、特許文献1に、(a)上面に所定の微細構造を有するマスターを準備するステップと、(b)前記マスターの微細構造形成面側に、PDMSプレポリマーと硬化剤とポリエーテル変性界面活性剤とからなる混合物を注入するステップと、(c)成型されたPDMS製シートの微細構造形成面側を酸素プラズマ処理するステップと、(d)前記PDMS製シートの微細構造形成面側にオルガノシラン溶液を塗布するステップとからなることを特徴とする恒久的親水性を有するPDMS製シートの製造方法が、開示されている。一般的に、素材改質処理では、親水程度が然程高くなく水との接触角を30°程度にまで低下できなかったり、水と接触したときに親水性を発現するのに10分間以上要したりするなど、十分な親水性を発現し難い。 Among the surface modification treatments, a silicone base material forming treatment by curing a hydrophilic compound-containing silicone raw material composition includes mixing a hydrophilic compound, such as a hydrophilic oil, with a liquid or millable silicone raw material and curing the resulting silicone molding. There is a material modification treatment that imparts hydrophilicity by exposing a hydrophilic additive on the surface by forming a body. As an example of such a material modification treatment, Patent Document 1 describes (a) a step of preparing a master having a predetermined microstructure on the upper surface, and (b) a PDMS prepolymer on the microstructure-formed surface of the master. (c) oxygen plasma treatment of the microstructure-forming side of the molded PDMS sheet; (d) the PDMS sheet; and applying an organosilane solution to the microstructured side of the PDMS sheet. In general, in the material modification treatment, the degree of hydrophilicity is not so high and the contact angle with water cannot be reduced to about 30°, or it takes 10 minutes or more to develop hydrophilicity when in contact with water. It is difficult to express sufficient hydrophilicity, such as
また、表面改質処理のうち、表面蒸着処理は、シリカや酸化チタンを蒸着しシリコーン成形基材の表面のシリコーン分子を被覆して隠蔽するものであるが然程の親水性向上に寄与しない。 Among the surface modification treatments, the surface vapor deposition treatment involves vapor-depositing silica or titanium oxide to cover and hide the silicone molecules on the surface of the silicone molding base material, but it does not contribute to improving the hydrophilicity so much.
従来のようなシリコーン成形基材を親水化する方法では、コラーゲン等をコーティングしてさえ、長期間安定で十分な親水性を付与できない所為で、十分に細胞培養や細胞接着を行うことができなかった。 In the conventional method of hydrophilizing a silicone molding base material, even if it is coated with collagen or the like, sufficient hydrophilicity cannot be imparted stably for a long period of time, resulting in insufficient cell culture and cell adhesion. rice field.
表面改質処理したシリコーン成形基材上での細胞培養事例として、特許文献2に、シリコーン成形基材に電子線照射して親水化し細胞培養している。本技術ではシリコーン成形基材表面が凹型に変形するため単一細胞の培養に特化したものであり、一般的な細胞培養や顕微鏡観察には不向きと思われる。 As an example of cell culture on a surface-modified silicone molding base material, Patent Document 2 discloses that a silicone molding base material is irradiated with an electron beam to make it hydrophilized and cell culture is performed. This technology is specialized for culturing single cells because the surface of the silicone molded base material is deformed into a concave shape, and is not suitable for general cell culture or microscopic observation.
動物細胞培養用の基材という観点から、シリコーンゴムは細胞培養および細胞観察に有効と言われている透明性や通気性を有し、Organ-on-a-chip等で細胞が由来する組織に近い硬度を再現できる利点、伸展性により心筋や血管腸管の伸縮を再現できる利点がある。しかし、ガラスおよびプラスチックに対する数多くの優位性があるにも関わらず、上記の理由で、ガラス製およびプラスチック製の培養基材のような表面改質ができず、現状では、細胞外マトリックスタンパク質やポリペプチドのコーティングを十分に行わないとシリコーンゴム上で細胞培養を行うことができない。 From the viewpoint of a substrate for animal cell culture, silicone rubber has transparency and air permeability that are said to be effective for cell culture and cell observation. It has the advantage of being able to reproduce similar hardness, and the advantage of being able to reproduce the expansion and contraction of the myocardium and blood vessels due to its extensibility. However, despite the numerous advantages over glass and plastic, for the above reasons, the surface cannot be modified like glass and plastic culture substrates. Without sufficient peptide coating, cell culture cannot be performed on silicone rubber.
本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、シリコーンを含む各種のゴム・樹脂、ガラスから選ばれる成形基材の表面に十分な親水性を簡便に付与でき、速やかに親水性が発現すると共に、水との接触角を十分に低く維持できるようにしつつ、細胞外マトリックスタンパク質やポリペプチドをコーティングしなくとも細胞培養でき、長期間、大気中又は水中で保管・保存又は使用しても培養性能を維持でき、半年~数年間もの長期にわたって親水性を担保できる細胞接着性の親水性改質細胞培養基材を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is possible to easily impart sufficient hydrophilicity to the surface of a molding substrate selected from various rubbers, resins, and glass containing silicone, and to rapidly improve hydrophilicity. While maintaining a sufficiently low contact angle with water, cells can be cultured without coating extracellular matrix proteins or polypeptides, and can be stored, preserved, or used in air or water for a long period of time. It is an object of the present invention to provide a cell-adhesive, hydrophilically modified cell culture substrate capable of maintaining the culture performance of the cells and ensuring the hydrophilicity for a long period of half a year to several years.
組織培養、細胞培養において、コラーゲン、フィブロネクチン、ラミニンなどの細胞外マトリックス由来のタンパク質を培養容器の細胞接着面にあらかじめコートする方法は、細胞の容器への接着を向上させたり、体内の環境を再現するために一般に用いられる。細胞外マトリックス由来タンパク質をコートで細胞が接着しやすくなる利点がある一方で、これらタンパク質は細胞にとって異種動物からの外来物あるいは異物である場合が多い。そのため、再生医療で細胞移植のために培養される細胞に細胞外マトリックス由来タンパク質を使うことが好ましくないことがある。また、分泌タンパク質などの細胞機能の評価を培養細胞を使って行う際に細胞外マトリックス由来タンパク質コートやポリペプチドの使用が悪影響を及ぼす可能性が想定される。細胞外マトリックス由来タンパク質コートやポリペプチドをすることなく細胞培養を可能とする技術はこれらの問題を解決できる。 In tissue culture and cell culture, the method of pre-coating the cell adhesion surface of a culture vessel with extracellular matrix-derived proteins such as collagen, fibronectin, and laminin improves the adhesion of cells to the vessel and reproduces the environment in the body. commonly used to While the extracellular matrix-derived protein coating has the advantage of making it easier for cells to adhere to each other, these proteins are often foreign substances or foreign substances from heterologous animals to cells. Therefore, it may not be preferable to use extracellular matrix-derived proteins in cells cultured for cell transplantation in regenerative medicine. In addition, it is assumed that the use of extracellular matrix-derived protein coats and polypeptides may adversely affect the evaluation of cell functions such as secretory proteins using cultured cells. Techniques that enable cell culture without extracellular matrix-derived protein coatings or polypeptides can solve these problems.
前記の目的を達成するためになされた細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、ゴム、樹脂、ガラスから選ばれる何れかの材質製の成形基材が、ベタイン構造を有する繰返単位と、アジド基、スルホ基、-Si(OR e1 ) 3 基(但し、OR e1 は炭素数1~6のアルキル基又はフェニル基)、水酸基、及び炭素数1~6のアルコキシ基である水酸基前駆基から選ばれる活性官能基を有する繰返単位とを含む共重合体で被覆されており、前記共重合体中のベタイン構造及び/又は前記活性官能基が、前記成形基材のコロナ放電処理表面、プラズマ処理表面、紫外線処理表面、エキシマ処理表面、及びシランカップリング剤処理表面から選ばれる少なくとも何れかの表面上の表面官能基と反応、結合、又は吸着していることを特徴とするというものであり、より具体的には、ゴム、樹脂、ガラスから選ばれる何れかの材質製の成形基材が、ベタイン構造を有する繰返単位と、アジド基である活性官能基を有する繰返単位とを含む共重合体で被覆されており、前記共重合体中のベタイン構造及び/又は前記活性官能基が、前記成形基材のコロナ放電処理表面、プラズマ処理表面、紫外線処理表面、エキシマ処理表面、及びシランカップリング剤処理表面から選ばれる少なくとも何れかの表面上の表面官能基と反応、結合、又は吸着していることを特徴とするというものである。 A cell-adhesive hydrophilically modified cell culture substrate that has been made to achieve the above object is a repeating unit in which a molding substrate made of any material selected from rubber, resin, and glass has a betaine structure. , an azide group, a sulfo group, a —Si(OR e1 ) 3 group (where OR e1 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or a phenyl group), a hydroxyl group, and a hydroxyl group precursor which is an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms. and a repeating unit having an active functional group selected from groups , wherein the betaine structure and / or the active functional group in the copolymer is the corona discharge-treated surface of the molding substrate. , a plasma-treated surface, an ultraviolet-treated surface, an excimer-treated surface, and a silane coupling agent-treated surface, which reacts, bonds, or adsorbs with a surface functional group on at least one of the surfaces . More specifically, a molding substrate made of any material selected from rubber, resin, and glass comprises a repeating unit having a betaine structure and a repeating unit having an active functional group that is an azide group. wherein the betaine structure and/or the active functional groups in the copolymer are coated on the molding substrate with a corona discharge treated surface, a plasma treated surface, an ultraviolet treated surface, an excimer treated surface, and a surface treated with a silane coupling agent, reacting with, bonding with, or adsorbing to a surface functional group on at least one of the surfaces.
この細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、細胞外マトリックスタンパク質及び/又はポリペプチドのコーティングを必要としないことを特徴とする。 This cell-adhesive, hydrophilically modified cell culture substrate is characterized in that it does not require a coating of extracellular matrix proteins and/or polypeptides.
この細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、例えば、前記共重合体中、前記繰返単位を繰り返している主鎖が、ポリ(メタ)アクリル骨格であるというものである。 In this cell-adhesive hydrophilic modified cell culture substrate, for example, the main chain repeating the repeating units in the copolymer is a poly(meth)acrylic skeleton.
この細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、前記共重合体中、前記ポリ(メタ)アクリル骨格が、ポリ(メタ)アクリルアミド共重合骨格、ポリ(メタ)アクリレート共重合骨格、又はポリ(メタ)アクリルアミド及びポリ(メタ)アクリレート共重合骨格であると好ましい。 In this cell-adhesive hydrophilic modified cell culture substrate, the poly(meth)acryl skeleton in the copolymer is a poly(meth)acrylamide copolymer skeleton, a poly(meth)acrylate copolymer skeleton, or a poly (Meth)acrylamide and poly(meth)acrylate copolymer skeletons are preferred.
この細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、前記ベタイン構造が、カルボン酸基、スルホン酸基、及びリン酸基から選ばれるアニオン基と、アンモニウム基、スルホニウム基、及びホスホニウム基から選ばれるカチオン基とを有すると、一層好ましい。 In this cell adhesive hydrophilic modified cell culture substrate, the betaine structure is selected from an anion group selected from a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, and a phosphoric acid group, and an ammonium group, a sulfonium group, and a phosphonium group. It is more preferable to have a cationic group that is
この細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、前記ベタイン構造が、側鎖末端に前記アニオン基又は前記カチオン基を有すると、なお一層好ましい。 In this cell-adhesive hydrophilically modified cell culture substrate, it is even more preferable that the betaine structure has the anionic group or the cationic group at the end of the side chain.
この細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、前記活性官能基が、アジド基、スルホ基、トリアルコキシシリル基、及び水酸基から選ばれる少なくとも何れかの官能基であるというものであってもよい。
この細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、前記ベタイン構造が、前記アニオン基と前記カチオン基との何れか一方を前記側鎖末端に有し、他方を当該側鎖中に有するというものであってもよい。
この細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、前記共重合体が、ランダム共重合体、ブロック共重合体、交互共重合体、及びグラフト共重合であるというものであってもよい。
In this cell adhesive hydrophilic modified cell culture substrate, the active functional group is at least one functional group selected from an azide group, a sulfo group, a trialkoxysilyl group, and a hydroxyl group. good too.
In this cell-adhesive hydrophilic modified cell culture substrate, the betaine structure has either one of the anionic group and the cationic group at the end of the side chain and the other in the side chain. can be anything.
The cell-adhesive hydrophilic modified cell culture substrate may be such that the copolymers are random copolymers, block copolymers, alternating copolymers, and graft copolymers.
この細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、炭化水素芳香環基、非芳香族複素環基、芳香族複素環基、直鎖状、分岐鎖状及び/又は環状で飽和又は不飽和の炭化水素基、アミド基、及びエステル基から選ばれる少なくとも何れかのスペーサ基が、前記活性官能基を有しつつ、前記繰返単位に、結合しているというものであってもよい。 The cell-adhesive, hydrophilically modified cell culture substrate may comprise hydrocarbon aromatic groups, non-aromatic heterocyclic groups, aromatic heterocyclic groups, linear, branched and/or cyclic, saturated or unsaturated. At least one spacer group selected from a hydrocarbon group, an amide group, and an ester group of has the active functional group and is bonded to the repeating unit.
この細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、前記共重合体が、例えば下記化学式(1)又は(2)
前記成形基材が、シリコーンゴム、フッ素ゴム、エチレン-プロピレン-ジエン三元共重合体ゴム、及びウレタンゴムから選ばれる前記ゴム製であることが好ましい。 The molding substrate is preferably made of rubber selected from silicone rubber, fluororubber, ethylene-propylene-diene terpolymer rubber, and urethane rubber.
前記成形基材が、シリコーン樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、及びアクリル樹脂から選ばれる前記樹脂製であることが好ましい。 It is preferable that the molding substrate is made of a resin selected from silicone resins, cycloolefin resins, polycarbonate resins, polyethylene terephthalate resins, and acrylic resins.
前記成形基材が、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、及びソーダ石灰ガラスから選ばれる前記ガラス製であることが好ましい。 It is preferable that the molding substrate is made of the glass selected from quartz glass, borosilicate glass, and soda-lime glass.
この細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、前記成形基材の表面が、コロナ放電処理表面、プラズマ処理表面、紫外線処理表面、エキシマ処理表面、及び/又はシランカップリング剤処理表面であることが好ましい In this cell adhesive hydrophilic modified cell culture substrate, the surface of the molded substrate is a corona discharge-treated surface, a plasma-treated surface, an ultraviolet-treated surface, an excimer-treated surface, and/or a silane coupling agent-treated surface. preferably
この細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、例えば前記表面官能基が、水酸基、カルボキシル基、カルボニル基、アミノ基、アルコキシ基及びアルコキシシリル基から選ばれる少なくとも何れかであるというものである。 In this cell-adhesive hydrophilic modified cell culture substrate, for example, the surface functional group is at least one selected from a hydroxyl group, a carboxyl group, a carbonyl group, an amino group, an alkoxy group and an alkoxysilyl group. be.
この細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、前記ベタイン構造が前記表面官能基にイオン結合で結合し又は吸着しており、前記活性官能基がイオン結合又は共有結合で結合していることが好ましい。 In this cell-adhesive, hydrophilically modified cell culture substrate, the betaine structure is bound or adsorbed to the surface functional group by ionic bond, and the active functional group is bound by ionic bond or covalent bond. is preferred.
この細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、前記成形基材が、ポリジメチルシロキサン骨格、ポリメチルフェニルシロキサン骨格、及びポリメチルハイドロジェンシロキサン骨格から選ばれる何れかを有するシリコーンゴム製又はシリコーン樹脂製であるというものである。
この細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、前記共重合体が、例えば下記化学式(9)
In this cell adhesive hydrophilic modified cell culture substrate, the copolymer is, for example, the following chemical formula (9)
本発明の細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、側鎖にベタイン構造を有する繰返単位と側鎖に活性官能基を有する繰返単位とを有する共重合体で、ゴム、樹脂、ガラスから選ばれる材質製の成形基材が被覆されていることにより、成形基材の表面に十分な親水性が付与されている。 The cell-adhesive hydrophilic modified cell culture substrate of the present invention is a copolymer having a repeating unit having a betaine structure in the side chain and a repeating unit having an active functional group in the side chain. , and glass, the surface of the molding substrate is provided with sufficient hydrophilicity.
この細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、親水性と共に、共重合体の繰返単位の主鎖に細胞が接着するので、細胞を増殖させ易い。しかも、細胞外マトリックスタンパク質やポリペプチドによるコーティングを必要とせず、細胞を増殖させることができる。 This cell-adhesive, hydrophilic-modified cell culture substrate is hydrophilic, and since cells adhere to the main chain of the repeating unit of the copolymer, it is easy to grow cells. Moreover, cells can be grown without the need for coating with extracellular matrix proteins or polypeptides.
この細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、ベタイン構造に由来する分子内のカチオン構造とアニオン構造により、成形基材上の表面官能基に反応、結合、又は吸着とりわけ吸着をして細胞接着性の親水性改質細胞培養基材に付されると共に、強い親水性を発現する。一方、この細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、活性官能基が成形基材上で、反応、結合、又は吸着しているものと同種又は異種の別な表面官能基に反応、結合、又は吸着とりわけ反応又は結合していることにより、水、若しくは酸性試液又はアルカリ性試液との接触によっても流れ落ち難くなっていると共に、親水性を発現できる。 This cell-adhesive hydrophilically modified cell culture substrate reacts, bonds, or adsorbs especially to the surface functional groups on the molding substrate due to the intramolecular cation structure and anion structure derived from the betaine structure. It exhibits strong hydrophilicity while being attached to cell-adhesive, hydrophilic-modified cell culture substrates. On the other hand, this cell-adhesive, hydrophilically modified cell culture substrate reacts with another surface functional group of the same or different type that the active functional group reacts, binds, or adsorbs on the molded substrate, Bonding or adsorption, particularly reaction or bonding, makes it difficult to run off even when contacted with water, an acidic test solution or an alkaline test solution, and can exhibit hydrophilicity.
この細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、物理吸着乃至化学吸着好ましくは化学吸着のような所謂吸着型での結合性及び親水性付与と、反応又は結合好ましくは共有結合のような所謂結合型での結合性及び親水性付与とにより、従来技術のようなガラス製単独又はプラスチック製単独又はコラーゲン基質等コーティングによる問題点を解決して、十分な親水性発現と長期間安定な親水性維持とを発揮し、細胞外マトリックスタンパク質やポリペプチドによるコーティングを行うことなく細胞培養が可能であり、簡素で高品質であり、しかも簡便かつ安価に製造できる。 This cell-adhesive, hydrophilically modified cell culture substrate is capable of imparting binding properties and hydrophilicity in a so-called adsorption type such as physical adsorption or chemisorption, preferably chemisorption, and reaction or bonding, preferably covalent bonding. By imparting binding properties and hydrophilicity in the so-called bonding type, the problems associated with conventional techniques such as glass alone or plastic alone or coating such as a collagen substrate are solved, and sufficient hydrophilicity is expressed and hydrophilicity is stable for a long time. It maintains its properties, enables cell culture without coating with an extracellular matrix protein or polypeptide, is simple, has high quality, and can be produced easily and inexpensively.
また、この細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、ゴム、樹脂、ガラスから選ばれる材質製の成形基材の表面に速やかに親水性を発現するので、水、又は緩衝液、若しくは弱酸性、中性、弱アルカリ性の培養液、培地との接触の際に、所望の親水性を発現でき、その細胞培養性能、細胞接着性能を阻害しない。その親水性は、水との接触角を20°程度以下と十分に低いまま、半年~数年維持し続けることができるものである。そのため、長期間、大気中又は水中で保管・保存又は使用しても親水性を損なわず、高い品質を維持して担保することができ、細胞培養に適している。 In addition, since this cell-adhesive hydrophilically modified cell culture substrate quickly expresses hydrophilicity on the surface of the molded substrate made of a material selected from rubber, resin, and glass, it is When in contact with weakly acidic, neutral, or weakly alkaline culture fluids and media, the desired hydrophilicity can be expressed, and cell culture performance and cell adhesion performance are not impaired. The hydrophilicity can be maintained for half a year to several years while maintaining a sufficiently low contact angle with water of about 20° or less. Therefore, even if it is stored, preserved, or used in air or water for a long period of time, it does not lose its hydrophilicity and can maintain and ensure high quality, making it suitable for cell culture.
さらに、この細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、細胞毒性が低く、タンパク質吸着を抑制するため、肝細胞、幹細胞、内皮細胞、iPS細胞、腫瘍細胞など、培養すべき各種細胞の接着を促進し、増殖を阻害し難いことが期待される。 Furthermore, since this cell-adhesive hydrophilically modified cell culture substrate has low cytotoxicity and suppresses protein adsorption, various cells to be cultured such as hepatocytes, stem cells, endothelial cells, iPS cells, tumor cells, etc. It is expected to promote adhesion and hardly inhibit proliferation.
しかも、この細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、ゴム、樹脂、ガラスから選ばれる材質製の成形基材の表面に、均質で十分な親水性を簡便に付与でき、ロット間のばらつきが無く、再現性よく高い歩留まりで、大量処理、大量生産が可能である。 In addition, this cell-adhesive, hydrophilic-modified cell culture substrate can easily impart uniform and sufficient hydrophilicity to the surface of a molding substrate made of a material selected from rubber, resin, and glass, and can be used between lots. Mass processing and mass production are possible with no variation, high reproducibility and high yield.
以下、本発明を実施するための形態を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態に限定されるものではない。 Modes for carrying out the present invention will be described in detail below, but the scope of the present invention is not limited to these modes.
本発明の細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、ゴム、樹脂、ガラスから選ばれる材質製の成形基材を親水化した細胞接着性の親水性改質細胞培養基材である。この細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、成形基材上の表面官能基に反応、結合、又は吸着するベタイン構造としてアニオン基とカチオン基との両性イオンを側鎖に有する繰返単位と、成形基材上の表面官能基に反応、結合、又は吸着する活性官能基を側鎖に有する繰返単位とを有する共重合体で、成形基材が被覆されている。 The cell-adhesive hydrophilically modified cell culture substrate of the present invention is a cell-adhesive hydrophilic modified cell culture substrate obtained by hydrophilizing a molded substrate made of a material selected from rubber, resin and glass. This cell-adhesive, hydrophilically modified cell culture substratum has an anionic group and a cationic group as a betaine structure that reacts with, binds to, or adsorbs to the surface functional groups on the molded substratum. A molding substrate is coated with a copolymer having units and repeating units having active functional groups on their side chains that react, bond, or adsorb to surface functional groups on the molding substrate.
この細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、ベタイン構造が、物理吸着乃至化学吸着好ましくは化学吸着のような所謂吸着型での結合性及び親水性を付与し、成形基材表面の表面官能基や共重合体が成形基材内部に潜り込むのを防いで結合性及び親水性を維持するというものである。また、この細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、活性官能基を介した反応又は結合好ましくは共有結合のような所謂結合型での結合性及び親水性を付与し、共重合体が成形基材内部に潜り込むのを防いで結合性及び親水性を維持し、共重合体の繰返構造の共重合主鎖に細胞が接着しそこを起点に増殖し、細胞外マトリックスタンパク質やポリペプチドによるコーティングが無くとも細胞増殖を阻害せず、細胞培養に適しているというものである。 In this cell-adhesive, hydrophilic-modified cell culture substrate, the betaine structure imparts binding properties and hydrophilicity in a so-called adsorption type, such as physical adsorption or chemisorption, preferably chemisorption, and the surface of the molded substrate. It is intended to prevent surface functional groups and copolymers from penetrating into the interior of the molding substrate to maintain bonding and hydrophilicity. In addition, this cell-adhesive hydrophilically modified cell culture substrate imparts binding properties and hydrophilicity in a so-called bonding type such as reaction or bonding, preferably covalent bonding, through an active functional group, and the copolymer Prevents from entering the inside of the molded substrate to maintain binding and hydrophilicity, cells adhere to the copolymer main chain of the repeating structure of the copolymer and proliferate from there, extracellular matrix proteins and poly It is suitable for cell culture without inhibiting cell proliferation even without peptide coating.
従って、この細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、ベタイン構造と活性官能基とが成形基材上の表面官能基に反応、結合、又は吸着していることにより、ベタイン構造又は活性官能基の何れかしか有しないものよりも、共重合体と成形基材とが、強く相互作用している。それによって、共重合体が、水、若しくは酸性試液又はアルカリ性試液との接触によっても成形基材上から流れ落ち難く、強い親水性を発現していると共に、強い親水性を長期間発現し続けることができ、長期間に渡って細胞培養できるので、継代培養、形態形成、細胞分化などを行うことが期待される。 Therefore, the cell-adhesive, hydrophilically modified cell culture substrate has a betaine structure or an active functional group by reacting, bonding, or adsorbing the betaine structure and the active functional group to the surface functional group on the molding substrate. There is a stronger interaction between the copolymer and the molding substrate than with only one of the functional groups. This makes it difficult for the copolymer to flow off from the molding substrate even when it comes into contact with water, an acidic test solution, or an alkaline test solution, thereby exhibiting strong hydrophilicity and continuing to exhibit strong hydrophilicity for a long period of time. Since it can be used for long-term cell culture, it is expected to perform subculturing, morphogenesis, cell differentiation, and the like.
共重合体中、繰返単位を繰り返している繰返主鎖は、例えばポリ(メタ)アクリル骨格である。ポリ(メタ)アクリル骨格は、ポリアクリル骨格とポリメタクリル骨格とを包含する。より具体的には、ポリ(メタ)アクリル骨格が、ポリ(メタ)アクリルアミド共重合骨格、ポリ(メタ)アクリレート共重合骨格、又はポリ(メタ)アクリルアミド及びポリ(メタ)アクリレート共重合骨格である。なかでも、共重合体は、ポリ(メタ)アクリルアミド共重合骨格を有するものであると、ゴム、樹脂、ガラスから選ばれる材質製の成形基材との親和性に優れ、しかも細胞との親和性がよいので、特に好ましい。 In the copolymer, the repeating main chain repeating repeating units is, for example, a poly(meth)acrylic skeleton. A poly(meth)acrylic skeleton includes a polyacrylic skeleton and a polymethacrylic skeleton. More specifically, the poly(meth)acryl backbone is a poly(meth)acrylamide copolymer backbone, a poly(meth)acrylate copolymer backbone, or a poly(meth)acrylamide and poly(meth)acrylate copolymer backbone. Among them, when the copolymer has a poly(meth)acrylamide copolymer skeleton, it has excellent affinity with the molding substrate made of a material selected from rubber, resin, and glass, and also has affinity with cells. is particularly preferred.
共重合体は、繰返単位の繰返形式に制限はなく、例えばこれら繰返単位のランダム共重合体、ブロック共重合体、交互共重合体、及びグラフト共重合体の何れでもよい。またその両性イオンを側鎖に有する繰返単位と、活性官能基を側鎖に有する繰返単位とのモル比に制限はないが、モル比で1:1が好ましい。 The copolymer is not limited in the repeating form of repeating units, and may be, for example, any of random copolymers, block copolymers, alternating copolymers and graft copolymers of these repeating units. There is no restriction on the molar ratio between the repeating unit having the amphoteric ion in the side chain and the repeating unit having the active functional group in the side chain, but the molar ratio is preferably 1:1.
共重合体中、ベタイン構造を側鎖に有する繰返単位は、アニオン基とカチオン基とが成形基材上の表面官能基に、反応、結合、又は吸着、とりわけ成形基材上の水酸基のような極性基に互いの静電引力又はイオン引力によって物理吸着乃至化学吸着のような吸着をしている。 In the copolymer, the repeating unit having a betaine structure in the side chain is such that the anionic group and the cationic group react, bond, or adsorb to the surface functional groups on the molding substrate, especially hydroxyl groups on the molding substrate. They are physically adsorbed or chemically adsorbed by mutual electrostatic attraction or ionic attraction to such polar groups.
ベタイン構造として、側鎖が、アニオン基とカチオン基との何れか一方を側鎖末端に有し、他方を側鎖中に有していてもよい。 As the betaine structure, the side chain may have either an anionic group or a cationic group at the end of the side chain and the other in the side chain.
ベタイン構造中、アニオン基は、側鎖末端にある場合、カルボン酸基(-COO-基)、スルホン酸基(-SO3 -基)、リン酸基(-Ra1-PO-(ORa2)(ORa3);-Ra1-は側鎖の末端までの基、ORa2及びORa3は炭素数1~6のアルコキシ基又はフェノキシ基又はO-アニオンであって少なくとも何れかがO-アニオン)から選ばれるアニオン基が挙げられ、側鎖中程にある場合、側鎖から分岐した置換カルボン酸基(-COO-基)、側鎖から分岐した置換スルホン酸基(-SO3 -基)、リン酸基(-Rb1-PO-(ORb2)(ORa3); Rb1は側鎖の途中までの基、ORb2は側鎖の途中から末端までの基又はO-アニオン、ORb3はO-アニオン)から選ばれるアニオン基が挙げられる。 In the betaine structure, when the anionic group is at the end of the side chain, the carboxylic acid group (-COO- group), sulfonic acid group (-SO3- group), phosphoric acid group (-R a1 -PO- ( OR a2 ) (OR a3 ); —R a1 — is a group up to the end of the side chain, OR a2 and OR a3 are an alkoxy group or phenoxy group having 1 to 6 carbon atoms or an O — anion, and at least one of them is an O — anion) When it is in the middle of the side chain, a substituted carboxylic acid group (—COO — group) branched from the side chain, a substituted sulfonic acid group (—SO 3 — group) branched from the side chain, Phosphate group (-R b1 -PO-(OR b2 ) ( OR a3 ) ; O 2 -anions).
ベタイン構造中、カチオン基は、側鎖末端にある場合、1級乃至4級アンモニウム基のような有機アンモニウム基((-NH3)+、(-N(Rc1)H2)+、(-N(Rc2)2H)+、(-N(Rc3)3)+;Rc2~Rc3は炭素数1~6のアルキル基又はフェニル基)、スルホニウム基好ましくは有機スルホニウム基((-S(Rc4)2)+;Rc4は炭素数1~6のアルキル基又はフェニル基)、ホスホニウム基好ましくは四級ホスホニウム基((-P(Rc5)3)+;Rc5は炭素数1~6のアルキル基又はフェニル基)から選ばれるカチオン基が挙げられ、側鎖中程にある場合、4級アンモニウム基のような有機アンモニウム基((-Rd1-N(Rd2)2(Rd3))+;Rd2は側鎖の途中までの基、Rd2炭素数1~6のアルキル基又はフェニル基、Rd3は側鎖の途中から末端までの基)、スルホニウム基(-Rd4-S+(Rd5)-Rd6);Rc4は側鎖の途中までの基、Rd5炭素数1~6のアルキル基又はフェニル基、Rd6は側鎖の途中から末端までの基)、ホスホニウム基(-Rd7-P+(Rd8)2-Rd9);Rd7は側鎖の途中までの基、Rd8は炭素数1~6のアルキル基又はフェニル基、Rd9は側鎖の途中から末端までの基)から選ばれるカチオン基が挙げられる。 In the betaine structure, the cationic group, when located at the end of the side chain, is an organic ammonium group such as a primary to quaternary ammonium group ((-NH 3 ) + , (-N(R c1 )H 2 ) + , (- N(R c2 ) 2 H) + , (-N(R c3 ) 3 ) + ; R c2 to R c3 are alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms or phenyl groups), sulfonium groups, preferably organic sulfonium groups ((- S(R c4 ) 2 ) + ; R c4 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or a phenyl group), a phosphonium group, preferably a quaternary phosphonium group ((-P(R c5 ) 3 ) + ; R c5 is a carbon number 1 to 6 alkyl groups or phenyl groups), and when it is in the middle of the side chain, an organic ammonium group such as a quaternary ammonium group ((-R d1 -N(R d2 ) 2 ( R d3 )) + ; R d2 is a group in the middle of the side chain, R d2 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or a phenyl group, R d3 is a group in the middle of the side chain to the end), a sulfonium group (-R d4 -S + (R d5 )-R d6 ); R c4 is a group in the middle of the side chain, R d5 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or a phenyl group, R d6 is a group in the middle of the side chain to the end ) , a phosphonium group (-R d7 -P + (R d8 ) 2 -R d9 ); group from the middle of the side chain to the end)).
ベタイン構造は、成形基材の表面に露出した極性基である表面官能基、成形基材の表面がコロナ放電処理表面、プラズマ処理表面、紫外線処理表面、エキシマ処理表面、及び/又はシランカップリング剤処理表面であることにより生じている水酸基、水酸基、カルボキシル基、カルボニル基のような表面官能基、又は成形基材が有するアミノ基、アルコキシ基、アルコキシシリル基のような表面官能基と、反応、結合、又は吸着とりわけ表面官能基とベタイン構造との互いの静電引力又はイオン引力によって物理吸着乃至化学吸着のような吸着をして、成形基材の表面に強く相互作用している。 The betaine structure has a surface functional group that is a polar group exposed on the surface of the molding substrate, and the surface of the molding substrate has a corona discharge-treated surface, a plasma-treated surface, an ultraviolet-treated surface, an excimer-treated surface, and/or a silane coupling agent. reaction with surface functional groups such as hydroxyl groups, hydroxyl groups, carboxyl groups, and carbonyl groups generated by being a treated surface, or surface functional groups such as amino groups, alkoxy groups, and alkoxysilyl groups possessed by the molding substrate; Bonding or Adsorption In particular, surface functional groups and betaine structures are strongly interacting with the surface of the molding substrate through adsorption such as physical adsorption or chemical adsorption due to mutual electrostatic or ionic attraction.
共重合体中、ベタイン構造を有する繰返単位は、好ましい一例として、前記化学式(1)又は(2)で表されるものが挙げられるが、より具体的には、下記化学式(4)~(7)
また、共重合体中、活性官能基を側鎖に有する繰返単位は、成形基材上の表面官能基に、反応、結合、又は吸着、とりわけ共有結合によって結合している。 Also, in the copolymer, the repeating units having active functional groups on their side chains are bonded to the surface functional groups on the molding substrate by reaction, bonding or adsorption, especially covalent bonding.
活性官能基は、アジド基(-N3)、スルホ基(-SO3)、トリアルコキシシリル基(-Si(ORe1)3;ORe1は炭素数1~6のアルキル基又はフェニル基)、水酸基(-OH)又は水酸基を生成する水酸基ブロック基例えば炭素数1~6のアルコキシ基のような水酸基前駆基から選ばれる少なくとも何れかの官能基が挙げられる。 Active functional groups include an azide group (--N 3 ), a sulfo group (--SO 3 ), a trialkoxysilyl group (--Si(OR e1 ) 3 ; OR e1 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or a phenyl group), At least any functional group selected from a hydroxyl group (--OH) or a hydroxyl group-blocking group that generates a hydroxyl group, such as a hydroxyl group precursor group such as an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms.
活性官能基のうち、アジド基(-N3)は、例えば、紫外線又は光による分解によって又は熱分解によって窒素分子を放出してナイトレン基(-N:基)を生成し、成形基材上の表面官能基、若しくは成形基材の主成分やその他の硬化成分が有する不飽和基、アルキル基、フェニル基、又はアミノ基と反応して及び/又は環拡大して、反応又は結合することにより、共有結合を形成する。活性官能基のうち、トリアルコキシシリル基は、成形基材上の表面官能基例えば水酸基と縮合反応することにより、シリルエーテル結合である共有結合を形成する。活性官能基のうち、水酸基又は水酸基ブロック基は、成形基材上の表面官能基例えばシラノール基(-Si-OH)又はシロキシ基(-Si-ORf1基;Rf1は炭素数1~6のアルキル基又はフェニル基)と縮合反応することにより、エーテル結合である共有結合を形成する。これらは、イオン結合を介して結合しているものであってもよい。 Among the active functional groups, an azide group (--N 3 ) releases a nitrogen molecule by, for example, decomposition by ultraviolet light or light or by thermal decomposition to generate a nitrene group (--N: group), which is formed on a molding substrate. By reacting and/or ring-expanding with surface functional groups or unsaturated groups, alkyl groups, phenyl groups, or amino groups possessed by the main component of the molding substrate or other curing components, Form covalent bonds. Among the active functional groups, a trialkoxysilyl group forms a covalent bond, which is a silyl ether bond, by condensation reaction with a surface functional group such as a hydroxyl group on the molding substrate. Among the active functional groups, the hydroxyl group or hydroxyl-blocking group is a surface functional group on the molding substrate, such as a silanol group (--Si--OH) or a siloxy group (--Si--OR f1 group; R f1 has 1 to 6 carbon atoms. A covalent bond, which is an ether bond, is formed by a condensation reaction with an alkyl group or a phenyl group). These may be bound via ionic bonds.
また、共重合体中の活性官能基を側鎖に有する繰返単位中、側鎖は、フェニル、ナフチルのような炭化水素芳香環基、ピペラジニル、ピレリジニル、ピロゾキジニル、モルフォリニルのような非芳香族複素環基、ピリジル、ピラゾリル、イミダゾリル、トリアゾリル、ピラジニル、トリアゾニルのような芳香族複素環基、メチル、エチル、ビニル、プロピル、イソプロピル、n-ブチル、イソブチル、tert-ブチル、シクロブチル、n-ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、シクロペンチル、n-へキシル、シクロヘキシルのような、若しくはベンジル又はフェネチルのような直鎖状、分岐鎖状及び/又は環状で飽和又は不飽和の炭化水素基、アミド基(-CO-N(Rg1)-;Rg1は炭素数1~6のアルキル基又はフェニル基)、エステル基(-CO-O-)から選ばれる何れかの単一スペーサ基、またはそれらの少なくとも何れかを組み合わせた複合スペーサ基が、前記活性官能基を有しているものであってもよい。 In addition, among repeating units having an active functional group in the side chain in the copolymer, the side chain may be a hydrocarbon aromatic ring group such as phenyl or naphthyl, or a non-aromatic heterocyclic group such as piperazinyl, pyreridinyl, pyrozokidinyl or morpholinyl. cyclic groups, aromatic heterocyclic groups such as pyridyl, pyrazolyl, imidazolyl, triazolyl, pyrazinyl, triazonyl, methyl, ethyl, vinyl, propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, tert-butyl, cyclobutyl, n-pentyl, isopentyl , neopentyl, cyclopentyl, n-hexyl, cyclohexyl, or linear, branched and/or cyclic saturated or unsaturated hydrocarbon groups such as benzyl or phenethyl, amide groups (-CO-N (R g1 )—; R g1 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or a phenyl group), any single spacer group selected from an ester group (—CO—O—), or at least any combination thereof The composite spacer group may have the active functional group.
共重合体中の活性官能基は、成形基材の表面に露出した極性基である表面官能基、成形基材の表面がコロナ放電処理表面、プラズマ処理表面、紫外線処理表面、エキシマ処理表面、及び/又はシランカップリング剤処理表面であることにより生じている水酸基、水酸基、カルボキシル基、カルボニル基のような表面官能基、又は成形基材が有するアミノ基、アルコキシ基、アルコキシシリル基のような表面官能基と反応、結合、又は吸着とりわけ表面官能基と化学反応して共有結合を形成して、成形基材の表面に共重合体の分子を付している。 The active functional group in the copolymer is a surface functional group that is a polar group exposed on the surface of the molding substrate, and the surface of the molding substrate is a corona discharge-treated surface, a plasma-treated surface, an ultraviolet-treated surface, an excimer-treated surface, and / Or surface functional groups such as hydroxyl groups, hydroxyl groups, carboxyl groups, and carbonyl groups generated by being treated with a silane coupling agent, or surfaces such as amino groups, alkoxy groups, and alkoxysilyl groups possessed by the molding substrate Molecules of the copolymer are attached to the surface of the molding substrate by reacting, bonding, or adsorbing with functional groups, especially chemically reacting with surface functional groups to form covalent bonds.
この共重合体の分子量及び分子量分布は特に限定されないが、下記化学式(9)の場合、分子量:30000以上、分子量分布は狭い高分子であることが好ましい。 The molecular weight and molecular weight distribution of this copolymer are not particularly limited, but in the case of the following chemical formula (9), it is preferably a polymer with a molecular weight of 30,000 or more and a narrow molecular weight distribution.
なかでも、共重合体は、下記化学式(8)又は化学式(9)
成形基材が、ゴム、樹脂、ガラスであることが好ましい。さらに好ましくは弾性を有し又は軟質のシリコーンゴム製、又は硬質のシリコーン樹脂製であることが好ましい。ポリジメチルシロキサン骨格、ポリメチルフェニルシロキサン骨格、ポリメチルハイドロジェンシロキサン骨格から選ばれる何れかを有するものであると、入手が容易で製造し易いことから、好ましい。 The molding substrate is preferably rubber, resin, or glass. More preferably, it is made of elastic or soft silicone rubber or hard silicone resin. It is preferable to have one selected from a polydimethylsiloxane skeleton, a polymethylphenylsiloxane skeleton, and a polymethylhydrogensiloxane skeleton, because it is readily available and easy to manufacture.
細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、このような構成を有することにより、水接触角20°以下という優れた親水性を発現している。未処理の成形基材は、水接触角が約40~108°であるが、細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、作製直後で水接触角が20°以下であり、室温やクリーンルームで、半年間~1年間以上保存しても水接触角が20°以下であり高い親水性を維持できている。 The cell-adhesive, hydrophilically-modified cell culture substratum exhibits excellent hydrophilicity with a water contact angle of 20° or less due to such a configuration. The untreated molded substrate has a water contact angle of about 40 to 108°, but the cell-adhesive hydrophilic modified cell culture substrate has a water contact angle of 20° or less immediately after preparation, and is Even after being stored in a clean room for half a year to a year or more, the water contact angle is 20° or less and high hydrophilicity can be maintained.
細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、ヒト子宮頸癌由来細胞であるHeLa細胞やチャイニーズハムスター肺由来線維芽細胞であるV79細胞に対して、低細胞毒性を確認した。また、アルブミンなどのタンパク質の吸着が半分未満となっているので、細胞培養容器に適している。 It was confirmed that the cell-adhesive, hydrophilic-modified cell culture substrate has low cytotoxicity against HeLa cells, which are human cervical cancer-derived cells, and V79 cells, which are Chinese hamster lung-derived fibroblasts. In addition, since adsorption of proteins such as albumin is less than half, it is suitable for cell culture vessels.
細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、親水性面にHeLa細胞が直接接着し増殖することが確認されており、細胞外マトリックスが不要な新規な細胞培養基材の開発、ひいては再生医療で有用なiPS細胞等への展開が期待される。 It has been confirmed that HeLa cells directly adhere to the hydrophilic surface of the cell-adhesive, hydrophilically modified cell culture substrate and proliferate. It is expected to be developed into medically useful iPS cells and the like.
細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、耐滅菌基材であるので、高圧水蒸気滅菌処理であるオートクレーブ滅菌、エチレンガスオキサイド滅菌、γ線滅菌、電子線滅菌などの各種滅菌条件に曝しても、高い親水性を維持できる。例えば121℃、2気圧で20分間のオートクレーブ滅菌では5箇月経過後でも水接触角が20°以下を維持でき、20~50kGyの電子線滅菌やγ線滅菌では、6箇月以上保存後、水接触角が20°以下であり高い親水性を維持できる。従って、医療器具に用いる際に、滅菌処理を施しても、親水性による効果を十分に長期間発現できる。 Since the cell adhesive hydrophilically modified cell culture substrate is a sterilization-resistant substrate, it is exposed to various sterilization conditions such as autoclave sterilization, ethylene gas oxide sterilization, gamma ray sterilization, and electron beam sterilization, which are high-pressure steam sterilization treatments. However, high hydrophilicity can be maintained. For example, in autoclave sterilization at 121 ° C. and 2 atmospheres for 20 minutes, the water contact angle can be maintained at 20 ° or less even after 5 months. The angle is 20° or less and high hydrophilicity can be maintained. Therefore, when used for medical instruments, even if sterilization is performed, the effect of hydrophilicity can be exhibited for a sufficiently long period of time.
このような細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、以下のようにして作製することができる。 Such cell-adhesive, hydrophilic-modified cell culture substratum can be produced as follows.
先ず、化学式(1)で表される側鎖にベタイン構造を有する繰返単位と、化学式(3)で表される側鎖に活性官能基を有する繰返単位とを有する共重合体は、以下のようにして合成される。 First, a copolymer having a repeating unit having a betaine structure in the side chain represented by the chemical formula (1) and a repeating unit having an active functional group in the side chain represented by the chemical formula (3) is prepared as follows. is synthesized as
より具体的には、前記化学式(8)又は(9)で表される共重合体を例に説明する。ジメチルアミノプロピルメタクリルアミドにプロパンサルトンを反応させ、化学式(1)で表されるような繰返単位を形成するためのベタイン構造含有コモノマーを合成する。 More specifically, the copolymer represented by the chemical formula (8) or (9) will be described as an example. Dimethylaminopropyl methacrylamide is reacted with propanesultone to synthesize a betaine structure-containing comonomer for forming a repeating unit represented by chemical formula (1).
4-アミノ安息香酸のアミノ基をジアゾ化後にアジド化し酸クロライドにしてから、ピぺリジンのアミノ基の一方を保護基で保護したモノ保護ピぺリジンと反応させてアミド化し、その後、保護基を外し、モノ-p-アジ化安息香酸ピペラジンアミドを得る。メタクリル酸クロライドと6-アミノカプロン酸とをアミド化し、さらに前記モノ-p-アジ化安息香酸ピペラジンアミドの遊離アミノ基とアミド化して、化学式(2)で表されるような繰返単位を形成するための活性官能基含有コモノマーを合成する。 The amino group of 4-aminobenzoic acid is diazotized and then azidated to an acid chloride, and then amidated by reacting with monoprotected piperidine in which one of the amino groups of piperidine is protected with a protecting group, followed by a protecting group. is removed to give mono-p-azide benzoic acid piperazine amide. Amidating methacrylic acid chloride and 6-aminocaproic acid, and further amidating with the free amino group of the mono-p-piperazinamide benzoate to form a repeating unit represented by the chemical formula (2) Synthesize active functional group-containing comonomers for
又は、メタクリル酸クロライドと前記モノ-p-アジ化安息香酸ピペラジンアミドの遊離アミノ基とアミド化して、化学式(2)で表されるような繰返単位を形成するための別な活性官能基含有コモノマーを合成する。 Alternatively, containing another active functional group for amidation with methacrylic acid chloride and the free amino group of the mono-p-azide piperazine amide to form a repeating unit as represented by the chemical formula (2) Synthesize the comonomer.
化学式(1)で表されるような繰返単位となるベタイン構造含有コモノマーと、化学式(3)で表されるような繰返単位となる活性官能基含有コモノマーとを、共重合させると、前記化学式(8)又は(9)で表される共重合体が得られる。 By copolymerizing a betaine structure-containing comonomer as a repeating unit as represented by the chemical formula (1) and an active functional group-containing comonomer as a repeating unit as represented by the chemical formula (3), the above A copolymer represented by the chemical formula (8) or (9) is obtained.
なお、炭素数等が異なる別なコモノマー、例えば化学式(1)又は(2)で表される繰返単位を形成するためのベタイン構造含有コモノマー若しくは化学式(3)で表されるような繰返単位となる活性官能基含有コモノマーは、始発物質を調整すれば同様にして合成できる。 In addition, another comonomer having a different number of carbon atoms, for example, a betaine structure-containing comonomer for forming a repeating unit represented by chemical formula (1) or (2) or a repeating unit such as represented by chemical formula (3) A comonomer containing an active functional group can be synthesized in the same manner by adjusting the starting material.
共重合体は、水、アルコールやアセトンのような水溶性有機媒体、塩化メチレンやクロロホルムやエーテルのような水不溶性有機媒体などの各種媒体で希釈して使用してもよく、共重合体濃度が0.001~10wt%のときに高い親水性を発揮することができ、さらに好ましくは0.01~1.0wt%であると好ましい。 The copolymer may be used after being diluted with various media such as water, water-soluble organic media such as alcohol and acetone, and water-insoluble organic media such as methylene chloride, chloroform and ether. High hydrophilicity can be exhibited when the content is 0.001 to 10 wt%, and more preferably 0.01 to 1.0 wt%.
ゴム、樹脂、ガラスから選ばれる材質製の成形基材を、コロナ放電処理、プラズマ処理、紫外線処理、エキシマ処理、及び/又はシランカップリング剤処理し好ましくはエキシマ処理して、成形基材表面に元々存するものの他に新たに表面官能基を生成させる。また、マスキングなどを用いることで、前記成形基材表面の一部に表面官能基を生成させることも可能であり、選択的に親水化を発現させることができる。 A molding substrate made of a material selected from rubber, resin, and glass is subjected to corona discharge treatment, plasma treatment, ultraviolet treatment, excimer treatment, and/or silane coupling agent treatment, preferably excimer treatment, to form a surface of the molding substrate. Surface functional groups are newly generated in addition to those originally existing. Moreover, by using masking or the like, it is possible to generate surface functional groups on a part of the surface of the molding base material, and selectively develop hydrophilicity.
その後、共重合体液を、噴霧、塗布、浸漬などの方法で、付し、必要に応じて媒体を揮発などの方法で除去し、共重合体が付された成形基材とする。この段階では、成形基材表面の表面官能基に、共重合体のベタイン構造が静電的な相互作用をして、共重合体が、物理吸着乃至化学吸着のような吸着されていることによって、強固に付されつつ、親水性を発現している。 After that, the copolymer liquid is applied by a method such as spraying, coating, or immersion, and if necessary, the medium is removed by a method such as volatilization to obtain a molding substrate to which the copolymer is applied. At this stage, the betaine structure of the copolymer electrostatically interacts with the surface functional groups on the surface of the molding substrate, and the copolymer is adsorbed by physical adsorption or chemical adsorption. , while being strongly attached, exhibiting hydrophilicity.
次いで、共重合体が付された共重合体のベタイン構造を、紫外線又は光照射処理好ましくは波長220~410nm、積算光量は任意の紫外線を照射することにより、アジド基が分解してナイトレン基を生じ、不飽和基、アルキル基、フェニル基、アミノ基と反応して及び/又は環拡大して、成形基材上の表面官能基、若しくは成形基材の主成分やその他の硬化性分が有する不飽和基、アルキル基、フェニル基、又はアミノ基と反応して及び/又は環拡大して、反応又は結合することにより、共有結合を形成し、共重合体が、化学結合によって強固に付されつつ、親水性を発現している。 Next, the betaine structure of the copolymer to which the copolymer is attached is irradiated with ultraviolet light or light irradiation, preferably with a wavelength of 220 to 410 nm, and with an arbitrary integrated light amount. formed, reacted with unsaturated groups, alkyl groups, phenyl groups, amino groups and/or ring expansion, resulting in surface functional groups on the molding substrate, or main components of the molding substrate and other curable components reacting and/or ring-expanding with unsaturated groups, alkyl groups, phenyl groups, or amino groups to form covalent bonds by reacting or bonding so that the copolymers are firmly attached by chemical bonds; while exhibiting hydrophilicity.
このようにして、細胞接着性の親水性改質細胞培養基材が得られる。 Thus, a cell-adhesive, hydrophilically modified cell culture substrate is obtained.
なお、活性官能基がアジド基である例を示したが、活性官能基が、スルホ基、トリアルコキシシリル基、若しくは水酸基又は水酸基ブロック基であって、成形基材上の表面官能基であるシラノール基やシロキシ基と縮合反応して、エーテル結合である共有結合を形成し、共重合体が、化学結合によって強固に付されつつ、親水性を発現していてもよい。 Although an example in which the active functional group is an azide group is shown, the active functional group is a sulfo group, a trialkoxysilyl group, a hydroxyl group, or a hydroxyl group-blocking group, and a silanol is a surface functional group on the molding substrate. A covalent bond, which is an ether bond, may be formed by a condensation reaction with a group or a siloxy group, and the copolymer may exhibit hydrophilicity while being firmly attached by the chemical bond.
細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、親水性を発現する用途に用いられる。例えば、生体の水分と馴染みやすいように血管カテーテルなどの医療器具や、細胞培養容器、マイクロ流路チップなどに用いられる。 Cell-adhesive, hydrophilically modified cell culture substrates are used for applications that exhibit hydrophilicity. For example, it is used for medical devices such as vascular catheters, cell culture vessels, and microfluidic chips so as to be compatible with the moisture of the living body.
以下、本発明を適用する細胞接着性の親水性改質細胞培養基材の実施例、及び本発明を適用外の比較例を、対比しながら説明する。 Hereinafter, examples of cell-adhesive modified hydrophilic cell culture substrates to which the present invention is applied and comparative examples to which the present invention is not applied will be described in comparison.
先ず、本発明を適用する細胞接着性の親水性改質細胞培養基材を作製するために用いられるベタイン構造含有繰返単位と活性官能基含有繰返単位とを有する共重合体を調製した。 First, a copolymer having a betaine structure-containing repeating unit and an active functional group-containing repeating unit, which is used for producing a cell adhesive modified hydrophilic cell culture substrate to which the present invention is applied, was prepared.
(合成例1:共重合体[化学式(9)]の合成)
(1-1) メタクリルアミドプロピルスルホベタインの合成
(1-1) Synthesis of methacrylamidopropylsulfobetaine
(1-2) メタクリルアミドピペラジンフェニルアジドモノマーの合成
(1-2(i)) モノBocピペラジンの合成
(1-2(i)) Synthesis of mono-Boc piperazine
(1-2(ii)) p-アジ化安息香酸の合成
(1-2(iii)) p-アジ化安息香酸クロライドの合成
(1-2(iv)) p-アジ化安息香酸Bocピペラジンアミドの合成
(1-2(v)) モノ-p-アジ化安息香酸ピペラジンアミドの合成
(1-2(vi)) メタクリルアミドピペラジン-p-フェニルアジドアミドモノマーの合成
(1-3) 共重合体[化学式(9)]への共重合
(実施例1)
合成例1で調製した共重合体[化学式(9)]を用いて、各種基材に親水性改質処理を行った。基材は架橋済みシリコーンゴムシートを用いた。共重合体[化学式(9)]を0.1wt%水溶液に調製して使用した。基材を所定条件でプラズマ処理又はエキシマ処理した後、0.1wt%共重合体水溶液に室温で10分間浸せきした。その後、基材を取り出した後に紫外線を照射して親水性改質細胞培養基材を得た。
(Example 1)
Using the copolymer [chemical formula (9)] prepared in Synthesis Example 1, various substrates were subjected to hydrophilic modification treatment. A crosslinked silicone rubber sheet was used as the base material. The copolymer [chemical formula (9)] was used by preparing a 0.1 wt % aqueous solution. The substrate was plasma-treated or excimer-treated under predetermined conditions, and then immersed in a 0.1 wt % copolymer aqueous solution at room temperature for 10 minutes. Then, after taking out the base material, it was irradiated with ultraviolet rays to obtain a hydrophilic modified cell culture base material.
(実施例2)
基材にポリカーボネート(三菱ガス化学社製:ユーピロン・フィルムFE-2000)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、親水性改質細胞培養基材を得た。
(Example 2)
A hydrophilic modified cell culture substrate was obtained in the same manner as in Example 1, except that polycarbonate (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Company: Iupilon Film FE-2000) was used as the substrate.
(実施例3)
基材にソーダ石灰ガラス(松波硝子工業社製:S9213)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、親水性改質細胞培養基材を得た。
(Example 3)
A hydrophilic modified cell culture substrate was obtained in the same manner as in Example 1, except that soda lime glass (manufactured by Matsunami Glass Industry: S9213) was used as the substrate.
(比較例1)
数平均分子量(i)95000又は(ii)253000のホスホリルコリン高分子を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、親水性改質細胞培養基材を作製した。
(Comparative example 1)
A hydrophilic modified cell culture substrate was produced in the same manner as in Example 1, except that a phosphorylcholine polymer having a number average molecular weight (i) of 95,000 or (ii) of 253,000 was used.
(接触角の測定)
得られた親水性改質細胞培養基材の水の接触角にて親水性の評価を行った。得られた親水性改質細胞培養基材に水1滴を滴下して10秒後に、接触角測定器自動接触角計(協和界面科学社製;DM-501)で水との接触角を、一試験片につき5~7点測定し、その平均値を求めた。結果を表1に示した。
(Measurement of contact angle)
Hydrophilicity was evaluated by the contact angle of water of the resulting hydrophilically modified cell culture substrate. 10 seconds after dropping one drop of water onto the resulting hydrophilically modified cell culture substrate, the contact angle with water was measured using an automatic contact angle meter (manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.; DM-501). Measurements were taken at 5 to 7 points per test piece, and the average value was obtained. Table 1 shows the results.
表1から明らかな通り、親水性改質処理を行うことで接触角の減少が見られ、親水性が改質されたことがわかった。また、実施例1、2、3から、基材の種類に関係なく親水性が改質されたことがわかった。 As is clear from Table 1, it was found that the hydrophilicity-improving treatment reduced the contact angle and improved the hydrophilicity. Moreover, from Examples 1, 2 and 3, it was found that the hydrophilic property was improved regardless of the type of substrate.
次に、実施例1の親水性改質細胞培養基材にて細胞に関する試験を実施した。比較として比較例1も同様に試験した。得られた結果をまとめて表2に示した。 Next, a cell test was performed on the hydrophilic modified cell culture substrate of Example 1. For comparison, Comparative Example 1 was also tested in the same manner. The obtained results are summarized in Table 2.
(細胞毒性試験)
ISO 10993-5:2009, Biological evaluation of medical devices - Part 5: Tests for in vitro cytotoxicityに従い、親水性改質細胞培養基材の細胞毒性試験(抽出法によるコロニー形成法)を行った。細胞はV79細胞とHeLa細胞を用いた。
(Cytotoxicity test)
A cytotoxicity test (colony formation method by extraction method) of the hydrophilically modified cell culture substrate was performed according to ISO 10993-5:2009, Biological evaluation of medical devices - Part 5: Tests for in vitro cytotoxicity. Cells used were V79 cells and HeLa cells.
(細胞培養試験)
親水性改質細胞培養基材の細胞培養試験を実施した。まず、ポリスチレン製ディッシュに親水性改質細胞培養基材を固定し、ディッシュ内に培養液を分注した。その後、親水性改質細胞培養基材表面にHeLa細胞を播種し、炭酸ガスインキュベータを用いて、温度:37℃、CO2濃度5%環境にて3日間培養を行った。図1に実施例1の親水性改質細胞培養基材でHeLa細胞を培養後の顕微鏡拡大写真(b)と、本発明を適用外のシリコーン製成形基材でHeLa細胞を培養後の顕微鏡拡大写真(a)により示した。
(cell culture test)
A cell culture test of the hydrophilic modified cell culture substrate was performed. First, a hydrophilic modified cell culture substrate was fixed on a polystyrene dish, and a culture solution was dispensed into the dish. After that, HeLa cells were seeded on the surface of the hydrophilically modified cell culture substrate and cultured for 3 days in a carbon dioxide incubator at a temperature of 37° C. and a CO 2 concentration of 5%. Fig. 1 shows an enlarged microscope photograph (b) after culturing HeLa cells on the hydrophilic modified cell culture substrate of Example 1, and an enlarged microscope image after culturing HeLa cells on a silicone molding substrate to which the present invention is not applied. This is shown by photo (a).
表2、図1から明らかな通り、実施例1、比較例1ともに細胞毒性はないことが確認できた。細胞培養では、実施例1では細胞の増殖が確認できたのに対し、比較例では増殖は確認できなかった。この要因として、一般的には細胞培養時に、基板上に細胞接着に必須となる細胞外マトリックスを形成する必要がある。そのため、比較例1は細胞培養できなったことが考えられる。それに対し、実施例1では同様に細胞外マトリックスを形成していなかったものの細胞培養が可能だった。このことから本発明は細胞外マトリックスタンパク質やポリペプチドをコーティングすることなく細胞培養が可能であることが確認できた。 As is clear from Table 2 and FIG. 1, it was confirmed that there was no cytotoxicity in both Example 1 and Comparative Example 1. In cell culture, cell proliferation was confirmed in Example 1, whereas cell proliferation could not be confirmed in Comparative Example. As a factor for this, it is generally necessary to form an extracellular matrix, which is essential for cell adhesion, on a substrate during cell culture. Therefore, it is conceivable that Comparative Example 1 could not be cell cultured. On the other hand, in Example 1, cells could be cultured although no extracellular matrix was formed. From this, it was confirmed that the present invention enables cell culture without coating extracellular matrix proteins or polypeptides.
次に得られた親水性改質細胞培養基材に対して以下の各種滅菌処理を行い、各種滅菌処理への耐性を確認した。試験は実施例1にて実施した。得られた結果をまとめて表3に示した。 Next, the following various sterilization treatments were performed on the obtained hydrophilic modified cell culture substratum, and resistance to various sterilization treatments was confirmed. The test was carried out in Example 1. The obtained results are summarized in Table 3.
(オートクレーブ滅菌試験)
オートクレーブ滅菌処理は、高圧蒸気滅菌器(サクラ精機社製:ASV-2402)にて121℃、2気圧で20分間行い、その後、水の接触角を測定した。また、長期保管性の確認のため、滅菌処理した親水性改質細胞培養基材をシャーレに入れて、室温、湿度60%環境下にて6箇月保管し、その後、水の接触角を測定した。
(Autoclave sterilization test)
The autoclave sterilization treatment was carried out at 121° C. and 2 atm for 20 minutes in a high-pressure steam sterilizer (ASV-2402 manufactured by Sakura Seiki Co., Ltd.), and then the contact angle of water was measured. In addition, to confirm long-term storage properties, the sterilized hydrophilic modified cell culture substrate was put in a petri dish and stored for 6 months at room temperature and a humidity of 60%, and then the contact angle of water was measured. .
(γ線・電子線照射滅菌試験)
親水性改質細胞培養基材にγ線及び電子線照射を行い、放射線耐性を確認した。親水性改質細胞培養基材を放射線発生装置にて20~50kGyで放射線照射を行った。その後、水との接触角を測定した。また、長期保管性の確認のため、滅菌処理した親水性改質細胞培養基材をシャーレに入れて、室温、湿度60%環境下にて6箇月保管し、その後、水の接触角を測定した。
(γ-ray/electron beam irradiation sterilization test)
Radiation resistance was confirmed by γ-ray and electron beam irradiation to the hydrophilic modified cell culture substrate. The hydrophilic modified cell culture substrate was irradiated with radiation at 20 to 50 kGy using a radiation generator. After that, the contact angle with water was measured. In addition, to confirm long-term storage properties, the sterilized hydrophilic modified cell culture substrate was put in a petri dish and stored for 6 months at room temperature and a humidity of 60%, and then the contact angle of water was measured. .
表3から明らかな通り、各試験の前後により若干の接触角の上昇が見られたが、親水性は維持できていた。また、6箇月間経過後でも同様に、若干の接触角の上昇が見られたが親水性が維持できていた。このことから本発明は各種滅菌処理に対して耐性があり、長期にわたって親水性が維持できることが確認できた。 As is clear from Table 3, the contact angle slightly increased before and after each test, but hydrophilicity was maintained. Also, even after 6 months had passed, the hydrophilicity was maintained, although a slight increase in the contact angle was observed. From this, it was confirmed that the present invention is resistant to various sterilization treatments and can maintain hydrophilicity over a long period of time.
次に、実施例1の親水性改質細胞培養基材にてのタンパク質に関する試験を実施した。得られた結果を表4に示した。 Next, a protein test on the hydrophilically modified cell culture substrate of Example 1 was performed. The results obtained are shown in Table 4.
(タンパク質の吸着評価)
親水性改質細胞培養基材のタンパク質吸着試験を実施した。30×30cmの親水性改質細胞培養基材をアルブミン溶液に2時間浸漬した。浸漬後、親水性改質細胞培養基材を取り出し、Cy3色素標識カルボン酸にて蛍光標識を行い、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)にて低分子成分を洗浄して試験片を作製した。得られた試験片を分光光度計にて蛍光強度を測定し、積算した容積でアルブミン吸着度合いを算出した。比較のため未処理のシリコーンゴムシートでも同様の試験を行った。
(Evaluation of protein adsorption)
A protein adsorption test of the hydrophilic modified cell culture substrate was performed. A 30×30 cm hydrophilic modified cell culture substrate was soaked in the albumin solution for 2 hours. After immersion, the hydrophilically modified cell culture substrate was taken out, fluorescently labeled with Cy3 dye-labeled carboxylic acid, and low molecular weight components were washed with phosphate buffered saline (PBS) to prepare a test piece. The fluorescence intensity of the obtained test piece was measured with a spectrophotometer, and the degree of albumin adsorption was calculated from the integrated volume. For comparison, a similar test was also conducted on an untreated silicone rubber sheet.
表4から明らかな通り、タンパク質の吸着は、未処理のシリコーンゴムシートではアルブミン吸着容積が2.5×105であったのに対し、実施例1ではアルブミン吸着容積が1.2×105であり、比較例1の約半分の吸着容積であった。このことから本発明はタンパク質の吸着量を減少させることが可能であることが確認できた。 As is clear from Table 4, with respect to protein adsorption, the untreated silicone rubber sheet had an albumin adsorption volume of 2.5×10 5 , whereas the albumin adsorption volume of Example 1 was 1.2×10 5 . , which was about half the adsorption volume of Comparative Example 1. From this, it was confirmed that the present invention can reduce the amount of protein adsorption.
以上の結果から、本発明は、成形基材の表面に十分な親水性を簡便に付与でき、速やかに親水性が発現すると共に、水との接触角を十分に低く維持できるようにしつつ、細胞外マトリックスやポリペプチドをコーティングしなくとも細胞培養でき、長期間、大気中又は水中で保管・保存又は使用しても培養性能を維持でき、長期にわたって親水性を担保できる細胞接着性の親水性改質細胞培養基材として活用できることが確認された。 From the above results, it can be seen that the present invention can easily impart sufficient hydrophilicity to the surface of a molding base material, quickly develop the hydrophilicity, and maintain a sufficiently low contact angle with water, while maintaining a sufficiently low contact angle with water. Cells can be cultured without coating the outer matrix or polypeptide, and the culture performance can be maintained even when stored, preserved or used in the air or water for a long period of time. It was confirmed that it can be used as a plasma cell culture substrate.
本発明の細胞接着性の親水性改質細胞培養基材は、親水性を発現したまま長期間維持を必要とする血管カテーテルなどの医療器具や、細胞培養容器、マイクロ流路チップ、organ-on-a-chipなどに用いられる。 The cell-adhesive, hydrophilic-modified cell culture substrate of the present invention can be used for medical devices such as vascular catheters that require long-term maintenance of hydrophilicity, cell culture vessels, microchannel chips, and organ-on. - Used for a-chip and the like.
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2017022815A1 (en) | 2015-08-04 | 2017-02-09 | Jsr株式会社 | Polymer composition, article, medical device, article production method, and cell cluster production method |
| JP2021161208A (en) | 2020-03-31 | 2021-10-11 | 株式会社朝日Fr研究所 | Hydrophilicity-modified substrate |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
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| Arkivoc,2018年,part ii,330-343 |
| Journal of Oleo Science,2017年,66(7),699-704 |
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