JP7470893B2 - Cell culture substrate and method for producing same - Google Patents
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Description
本発明は、細胞培養基材、およびその製法に関する。 The present invention relates to a cell culture substrate and a method for producing the same.
医学や生物学の研究において、目的細胞を増殖する細胞培養は重要な手段である。細胞を生体外で培養する場合、多くの細胞は足場となる基材に接着させる必要がある。細胞は、インテグリンなどの接着分子となるタンパク質を介して結合しており、基材に強固に接着した状態である。従って、培養した細胞を回収する際には細胞を基材から剥離させなければならない。多くの場合、剥離にはタンパク質分解酵素が用いられる。タンパク質分解酵素は細胞表面のタンパク質を分解するため、細胞と基材間の結合を切ることで細胞を剥離することができる。一方で、細胞表面のタンパク質も同時に分解するため細胞にダメージを与えてしまう。以上のことから、細胞にダメージを与えずに基材から剥離可能な技術が求められてきた。 In medical and biological research, cell culture is an important method for growing target cells. When culturing cells outside of a living body, many cells need to be attached to a scaffolding substrate. Cells are bound via proteins that act as adhesion molecules, such as integrins, and are firmly attached to the substrate. Therefore, when harvesting cultured cells, they must be detached from the substrate. In many cases, proteolytic enzymes are used for detachment. Proteolytic enzymes break down proteins on the cell surface, so cells can be detached by breaking the bond between the cell and the substrate. However, they also break down proteins on the cell surface, damaging the cells. For these reasons, there has been a demand for technology that can detach cells from substrates without damaging them.
細胞の接着性と剥離性を両立する基材として、刺激応答性重合体を表面に被覆した細胞培養基材について多くの研究開発が行われてきた。刺激応答性重合体としては、温度応答性、pH応答性、光応答性等を有する材料が知られている。特許文献1では、市販の細胞培養基材に温度応答性重合体を被覆することで細胞接着と冷却処理による剥離を実現した細胞培養基材が記載されている。しかしながら、一般的な細胞培養基材は培養面に他の物質を被覆することを想定したものではない。被覆する重合体の機能を十分に発揮するためには一定量以上の被覆が必要であるが、一定量以上被覆した場合は細胞の接着性が低下することで細胞増殖を妨げてしまうという課題があった。 As a substrate that combines cell adhesion and detachability, much research and development has been carried out on cell culture substrates whose surfaces are coated with stimuli-responsive polymers. Known stimuli-responsive polymers include materials that are temperature-responsive, pH-responsive, photoresponsive, etc. Patent Document 1 describes a cell culture substrate that achieves cell adhesion and detachment by cooling treatment by coating a commercially available cell culture substrate with a temperature-responsive polymer. However, general cell culture substrates are not designed to be coated with other substances on the culture surface. In order for the coating polymer to fully exert its function, a certain amount of coating or more is necessary, but if more than a certain amount is coated, there is a problem that cell adhesion decreases, hindering cell proliferation.
本発明の目的は、重合体を被覆した細胞培養基材、およびその製法を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a cell culture substrate coated with a polymer and a method for producing the same.
本発明者らは、以上の点を鑑み、鋭意研究を重ねた結果、特定のゼータ電位である基材の表面に重合体を被覆した細胞培養基材は、細胞の接着と重合体の機能を両立できることを見出し、本発明を完成した。 In view of the above, the inventors conducted extensive research and discovered that a cell culture substrate having a substrate surface with a specific zeta potential coated with a polymer can achieve both cell adhesion and the functionality of the polymer, thus completing the present invention.
すなわち本発明は以下の態様を含包する。
<1>ゼータ電位が-50mV~0mVである基材の表面に、重合体を被覆して形成されることを特徴とする、細胞培養基材。
<2>重合体を被覆する前の基材に対する水の接触角が、20°~110°であることを特徴とする、<1>記載の細胞培養基材。
<3>基材の素材が、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタラートからなる群から選択される少なくとも一種類であることを特徴とする、<1>または<2>に記載の細胞培養基材。
<4>重合体の被覆量が、0.1μg/cm2~10μg/cm2であることを特徴とする、<1>~<3>いずれか一項に記載の細胞培養基材。
<5>重合体が、温度応答性ブロック共重合体であることを特徴とする、<1>~<4>いずれか一項に記載の細胞培養基材。
<6>細胞培養基材を製造する方法であって、ゼータ電位が-50mV~0mVである基材の表面に、重合体を被覆して形成されることを特徴とする、細胞培養基材の製造方法。
<7>基材にプラズマ処理を施す工程と、重合体溶液を塗布して基材表面を重合体で被覆する工程とを有する、<6>記載の細胞培養基材の製造方法。
That is, the present invention includes the following aspects.
<1> A cell culture substrate, which is formed by coating a surface of a substrate having a zeta potential of -50 mV to 0 mV with a polymer.
<2> The cell culture substrate according to <1>, wherein the contact angle of water with respect to the substrate before being coated with the polymer is 20° to 110°.
<3> The cell culture substrate according to <1> or <2>, wherein the material of the substrate is at least one selected from the group consisting of polyolefin, polystyrene, and polyethylene terephthalate.
<4> The cell culture substrate according to any one of <1> to <3>, wherein the coating amount of the polymer is 0.1 μg/cm 2 to 10 μg/cm 2 .
<5> The cell culture substrate according to any one of <1> to <4>, wherein the polymer is a temperature-responsive block copolymer.
<6> A method for producing a cell culture substrate, comprising: coating a surface of a substrate having a zeta potential of −50 mV to 0 mV with a polymer.
<7> A method for producing a cell culture substrate according to <6>, comprising the steps of: subjecting the substrate to a plasma treatment; and applying a polymer solution to cover the substrate surface with a polymer.
本発明の、重合体を被覆した細胞培養基材は、細胞の接着と重合体の機能を両立できる。
特に重合体を被覆する前の基材の表面特性が、重合体を被覆した細胞培養基材の細胞の接着に関連することを見出し、また重合体の被覆後に、細胞接着面に表面処理をすることなく任意の刺激応答性を得ることが可能となった。
The polymer-coated cell culture substrate of the present invention can achieve both cell adhesion and the functionality of the polymer.
In particular, it was found that the surface characteristics of the substrate before being coated with a polymer are related to the adhesion of cells to the polymer-coated cell culture substrate, and it became possible to obtain any stimulus response after coating with the polymer without performing a surface treatment on the cell adhesion surface.
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明するが、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。本発明は、その趣旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。 The following describes in detail the form for carrying out the present invention, but it is not intended that the present invention be limited to the following content. The present invention can be carried out with appropriate modifications within the scope of its spirit.
本発明における基材とは、重合体を被覆していない材料のことであり、適宜に表面処理を行うことでその表面特性を制御することができる。 The substrate in this invention refers to a material that is not coated with a polymer, and its surface properties can be controlled by performing an appropriate surface treatment.
本発明における細胞培養基材とは、前記基材に重合体を被覆し、細胞の接着と重合体の機能を兼ね備えた材料のことである。 The cell culture substrate in the present invention is a material that combines the functions of cell adhesion and polymer by coating the substrate with a polymer.
本発明の効果を得るためには特定のゼータ電位を有する基材が必要であり、具体的には-50mV~0mV、好ましくは-50mV~-20mVである。基材が板状である場合、ゼータ電位の測定には平板試料用セルを用いる。セルに基材を設置した状態で、セル内部にモニター粒子溶液を注入し、モニター粒子の電気移動度を測定することで、ゼータ電位を求めることができる。電気移動度からゼータ電位を求めるには、一般的には下記のSmoluchowskiの式が用いられる。 To obtain the effects of the present invention, a substrate with a specific zeta potential is required, specifically -50 mV to 0 mV, preferably -50 mV to -20 mV. When the substrate is plate-shaped, a flat sample cell is used to measure the zeta potential. With the substrate placed in the cell, a monitor particle solution is injected into the cell and the electrical mobility of the monitor particles is measured, thereby determining the zeta potential. The following Smoluchowski formula is generally used to determine the zeta potential from the electrical mobility.
ζ=(4πηU)/ε
(上記式において、ζはゼータ電位、ηは溶媒の粘度、εは溶媒の誘電率、Uは電気移動度を示す。)
特定のゼータ電位を有する基材は、後述するプラズマ処理等の親水化処理を施すことにより得ることができる。
ζ = (4πηU) / ε
(In the above formula, ζ is the zeta potential, η is the viscosity of the solvent, ε is the dielectric constant of the solvent, and U is the electrical mobility.)
A substrate having a specific zeta potential can be obtained by subjecting the substrate to a hydrophilic treatment such as a plasma treatment described below.
基材に対する水の接触角(以下、接触角という)とは、基材の表面に水滴を滴下し、液滴が静止しているときの液面と基材面とのなす角である。接触角の測定にはθ/2法、接線法、カーブフィッティング法などがあり、一般的にはθ/2法が用いられる。θ/2法による接触角は下記の式で求めることができる。 The contact angle of water with a substrate (hereafter referred to as contact angle) is the angle between the liquid surface and the substrate surface when a drop of water is dropped onto the surface of the substrate and the drop is stationary. Methods for measuring contact angles include the θ/2 method, the tangent method, and the curve fitting method, with the θ/2 method being the most commonly used. The contact angle using the θ/2 method can be calculated using the following formula:
θ=2arctan(h/r)
(上記式において、θは接触角、hは液滴の高さ、rは液滴の半径を示す。)
接触角が小さい値であるほど表面が親水性であることを示す。細胞は疎水性の表面に接着しにくく、適度な親水性を有する表面には接着しやすい。本発明の効果を得るためには接触角が20°~110°であることが好ましく、40°~60°であることがより好ましい。
θ=2arctan(h/r)
(In the above formula, θ is the contact angle, h is the height of the droplet, and r is the radius of the droplet.)
The smaller the contact angle, the more hydrophilic the surface. Cells are less likely to adhere to hydrophobic surfaces, but are more likely to adhere to surfaces with moderate hydrophilicity. To obtain the effects of the present invention, the contact angle is preferably 20° to 110°, and more preferably 40° to 60°.
上述のような表面物性を有する基材を用いることで、重合体を被覆した後も基材表面の性質である細胞接着性を維持したまま、細胞接着面に表面処理することなく基材表面の重合体の機能も付与することができる。本発明において、重合体を基材に被覆する方法としては、浸漬法、バーコート法、スリットダイコート法、グラビアコート法、キャスト法、スプレーコート法、スピンコート法等で塗布する方法が挙げられる。重合体の塗布は片面のみに施してもよく、基材の全ての面に施してもよい。また、乾燥方法は自然乾燥であってもよく、加熱乾燥であってもよい。 By using a substrate having the surface properties as described above, the function of the polymer can be imparted to the substrate surface without surface treatment of the cell adhesion surface while maintaining the cell adhesiveness, which is a property of the substrate surface, even after coating with the polymer. In the present invention, examples of a method for coating the substrate with the polymer include coating methods such as dipping, bar coating, slit die coating, gravure coating, casting, spray coating, and spin coating. The polymer may be applied to only one side or to all sides of the substrate. The drying method may be natural drying or heat drying.
重合体を基材に塗布するためには、重合体を溶媒に溶解させ、重合体溶液として使用する必要がある。用いる溶媒として特に限定はなく、重合体が溶解し、かつ基材を溶解しないものであればよい。例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、2-ブタノール、tert-ブタノール、2-メトキシエタノール等が例示できる。溶媒は、単独で用いても、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。 In order to apply the polymer to the substrate, it is necessary to dissolve the polymer in a solvent and use it as a polymer solution. There are no particular limitations on the solvent used, as long as it dissolves the polymer and does not dissolve the substrate. Examples of the solvent include methanol, ethanol, isopropyl alcohol, butanol, 2-butanol, tert-butanol, and 2-methoxyethanol. The solvent may be used alone or in combination of two or more types.
重合体溶液中の重合体の含有量は、0.01~10質量%であることが好ましく、0.05~5重量%であることがより好ましい。重合体の含有量が少ない場合、基材表面が十分に被覆されない。重合体の含有量が多い場合、重合体溶液の粘度が上昇し塗布性が悪化する。 The polymer content in the polymer solution is preferably 0.01 to 10% by mass, and more preferably 0.05 to 5% by weight. If the polymer content is low, the substrate surface will not be sufficiently coated. If the polymer content is high, the viscosity of the polymer solution will increase, resulting in poor coatability.
本発明において、重合体の被覆量は0.1~10μg/cm2であることが好ましく、2~8μg/cm2であることがより好ましい。被覆量の測定は一般的に知られる方法で行えばよく、一例として全反射型フーリエ変換型赤外分光(FT-IR/ATR)法を用いることができる。 In the present invention, the coating amount of the polymer is preferably 0.1 to 10 μg/cm 2 , and more preferably 2 to 8 μg/cm 2. The coating amount may be measured by a commonly known method, and as an example, a total reflection type Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR/ATR) method can be used.
本発明における基材の素材としては、ゼータ電位が制御可能であり、成型加工が容易な素材が好ましい。このような素材として、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタラートなどが挙げられる。ポリオレフィンは内部に炭化水素の二重結合を有する重合体の総称であり、ポリオレフィンの中でも汎用的であるポリエチレンやポリプロピレンを用いることが好ましい。また、これらの素材の混合物、共重合体であってよく、可塑剤などの添加剤が含まれていてもよい。 In the present invention, the substrate material is preferably one whose zeta potential is controllable and which is easy to mold. Examples of such materials include polyolefin, polystyrene, and polyethylene terephthalate. Polyolefin is a general term for polymers that have hydrocarbon double bonds inside, and among polyolefins, it is preferable to use polyethylene or polypropylene, which are versatile. In addition, the substrate may be a mixture or copolymer of these materials, and may contain additives such as plasticizers.
本発明における基材の形状としては、フィルムであることが好ましい。フィルム状の基材を用いて作製した細胞培養基材は、シャーレやプレートに敷いて使用することや、フィルムを溶着して細胞培養バッグの形態で使用することができる。また、フィルムは単層でもよく、多層構造であってもよい。 The substrate in the present invention is preferably in the form of a film. A cell culture substrate prepared using a film-like substrate can be used by laying it on a petri dish or plate, or the film can be welded and used in the form of a cell culture bag. The film may be a single layer or a multilayer structure.
基材のゼータ電位を制御する方法は特に限定はないが、一例としてプラズマ処理が挙げられる。プラズマ処理とは、酸素原子または窒素原子を含むガス雰囲気下で放電して、電離作用によって生じるプラズマを照射することにより、基材表面の親水性を向上させる方法である。プラズマ処理における放電としては、コロナ放電(高圧低温)、アーク放電(高圧高温)、グロー放電(低圧低温)、大気圧プラズマがあり、フィルムのような薄い基材に対してはダメージが少ないことからグロー放電もしくは大気圧プラズマを用いることが好ましい。 There are no particular limitations on the method for controlling the zeta potential of the substrate, but one example is plasma treatment. Plasma treatment is a method for improving the hydrophilicity of the substrate surface by irradiating the substrate with plasma generated by ionization after discharging the gas in an atmosphere containing oxygen or nitrogen atoms. Discharge in plasma treatment includes corona discharge (high pressure, low temperature), arc discharge (high pressure, high temperature), glow discharge (low pressure, low temperature), and atmospheric pressure plasma. Glow discharge or atmospheric pressure plasma is preferably used for thin substrates such as films, as they cause less damage.
本発明において、被覆する重合体の構造に特に限定はないが、一例としてブロック共重合体が挙げられる。ブロック共重合体とは、2種類以上の繰り返し単位からなる重合体で、それぞれ同種の繰り返し単位からなる高分子鎖が、1本の鎖の中に結合している重合体をいう。 In the present invention, there is no particular limitation on the structure of the coating polymer, but one example is a block copolymer. A block copolymer is a polymer consisting of two or more types of repeating units, in which polymer chains consisting of the same type of repeating units are bonded together in a single chain.
重合体の特徴に限定はないが、刺激応答性を有することが好ましく、一例として温度応答性を有することが挙げられる。温度応答性ブロック共重合体とは、繰返し単位の少なくとも1種類が温度応答性の繰返し単位を含むブロック共重合体をいう。温度応答性の繰返し単位は、それぞれ特有の下限臨界溶解温度(LCST;Lower Critical Solution Temperature)を有する。LCSTとは、この温度よりも低い温度では高分子が水に溶解して透明の溶液になるが、この温度よりも高い温度では不溶化して白濁するか沈殿が生じ、相分離する温度である。LCSTを示すことと、温度応答性を有するということは同義として取り扱うことができる。LCSTは20℃~40℃の範囲にあることが好ましく、25℃~35℃の範囲にあることがさらに好ましい。温度応答性の繰返し単位とその水に対するLCSTは、例えば、N-イソプロピルアクリルアミド(LCST=32℃)、N-n-プロピルメタクリルアミド(LCST=22℃)、N-テトラヒドロフルフリルアクリルアミド(LCST=28℃)、N-エトキシエチルアクリルアミド(LCST=35℃)、N,N-ジエチルアクリルアミド(LCST=32℃)、N-n-プロピルメタクリルアミド(LCST=28℃)、N-テトラヒドロフルフリルメタクリルアミド(LCST=35℃)、N-メチル-N-イソプロピルアクリルアミド(LCST=23℃)、又はN-メチル-N-n-プロピルアクリルアミド(LCST=20℃)等が例示できる。LCSTは水溶液の濃度で発現する温度が前後するが、N-イソプロピルアクリルアミドはLCST発現の濃度依存性が低いため好ましい。本発明における温度応答性ブロック共重合体に用いる温度応答性の繰返し単位は、1種類のみでもよく、2種類以上を組み合わせてあってもよい。 There are no limitations on the characteristics of the polymer, but it is preferable that it has stimuli responsiveness, and one example is that it has temperature responsiveness. A temperature-responsive block copolymer is a block copolymer in which at least one of the repeating units contains a temperature-responsive repeating unit. Each temperature-responsive repeating unit has its own lower critical solution temperature (LCST). The LCST is the temperature below which a polymer dissolves in water and becomes a transparent solution, but above which it becomes insoluble and becomes cloudy or precipitates, resulting in phase separation. The presence of an LCST can be treated as synonymous with the presence of temperature responsiveness. The LCST is preferably in the range of 20°C to 40°C, and more preferably in the range of 25°C to 35°C. Examples of temperature-responsive repeating units and their LCSTs with respect to water include N-isopropylacrylamide (LCST = 32°C), N-n-propylmethacrylamide (LCST = 22°C), N-tetrahydrofurfuryl acrylamide (LCST = 28°C), N-ethoxyethylacrylamide (LCST = 35°C), N,N-diethylacrylamide (LCST = 32°C), N-n-propylmethacrylamide (LCST = 28°C), N-tetrahydrofurfurylmethacrylamide (LCST = 35°C), N-methyl-N-isopropylacrylamide (LCST = 23°C), and N-methyl-N-n-propylacrylamide (LCST = 20°C). The temperature at which the LCST appears varies depending on the concentration of the aqueous solution, but N-isopropylacrylamide is preferred because it has low concentration dependency for the appearance of the LCST. The temperature-responsive repeating units used in the temperature-responsive block copolymer of the present invention may be one type only, or two or more types may be combined.
温度応答性ブロック共重合体を基材に被覆する場合は、温度応答性の繰返し単位の他に基材に固定するための繰返し単位を含むことが好ましい。例えばスチレンやその誘導体、2-メトキシエチルアクリレート、n-プロピルアクリレート、n-プロピルメタクリレート、n-ブチルアクリレート、n-ブチルメタクリレート等を例示でき、2-メトキシエチルアクリレートの繰返し単位とn-ブチルアクリレートの繰返し単位とN-イソプロピルアクリルアミドの繰返し単位とを含んでなる温度応答性ブロック共重合体が特に好ましい。 前記重合体は特に限定は無いがその合成方法としては、株式会社エヌ・ティー・エス発行、“ラジカル重合ハンドブック”、p.161~225(2010)に記載のリビングラジカル重合技術を用いて、合成する方法を用いることができる。 When a temperature-responsive block copolymer is coated on a substrate, it is preferable that the block copolymer contains a repeating unit for fixing the block copolymer to the substrate in addition to the temperature-responsive repeating unit. Examples of the repeating units include styrene and its derivatives, 2-methoxyethyl acrylate, n-propyl acrylate, n-propyl methacrylate, n-butyl acrylate, and n-butyl methacrylate. A temperature-responsive block copolymer containing a repeating unit of 2-methoxyethyl acrylate, a repeating unit of n-butyl acrylate, and a repeating unit of N-isopropylacrylamide is particularly preferable. The polymer is not particularly limited, but the synthesis method thereof can be a method using the living radical polymerization technique described in "Radical Polymerization Handbook" published by NTS Co., Ltd., pp. 161-225 (2010).
以下に本発明の実施例を説明するが、本発明はこれら実施例により何ら制限されるものではない。なお、断りのない限り、試薬は市販品を用いた。 The following examples of the present invention are provided, but the present invention is not limited to these examples. Unless otherwise noted, commercially available reagents were used.
<ブロック共重合体の組成>
核磁気共鳴測定装置(日本電子製、商品名:JNM-ECZ400S/L1)を用いたプロトン核磁気共鳴分光(1H-NMR)スペクトル分析より求めた。
<Composition of block copolymer>
The values were determined by proton nuclear magnetic resonance spectroscopy ( 1 H-NMR) spectrum analysis using a nuclear magnetic resonance measuring device (manufactured by JEOL Ltd., product name: JNM-ECZ400S/L1).
<ブロック共重合体の分子量、分子量分布>
重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)および分子量分布(Mw/Mn)は、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)によって測定した。GPC装置は東ソー製HLC-8320GPCを用い、カラムは東ソー製TSKgelSuperAWM-Hを2本用い、カラム温度を40℃に設定し、溶離液は10mMトリフルオロ酢酸ナトリウムを含む2,2,2-トリフルオロエタノール溶液を用いて測定した。測定試料は1.0mg/mLで調製して測定した。分子量の検量線は、分子量既知のポリメタクリル酸メチル(ポリマーラボラトリーズ製)を用いた。
<Molecular weight and molecular weight distribution of block copolymer>
Weight average molecular weight (Mw), number average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution (Mw/Mn) were measured by gel permeation chromatography (GPC). The GPC apparatus used was a Tosoh HLC-8320GPC, and two Tosoh TSKgel Super AWM-H columns were used. The column temperature was set to 40°C, and the eluent was a 2,2,2-trifluoroethanol solution containing 10 mM sodium trifluoroacetate. The measurement sample was prepared at 1.0 mg/mL and measured. For the molecular weight calibration curve, polymethyl methacrylate (Polymer Laboratories) with a known molecular weight was used.
<ブロック共重合体の合成例>
200mL2口フラスコに2-メトキシエチルアクリレート(MEA)0.650g(5mmol)を加え、さらにシアノメチルドデシルトリチオカルボナトを31.8mg(100μmol)とアゾビスイソブチロニトリル1.6mg(10μmol)とtert-ブチルアルコール10mLを加え、アルゴンガス置換後、62℃で24時間加熱撹拌した。
<Synthesis example of block copolymer>
To a 200 mL two-neck flask, 0.650 g (5 mmol) of 2-methoxyethyl acrylate (MEA) was added, and then 31.8 mg (100 μmol) of cyanomethyl dodecyl trithiocarbonate, 1.6 mg (10 μmol) of azobisisobutyronitrile, and 10 mL of tert-butyl alcohol were added. After replacing with argon gas, the mixture was heated and stirred at 62° C. for 24 hours.
1回目の加熱撹拌後、n-ブチルアクリレート(BA)3.845g(30mmol)を加え、さらにアゾビスイソブチロニトリル1.6mg(10μmol)とtert-ブチルアルコール5mLを加え、アルゴンガス置換後、62℃で24時間加熱撹拌した。 After the first heating and stirring, 3.845 g (30 mmol) of n-butyl acrylate (BA) was added, followed by 1.6 mg (10 μmol) of azobisisobutyronitrile and 5 mL of tert-butyl alcohol. After replacing with argon gas, the mixture was heated and stirred at 62°C for 24 hours.
2回目の加熱撹拌後、上記にN-イソプロピルアクリルアミド(IPAAm LCST=32℃)7.355g(65mmol)を加え、さらにアゾビスイソブチロニトリル1.6mg(10μmol)とtert-ブチルアルコール85mLを加え、アルゴンガス置換後、62℃で24時間加熱撹拌した。 After the second heating and stirring, 7.355 g (65 mmol) of N-isopropylacrylamide (IPAAm LCST = 32°C) was added to the above, followed by 1.6 mg (10 μmol) of azobisisobutyronitrile and 85 mL of tert-butyl alcohol. After replacing with argon gas, the mixture was heated and stirred at 62°C for 24 hours.
3回目の加熱撹拌後、反応液を水で再沈精製し、減圧乾燥することで黄色固体を得た。得られた黄色固体をクロロホルムに溶解し、分液ロートを用いクロロホルム相を回収した。回収したクロロホルム相をエバポレーターで濃縮し、ヘプタンで再沈精製した。沈殿物をろ過で回収し、減圧乾燥することで、ブロック共重合体poly(MEA-BA-IPAAm)を8.295g得た。得られたブロック共重合体の組成はMEA:BA:IPAAm=5:30:65(mol%)、Mnは11.8×104、Mw/Mnは1.45であった。 After the third heating and stirring, the reaction solution was purified by reprecipitation with water and dried under reduced pressure to obtain a yellow solid. The obtained yellow solid was dissolved in chloroform, and the chloroform phase was collected using a separatory funnel. The collected chloroform phase was concentrated with an evaporator and purified by reprecipitation with heptane. The precipitate was collected by filtration and dried under reduced pressure to obtain 8.295 g of a block copolymer poly(MEA-BA-IPAAm). The composition of the obtained block copolymer was MEA:BA:IPAAm=5:30:65 (mol%), Mn was 11.8×10 4 , and Mw/Mn was 1.45.
<基材のゼータ電位>
基材のゼータ電位はゼータ電位計(大塚電子製、ELS-2)を用いて測定した。平板用セルユニットに試料をセットした。モニター粒子溶液(大塚電子製)を10mMの塩化ナトリウム(和光純薬製)水溶液で100倍に希釈して、モニター用の電気泳動液とした。Smoluchowski法を用いてゼータ電位を算出した
<基材に対する水の接触角>
基材に対する水の接触角は接触角計(協和界面科学(株)製、DMs-401)を用いて測定した。純水1μLを試料表面に着液させ、θ/2法で解析して接触角を測定した。
<Zeta potential of substrate>
The zeta potential of the substrate was measured using a zeta potential meter (ELS-2, manufactured by Otsuka Electronics). The sample was set in a flat cell unit. The monitor particle solution (manufactured by Otsuka Electronics) was diluted 100 times with a 10 mM aqueous solution of sodium chloride (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) to prepare an electrophoretic liquid for monitoring. The zeta potential was calculated using the Smoluchowski method. <Contact angle of water on substrate>
The contact angle of water with respect to the substrate was measured using a contact angle meter (DMs-401, manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.). 1 μL of pure water was applied to the sample surface, and the contact angle was measured by analysis using the θ/2 method.
<ブロック共重合溶液の調製>
ブロック共重合体30mgにエタノールを29.970g添加し、撹拌で全て溶解させ、0.10wt%のブロック共重合体溶液1を調製した。
<Preparation of Block Copolymer Solution>
29.970 g of ethanol was added to 30 mg of the block copolymer and completely dissolved by stirring to prepare a 0.10 wt % block copolymer solution 1.
ブロック共重合体15mgにエタノールを29.985g添加し、撹拌で全て溶解させ、0.05wt%のブロック共重合体溶液2を調製した。 29.985 g of ethanol was added to 15 mg of block copolymer and completely dissolved by stirring to prepare a 0.05 wt % block copolymer solution 2.
<ブロック共重合体の被覆量>
ブロック共重合体の被覆量は全反射型フーリエ変換型赤外分光(ATR/FT-IR)法により測定した。基板に特有のピークとブロック共重合体に特有のピークの強度比を解析した。被覆量が既知のモデルサンプルを用いて検量線を作成し、ブロック共重合体の被覆量を測定した。
<Coating amount of block copolymer>
The coating amount of the block copolymer was measured by total reflection Fourier transform infrared spectroscopy (ATR/FT-IR). The intensity ratio of the peak specific to the substrate and the peak specific to the block copolymer was analyzed. A calibration curve was created using a model sample with a known coating amount, and the coating amount of the block copolymer was measured.
(実施例1)
低密度ポリエチレンフィルム(東ソー製)を直径5cmの円形にカットし、ソフトプラズマエッチング装置(メイワフォーシス製、SEDE-P)を用いて、空気中、10Pa、10mAで5分間のプラズマ処理を施した。このフィルムのゼータ電位を測定した所、-33mVであった。また、このフィルムに対する水の接触角を測定した所、38°であった。
Example 1
A low-density polyethylene film (manufactured by Tosoh) was cut into a circle with a diameter of 5 cm, and was subjected to a plasma treatment in air at 10 Pa and 10 mA for 5 minutes using a soft plasma etching device (manufactured by Meiwa Force Systems, SEDE-P). The zeta potential of this film was measured to be -33 mV. The contact angle of water with this film was also measured to be 38°.
上記フィルムを、ブロック共重合体溶液1中に含侵し、自然乾燥することでフィルムにブロック共重合体を塗布し、細胞培養基材を作製した。この細胞培養基材表面のブロック共重合体の被覆量を測定した所、7.3μg/cm2であった。 The above-mentioned film was immersed in the block copolymer solution 1 and naturally dried to coat the film with the block copolymer, thereby producing a cell culture substrate. The coating amount of the block copolymer on the surface of this cell culture substrate was measured and found to be 7.3 μg/ cm2 .
上記方法で作製した細胞培養基材を、浮遊細胞用無処理ディッシュ(AGCテクノグラス製、1010-060)に設置し、骨髄由来ヒト間葉系幹細胞(ロンザジャパン製、Product Code:PT-2501、Lot Number:0000603525)を1.0×105cells/dish播種し、37℃、CO2濃度5%で培養した。培養液にはウシ胎児血清(コロンビア産)を10vol%含むダルベッコ・フォークト変法イーグル最小必須培地(10vol%FBS/DMEM)を用いた。6日間培養後、培養液を抜き、新たに4℃に冷却した培養液を加え、室温で20分間冷却した。20分後、ピペッターを用いて培養面の全面に培養液を当てるようにピペッティングした後、細胞ごと培養液を回収した。細胞数を測定したところ、冷却処理によって回収できた細胞数(冷却後回収細胞数)は1.11×105cellsであった。また、冷却処理後に基材に残った細胞をトリプシン処理で回収し、前記冷却後回収細胞数と足し合わせて全細胞数を求めたところ、1.99×105cellsであった。以上より、冷却処理による細胞回収率は56%であった。また、初期播種数に対する増殖後の細胞数より細胞増殖率を求めたところ、199%であった。 The cell culture substrate prepared by the above method was placed on a non-treated dish for floating cells (AGC Technoglass, 1010-060), and bone marrow-derived human mesenchymal stem cells (Lonza Japan, Product Code: PT-2501, Lot Number: 0000603525) were seeded at 1.0 x 10 5 cells/dish, and cultured at 37 ° C and 5% CO 2 concentration. The culture medium used was Dulbecco-Voigt modified Eagle's minimum essential medium (10 vol% FBS/DMEM) containing 10 vol% fetal bovine serum (Colombia). After culturing for 6 days, the culture medium was removed, and a new culture medium cooled to 4 ° C was added, and cooled at room temperature for 20 minutes. After 20 minutes, the culture medium was pipetted using a pipetter so that the culture medium was applied to the entire surface of the culture surface, and the culture medium was collected together with the cells. The number of cells was measured, and the number of cells recovered by the cooling treatment (number of cells recovered after cooling) was 1.11 x 10 5 cells. The cells remaining on the substrate after the cooling treatment were recovered by trypsin treatment, and the total number of cells was calculated by adding this to the number of cells recovered after cooling, and the total number of cells was 1.99 x 10 5 cells. From the above, the cell recovery rate by the cooling treatment was 56%. The cell proliferation rate was calculated from the number of cells after proliferation relative to the initial seeding number, and was 199%.
(実施例2)
ブロック共重合体溶液2を用いたこと以外は実施例1と同様の方法で細胞培養基材を作製した。ブロック共重合体を被覆する前のフィルムのゼータ電位は-33mVであり、接触角は38°であった。ブロック共重合体の被覆量は、3.0μg/cm2であった。実施例1と同様の方法で細胞培養および冷却による回収を行った。その結果、冷却処理による細胞回収率は46%であった。また、細胞増殖率は161%であった。
Example 2
A cell culture substrate was prepared in the same manner as in Example 1, except that block copolymer solution 2 was used. The zeta potential of the film before coating with the block copolymer was −33 mV, and the contact angle was 38°. The coating amount of the block copolymer was 3.0 μg/ cm2 . Cell culture and recovery by cooling were performed in the same manner as in Example 1. As a result, the cell recovery rate by cooling treatment was 46%. In addition, the cell proliferation rate was 161%.
(比較例1)
フィルムにプラズマ処理を施していないこと以外は実施例1と同様の方法で細胞培養基材を作製した。ブロック共重合体を被覆する前のフィルムのゼータ電位は-51mVであり、接触角は119°であった。ブロック共重合体の被覆量は、3.8μg/cm2であった。実施例1と同様の方法で細胞培養を行ったが、細胞が基材に接着しなかったため、増殖もしなかった。
(Comparative Example 1)
A cell culture substrate was prepared in the same manner as in Example 1, except that the film was not subjected to plasma treatment. The zeta potential of the film before coating with the block copolymer was −51 mV, and the contact angle was 119°. The coating amount of the block copolymer was 3.8 μg/ cm2 . Cell culture was performed in the same manner as in Example 1, but the cells did not adhere to the substrate and did not proliferate.
(比較例2)
ブロック共重合体溶液を塗布しなかったこと以外は実施例1と同様の方法で細胞培養基材を作製した。ブロック共重合体を被覆する前のフィルムのゼータ電位は-33mVであり、接触角は38°であった。実施例1と同様の方法で細胞培養および冷却による回収を行った。その結果、冷却処理による細胞回収率は10%であった。また、細胞増殖率は192%であった。
(Comparative Example 2)
A cell culture substrate was prepared in the same manner as in Example 1, except that the block copolymer solution was not applied. The zeta potential of the film before coating with the block copolymer was −33 mV, and the contact angle was 38°. Cell culture and recovery by cooling were performed in the same manner as in Example 1. As a result, the cell recovery rate by cooling treatment was 10%. In addition, the cell proliferation rate was 192%.
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