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JP7622933B2 - SHEET-SHAPED CELL STRUCTURE, METHOD FOR PRODUCING SHEET-SHAPED CELL STRUCTURE, AND METHOD FOR PRODUCING SHEET-SHAPED CELL STRUCTURE - Google Patents
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JP7622933B2 - SHEET-SHAPED CELL STRUCTURE, METHOD FOR PRODUCING SHEET-SHAPED CELL STRUCTURE, AND METHOD FOR PRODUCING SHEET-SHAPED CELL STRUCTURE - Google Patents

SHEET-SHAPED CELL STRUCTURE, METHOD FOR PRODUCING SHEET-SHAPED CELL STRUCTURE, AND METHOD FOR PRODUCING SHEET-SHAPED CELL STRUCTURE Download PDF

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本明細書では、シート状細胞構造物、シート状細胞構造物の加工方法、及び、シート状細胞構造物の製造方法を開示する。 This specification discloses a sheet-shaped cell structure, a method for processing a sheet-shaped cell structure, and a method for manufacturing a sheet-shaped cell structure.

細胞工学によって立体的かつ多種の細胞から成る機能的な組織を形成することが可能となっている。人工的に作製される組織の代表的なものとして細胞シートが挙げられ、これは再生医療の分野で活発に使用され、治癒の促進や組織の代替物として患者に移植されている。また胚性幹細胞(ES細胞)、人工多能性幹細胞(iPS細胞)等の多能性幹細胞を用いることで、自己組織的に臓器や組織の類似構造物(オルガノイド)を形成することが可能となっている。
特許文献1には、胚性幹細胞或いは人工多能性幹細胞から腸と同等の機能を有する腸オルガノイドを作製する方法が記載されている。
Cell engineering has made it possible to form functional tissues that are three-dimensional and made up of a variety of cells. Cell sheets are a representative example of artificially produced tissues, and are actively used in the field of regenerative medicine, where they are transplanted into patients to promote healing and as tissue substitutes. In addition, by using pluripotent stem cells such as embryonic stem cells (ES cells) and induced pluripotent stem cells (iPS cells), it has become possible to form self-organizing structures similar to organs and tissues (organoids).
Patent Document 1 describes a method for producing intestinal organoids having functions equivalent to those of the intestine from embryonic stem cells or induced pluripotent stem cells.

特許文献2には、血管が張り巡らされている中空器官を作製する方法であって、a)ヒト腸オルガノイド(HIO)を免疫不全の生物に移植する工程を有し、前記HIOはヒト胚幹細胞(ESC)及び/または人工多能性幹細胞(iPSC)から得られ、前記移植する工程の間に前記HIOが成熟腸組織を形成する、方法が記載されている。この方法は、免疫不全生物の生体内での成熟を要する。 Patent document 2 describes a method for producing a vascularized hollow organ, comprising the steps of a) transplanting human intestinal organoids (HIOs) into an immunodeficient organism, the HIOs being derived from human embryonic stem cells (ESCs) and/or induced pluripotent stem cells (iPSCs), and during the transplantation step, the HIOs form mature intestinal tissue. This method requires in vivo maturation in the immunodeficient organism.

特許文献3には、(a)未分化胚性幹細胞を回収し、回収された該未分化胚性幹細胞をBDNFを含む培地中でハンギングドロップ培養し、胚様体を誘導する工程、(b)工程(a)で誘導された胚様体を培養ディッシュ上に付着させ、さらに培養する工程、を含んでなる、壁内神経系を備えた腸管様細胞塊を構築する方法が記載されている。この方法で得られた腸管様細胞塊は、蠕動運動能を有する。この方法で得られる腸管様細胞塊はサイズが小さくμmスケールである。 Patent Document 3 describes a method for constructing an intestinal tract-like cell mass equipped with an intramural nervous system, comprising the steps of (a) recovering undifferentiated embryonic stem cells, and inducing embryoid bodies by hanging drop culture of the recovered undifferentiated embryonic stem cells in a medium containing BDNF, and (b) attaching the embryoid bodies induced in step (a) onto a culture dish and further culturing them. The intestinal tract-like cell mass obtained by this method has peristaltic motility. The intestinal tract-like cell mass obtained by this method is small in size, on the μm scale.

特許文献4には、組織傷害或いは組織欠損部を修復するための生体適合性組織インプラントが記載されている。この生体適合性組織インプラントは、組織部位に移植するのに好適な形状を有する生体組織スライスを含み、前記組織スライスが有効量の生細胞を含み、前記組織スライスが、前記生細胞が前記組織スライスから遊走して増殖し、前記組織傷害或いは組織欠損部の組織と一体化できるような寸法を有することを特徴とする。特許文献4には、前記生体適合性組織インプラントが、細胞外基質物質(ECM)を有することが記載されている。しかし特許文献4では、前記生体適合性組織インプラントを細胞培養により自己組織的に形成することは記載されていない。 Patent Document 4 describes a biocompatible tissue implant for repairing tissue damage or tissue defects. The biocompatible tissue implant includes a biological tissue slice having a shape suitable for transplantation into a tissue site, the tissue slice includes an effective amount of living cells, and the tissue slice has dimensions that allow the living cells to migrate and proliferate from the tissue slice and integrate with the tissue at the tissue damage or tissue defect. Patent Document 4 describes that the biocompatible tissue implant includes an extracellular matrix material (ECM). However, Patent Document 4 does not describe the formation of the biocompatible tissue implant in a self-organizing manner by cell culture.

特開2014-236716号公報JP 2014-236716 A 特表2017-532964号公報Special table 2017-532964 publication 特開2006-239169号公報JP 2006-239169 A 特開2005-169112号公報JP 2005-169112 A

従来の細胞シートやオルガノイドはヒト組織や臓器の部分的な模倣を可能にしている一方、ヒト組織や臓器を完全に代替することは多くの局面で困難である。その原因として、現在の技術レベルで作製される組織のサイズに限度があることや、細胞の層構造の形成が不完全であることが挙げられる。特に、小腸の機能を模したオルガノイドには小腸上皮細胞が必要であるが、小腸上皮細胞は近年までその培養すら困難であった。
例えば、特許文献3に記載の蠕動運動能を有する腸管様細胞塊は、サイズが非常に小さく(μmスケール)、移植に適したものではない。
While conventional cell sheets and organoids have made it possible to partially mimic human tissues and organs, it is difficult in many aspects to completely replace human tissues and organs. This is due to the limited size of tissues that can be produced at the current technological level and the incomplete formation of cell layer structures. In particular, small intestinal epithelial cells are required for organoids that mimic the functions of the small intestine, but until recently, it was difficult to even culture small intestinal epithelial cells.
For example, the intestine-like cell mass having peristaltic motility ability described in Patent Document 3 is very small in size (μm scale) and is not suitable for transplantation.

特許文献4に記載の生体適合性組織インプラントは、細胞工学により細胞を配置して形成されるものであり、細胞培養により自己組織的に形成されるものではないため、細胞の層構造は生体内組織での本来の層構造とは異なる。 The biocompatible tissue implant described in Patent Document 4 is formed by arranging cells using cell engineering, and is not formed in a self-organizing manner by cell culture, so the layered structure of the cells differs from the original layered structure of tissue in the body.

また、特許文献2に記載の成熟腸組織を有し血管が張り巡らされている中空器官は、非ヒト動物の生体内での成熟を経て作製されるため、ヒトへの移植に適したものではない。 In addition, the hollow organ having mature intestinal tissue and vascular network described in Patent Document 2 is produced through maturation in the body of a non-human animal, and is therefore not suitable for transplantation into humans.

小腸は三胚葉(内胚葉、外胚葉、中胚葉)に由来する細胞を含む複雑な器官である。小腸は、内胚葉に由来する小腸上皮細胞(腸細胞、杯細胞、内分泌細胞、刷子細胞、パネート細胞、M細胞等)、中胚葉に由来するリンパ組織、平滑筋細胞、カハール介在細胞、外胚葉に由来する腸管神経叢等が複雑に組み合わされて、分泌、吸収、蠕動運動等の機能を奏する。従来、小腸のように内胚葉系細胞、外胚葉系細胞、及び中胚葉系細胞を含み、且つ、移植に適したシート状の細胞構造物は提供されていない。 The small intestine is a complex organ containing cells derived from three germ layers (endoderm, ectoderm, and mesoderm). The small intestine is a complex combination of small intestinal epithelial cells (enterocytes, goblet cells, endocrine cells, brush cells, Paneth cells, M cells, etc.) derived from the endoderm, lymphatic tissue, smooth muscle cells, and interstitial cells of Cajal, and enteric plexus derived from the ectoderm, which perform functions such as secretion, absorption, and peristalsis. Until now, no sheet-shaped cell structure suitable for transplantation that contains endodermal cells, ectoderm cells, and mesodermal cells like the small intestine has been provided.

そこで本明細書では、移植に適した、異種由来成分不存在条件で作製することができる小腸の腸管壁に類似した細胞層構造を有するシート状細胞構造物を開示する。 This specification discloses a sheet-like cell structure that has a cell layer structure similar to that of the small intestine wall, which is suitable for transplantation and can be produced in the absence of xenogeneic components.

本開示は、以下の発明を包含する。
(1)内胚葉系細胞、外胚葉系細胞、及び中胚葉系細胞を含む、面積が20mm以上のシート状細胞構造物。
(2)第1の表面の側に内胚葉系細胞を含み、
第2の表面の側に外胚葉系細胞及び/又は中胚葉系細胞を含む、(1)に記載のシート状細胞構造物。
(3)前記第1の表面の側に小腸上皮細胞層を含む、(1)又は(2)に記載のシート状細胞構造物。
(4)粘膜下層様の層を更に含む、(3)に記載のシート状細胞構造物。
(5)胚性幹細胞又は人工多能性幹細胞に由来する、(1)~(4)のいずれかに記載のシート状細胞構造物。
(6)リンパ球を含まない、(1)~(5)のいずれかに記載のシート状細胞構造物。
(7)ムチン及び抗菌ペプチド産生能を有する、(1)~(6)のいずれかに記載のシート状細胞構造物。
(8)蠕動運動能を有する、(1)~(7)のいずれかに記載のシート状細胞構造物。
(9)異種由来成分を含まない、(1)~(8)のいずれかに記載のシート状細胞構造物。
(10)前記シート状細胞構造物を平坦面上に静置した状態で、
前記シート状細胞構造物の平坦面と反対側の表面上の、最も低い位置の高さをA、最も高い位置の高さをBとしたとき、A/Bが0.003以上である、(1)~(9)のいずれかに記載のシート状細胞構造物。
(11)前記シート状細胞構造物を平坦面上に静置した状態で、
前記シート状細胞構造物の平坦面と反対側の表面上の、最も低い位置の高さをA、最も高い位置の高さをBとしたとき、A/Bが0.40以下である、(1)~(9)のいずれかに記載のシート状細胞構造物。
(12)(1)~(11)のいずれかに記載のシート状細胞構造物を加工する方法であって、
前記シート状細胞構造物を、鋳型面に接するように配置すること、
前記シート状細胞構造物を前記鋳型面に沿った形状に加工すること、
を含む方法。
(13)前記鋳型面が平坦な面であり、
加工に供される前記シート状細胞構造物が、(10)に記載のシート状細胞構造物である、(12)に記載の方法。
(14)前記鋳型面が歪曲及び/又は凹凸を有する面である、(12)に記載の方法。
(15)内胚葉系細胞、外胚葉系細胞、及び中胚葉系細胞を含む、面積が20mm以上のシート状細胞構造物の製造方法であって、
内腔を内包し、長軸方向の長さが5mm以上である、内胚葉系細胞、外胚葉系細胞、及び中胚葉系細胞を含む袋状細胞構造物から、前記シート状細胞構造物を切り出すことを含む方法。
(16)前記袋状細胞構造物が、外側の表面の側に内胚葉系細胞を含み、内側の表面の側に外胚葉系細胞及び/又は中胚葉系細胞を含む、(15)に記載の方法。
(17)前記袋状細胞構造物が、外側の表面の側に小腸上皮細胞層を含む、(15)又は(16)に記載の方法。
The present disclosure includes the following inventions.
(1) A sheet-shaped cell structure having an area of 20 mm2 or more , comprising endodermal cells, ectodermal cells, and mesodermal cells.
(2) containing endodermal cells on a first surface side;
A sheet-shaped cell structure according to (1), comprising ectodermal cells and/or mesodermal cells on the second surface side.
(3) A sheet-shaped cell structure described in (1) or (2), comprising a small intestinal epithelial cell layer on the side of the first surface.
(4) The sheet-shaped cell structure described in (3), further comprising a submucosa-like layer.
(5) The sheet-shaped cell structure according to any one of (1) to (4), which is derived from embryonic stem cells or induced pluripotent stem cells.
(6) A sheet-shaped cell structure described in any one of (1) to (5), which does not contain lymphocytes.
(7) A sheet-shaped cell structure described in any one of (1) to (6), which has the ability to produce mucin and antimicrobial peptides.
(8) A sheet-shaped cell structure described in any one of (1) to (7) above, which has peristaltic motility.
(9) A sheet-shaped cell structure described in any one of (1) to (8), which does not contain any heterologous components.
(10) The sheet-shaped cell structure is placed on a flat surface,
A sheet-shaped cell structure described in any of (1) to (9), wherein A/B is 0.003 or more, where A is the height of the lowest point on the surface opposite the flat surface of the sheet-shaped cell structure and B is the height of the highest point.
(11) The sheet-shaped cell structure is placed on a flat surface,
A sheet-shaped cell structure described in any of (1) to (9), wherein A/B is 0.40 or less, where A is the height of the lowest point on the surface opposite the flat surface of the sheet-shaped cell structure and B is the height of the highest point.
(12) A method for processing the sheet-shaped cell structure according to any one of (1) to (11), comprising the steps of:
Placing the sheet-shaped cell structure in contact with a template surface;
processing the sheet-shaped cell structure into a shape that conforms to the template surface;
The method includes:
(13) The mold surface is a flat surface,
The method according to (12), wherein the sheet-shaped cell structure to be processed is the sheet-shaped cell structure according to (10).
(14) The method according to (12), wherein the mold surface is a curved and/or uneven surface.
(15) A method for producing a sheet-shaped cell structure containing endodermal cells, ectodermal cells, and mesodermal cells and having an area of 20 mm2 or more , comprising:
A method comprising cutting out a sheet-like cell structure from a pouch-like cell structure that contains an inner lumen and has a longitudinal length of 5 mm or more and contains endodermal cells, ectodermal cells, and mesodermal cells.
(16) The method according to (15), wherein the pouch-like cell structure contains endodermal cells on the outer surface side and ectodermal cells and/or mesodermal cells on the inner surface side.
(17) The method according to (15) or (16), wherein the pouch-like cell structure comprises a small intestinal epithelial cell layer on the outer surface side.

本開示の一以上の実施形態に係るシート状細胞構造物は移植に適している。
本開示の一以上の実施形態に係るシート状細胞構造物は加工が容易である。
本開示の一以上の実施形態に係る方法によれば、移植に適したシート状細胞構造物を製造することができる。
The sheet-shaped cell structure according to one or more embodiments of the present disclosure is suitable for transplantation.
The sheet-like cellular structure according to one or more embodiments of the present disclosure is easy to process.
According to the method according to one or more embodiments of the present disclosure, a sheet-shaped cell structure suitable for transplantation can be produced.

図1は、袋状細胞構造物からのシート状細胞構造物の製造方法を説明するための図である。図1Aは、内腔22を内包する、内胚葉系細胞、外胚葉系細胞、及び中胚葉系細胞を含む袋状細胞構造物20を示す。図1Bは、袋状細胞構造物20の壁部21の一部を切り出して得られるシート状細胞構造物10を示す。Fig. 1 is a diagram for explaining a method for producing a sheet-shaped cell structure from a sac-shaped cell structure. Fig. 1A shows a sac-shaped cell structure 20 containing endodermal cells, ectodermal cells, and mesodermal cells, and containing a lumen 22. Fig. 1B shows a sheet-shaped cell structure 10 obtained by cutting out a part of a wall 21 of the sac-shaped cell structure 20. 図2は、袋状細胞構造物から切り出して得られたシート状細胞構造物の写真を示す。スケールバーは300μmを示す。Figure 2 shows a photograph of a sheet-like cell structure obtained by cutting out the pouch-like cell structure. The scale bar indicates 300 μm. 図3は、平坦又は歪曲の小さい形状のシート状細胞構造物10の断面を模式的に示す。FIG. 3 shows a schematic cross section of a sheet-like cell structure 10 having a flat or less distorted shape. 図4は、歪曲の大きいシート状細胞構造物10の断面を模式的に示す。FIG. 4 shows a schematic cross section of a sheet-shaped cell structure 10 with a large distortion. 図5は、歪曲したシート状細胞構造物10を平坦な鋳型面50に沿った形状に加工する方法を説明するための図である。図5Aは、歪曲したシート状細胞構造物10を、平坦な鋳型面50に接するように配置した状態を示す。図5Bは、歪曲したシート状細胞構造物10を平坦な鋳型面50に沿った形状に加工して、平坦なシート状細胞構造物10とした状態を示す。Figure 5 is a diagram for explaining a method for processing a distorted sheet-shaped cell structure 10 into a shape that conforms to a flat template surface 50. Figure 5A shows a state in which a distorted sheet-shaped cell structure 10 is placed in contact with a flat template surface 50. Figure 5B shows a state in which the distorted sheet-shaped cell structure 10 has been processed into a shape that conforms to the flat template surface 50 to form a flat sheet-shaped cell structure 10. 図6は、平坦なシート状細胞構造物10を歪曲した鋳型面60に沿った形状に加工する方法を説明するための図である。図6Aは、平坦なシート状細胞構造物10を、凸に歪曲した鋳型面60に接するように配置した状態を示す。図6Bは、平坦なシート状細胞構造物10を凸に歪曲した鋳型面60に沿った形状に加工して、歪曲したシート状細胞構造物10とした状態を示す。Figure 6 is a diagram for explaining a method for processing a flat sheet-like cell structure 10 into a shape that conforms to a distorted template surface 60. Figure 6A shows a flat sheet-like cell structure 10 placed in contact with a convexly distorted template surface 60. Figure 6B shows a distorted sheet-like cell structure 10 obtained by processing the flat sheet-like cell structure 10 into a shape that conforms to the convexly distorted template surface 60. 図7Aは、蠕動運動を繰り返すシート状細胞構造物の観察動画のなかの視野内最収縮像を示し、図7Bは、視野内膨張様像を示す。FIG. 7A shows an image of a contracting state within the field of view in a video of a sheet-shaped cellular structure repeating peristaltic movements, and FIG. 7B shows an image of an expanding state within the field of view. 図8は、D-MEM培地中で37℃にて5日間培養したシート状細胞構造物の蛍光顕微鏡による観察像を示す。生存細胞は、Calcein-AM溶液により緑色蛍光に染色され、死細胞は、PI溶液により赤色蛍光に染色されている。8 shows a fluorescence microscope image of a sheet-shaped cell structure cultured in D-MEM medium for 5 days at 37° C. Viable cells are stained fluorescently in green with a Calcein-AM solution, and dead cells are stained fluorescently in red with a PI solution. 図9Aは、半球状のシート状細胞構造物の厚みの測定結果である。横軸は、測定ピッチ0.03mmでのX軸上の測定点を示し、縦軸は厚み(単位mm)を示す。図9Bは、平坦なシート状細胞構造物の厚みの測定結果である。横軸は、測定ピッチ0.01mmでのX軸上の測定点を示し、縦軸は厚み(単位mm)を示す。Fig. 9A shows the measurement results of the thickness of a hemispherical sheet-like cell structure. The horizontal axis shows the measurement points on the X axis at a measurement pitch of 0.03 mm, and the vertical axis shows the thickness (unit: mm). Fig. 9B shows the measurement results of the thickness of a flat sheet-like cell structure. The horizontal axis shows the measurement points on the X axis at a measurement pitch of 0.01 mm, and the vertical axis shows the thickness (unit: mm).

<1.シート状細胞構造物の細胞層の特徴>
本開示に係るシート状細胞構造物は、内胚葉系細胞、外胚葉系細胞、及び中胚葉系細胞を含み、且つ、面積が20mm以上であることを特徴とする。
<1. Characteristics of the cell layer of the sheet-shaped cell structure>
The sheet-shaped cell structure according to the present disclosure is characterized in that it contains endodermal cells, ectodermal cells, and mesodermal cells, and has an area of 20 mm2 or more.

シート状細胞構造物の面積とは、シート状細胞構造物を平面視したときの見かけ上の面積を指す。前記面積が20mm以上であることで、炎症部、創傷部、病変部、手術後の縫合部等を被覆することができ、移植が容易である。前記面積は好ましくは30mm以上、より好ましくは50mm以上、より好ましくは80mm以上、より好ましくは100mm以上、より好ましくは150mm以上である。前記面積の上限は特に限定されないが、通常は2000mm以下である。 The area of the sheet-shaped cell structure refers to the apparent area when the sheet-shaped cell structure is viewed in a planar view. When the area is 20 mm2 or more, it is possible to cover inflamed areas, wounds, lesions, sutures after surgery, etc., and transplantation is easy. The area is preferably 30 mm2 or more, more preferably 50 mm2 or more, more preferably 80 mm2 or more, more preferably 100 mm2 or more, and more preferably 150 mm2 or more. There is no particular upper limit to the area, but it is usually 2000 mm2 or less.

シート状細胞構造物の平面視したときの形状は特に限定されないが、真円、楕円等の円形や、三角形、四角形等の多角形であることができる。 The shape of the sheet-shaped cell structure when viewed in a planar view is not particularly limited, but can be a circle, an ellipse, or other circular shape, or a polygon, such as a triangle or a rectangle.

本開示に係るシート状細胞構造物は好ましくは胚性幹細胞、人工多能性幹細胞等の多能性幹細胞に由来する。 The sheet-shaped cell structure according to the present disclosure is preferably derived from pluripotent stem cells such as embryonic stem cells and induced pluripotent stem cells.

ここで胚性幹細胞(ES細胞)は、好ましくは哺乳動物由来のES細胞であり、例えば、マウスなどのげっ歯類又はヒトなどの霊長類由来のES細胞などを使用することができる。特に好ましくは、マウス又はヒト由来のES細胞を使用する。ES細胞は、動物の発生初期段階である胚盤胞期の胚の一部に属する内部細胞塊より作られる幹細胞株を指し、生体外にて、理論上すべての組織に分化する分化多能性を保ちつつ、ほぼ無限に増殖させることができる。ES細胞としては、例えば、その分化の程度の確認を容易とするために、Pdx1遺伝子付近にレポーター遺伝子を導入した細胞を用いることができる。例えば、Pdx1座にLacZ遺伝子を組み込んだ129/Sv由来ES細胞株又はPdx1プロモーター制御下のGFPレポータートランスジーンをもつES細胞SK7株などを使用することができる。あるいは、Hnf3β内胚葉特異的エンハンサー断片制御下のmRFP1レポータートランスジーン及びPdx1プロモーター制御下のGFPレポータートランスジーンを有するES細胞PH3株を使用することもできる。また、国立成育医療研究センターの生殖・細胞医療研究部で樹立し、Akutsu H, et al. Regen Ther. 2015;1:18-29に開示したES細胞株である、SEES1、SEES2、SEES3、SEES4、SEES5、SEES6又はSEES7や、これらのES細胞株に更なる遺伝子を導入した細胞株を使用することもできる。 Here, the embryonic stem cells (ES cells) are preferably mammalian ES cells, and for example, ES cells derived from rodents such as mice or primates such as humans can be used. Particularly preferably, ES cells derived from mice or humans are used. ES cells refer to stem cell lines made from inner cell masses belonging to a part of an embryo at the blastocyst stage, which is an early stage of animal development, and can be proliferated almost indefinitely outside the body while maintaining the pluripotency to theoretically differentiate into all tissues. As ES cells, for example, cells in which a reporter gene has been introduced near the Pdx1 gene can be used to facilitate confirmation of the degree of differentiation. For example, 129/Sv-derived ES cell lines in which the LacZ gene has been incorporated into the Pdx1 locus or ES cell lines SK7 having a GFP reporter transgene under the control of the Pdx1 promoter can be used. Alternatively, ES cell lines PH3 having an mRFP1 reporter transgene under the control of an Hnf3β endoderm-specific enhancer fragment and a GFP reporter transgene under the control of the Pdx1 promoter can also be used. In addition, the ES cell lines SEES1, SEES2, SEES3, SEES4, SEES5, SEES6, or SEES7 established at the Department of Reproductive and Cellular Medicine, National Center for Child Health and Development and disclosed in Akutsu H, et al. Regen Ther. 2015;1:18-29, or cell lines in which further genes have been introduced into these ES cell lines, can also be used.

人工多能性幹細胞(iPS細胞)は、体細胞を初期化することによって得られる多能性を有する細胞である。人工多能性幹細胞の作製は、京都大学の山中伸弥教授らのグループ、マサチューセッツ工科大学のルドルフ・ヤニッシュ(Rudolf Jaenisch)らのグループ、ウイスコンシン大学のジェームス・トムソン(James Thomson)らのグループ、ハーバード大学のコンラッド・ホッケドリンガー(Konrad Hochedlinger)らのグループなどを含む複数のグループが成功している。例えば、国際公開WO2007/069666号公報には、Octファミリー遺伝子、Klfファミリー遺伝子及びMycファミリー遺伝子の遺伝子産物を含む体細胞の核初期化因子、並びにOctファミリー遺伝子、Klfファミリー遺伝子、Soxファミリー遺伝子及びMycファミリー遺伝子の遺伝子産物を含む体細胞の核初期化因子が記載されており、さらに体細胞に上記核初期化因子を接触させる工程を含む、体細胞の核初期化により誘導多能性幹細胞を製造する方法が記載されている。 Induced pluripotent stem cells (iPS cells) are cells with pluripotency that can be obtained by initializing somatic cells. Several groups have succeeded in creating induced pluripotent stem cells, including the group of Professor Shinya Yamanaka at Kyoto University, the group of Rudolf Jaenisch at Massachusetts Institute of Technology, the group of James Thomson at the University of Wisconsin, and the group of Konrad Hochedlinger at Harvard University. For example, International Publication WO2007/069666 describes somatic cell nuclear reprogramming factors that include gene products of Oct family genes, Klf family genes, and Myc family genes, as well as somatic cell nuclear reprogramming factors that include gene products of Oct family genes, Klf family genes, Sox family genes, and Myc family genes, and further describes a method for producing induced pluripotent stem cells by nuclear reprogramming of somatic cells, which includes a step of contacting somatic cells with the nuclear reprogramming factors.

iPS細胞の作製に用いる体細胞の種類は特に限定されず、任意の体細胞を用いることができる。体細胞とは、生体を構成する細胞の内生殖細胞以外の全ての細胞を包含し、分化した体細胞でもよいし、未分化の幹細胞でもよい。体細胞の由来は、哺乳動物、鳥類、魚類、爬虫類、両生類の何れでもよく特に限定されないが、好ましくは哺乳動物(例えば、マウスなどのげっ歯類、又はヒトなどの霊長類)であり、特に好ましくはマウス又はヒトである。また、ヒトの体細胞を用いる場合、胎児、新生児又は成人の何れの体細胞を用いてもよい。体細胞の具体例としては、例えば、線維芽細胞(例えば、皮膚線維芽細胞)、上皮細胞(例えば、胃上皮細胞、肝上皮細胞、肺胞上皮細胞)、内皮細胞(例えば血管、リンパ管)、神経細胞(例えば、ニューロン、グリア細胞)、すい臓細胞、血球細胞、骨髄細胞、筋肉細胞(例えば、骨格筋細胞、平滑筋細胞、心筋細胞)、肝実質細胞、非肝実質細胞、脂肪細胞、骨芽細胞、歯周組織を構成する細胞(例えば、歯根膜細胞、セメント芽細胞、歯肉線維芽細胞、骨芽細胞)、腎臓・眼・耳を構成する細胞などが挙げられる。 The type of somatic cells used to generate iPS cells is not particularly limited, and any somatic cells can be used. Somatic cells include all cells other than germ cells that constitute the cells of a living organism, and may be differentiated somatic cells or undifferentiated stem cells. The origin of the somatic cells is not particularly limited and may be any of mammals, birds, fish, reptiles, and amphibians, but is preferably mammals (e.g., rodents such as mice, or primates such as humans), and is particularly preferably mice or humans. When human somatic cells are used, fetal, neonatal, or adult somatic cells may be used. Specific examples of somatic cells include fibroblasts (e.g., skin fibroblasts), epithelial cells (e.g., gastric epithelial cells, hepatic epithelial cells, alveolar epithelial cells), endothelial cells (e.g., blood vessels, lymphatic vessels), nerve cells (e.g., neurons, glial cells), pancreatic cells, blood cells, bone marrow cells, muscle cells (e.g., skeletal muscle cells, smooth muscle cells, cardiac muscle cells), hepatic parenchymal cells, non-hepatic parenchymal cells, adipocytes, osteoblasts, cells that constitute periodontal tissue (e.g., periodontal ligament cells, cementoblasts, gingival fibroblasts, osteoblasts), and cells that constitute the kidney, eye, and ear.

iPS細胞は、所定の培養条件下(例えば、ES細胞を培養する条件下)において長期にわたって自己複製能を有し、また所定の分化誘導条件下において外胚葉、中胚葉及び内胚葉への多分化能を有する幹細胞のことを言う。また、iPS細胞はマウスなどの試験動物に移植した場合にテラトーマを形成する能力を有する幹細胞でもよい。 An iPS cell is a stem cell that has the ability to self-replicate over a long period of time under specific culture conditions (e.g., conditions for culturing ES cells) and has the ability to differentiate into ectoderm, mesoderm, and endoderm under specific differentiation-inducing conditions. In addition, an iPS cell may be a stem cell that has the ability to form a teratoma when transplanted into a test animal such as a mouse.

体細胞からiPS細胞を製造するためには、まず、少なくとも1種類以上の初期化遺伝子を体細胞に導入する。初期化遺伝子とは、体細胞を初期化してiPS細胞とする作用を有する初期化因子をコードする遺伝子である。初期化遺伝子の組み合わせの具体例としては、以下の組み合わせを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
(i)Oct遺伝子、Klf遺伝子、Sox遺伝子、Myc遺伝子
(ii)Oct遺伝子、Sox遺伝子、NANOG遺伝子、LIN28遺伝子
(iii)Oct遺伝子、Klf遺伝子、Sox遺伝子、Myc遺伝子、hTERT遺伝子、SV40 largeT遺伝子(iv)Oct遺伝子、Klf遺伝子、Sox遺伝子
To produce iPS cells from somatic cells, first, at least one type of reprogramming gene is introduced into the somatic cells. The reprogramming gene is a gene that encodes a reprogramming factor that has the effect of reprogramming a somatic cell to an iPS cell. Specific examples of combinations of reprogramming genes include, but are not limited to, the following combinations.
(i) Oct gene, Klf gene, Sox gene, Myc gene (ii) Oct gene, Sox gene, NANOG gene, LIN28 gene (iii) Oct gene, Klf gene, Sox gene, Myc gene, hTERT gene, SV40 largeT gene (iv) Oct gene, Klf gene, Sox gene

続いて、本開示に係るシート状細胞構造物における細胞の特徴について説明する。
内胚葉は消化管のほか肺、甲状腺、膵臓、肝臓などの器官の組織、消化管に開口する分泌腺の細胞、腹膜、胸膜、喉頭、耳管、気管、気管支、尿路(膀胱、尿道の大部分、尿管の一部)などを形成する。多能性幹細胞から内胚葉系細胞への分化は、内胚葉に特異的な遺伝子の発現量を測定することにより確認することができる。内胚葉に特異的な遺伝子としては、例えば、AFP、SERPINA1、SST、ISL1、IPF1、IAPP、EOMES、HGF、ALBUMIN、PAX4、TAT等を挙げることができる。
Next, the characteristics of the cells in the sheet-shaped cell structure according to the present disclosure will be described.
The endoderm forms the digestive tract as well as the tissues of organs such as the lung, thyroid, pancreas, and liver, cells of secretory glands opening into the digestive tract, the peritoneum, pleura, larynx, Eustachian tube, trachea, bronchi, and urinary tract (bladder, most part of the urethra, and part of the ureter). Differentiation of pluripotent stem cells into endodermal cells can be confirmed by measuring the expression level of endoderm-specific genes. Examples of endoderm-specific genes include AFP, SERPINA1, SST, ISL1, IPF1, IAPP, EOMES, HGF, ALBUMIN, PAX4, and TAT.

本開示のシート状細胞構造物に含まれ得る内胚葉系細胞としては特に小腸上皮細胞が挙げられる。本開示のシート状細胞構造物には、小腸上皮細胞として、腸細胞、杯細胞、腸管内分泌細胞及びパネート細胞から選択される1以上を含むことが好ましく、小腸上皮細胞として、腸細胞、杯細胞、腸管内分泌細胞及びパネート細胞を全て含むことが特に好ましい。本開示のシート状細胞構造物に内胚葉系細胞が存在することは内胚葉系細胞のマーカーの発現が陽性であることに基づき判断できる。腸細胞マーカーとしてはCDX2、杯細胞マーカーとしてはMUC2、腸管内分泌細胞マーカーとしてはCGA、パネート細胞マーカーとしてはDEFA6が挙げられる。そのほか、ECAD、Na+/K+-ATPase、ビリンが腸上皮細胞のマーカーである。また、胚体内胚葉マーカーFOXA2、SOX17又はCXCR4も内胚葉系細胞を判別するためのマーカーとして利用できる。また、初期内胚葉及び中胚葉のマーカーであるGATA4、GATA6又はT(Brachyury)も、内胚葉系細胞を判別するためのマーカーとして利用できる。 Endodermal cells that may be included in the sheet-shaped cell structure of the present disclosure include small intestinal epithelial cells. The sheet-shaped cell structure of the present disclosure preferably includes one or more small intestinal epithelial cells selected from intestinal cells, goblet cells, enteroendocrine cells, and Paneth cells, and it is particularly preferable that the small intestinal epithelial cells include all of intestinal cells, goblet cells, enteroendocrine cells, and Paneth cells. The presence of endoderm cells in the sheet-shaped cell structure of the present disclosure can be determined based on positive expression of an endoderm cell marker. An example of an intestinal cell marker is CDX2, an example of a goblet cell marker is MUC2, an example of an enteroendocrine cell marker is CGA, and an example of a Paneth cell marker is DEFA6. Other markers for intestinal epithelial cells include ECAD, Na+/K+-ATPase, and villin. In addition, definitive endoderm markers FOXA2, SOX17, or CXCR4 can also be used as markers for identifying endoderm cells. Additionally, GATA4, GATA6, or T (Brachyury), which are markers for early endoderm and mesoderm, can also be used as markers for distinguishing endodermal cells.

外胚葉は皮膚の表皮や男性の尿道末端部の上皮、毛髪、爪、皮膚腺(乳腺、汗腺を含む)、感覚器(口腔、咽頭、鼻、直腸の末端部の上皮を含む、唾液腺)水晶体などを形成する。外胚葉の一部は発生過程で溝状に陥入して神経管を形成し、脳や脊髄などの中枢神経系のニューロンやメラノサイトなどの元にもなる。また末梢神経系も形成する。多能性幹細胞から外胚葉系細胞への分化は、外胚葉に特異的な遺伝子の発現量を測定することにより確認することができる。外胚葉に特異的な遺伝子としては、例えば、β-TUBLIN、NESTIN、GALANIN、GCM1、GFAP、NEUROD1、OLIG2、SYNAPTPHYSIN、DESMIN、TH等を挙げることができる。 The ectoderm forms the epidermis of the skin, the epithelium of the distal part of the male urethra, hair, nails, skin glands (including mammary glands and sweat glands), sensory organs (including the epithelium of the distal part of the oral cavity, pharynx, nose, and rectum, salivary glands), and lenses. Part of the ectoderm invaginates into a groove during development to form a neural tube, which is the source of neurons and melanocytes in the central nervous system, such as the brain and spinal cord. It also forms the peripheral nervous system. Differentiation of pluripotent stem cells into ectodermal cells can be confirmed by measuring the expression level of genes specific to the ectoderm. Examples of genes specific to the ectoderm include β-TUBLIN, NESTIN, GALANIN, GCM1, GFAP, NEUROD1, OLIG2, SYNAPT PHYSIN, DESMIN, and TH.

本開示のシート状細胞構造物に含まれ得る外胚葉系細胞としては特に腸管神経叢を構成する細胞が挙げられる。本開示のシート状細胞構造物に外胚葉系細胞が存在することは外胚葉系細胞のマーカーの発現が陽性であることに基づき判断できる。外胚葉系細胞を判別するためのマーカーとしては腸管神経叢マーカーPGP9.5や、神経前駆細胞マーカーSOX1が利用できる。 Ectoderm cells that may be contained in the sheet-shaped cell structure of the present disclosure include cells that constitute the enteric nerve plexus. The presence of ectodermal cells in the sheet-shaped cell structure of the present disclosure can be determined based on positive expression of an ectodermal cell marker. Markers that can be used to identify ectodermal cells include the enteric nerve plexus marker PGP9.5 and the neural progenitor cell marker SOX1.

中胚葉は体腔及びそれを裏打ちする中皮、筋肉、骨格、皮膚真皮、結合組織、心臓、血管(血管内皮も含む)、血液(血液細胞も含む)、リンパ管、脾臓、腎臓、尿管、性腺(精巣、子宮、性腺上皮)を形成する。多能性幹細胞から中胚葉系細胞への分化は、中胚葉に特異的な遺伝子の発現量を測定することにより確認することができる。中胚葉に特異的な遺伝子としては、例えば、FLK-1、COL2A1、FLT1、HBZ、MYF5、MYOD1、RUNX2、PECAM1等を挙げることができる。 The mesoderm forms the body cavity and the mesothelium that lines it, muscles, skeleton, skin dermis, connective tissue, heart, blood vessels (including vascular endothelium), blood (including blood cells), lymphatic vessels, spleen, kidneys, ureters, and gonads (testes, uterus, and gonadal epithelium). Differentiation of pluripotent stem cells into mesodermal cells can be confirmed by measuring the expression levels of mesoderm-specific genes. Examples of mesoderm-specific genes include FLK-1, COL2A1, FLT1, HBZ, MYF5, MYOD1, RUNX2, and PECAM1.

本開示のシート状細胞構造物に含まれ得る中胚葉系細胞としては特に平滑筋細胞、カハール介在細胞が挙げられる。本開示のシート状細胞構造物に中胚葉系細胞が存在することは、中胚葉系細胞マーカーの発現が陽性であることに基づき判断できる。中胚葉系細胞マーカーとしては、平滑筋細胞マーカーのα-平滑筋アクチン(SMA)、カハール介在細胞マーカーのCD34及びCKIT(二重陽性の場合)が利用できる。また、初期内胚葉及び中胚葉のマーカーであるGATA4、GATA6又はT(Brachyury)も、中胚葉系細胞を判別するためのマーカーとして利用できる。 Mesodermal cells that may be contained in the sheet-shaped cell structure of the present disclosure include smooth muscle cells and interstitial cells of Cajal. The presence of mesodermal cells in the sheet-shaped cell structure of the present disclosure can be determined based on positive expression of mesodermal cell markers. As mesodermal cell markers, α-smooth muscle actin (SMA), a smooth muscle cell marker, and CD34 and CKIT (in the case of double positivity), interstitial cell markers of Cajal, can be used. In addition, GATA4, GATA6, or T (Brachyury), which are markers for early endoderm and mesoderm, can also be used as markers for distinguishing mesodermal cells.

本開示のシート状細胞構造物は、更に好ましくは腸幹細胞を更に含む。腸幹細胞の存在は、腸幹細胞マーカーLGR5が陽性であることを指標として判断できる。
本開示のシート状細胞構造物は更に、セロトニン陽性の腸管内分泌細胞を含むことが好ましい。
The sheet-shaped cell structure of the present disclosure further preferably comprises intestinal stem cells. The presence of intestinal stem cells can be determined by using as an indicator a positive reaction to the intestinal stem cell marker LGR5.
The sheet-shaped cell structure of the present disclosure preferably further comprises serotonin-positive enteroendocrine cells.

本開示のシート状細胞構造物は更にトランスポーター陽性細胞を含むことが好ましい。トランスポーターとしては、腸オリゴペプチドトランスポーター(PEPT1)、ATP結合カセット(ABC)トランスポーターであるABCB1及びABCG2等が例示できる。 The sheet-shaped cell structure of the present disclosure preferably further contains transporter-positive cells. Examples of transporters include intestinal oligopeptide transporter (PEPT1) and ATP-binding cassette (ABC) transporters ABCB1 and ABCG2.

本開示のシート状細胞構造物は更に嚢胞性線維症膜コンダクタンス制御因子(CFTR)陽性の小腸上皮細胞を含むことが好ましい。CFTR陽性の小腸上皮細胞は粘液の分泌に関与している。すなわち、CFTR陽性の小腸上皮細胞を有するシート状細胞構造物は、小腸と類似した粘液分泌能(分泌制御)を示す細胞である。CFTR陽性の小腸上皮細胞は、ムチン及び抗菌ペプチド産生能を有する。
本開示のシート状細胞構造物は、リンパ球を含まないことが好ましい。
The sheet-shaped cell structure of the present disclosure preferably further comprises cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR)-positive small intestinal epithelial cells. CFTR-positive small intestinal epithelial cells are involved in mucus secretion. In other words, a sheet-shaped cell structure having CFTR-positive small intestinal epithelial cells is a cell that exhibits mucus secretion ability (secretion control) similar to that of the small intestine. CFTR-positive small intestinal epithelial cells have the ability to produce mucin and antimicrobial peptides.
The sheet-shaped cell structure of the present disclosure preferably does not contain lymphocytes.

本開示のシート状細胞構造物は更にヒスタミンH1受容体陽性細胞を含むことが好ましい。 The sheet-shaped cell structure of the present disclosure preferably further contains histamine H1 receptor positive cells.

本開示のシート状細胞構造物は、好ましくは、第1の表面の側に内胚葉系細胞を含み、第2の表面の側に外胚葉系細胞及び/又は中胚葉系細胞を含む。この実施形態に係るシート状細胞構造物は、前記第1の表面の側に、内胚葉系細胞として特に小腸上皮細胞を含む。この実施形態によれば、前記第1の表面の側にある物質を、小腸上皮細胞を介して、前記第2の表面の側に輸送することができるため好ましい。また、この実施形態において、前記第1の表面上の小腸上皮細胞が更にトランスポーター陽性であるとき、トランスポーターを介した物質の輸送が可能となるため更に好ましい。すなわち、トランスポーター陽性の小腸上皮細胞を含む本開示のシート状細胞構造物は、腸と類似した物質吸収能を有する。 The sheet-shaped cell structure of the present disclosure preferably contains endodermal cells on the first surface side and ectodermal cells and/or mesodermal cells on the second surface side. The sheet-shaped cell structure according to this embodiment contains, in particular, small intestinal epithelial cells as endodermal cells on the first surface side. This embodiment is preferable because a substance on the first surface side can be transported to the second surface side via the small intestinal epithelial cells. In addition, in this embodiment, when the small intestinal epithelial cells on the first surface are further transporter-positive, it is even more preferable because transport of a substance via the transporter is possible. In other words, the sheet-shaped cell structure of the present disclosure containing transporter-positive small intestinal epithelial cells has a substance absorption ability similar to that of the intestine.

本開示のシート状細胞構造物は、より好ましくは小腸上皮細胞を含む表面上に、微絨毛及び陰窩が形成されている。 The sheet-shaped cell structure of the present disclosure more preferably has microvilli and crypts formed on a surface that includes small intestinal epithelial cells.

本開示のシート状細胞構造物は、より好ましくは、粘膜と粘膜下層様の層とを含む。小腸の粘膜は上皮と基底膜により形成される。小腸の上皮は、吸収腸細胞及び分泌系細胞の2種の細胞からなり、これらの細胞は、粘液を産生する杯細胞、腸管内分泌細胞、及びパネート細胞を含む。粘膜下層様の層は粘膜に接続された結合組織の層であり、CKITまたはS-100またはその両方に陽性であるカハール(Cajal)介在細胞を含む。粘膜下層様の層ではCajal介在細胞から成る神経叢(submucosal plexuses)が形成され腸管様の機能的な蠕動運動が生じる。 The sheet-like cell structure of the present disclosure more preferably includes a mucosa and a submucosa-like layer. The mucosa of the small intestine is formed by epithelium and a basement membrane. The epithelium of the small intestine is composed of two types of cells, absorptive enterocytes and secretory cells, which include mucus-producing goblet cells, enteroendocrine cells, and Paneth cells. The submucosa-like layer is a layer of connective tissue connected to the mucosa, and includes interstitial cells of Cajal that are positive for CKIT or S-100 or both. In the submucosa-like layer, nerve plexuses composed of interstitial cells of Cajal are formed, and functional peristalsis like that of the intestine is generated.

本開示のシート状細胞構造物の上記の実施形態において、前記第2の表面の側に存在する外胚葉系細胞及び/又は中胚葉系細胞は、好ましくは、粘膜下層のリンパ管内皮(中胚葉)及び粘膜を構成する平滑筋(中胚葉)を形成している。 In the above-described embodiment of the sheet-shaped cell structure of the present disclosure, the ectodermal cells and/or mesodermal cells present on the second surface side preferably form lymphatic endothelium (mesoderm) in the submucosa and smooth muscle (mesoderm) that constitutes the mucosa.

本開示のシート状細胞構造物は、好ましくは、蠕動運動に類似した収縮運動をする能力を有する。このような機能は、神経ネットワークと平滑筋の発達により生じるものである。蠕動運動は、ペースメーカー細胞であるカハール細胞が、神経細胞やホルモンよりシグナルを受けた後に平滑筋の筋肉細胞へと刺激を与えることで生じると考えられる。以下の説明では、蠕動運動に類似した収縮運動をする能力を「蠕動運動能」と称する。蠕動運動能を有する本開示のシート状細胞構造物は、特に好ましくは、ヒスタミン処理により収縮の頻度が高まり、アトロピン処理により収縮の頻度が低下するという、腸と同様の薬剤応答性を示す。腸と同様の薬剤応答性を示す蠕動運動能を有する本開示のシート状細胞構造物は、薬剤が、腸の蠕動運動に与える影響を評価する用途に好適に用いることができる。 The sheet-shaped cell structure of the present disclosure preferably has the ability to perform contraction movements similar to peristalsis. Such a function is generated by the development of nerve networks and smooth muscles. Peristalsis is thought to occur when pacemaker cells, Cajal cells, receive signals from nerve cells or hormones and then stimulate smooth muscle cells. In the following explanation, the ability to perform contraction movements similar to peristalsis is referred to as "peristaltic motility." The sheet-shaped cell structure of the present disclosure having peristaltic motility particularly preferably exhibits drug responsiveness similar to that of the intestine, in that the frequency of contraction increases with histamine treatment and decreases with atropine treatment. The sheet-shaped cell structure of the present disclosure having peristaltic motility and exhibiting drug responsiveness similar to that of the intestine can be suitably used for evaluating the effect of drugs on intestinal peristalsis.

<2.製造方法>
本開示のシート状細胞構造物は、内腔を内包し、長軸方向の長さが5mm以上である、内胚葉系細胞、外胚葉系細胞、及び中胚葉系細胞を含む袋状細胞構造物から切り出して製造することができる。
2. Manufacturing method
The sheet-shaped cell structure of the present disclosure can be produced by cutting out a pouch-shaped cell structure that contains an inner lumen and has a longitudinal length of 5 mm or more, and that contains endodermal cells, ectodermal cells, and mesodermal cells.

前記袋状細胞構造物は、特開2019-000014号公報及びUchida et al., JCI Insight 第2巻 e86492 2017年に記載された、絨毛層を含む小腸上皮細胞層が外向きに配置された袋状構造を有する腸オルガノイドに該当する。これらの文献によれば、前記袋状細胞構造物は、自己組織的に形成されて本来の小腸の腸管壁に近い細胞層構造を有し、サイズが数cmスケールと大きく、且つ、異種由来成分不存在条件で作製することができる。しかしながら、袋状構造を有しているため移植に適していない。また、袋状構造の内腔に内腔液が満たされているため、内腔液と培養液の浸透圧の差により張力が発生し、好ましくない構造に変化する。
本開示のシート状細胞構造物は、袋状細胞構造物の上記の課題を解決することができる。
The bag-like cell structure corresponds to an intestinal organoid having a bag-like structure in which a small intestinal epithelial cell layer including a villus layer is arranged outward, as described in JP 2019-000014 A and Uchida et al., JCI Insight Vol. 2 e86492 2017. According to these documents, the bag-like cell structure is formed in a self-organizing manner and has a cell layer structure close to the intestinal wall of the original small intestine, has a size of several centimeters, and can be produced under conditions in which no xenogeneic components are present. However, since it has a bag-like structure, it is not suitable for transplantation. In addition, since the lumen of the bag-like structure is filled with lumen fluid, tension is generated due to the difference in osmotic pressure between the lumen fluid and the culture solution, and the structure is changed to an undesirable one.
The sheet-shaped cell structure of the present disclosure can solve the above problems of the pouch-shaped cell structure.

<2.1.袋状細胞構造物の特徴>
前記袋状細胞構造物において、内胚葉系細胞、外胚葉系細胞、及び中胚葉系細胞の好ましい実施形態及び用いることができるマーカーは、本開示のシート状細胞構造物に関して記載の通りである。
2.1. Characteristics of the pouch-shaped cell structure
In the pouch-shaped cell structure, preferred embodiments of the endodermal cells, ectodermal cells, and mesodermal cells and markers that can be used are as described for the sheet-shaped cell structure of the present disclosure.

前記袋状細胞構造物は、好ましくは、外側の表面の側に内胚葉系細胞を含み、内腔の側(内側)に外胚葉系細胞及び/又は中胚葉系細胞を含む。この実施形態に係る袋状細胞構造物は、外側の表面の側に、内胚葉系細胞として特に小腸上皮細胞を含む。この実施形態によれば、前記外側の表面の側にある物質を、小腸上皮細胞を介して、内腔に吸収することができるため好ましい。また、この実施形態において、外側の表面の側の小腸上皮細胞が更にトランスポーター陽性であるとき、トランスポーターを介した物質の吸収が可能となるため更に好ましい。 The sac-shaped cell structure preferably contains endodermal cells on the outer surface side and ectodermal cells and/or mesodermal cells on the lumen side (inside). The sac-shaped cell structure according to this embodiment contains small intestinal epithelial cells, in particular, as endodermal cells on the outer surface side. This embodiment is preferable because substances on the outer surface side can be absorbed into the lumen via the small intestinal epithelial cells. Furthermore, in this embodiment, when the small intestinal epithelial cells on the outer surface side are further transporter positive, absorption of substances via the transporter is possible, which is even more preferable.

前記袋状細胞構造物は、より好ましくは小腸上皮細胞を含む外側の表面上に、微絨毛、陰窩の発達が認められる。 The pouch-like cell structure more preferably has microvilli and crypts developed on its outer surface, which contains small intestinal epithelial cells.

前記袋状細胞構造物は、より好ましくは、粘膜と粘膜下層様の層とを含む小腸の腸管壁と類似した層構造を有する。粘膜及び粘膜下層様の層の特徴は、本開示のシート状細胞構造物に関して記載の通りである。
前記袋状細胞構造物は、好ましくは、蠕動運動に類似した収縮運動をする能力を有する。
More preferably, the pouch-like cell structure has a layer structure similar to that of the intestinal wall of the small intestine, including a mucosa and a submucosa-like layer, the characteristics of which are as described for the sheet-like cell structure of the present disclosure.
The sac-like cell structure preferably has the ability to undergo contractile movement similar to peristalsis.

<2.2.袋状細胞構造物の製造方法>
前記袋状細胞構造物の製造方法としては、具体的には、
表面上に細胞接着部のパターンを備える細胞培養基材上に多能性幹細胞を播種する工程21と、
前記多能性幹細胞を培養して、内腔を内包し、長軸方向の長さが5mm以上である、内胚葉系細胞、外胚葉系細胞、及び中胚葉系細胞を含む袋状細胞構造物へと分化誘導させる工程22と、
を含む方法が挙げられる。
<2.2. Method for producing pouch-shaped cell structure>
Specific examples of the method for producing the sac-shaped cell structure include:
21. Seeding pluripotent stem cells onto a cell culture substrate having a pattern of cell adhesion sites on its surface;
A step 22 of culturing the pluripotent stem cells to induce differentiation into a pouch-like cell structure that contains an inner lumen and has a longitudinal length of 5 mm or more and contains endodermal cells, ectodermal cells, and mesodermal cells;
The method includes the steps of:

<2.2.1.細胞培養基材>
前記細胞培養基材は、表面上に細胞接着部のパターンを備える。
前記細胞接着部の形状は特に限定されないが、例えば、細胞非接着部を内包し、その細胞非接着部の周縁に沿って連続的に又は断続的に延在し、前記細胞非接着部を囲う細胞接着部であることができる。
<2.2.1. Cell culture substrate>
The cell culture substrate comprises a pattern of cell adhesive sites on a surface.
The shape of the cell adhesive portion is not particularly limited. For example, the cell adhesive portion may be a portion that contains the cell non-adhesive portion, extends continuously or intermittently along the periphery of the cell non-adhesive portion, and surrounds the cell non-adhesive portion. It may be a cell adhesion site.

細胞接着部の形状の別の例としては、細胞非接着部を内包していない四角形をはじめとする多角形、円形、楕円形等であることができ、円形が好ましい。 Other examples of the shape of the cell adhesion portion include polygons, such as squares, that do not include cell non-adhesive portions, circles, ellipses, etc., with circles being preferred.

以下の説明では、細胞接着部を含む、細胞構造物が接着培養される領域を「細胞培養部」と称する。 In the following explanation, the area in which the cell structures are cultured by adhesion, including the cell adhesion area, is referred to as the "cell culture area."

前記細胞培養部は、細胞培養基材の表面上に1以上含まれ、好ましくは2以上含まれる。1つの細胞培養基材に含まれる2以上の前記細胞培養部の形状、寸法は同一であってもよいし、異なっていてもよい。
細胞接着部は、典型的には、細胞非接着部の領域のなかに島状に配置されている。
The cell culture substrate includes one or more cell culture sections, preferably two or more cell culture sections, on the surface of the substrate. The shapes and dimensions of the two or more cell culture sections included in one substrate may be the same or different.
The cell adhesion regions are typically arranged in islands among the non-cell adhesion regions.

前記細胞培養部が細胞非接着部を内包する場合、前記細胞接着部に含まれる前記細胞非接着部は、前記細胞培養部以外の部分に存在する細胞非接着部(後述する第1の細胞非接着部)と区別するために、「第2の細胞非接着部」或いは「中央部」と称する場合がある。 When the cell culture section includes a non-cell-adhesive section, the non-cell-adhesive section included in the cell-adhesive section may be referred to as a "second non-cell-adhesive section" or a "central section" to distinguish it from a non-cell-adhesive section (a first non-cell-adhesive section, described below) that exists in a section other than the cell culture section.

以下の説明では、本開示で用いる細胞培養基材のうち前記細胞接着部及び細胞非接着部以外の部分を指して「支持基材」と称する場合がある。すなわち、本開示の一以上の実施形態で用いる細胞培養基材は、前記一以上の細胞接着部のパターンを含む表面を有する支持基材を含む、ということができる。 In the following description, the portion of the cell culture substrate used in the present disclosure other than the cell adhesive portion and the cell non-adhesive portion may be referred to as the "support substrate." In other words, the cell culture substrate used in one or more embodiments of the present disclosure can be said to include a support substrate having a surface including a pattern of one or more cell adhesive portions.

<2.2.1.1.細胞培養基材の支持基材、細胞非接着部及び細胞接着部>
支持基材の特徴、並びに、細胞非接着部と細胞接着部の形状以外の特徴について以下に説明する。
<2.2.1.1. Support substrate, cell non-adhesive portion, and cell adhesive portion of cell culture substrate>
The characteristics of the support substrate and the characteristics other than the shapes of the cell non-adhesive portion and the cell adhesive portion are described below.

細胞培養基材に用いられる支持基材としては、その表面に、細胞非接着部と細胞接着部を形成することが可能な材料で形成された支持基材であれば特に限定されるものではない。具体的には、ガラス、金属、セラミック、シリコン等の無機材料、エラストマー、プラスチック(例えば、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ABS樹脂、ナイロン、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、メチルペンテン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂)で代表される有機材料を含む支持基材を挙げることができる。特に、ガラス基材を支持基材として用いることが好ましい。支持基材の形状も限定されず、例えば、平板、平膜、フィルム、多孔質膜等の平坦な形状や、シリンダ、スタンプ、マルチウェルプレート、マイクロ流路等の立体的な形状が挙げられる。 The support substrate used for the cell culture substrate is not particularly limited as long as it is made of a material capable of forming a cell non-adhesive portion and a cell adhesive portion on its surface. Specific examples of the support substrate include inorganic materials such as glass, metal, ceramic, and silicon, and organic materials such as elastomers and plastics (e.g., polystyrene resin, polyester resin, polyethylene resin, polypropylene resin, ABS resin, nylon, acrylic resin, fluororesin, polycarbonate resin, polyurethane resin, methylpentene resin, phenol resin, melamine resin, epoxy resin, and polyvinyl chloride resin). In particular, it is preferable to use a glass substrate as the support substrate. The shape of the support substrate is not limited, and examples of the support substrate include flat shapes such as flat plates, flat membranes, films, and porous membranes, and three-dimensional shapes such as cylinders, stamps, multi-well plates, and microchannels.

本開示において「細胞接着性」とは、細胞を接着する強度、すなわち細胞の接着しやすさを意味する。「細胞接着部」とは細胞接着性が良好な表面上の領域を意味し、「細胞非接着部」とは、細胞の接着性が悪い表面上の領域を意味する。従って、細胞接着部と細胞非接着部とが所定のパターンで配置された表面上に細胞を播種すると、細胞接着部には細胞が接着するが、細胞非接着部には細胞が接着しないため、細胞培養基材の表面に細胞がパターン状に配列されることになる。 In this disclosure, "cell adhesiveness" refers to the strength of cell adhesion, i.e., the ease with which cells adhere. A "cell adhesive portion" refers to an area on a surface with good cell adhesiveness, and a "cell non-adhesive portion" refers to an area on a surface with poor cell adhesiveness. Therefore, when cells are seeded on a surface on which cell adhesive portions and cell non-adhesive portions are arranged in a specific pattern, the cells adhere to the cell adhesive portions but do not adhere to the cell non-adhesive portions, resulting in the cells being arranged in a pattern on the surface of the cell culture substrate.

「細胞接着部」は、実際に培養する細胞、好ましくは幹細胞、を細胞培養基材に播種した際に接着する部分と定義され、「細胞非接着部」は、実際に培養する細胞、好ましくは幹細胞、を播種した際に接着しない部分と定義される。細胞培養基材に細胞を播種する際に、細胞培養基材の表面は、タンパク質等でコーティングされ、細胞接着性が高められた状態であってもよい。「幹細胞」の具体例は本明細書に記載の通りである。細胞非接着部は、細胞接着部に接着し増殖した細胞により被覆されてもよい。 The "cell adhesion portion" is defined as a portion that adheres to cells to be actually cultured, preferably stem cells, when seeded on the cell culture substrate, and the "cell non-adhesive portion" is defined as a portion that does not adhere to cells to be actually cultured, preferably stem cells, when seeded. When cells are seeded on the cell culture substrate, the surface of the cell culture substrate may be coated with a protein or the like to enhance cell adhesion. Specific examples of "stem cells" are as described in this specification. The cell non-adhesive portion may be covered by cells that have adhered to and proliferated on the cell adhesion portion.

細胞接着部であるか細胞非接着部であるかを判断する指標として、実際に細胞培養した際の細胞接着伸展率を用いることができる。細胞接着性を有する細胞接着部の表面は、細胞接着伸展率が60%以上の表面であることが好ましく、細胞接着伸展率が80%以上の表面であることが更に好ましい。細胞接着伸展率が高いと、効率的に細胞を培養することができる。本開示における細胞接着伸展率は、播種密度が4000 cells/cm以上30000 cells/cm未満の範囲内で培養しようとする細胞を測定対象表面に播種し、37℃、CO濃度5%のインキュベータ内に保管し、14.5時間培養した時点で接着伸展している細胞の割合({(接着している細胞数)/(播種した細胞数)}×100(%))と定義する。 As an index for judging whether a cell adhesion portion is a cell adhesion portion or a cell non-adhesion portion, the cell adhesion spreading rate when cells are actually cultured can be used. The surface of the cell adhesion portion having cell adhesiveness is preferably a surface with a cell adhesion spreading rate of 60% or more, and more preferably a surface with a cell adhesion spreading rate of 80% or more. When the cell adhesion spreading rate is high, cells can be cultured efficiently. The cell adhesion spreading rate in the present disclosure is defined as the ratio of cells that are adherent and spread at the time when cells to be cultured at a seeding density of 4000 cells/ cm2 or more and less than 30000 cells/ cm2 are seeded on the measurement target surface, stored in an incubator at 37°C and a CO2 concentration of 5%, and cultured for 14.5 hours ({(number of adherent cells)/(number of seeded cells)}×100(%)).

上記測定において、細胞の播種は、10%FBS入りDMEM培地に懸濁させて測定対象表面上に播種し、その後、細胞ができるだけ均一に分布するよう、細胞が播種された測定対象表面をゆっくりと振とうすることにより行うものである。さらに、細胞接着伸展率の測定は、測定直前に培地交換を行って接着していない細胞を除去した後に行う。細胞接着伸展率の測定では、細胞の存在密度が特異的になりやすい箇所(例えば、存在密度が高くなりやすい所定領域の中央、存在密度が低くなりやすい所定領域の周縁)を除いた箇所を測定箇所とする。 In the above measurement, cells are seeded on the surface to be measured by suspending them in DMEM medium containing 10% FBS, and then slowly shaking the surface to be measured on which the cells have been seeded so that the cells are distributed as uniformly as possible. Furthermore, the cell adhesion spreading rate is measured after replacing the medium immediately before the measurement to remove unattached cells. In measuring the cell adhesion spreading rate, the measurement points are those excluding points where the cell density is likely to be specific (for example, the center of a specified area where the cell density is likely to be high, and the periphery of a specified area where the cell density is likely to be low).

細胞接着部は、支持基材の表面に細胞接着層が形成された領域であってもよいし、支持基材の表面が細胞接着性である場合(例えばガラス基材の表面)は、支持基材の表面が露出した領域であってもよいが、好ましくは、支持基材の細胞接着性の表面が露出した領域である。細胞非接着部は、支持基材の表面に細胞非接着層が形成された領域であることができる。細胞接着部および細胞非接着部は、種々の材料や方法により形成可能である。好ましくは、細胞非接着部は、支持基材の表面が、親水性ポリマー等の親水性有機化合物を含む層等の細胞非接着層により被覆された部分である。細胞非接着部を構成する細胞非接着層の平均厚さは、0.8nm~500μmが好ましく、0.8nm~100μmがより好ましく、1nm~10μmがより好ましく、1.5nm~1μmが最も好ましい。平均厚さが0.8nm以上であれば、タンパク質の吸着や細胞の接着において、支持基材の細胞非接着層で覆われていない領域の影響を受けにくいため好ましい。また、平均厚さが500μm以下であればコーティングが比較的容易である。特に、細胞非接着層を、ポリエチレングリコールの層により形成する場合、その膜厚の一例として5nm~10nmが例示できる。親水性有機化合物の具体例は、後述する通りである。
細胞接着部および細胞非接着部の形成方法の特に好ましい形態として、以下の2つの形態が挙げられる。
The cell adhesion portion may be a region where a cell adhesion layer is formed on the surface of the support substrate, or when the surface of the support substrate is cell adhesive (for example, the surface of a glass substrate), it may be a region where the surface of the support substrate is exposed, but is preferably a region where the cell adhesive surface of the support substrate is exposed. The cell non-adhesive portion may be a region where a cell non-adhesive layer is formed on the surface of the support substrate. The cell adhesion portion and the cell non-adhesive portion can be formed by various materials and methods. Preferably, the cell non-adhesive portion is a portion where the surface of the support substrate is covered with a cell non-adhesive layer such as a layer containing a hydrophilic organic compound such as a hydrophilic polymer. The average thickness of the cell non-adhesive layer constituting the cell non-adhesive portion is preferably 0.8 nm to 500 μm, more preferably 0.8 nm to 100 μm, more preferably 1 nm to 10 μm, and most preferably 1.5 nm to 1 μm. If the average thickness is 0.8 nm or more, it is preferable because the adsorption of proteins and the adhesion of cells are less affected by the region of the support substrate that is not covered with the cell non-adhesive layer. Furthermore, if the average thickness is 500 μm or less, coating is relatively easy. In particular, when the cell non-adhesive layer is formed of a polyethylene glycol layer, the thickness can be 5 nm to 10 nm. Specific examples of hydrophilic organic compounds are described below.
Particularly preferred embodiments of the method for forming the cell adhesive portion and the cell non-adhesive portion include the following two embodiments.

第1の形態では、支持基材の表面に細胞非接着層を形成し、次いで、細胞非接着層の一部に所定の処理を施し、細胞接着性を発現させて細胞接着部とする形態である。具体的には、支持基材の表面に、親水性ポリマー等の親水性有機化合物を含む細胞非接着性の親水性膜を細胞非接着層として形成し、次いで、細胞非接着層である前記親水性膜の一部を選択的に、酸化処理及び/又は分解処理を施して、前記一部を、細胞接着性を有する細胞接着部に改質する例が挙げられる。この形態では細胞非接着性の親水性膜を形成し、次いで、細胞の接着が望まれる部位に対して、酸化処理及び/又は分解処理を施すことにより、当該部位を、細胞接着性を有する部位に転換して細胞接着部とする。第1の形態により形成された細胞培養基材では、細胞非接着部が、支持基材の表面が、親水性ポリマー等の親水性有機化合物を含む層により被覆された部分であり、細胞接着部が、親水性ポリマー等の親水性有機化合物を含む層が酸化処理及び/又は分解処理により除去されて支持基材の表面が露出した部分、或いは、親水性ポリマー等の親水性有機化合物を含む層が酸化処理及び/又は分解処理を受けて細胞接着性に改質された層(=細胞接着層)により被覆された部分である。 In the first embodiment, a cell-nonadhesive layer is formed on the surface of the support substrate, and then a predetermined treatment is applied to a portion of the cell-nonadhesive layer to develop cell adhesion and form a cell-adhesive portion. Specifically, a cell-nonadhesive hydrophilic film containing a hydrophilic organic compound such as a hydrophilic polymer is formed on the surface of the support substrate as a cell-nonadhesive layer, and then a portion of the hydrophilic film that is the cell-nonadhesive layer is selectively subjected to an oxidation treatment and/or decomposition treatment to modify the portion into a cell-adhesive portion having cell adhesion. In this embodiment, a cell-nonadhesive hydrophilic film is formed, and then an oxidation treatment and/or decomposition treatment is applied to the portion where cell adhesion is desired, thereby converting the portion into a portion having cell adhesion and forming the cell-adhesive portion. In the cell culture substrate formed according to the first embodiment, the non-cell-adhesive portion is a portion of the surface of the support substrate covered with a layer containing a hydrophilic organic compound such as a hydrophilic polymer, and the cell-adhesive portion is a portion of the surface of the support substrate where the layer containing a hydrophilic organic compound such as a hydrophilic polymer has been removed by oxidation treatment and/or decomposition treatment to expose the surface of the support substrate, or a portion of the layer containing a hydrophilic organic compound such as a hydrophilic polymer that has been subjected to oxidation treatment and/or decomposition treatment and is covered with a layer (= cell-adhesive layer) that has been modified to have cell-adhesive properties.

第2の形態は、支持基材の表面上での有機化合物の密度の高低によって細胞接着部および細胞非接着部とする形態である。第2の形態により形成された細胞培養基材では、細胞接着部が、親水性ポリマー等の親水性有機化合物の密度が低い(親水性有機化合物を含まない場合も包含する)表面であり、細胞非接着部が、親水性ポリマー等の親水性有機化合物の密度が高い表面である形態である。第2の形態は、親水性ポリマー等の親水性有機化合物を高密度で含む支持基材の表面が細胞非接着性を有するのに対して、前記化合物の密度が低い支持基材の表面が細胞接着性を有することを利用したものである。支持基材表面に前記化合物が結合しやすい第1領域と結合しにくい第2領域とを設け、該基材表面に前記化合物の膜を形成すると、第1領域は細胞非接着部となり、第2領域は細胞接着領域となる。或いは、支持基材表面の一部をフォトレジスト等で選択的にマスキングし、マスキングされていない領域に前記親水性有機化合物の膜を形成して細胞非接着部を形成し、その後マスキングを除去して支持基材の表面を露出させることで細胞接着部を形成することができる。 The second form is a form in which the cell adhesion portion and the cell non-adhesive portion are formed depending on the density of the organic compound on the surface of the support substrate. In the cell culture substrate formed by the second form, the cell adhesion portion is a surface with a low density of hydrophilic organic compounds such as hydrophilic polymers (including cases where no hydrophilic organic compounds are present), and the cell non-adhesive portion is a surface with a high density of hydrophilic organic compounds such as hydrophilic polymers. The second form utilizes the fact that the surface of a support substrate containing a high density of hydrophilic organic compounds such as hydrophilic polymers has cell non-adhesive properties, while the surface of a support substrate with a low density of the compounds has cell adhesive properties. When a first region to which the compound is easily bound and a second region to which the compound is not easily bound are provided on the surface of the support substrate, and a film of the compound is formed on the surface of the substrate, the first region becomes a cell non-adhesive portion and the second region becomes a cell adhesive region. Alternatively, a part of the surface of the support substrate is selectively masked with a photoresist or the like, a film of the hydrophilic organic compound is formed on the unmasked region to form a cell non-adhesive portion, and then the masking is removed to expose the surface of the support substrate, thereby forming a cell adhesive portion.

また、上記の形態に限らず、細胞非接着性の表面(細胞非接着性層の表面であってよい)を有する支持基材を用意し、前記表面の一部をコラーゲンやフィブロネクチンなどの細胞接着性タンパク質をパターニングして被覆し、細胞接着性のパターンを形成してもよい。或いは、細胞接着性の表面(細胞接着性層の表面であってもよい)を有する支持基材を用意し、前記表面の一部をシリコーンゴム(例えば三菱ケミカル製 珪樹(登録商標))等の細胞非接着性の樹脂により被覆し、残部を細胞接着性のパターンとしてもよい。或いは、表面に所定のパターンの導電性層が設けられた支持基材を用意し、該支持基材の表面に細胞非接着性層を積層し、前記導電性層への電圧印加により、前記導電性層上を被覆する前記細胞非接着性層を剥離させて、露出した前記導電性層を細胞接着部としてもよい(具体的には特開2012-120443号公報、特開2013-179910号公報参照)。 In addition, the above embodiment is not limited to the above, and a support substrate having a cell-nonadhesive surface (which may be the surface of a cell-nonadhesive layer) may be prepared, and a part of the surface may be patterned and covered with a cell-adhesive protein such as collagen or fibronectin to form a cell-adhesive pattern. Alternatively, a support substrate having a cell-adhesive surface (which may be the surface of a cell-adhesive layer) may be prepared, and a part of the surface may be covered with a cell-nonadhesive resin such as silicone rubber (e.g., Keiju (registered trademark) manufactured by Mitsubishi Chemical), and the remaining part may be made into a cell-adhesive pattern. Alternatively, a support substrate having a conductive layer of a predetermined pattern on its surface may be prepared, and a cell-nonadhesive layer may be laminated on the surface of the support substrate, and the cell-nonadhesive layer covering the conductive layer may be peeled off by applying a voltage to the conductive layer, and the exposed conductive layer may be made into a cell-adhesive portion (specifically, see JP 2012-120443 A and JP 2013-179910 A).

以下では、支持基材表面上に細胞接着部と細胞非接着部を形成して、細胞接着部と細胞非接着部とを含む表面を有する細胞培養基材を製造する上記の第1の形態及び第2の形態について、順に説明する。 Below, we will explain the above first and second forms in order, in which cell adhesive and non-adhesive portions are formed on the surface of a support substrate to produce a cell culture substrate having a surface including cell adhesive and non-adhesive portions.

まず、第1の形態について説明する。 First, let me explain the first form.

第1の形態では、まず、支持基材表面に、細胞非接着層として、親水性有機化合物、好ましくは親水性ポリマー、を含む親水性膜を設ける。当該親水性膜は、水溶性や水膨潤性を有する薄膜であり、酸化及び/又は分解される前は細胞非接着性を有し、酸化及び/又は分解された後の支持基材の露出した表面、或いは、酸化処理及び/又は分解処理を受けて改質された薄膜の表面が細胞接着性を呈するものであれば特に限定されない。 In the first embodiment, a hydrophilic film containing a hydrophilic organic compound, preferably a hydrophilic polymer, is first provided on the surface of the support substrate as a cell non-adhesive layer. The hydrophilic film is a thin film that is water-soluble or water-swellable, and is not particularly limited as long as it has cell non-adhesive properties before being oxidized and/or decomposed, and the exposed surface of the support substrate after being oxidized and/or decomposed, or the surface of the thin film modified by being subjected to an oxidation treatment and/or decomposition treatment, exhibits cell adhesive properties.

細胞非接着層が、親水性有機化合物により形成される親水性膜である場合、支持基材の表面と親水性膜との間には、必要に応じて結合層を設けることが好ましい。結合層は、親水性膜の前記有機化合物が有する官能基と結合可能な官能基(結合性官能基)を有する材料を含む層であることが好ましい。結合層の材料が有する結合性官能基と、親水性有機化合物が有する官能基との組み合わせとしては、エポキシ基と水酸基、フタル酸無水物と水酸基、カルボキシル基とN-ハイドロキシスクシイミド、カルボキシル基とカルボジイミド、アミノ基とグルタルアルデヒド等が挙げられる。それぞれの組み合わせにおいて、いずれが結合層側の官能基であってもよい。これらの方法においては、親水性有機化合物によるコーティングを行う前に、支持基材上に、所定の官能基を有する材料により結合層を形成する。細胞非接着層における、親水性有機化合物の薄膜を形成する前の結合層の表面の水接触角は、結合性官能基を有する材料としてエポキシ基を末端に有するシランカップリング剤を使用する場合を例にとると、典型的には45°以上、望ましくは47°以上である。このような結合層は、結合性官能基を有する材料の被膜を支持基材の表面に形成することにより得られる。 When the cell non-adhesive layer is a hydrophilic film formed by a hydrophilic organic compound, it is preferable to provide a bonding layer between the surface of the support substrate and the hydrophilic film as necessary. The bonding layer is preferably a layer containing a material having a functional group (bonding functional group) that can bond with the functional group of the organic compound of the hydrophilic film. Examples of combinations of the bonding functional group of the material of the bonding layer and the functional group of the hydrophilic organic compound include epoxy group and hydroxyl group, phthalic anhydride and hydroxyl group, carboxyl group and N-hydroxysuccinimide, carboxyl group and carbodiimide, amino group and glutaraldehyde, etc. In each combination, either one may be the functional group on the bonding layer side. In these methods, a bonding layer is formed on the support substrate from a material having a predetermined functional group before coating with a hydrophilic organic compound. The water contact angle of the surface of the binding layer in the cell non-adhesive layer before forming a thin film of a hydrophilic organic compound is typically 45° or more, preferably 47° or more, when a silane coupling agent having an epoxy group at the end is used as the material having a binding functional group. Such a binding layer is obtained by forming a coating of a material having a binding functional group on the surface of the support substrate.

親水性有機化合物としては、親水性ポリマー(親水性オリゴマーを包含する)、水溶性有機化合物、界面活性物質、両親媒性物質等が挙げられ、親水性ポリマーが特に好ましい。 Examples of hydrophilic organic compounds include hydrophilic polymers (including hydrophilic oligomers), water-soluble organic compounds, surface-active substances, and amphiphilic substances, with hydrophilic polymers being particularly preferred.

具体的な親水性ポリマーとしては、ポリアルキレングリコール、リン脂質極性基を有する両性イオンポリマー、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリビニルアルコール、多糖類等を挙げることができる。親水性ポリマーのこれらの具体例は、その誘導体の形態のものも包含する。親水性ポリマーの分子形状は、直鎖状、分岐を有するもの、デンドリマー等を挙げることができる。 Specific examples of hydrophilic polymers include polyalkylene glycols, zwitterionic polymers having phospholipid polar groups, polyacrylamides, polyacrylic acids, polymethacrylic acids, polyvinyl alcohols, polysaccharides, and the like. These specific examples of hydrophilic polymers also include those in the form of derivatives. The molecular shape of hydrophilic polymers can be linear, branched, dendrimers, and the like.

ポリアルキレングリコールとしては具体的には、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールの共重合体、例えば、Pluronic F108、Pluronic F127等が好ましい。 Specific examples of polyalkylene glycols include polyethylene glycol, polypropylene glycol, and copolymers of polyethylene glycol and polypropylene glycol, such as Pluronic F108 and Pluronic F127.

リン脂質極性基を有する両性イオンポリマーとしては具体的には、ポリ(メタクリロイルオキシエチルフォスフォリルコリン)(=MPCポリマー)、メタクリロイルオキシエチルフォスフォリルコリンとアクリルモノマーの共重合体等が好ましい。
ポリアクリルアミドとしては具体的にはポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)が例示できる。
ポリメタクリル酸としては具体的にはポリ(2-ヒドロキシエチルメタクリレート)が例示できる。
多糖類としては具体的にはデキストラン、ヘパリン等が例示できる。
Specific examples of amphoteric polymers having a phospholipid polar group include poly(methacryloyloxyethyl phosphorylcholine) (=MPC polymer), copolymers of methacryloyloxyethyl phosphorylcholine and acrylic monomers, and the like.
A specific example of polyacrylamide is poly(N-isopropylacrylamide).
A specific example of polymethacrylic acid is poly(2-hydroxyethyl methacrylate).
Specific examples of polysaccharides include dextran and heparin.

細胞非接着層を備える支持基材の表面は、細胞非接着層により被覆された状態では高い細胞非接着性を有し、細胞非接着層の酸化処理及び/又は分解処理後には、露出した支持基材の表面が、或いは、細胞非接着層が酸化処理及び/又は分解処理により改質されて形成される層の表面が細胞接着性を示すものであることが望ましい。 It is desirable that the surface of the support substrate having the non-cell-adhesive layer has high cell-non-adhesive properties when covered with the non-cell-adhesive layer, and that after the oxidation and/or decomposition treatment of the non-cell-adhesive layer, the exposed surface of the support substrate, or the surface of the layer formed by modifying the non-cell-adhesive layer by the oxidation and/or decomposition treatment, exhibits cell adhesive properties.

親水性ポリマーとしては特にポリエチレングリコール(PEG)が好ましい。PEGは、1つ以上のエチレングリコール単位((CH-O)からなるエチレングリコール鎖(EG鎖)を少なくとも含むが、直鎖状でも分岐鎖状でもよい。エチレングリコール鎖は、例えば、次式:
-((CH-O)
(mは重合度を示す整数である)
で表される構造を指す。mは、好ましくは1~13の整数であり、より好ましくは1~10の整数である。
As the hydrophilic polymer, polyethylene glycol (PEG) is particularly preferred. PEG contains at least an ethylene glycol chain (EG chain) consisting of one or more ethylene glycol units ((CH 2 ) 2 -O), and may be linear or branched. The ethylene glycol chain is, for example, represented by the following formula:
-((CH 2 ) 2 -O) m -
(m is an integer indicating the degree of polymerization)
The symbol m is preferably an integer of 1 to 13, and more preferably an integer of 1 to 10.

PEGにはエチレングリコールオリゴマーも包含される。また、PEGには、官能基が導入されたものも包含される。官能基としては、例えば、エポキシ基、カルボキシル基、N-ハイドロキシスクシイミド基、カルボジイミド基、アミノ基、グルタルアルデヒド基、(メタ)アクリロイル基等が挙げられる。官能基は、場合によりリンカーを介して、好ましくは末端に導入されたものである。官能基が導入されたPEGとして、例えば、PEG(メタ)アクリレート、PEGジ(メタ)アクリレートが挙げられる。 PEG also includes ethylene glycol oligomers. PEG also includes those into which functional groups have been introduced. Examples of functional groups include epoxy groups, carboxyl groups, N-hydroxysuccinimide groups, carbodiimide groups, amino groups, glutaraldehyde groups, and (meth)acryloyl groups. The functional groups are preferably introduced at the ends, optionally via a linker. Examples of PEG into which functional groups have been introduced include PEG (meth)acrylate and PEG di(meth)acrylate.

細胞接着部は、支持基材の表面に形成された親水性有機化合物を含む細胞非接着層に酸化処理及び/又は分解処理を施して、細胞接着性を有する支持基材の表面を露出させる、或いは、細胞非接着層を改質して細胞接着層に転換することで形成することができる。
本開示において「酸化」とは狭義の意味であり、有機化合物が酸素と反応して酸素の含有量が反応以前よりも多くなる反応を意味する。
The cell adhesion portion can be formed by subjecting a non-cell adhesion layer containing a hydrophilic organic compound formed on the surface of the support substrate to an oxidation treatment and/or decomposition treatment to expose the surface of the support substrate having cell adhesion properties, or by modifying the non-cell adhesion layer to convert it into a cell adhesion layer.
In the present disclosure, the term "oxidation" is used in the narrow sense to mean a reaction in which an organic compound reacts with oxygen to increase the oxygen content compared to before the reaction.

本開示において「分解」とは有機化合物の結合が切断されて1種の有機化合物から2種以上の有機化合物が生じる変化を指す。「分解処理」としては典型的には、酸化処理による分解、紫外線照射による分解などが挙げられるがこれらには限定されない。「分解処理」が酸化を伴う分解(つまり酸化分解)である場合、「分解処理」と「酸化処理」とは同一の処理を指す。また細胞非接着層を分解して除去することも「分解処理」に含まれる。 In this disclosure, "decomposition" refers to a change in which the bonds of an organic compound are broken to produce two or more organic compounds from one type of organic compound. "Decomposition treatment" typically includes, but is not limited to, decomposition by oxidation treatment and decomposition by ultraviolet light irradiation. When the "decomposition treatment" is decomposition involving oxidation (i.e., oxidative decomposition), the "decomposition treatment" and the "oxidation treatment" refer to the same treatment. In addition, decomposition and removal of the non-adhesive cell layer is also included in the "decomposition treatment".

紫外線照射による分解とは、有機化合物が紫外線を吸収し、励起状態を経て分解することを指す。なお、有機化合物が、酸素を含む分子種(酸素、水など)とともに存在している系中に紫外線を照射すると、紫外線が化合物に吸収されて分解が起こる以外に、該分子種が活性化して有機化合物と反応する場合がある。後者の反応は「酸化」に分類できる。そして活性化された分子種による酸化により有機化合物が分解する反応は、「紫外線照射による分解」ではなく「酸化による分解」に分類できる。 Decomposition by UV irradiation refers to an organic compound absorbing UV light, going through an excited state, and then decomposing. When UV light is irradiated into a system in which an organic compound exists together with molecular species containing oxygen (oxygen, water, etc.), in addition to the UV light being absorbed by the compound and causing decomposition, the molecular species may become activated and react with the organic compound. The latter reaction can be classified as "oxidation." And the reaction in which an organic compound is decomposed by oxidation caused by activated molecular species can be classified as "decomposition by oxidation" rather than "decomposition by UV irradiation."

以上のように「酸化処理」と「分解処理」は操作としては重複する場合があり、両者を明確に区別することはできない。そこで本明細書では「酸化処理及び/又は分解処理」という用語を使用する。 As described above, "oxidation treatment" and "decomposition treatment" may overlap as operations, and it is not possible to clearly distinguish between the two. Therefore, in this specification, the term "oxidation treatment and/or decomposition treatment" is used.

次に、第2の形態について説明する。 Next, we will explain the second form.

第2の形態により形成される細胞培養基材では、支持基材の表面のうち、細胞接着部が、親水性ポリマー等の親水性有機化合物の密度が低い(親水性有機化合物を含まない場合も包含する)表面であり、細胞非接着部が、親水性有機化合物の密度が高い表面である。すなわち、細胞接着部と細胞非接着部とは、親水性有機化合物の密度が相違する。同密度が高いほど細胞は接着しにくくなる傾向がある。細胞接着部では、親水性有機化合物の密度が、細胞が接着できる程度に低い。親水性有機化合物及び親水性ポリマーの好ましい例は第1の形態について既述の通りである。 In the cell culture substrate formed by the second embodiment, the cell adhesion portion of the surface of the support substrate is a surface with a low density of hydrophilic organic compounds such as hydrophilic polymers (including cases where no hydrophilic organic compounds are present), and the cell non-adhesive portion is a surface with a high density of hydrophilic organic compounds. In other words, the density of the hydrophilic organic compounds differs between the cell adhesion portion and the cell non-adhesive portion. The higher the density, the more difficult it tends to be for cells to adhere. In the cell adhesion portion, the density of the hydrophilic organic compounds is low enough to allow cells to adhere. Preferred examples of hydrophilic organic compounds and hydrophilic polymers are as described above for the first embodiment.

第2の形態では、細胞接着部及び細胞非接着部を、密度を制御した親水性膜により形成する場合には、支持基材との密着性を高めるために支持基材上に必要に応じて結合層を形成し、次いで親水性有機化合物からなる親水性膜を形成するのが好ましい。結合層は、親水性有機化合物が有する官能基と結合可能な官能基(結合性官能基)を含む材料を含む層であることが好ましい。結合層の材料が有する官能基と、親水性有機化合物が有する官能基との組み合わせとしては、エポキシ基と水酸基、フタル酸無水物と水酸基、カルボキシル基とN-ハイドロキシスクシイミド、カルボキシル基とカルボジイミド、アミノ基とグルタルアルデヒド等が挙げられる。それぞれの組み合わせにおいて、いずれが結合層側の官能基であってもよい。これらの方法においては、親水性材料によるコーティングを行う前に、支持基材上に、所定の官能基を有する材料により結合層を形成する。結合層における前記材料の密度は結合力を規定する重要な因子である。前記密度は、結合層の表面における水の接触角を指標として簡便に評価することができる。なお、水接触角は、協和界面科学社製 CA-Zを用い、マイクロシリンジから純水を滴下して30秒後に測定した値である。 In the second embodiment, when the cell adhesion portion and the cell non-adhesion portion are formed by a hydrophilic film with controlled density, it is preferable to form a binding layer on the support substrate as necessary to increase adhesion to the support substrate, and then form a hydrophilic film made of a hydrophilic organic compound. The binding layer is preferably a layer containing a material containing a functional group (binding functional group) that can bind to a functional group of the hydrophilic organic compound. Examples of combinations of the functional group of the material of the binding layer and the functional group of the hydrophilic organic compound include epoxy group and hydroxyl group, phthalic anhydride and hydroxyl group, carboxyl group and N-hydroxysuccinimide, carboxyl group and carbodiimide, amino group and glutaraldehyde, etc. In each combination, either one may be the functional group on the binding layer side. In these methods, a binding layer is formed on the support substrate by a material having a predetermined functional group before coating with a hydrophilic material. The density of the material in the binding layer is an important factor that determines the binding force. The density can be easily evaluated using the contact angle of water on the surface of the binding layer as an index. The water contact angle was measured 30 seconds after pure water was dropped from a microsyringe using a CA-Z manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.

細胞接着部の結合層における、結合性官能基を有する材料の密度は低い。細胞接着部における、親水性有機化合物の薄膜を形成する前の結合層の表面の水接触角は、結合層を構成する結合性官能基を有する材料として、エポキシ基を末端に有するシランカップリング剤を使用する場合を例にとると、典型的には、10°~43°、望ましくは15°~40°である。このような結合層を形成する方法としては、結合性官能基を有する材料の被膜(結合層)を支持基材の表面に形成した後、当該結合層の表面を酸化処理及び/又は分解処理する方法が挙げられる。結合層表面を酸化処理及び/又は分解処理する方法としては、結合層表面を紫外線照射処理する方法、光触媒処理する方法、酸化剤で処理する方法などが挙げられる。結合層表面の全面を酸化処理及び/又は分解処理してもよいし、部分的に処理してもよい。部分的な処理は、フォトマスクやステンシルマスク等のマスクを用いたり、スタンプを用いたりすることにより行うことができる。また、紫外線レーザー等のレーザーを用いた方式等の直描方式で酸化処理及び/又は分解処理を施してもよい。諸条件などについても、親水性膜の酸化処理及び/又は分解処理により細胞接着部を形成する方法の場合と同様の条件を適用できる。こうして形成された結合層上に親水性有機化合物の薄膜を形成することにより、細胞接着部が形成できる。 The density of the material having the binding functional group in the binding layer of the cell adhesion portion is low. In the case where a silane coupling agent having an epoxy group at the end is used as the material having the binding functional group constituting the binding layer, the water contact angle of the surface of the binding layer before forming the thin film of the hydrophilic organic compound in the cell adhesion portion is typically 10° to 43°, preferably 15° to 40°. Examples of the method of forming such a binding layer include a method in which a coating (binding layer) of a material having a binding functional group is formed on the surface of a support substrate, and then the surface of the binding layer is oxidized and/or decomposed. Examples of the method of oxidizing and/or decomposing the binding layer surface include a method of irradiating the binding layer surface with ultraviolet light, a method of photocatalysis, and a method of treatment with an oxidizing agent. The entire surface of the binding layer may be oxidized and/or decomposed, or may be partially treated. Partial treatment can be performed by using a mask such as a photomask or a stencil mask, or by using a stamp. In addition, the oxidation treatment and/or decomposition treatment may be performed by a direct drawing method such as a method using a laser such as an ultraviolet laser. The same conditions as those for the method of forming a cell adhesion site by oxidation and/or decomposition of a hydrophilic film can be applied. A thin film of a hydrophilic organic compound can be formed on the binding layer thus formed to form a cell adhesion site.

細胞非接着部の結合層における、結合性官能基を有する材料の密度は高い。細胞非接着部における、親水性有機化合物の薄膜を形成する前の結合層の表面の水接触角は、結合性官能基を有する材料としてエポキシ基を末端に有するシランカップリング剤を使用する場合を例にとると、典型的には45°以上、望ましくは47°以上である。このような結合層は、結合性官能基を有する材料の被膜を支持基材の表面に形成することにより得られる。結合層表面を部分的に酸化処理及び/又は分解処理した場合には、処理を受けない残余の部分が前記水接触角を有する結合層となる。こうして形成された結合層上に親水性有機化合物の薄膜を形成することにより、細胞非接着層が形成できる。 The density of the material having the binding functional group in the binding layer of the non-cell-adhesive portion is high. In the case of using a silane coupling agent having an epoxy group at the end as the material having the binding functional group, the water contact angle of the surface of the binding layer in the non-cell-adhesive portion before forming the thin film of the hydrophilic organic compound is typically 45° or more, preferably 47° or more. Such a binding layer can be obtained by forming a coating of the material having the binding functional group on the surface of the support substrate. When the surface of the binding layer is partially oxidized and/or decomposed, the remaining part that is not treated becomes the binding layer having the water contact angle. A thin film of the hydrophilic organic compound is formed on the binding layer thus formed, thereby forming a non-cell-adhesive layer.

第2の形態ではまた、支持基材表面の一部を選択的に感光性フォトレジスト等によりマスキングし、マスキングされていない領域に前記親水性有機化合物の膜を形成して細胞非接着部を形成し、その後マスキングを除去して支持基材の表面を露出させることで細胞接着部を形成してもよい。 In the second embodiment, a portion of the surface of the support substrate may be selectively masked with a photosensitive photoresist or the like, a film of the hydrophilic organic compound may be formed in the unmasked area to form a cell non-adhesive portion, and then the masking may be removed to expose the surface of the support substrate to form a cell adhesive portion.

続いて、上記の第1の形態又は第2の形態、或いは他の方法により形成された細胞接着部と細胞非接着部の特徴について更に説明する。 Next, we will further explain the characteristics of the cell adhesion parts and cell non-adhesive parts formed by the first or second form described above, or by other methods.

細胞接着部(結合層が存在する場合には結合層も含む)の炭素量は、細胞非接着部(結合層が存在する場合には結合層も含む)の炭素量と比較して低いことが好ましい。具体的には、細胞接着部の炭素量が、細胞非接着部の炭素量に対して20~99%であることが好ましい。この範囲内に該当することは、細胞接着部及び細胞非接着部に含まれる親水性有機化合物層の厚さ(結合層が存在する場合には結合層の厚さと親水性膜の厚さの合計)が10μm以下の場合に特に好適である。「炭素量(atomic concentration、%)」は下記に定義する通りである。 The carbon content of the cell adhesion portion (including the binding layer, if present) is preferably lower than the carbon content of the cell non-adhesion portion (including the binding layer, if present). Specifically, the carbon content of the cell adhesion portion is preferably 20-99% of the carbon content of the cell non-adhesion portion. Being within this range is particularly suitable when the thickness of the hydrophilic organic compound layer contained in the cell adhesion portion and the cell non-adhesion portion (the sum of the thickness of the binding layer and the thickness of the hydrophilic film, if a binding layer is present) is 10 μm or less. "Carbon content (atomic concentration, %)" is defined as follows:

また、細胞接着部(結合層が存在する場合には結合層も含む)における炭素のうちで酸素と結合している炭素の割合(%)の値は、細胞非接着部(結合層が存在する場合には結合層も含む)における炭素のうちで酸素と結合している炭素の割合(%)の値に対して小さい値であることが好ましい。具体的には、細胞接着部における炭素のうちで酸素と結合している炭素の割合(%)の値が、細胞非接着部における炭素のうちで酸素と結合している炭素の割合(%)の値に対して35~99%であることが好ましい。この範囲内に該当することは、親水性膜の厚さ(結合層が存在する場合には結合層の厚さと親水性膜の厚さの合計)が10μm以下の場合に特に好適である。「酸素と結合している炭素の割合(atomic concentration、%)」は下記に定義する通りである。 In addition, the percentage of carbon bound to oxygen in the cell adhesion portion (including the binding layer if present) is preferably smaller than the percentage of carbon bound to oxygen in the non-cell adhesion portion (including the binding layer if present). Specifically, the percentage of carbon bound to oxygen in the cell adhesion portion is preferably 35 to 99% of the percentage of carbon bound to oxygen in the non-cell adhesion portion. This range is particularly suitable when the thickness of the hydrophilic film (the sum of the thickness of the binding layer and the thickness of the hydrophilic film if a binding layer is present) is 10 μm or less. The "percentage of carbon bound to oxygen (atomic concentration, %)" is defined as follows:

細胞接着部及び細胞非接着部に含まれる親水性有機化合物層(結合層が存在する場合には結合層も含む)の評価手法としては、接触角測定、エリプソメトリー、原子間力顕微鏡観察、電子顕微鏡観察、オージェ電子分光測定、X線光電子分光測定、各種質量分析法などを用いることができる。これらの手法の中で、最も定量性に優れているのはX線光電子分光測定(XPS/ESCA)である。この測定方法で求められるのは相対的定量値であり、一般的に元素濃度(atomic concentration、%)で算出される。以下、本開示におけるX線光電子分光分析方法を詳細に説明する。 Methods for evaluating the hydrophilic organic compound layer (including the binding layer, if present) contained in the cell adhesion portion and the cell non-adhesion portion can include contact angle measurement, ellipsometry, atomic force microscope observation, electron microscope observation, Auger electron spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, various mass spectrometry, and the like. Of these methods, the most quantitative is X-ray photoelectron spectroscopy (XPS/ESCA). This measurement method determines a relative quantitative value, which is generally calculated as element concentration (atomic concentration, %). The X-ray photoelectron spectroscopy analysis method in this disclosure will be described in detail below.

細胞接着部及び細胞非接着部の「炭素量」は、「X線光電子分光装置を用いて得られるC1sピークの解析値から求められる炭素量」と定義される。また、本開示において細胞接着部及び細胞非接着部の「酸素と結合している炭素の割合」は、「X線光電子分光装置を用いて得られるC1sピークの解析値から求められる酸素と結合している炭素の割合」と定義される。具体的な測定は、特開2007-312736に記載されるとおりに実施できる。 The "carbon amount" of the cell adhesion portion and the cell non-adhesion portion is defined as "the carbon amount determined from the analysis value of the C1s peak obtained using an X-ray photoelectron spectroscopy device." Furthermore, in this disclosure, the "proportion of carbon bonded to oxygen" of the cell adhesion portion and the cell non-adhesion portion is defined as "the proportion of carbon bonded to oxygen determined from the analysis value of the C1s peak obtained using an X-ray photoelectron spectroscopy device." Specific measurements can be performed as described in JP 2007-312736 A.

<2.2.1.2.細胞接着部の形状の好ましい例>
細胞接着部の形状の一例は、上記の通り、細胞非接着部を内包していない四角形を初めとする多角形、円形、楕円形等であり、円形が好ましい。円形の場合の直径は、好ましくは、上記面積の範囲を満たす直径であることができ、具体的には円形の直径は350μm以上が例示でき、好ましくは800μm以上、好ましくは1000μm以上、好ましくは1200μm以上、より好ましくは1500μm以上であり、好ましくは6000μm以下、より好ましくは4000μm以下、さらに好ましくは3000μm以下、さらに好ましくは2000μm以下である。この例では、細胞培養部は、細胞接着部のみからなる。
<2.2.1.2. Preferred examples of the shape of the cell adhesion portion>
As described above, an example of the shape of the cell adhesion part is a polygon such as a square not including a cell non-adhesive part, a circle, an ellipse, etc., and a circle is preferable. In the case of a circle, the diameter can be preferably a diameter that satisfies the above-mentioned area range, and specifically, the diameter of the circle can be 350 μm or more, preferably 800 μm or more, preferably 1000 μm or more, preferably 1200 μm or more, more preferably 1500 μm or more, preferably 6000 μm or less, more preferably 4000 μm or less, even more preferably 3000 μm or less, and even more preferably 2000 μm or less. In this example, the cell culture part consists of only the cell adhesion part.

<2.2.2.工程21>
本開示に係る細胞構造物の製造方法の工程21は、表面上に細胞接着部のパターンを備える細胞培養基材上に多能性幹細胞を播種する工程である。
ここで細胞培養基材及び多能性幹細胞の好ましい実施形態については既述の通りである。
<2.2.2. Step 21>
Step 21 of the method for producing a cell structure according to the present disclosure is a step of seeding pluripotent stem cells onto a cell culture substrate having a pattern of cell adhesion sites on its surface.
Here, the preferred embodiments of the cell culture substrate and the pluripotent stem cells are as described above.

細胞培養基材は、多能性幹細胞の細胞接着部への接着を促進する目的で、プレコート剤によりプレコート処理されていることが好ましい。プレコート剤とは、細胞培養基材に予め適用して、細胞接着部への細胞の接着を促進するための成分である。プレコート剤としては、細胞外マトリックス(コラーゲン、フィブロネクチン、プロテオグリカン、ラミニン、ビトロネクチン)、ゼラチン、リジン、ペプチド、それらを含むゲル状マトリックス、血清等が挙げられる。プレコート処理を実施することにより、接着性の低い多能性幹細胞の細胞接着部への接着を促進でき、細胞の接着培養及び分化誘導を効果的に実施できる。 The cell culture substrate is preferably precoated with a precoating agent for the purpose of promoting adhesion of pluripotent stem cells to cell adhesion sites. The precoating agent is a component that is applied to the cell culture substrate in advance to promote adhesion of cells to cell adhesion sites. Precoating agents include extracellular matrices (collagen, fibronectin, proteoglycan, laminin, vitronectin), gelatin, lysine, peptides, gel-like matrices containing these, serum, etc. By carrying out the precoating treatment, it is possible to promote adhesion of pluripotent stem cells, which have low adhesiveness, to cell adhesion sites, and it is possible to effectively carry out cell adhesion culture and differentiation induction.

多能性幹細胞は、播種前に未分化性を維持した条件で培養することができる。このときの培養に用いる培地は、幹細胞を分化誘導させない培地であれば特に限定されないが、例えば、マウス胚性幹細胞及びマウス人工多能性幹細胞の未分化性を維持する性質を有していることが知られているleukemia inhibitory factorを含む培地や、ヒトiPS細胞の未分化性を維持する性質を有していることが知られているbasic FGFを含む培地等が挙げられる。 Pluripotent stem cells can be cultured under conditions that maintain the undifferentiated state before seeding. The medium used for the culture is not particularly limited as long as it does not induce differentiation of stem cells. For example, a medium containing a leukemia inhibitory factor that is known to have the property of maintaining the undifferentiated state of mouse embryonic stem cells and mouse induced pluripotent stem cells, or a medium containing basic FGF that is known to have the property of maintaining the undifferentiated state of human iPS cells, etc. can be used.

工程21及び後述する工程22は、多能性幹細胞を増殖させ、分化誘導することができる培地中で行えばよく、培地は特に限定されない。工程21及び後述する工程22で使用する培地の基礎培地として、Knockout DMEM(KDMEM)培地、DMEM培地、EMEM培地、MEM培地、DMEM-F12培地、BME培地、αMEM培地、IMDM培地、ES培地、DM-160培地、Fisher培地、F12培地、WE培地、RPMI1640培地等を用いることができる。培地には、各種増殖因子、血清又は血清代替成分、抗生物質、アミノ酸などを加えてもよい。例えば、0.1~2%のピルビン酸、0.1~2%の非必須アミノ酸、0.1~2%のペニシリン/ストレプトマイシン、0.1~1%のグルタミン、0.1~2%のβメルカプトエタノール、1mM~20mMのROCK阻害剤(例えば、Y27632)を添加してもよい。工程21及び後述する工程22で使用する培地の具体例としては、実施例で記載するXF32培地や、StemFit(味の素社)、StemFlex(Life Technologies社)、ReproFF(リプロセル社)などの市販の培地が例示できる。前記培地は、血清含有培地であってもよいし、血清代替成分を含有した無血清培地であってもよいが、好ましくは血清代替成分を含有した無血清培地である。
前記培地は、好ましくは、異種由来成分を含まない。
Step 21 and step 22 described later may be performed in a medium capable of growing pluripotent stem cells and inducing differentiation, and the medium is not particularly limited. As the basal medium used in step 21 and step 22 described later, Knockout DMEM (KDMEM) medium, DMEM medium, EMEM medium, MEM medium, DMEM-F12 medium, BME medium, αMEM medium, IMDM medium, ES medium, DM-160 medium, Fisher medium, F12 medium, WE medium, RPMI1640 medium, etc. may be used. Various growth factors, serum or serum substitutes, antibiotics, amino acids, etc. may be added to the medium. For example, 0.1-2% pyruvic acid, 0.1-2% non-essential amino acids, 0.1-2% penicillin/streptomycin, 0.1-1% glutamine, 0.1-2% β-mercaptoethanol, and 1 mM-20 mM ROCK inhibitor (e.g., Y27632) may be added. Specific examples of the medium used in step 21 and step 22 described below include XF32 medium described in the Examples, and commercially available media such as StemFit (Ajinomoto Co., Ltd.), StemFlex (Life Technologies, Inc.), and ReproFF (ReproCell Co., Ltd.). The medium may be a serum-containing medium or a serum-free medium containing a serum replacement component, but is preferably a serum-free medium containing a serum replacement component.
The medium is preferably free of xenogeneic components.

細胞培養基材への多能性幹細胞の播種密度は常法に従えばよく特に限定されるものではない。本開示においては、幹細胞を細胞培養基材に対し3×10 cells/cm以上の密度で播種することが好ましく、3×10~5×10 cells/cmの密度で播種することがより好ましく、3×10~2.5×10 cells/cmの密度で播種することがさらに好ましい。 The seeding density of pluripotent stem cells on the cell culture substrate is not particularly limited and may be in accordance with conventional methods. In the present disclosure, stem cells are preferably seeded on the cell culture substrate at a density of 3×10 4 cells/cm 2 or more, more preferably at a density of 3×10 4 to 5×10 7 cells/cm 2 , and even more preferably at a density of 3×10 4 to 2.5×10 7 cells/cm 2 .

<2.2.3.工程22>
工程22は、工程21で播種された前記多能性幹細胞を前記細胞培養基材上で培養して、内腔を内包し、長軸方向の長さが5mm以上である、内胚葉系細胞、外胚葉系細胞、及び中胚葉系細胞を含む袋状細胞構造物へと分化誘導させる工程である。
<2.2.3. Step 22>
Step 22 is to culture the pluripotent stem cells seeded in step 21 on the cell culture substrate to produce endodermal cells that contain a lumen and have a longitudinal length of 5 mm or more. This is a step of inducing differentiation into a pouch-shaped cell structure containing ectodermal cells and mesodermal cells.

工程22で使用できる培地は上記の通りである。 The media that can be used in step 22 are as described above.

工程22での培養温度は、通常37℃である。CO細胞培養装置などを利用して、5%程度のCO濃度雰囲気下で培養するのが好ましい。 The culture temperature in step 22 is usually 37° C. It is preferable to culture in an atmosphere with a CO2 concentration of about 5% using a CO2 cell culture device or the like.

工程22での培養期間は、細胞の初期播種密度や細胞接着部の形状、大きさによって差異が生じるが、2~4週間程度であることが好ましい。前記細胞培養基材上で幹細胞を培養し分化誘導するとき、播種後2~4週間で、分化誘導された、内腔を内包し、長軸方向の長さが5mm以上で、内胚葉系細胞、外胚葉系細胞、及び中胚葉系細胞を含む袋状細胞構造物が自然に浮遊して剥離し、回収することができる。また、袋状細胞構造物を破壊しない温和な酵素処理(例えばAccutaseやTrypLEなど)やEDTA処理、培地等の液体の吹きかけ、スクレーパーによる物理的な剥離等の各種手法を用いて、細胞培養基材からの、袋状細胞構造物の剥離を促進してもよい。 The culture period in step 22 varies depending on the initial seeding density of the cells and the shape and size of the cell adhesion portion, but is preferably about 2 to 4 weeks. When stem cells are cultured on the cell culture substrate and induced to differentiate, 2 to 4 weeks after seeding, the induced sac-like cell structures containing an inner lumen, a longitudinal length of 5 mm or more, and containing endodermal cells, ectodermal cells, and mesodermal cells can be naturally floated, detached, and collected. In addition, the detachment of the sac-like cell structures from the cell culture substrate may be promoted using various methods such as mild enzyme treatment (e.g., Accutase or TrypLE) that does not destroy the sac-like cell structures, EDTA treatment, spraying with a liquid such as a culture medium, and physical detachment with a scraper.

工程22で得られる袋状細胞構造物は、細胞培養基材から剥離したときに、長軸方向の長さが5mm以上、より好ましくは10mm以上である。袋状細胞構造物の長軸の長さの上限は特に限定されないが、通常は50mm以下である。 The pouch-shaped cell structure obtained in step 22 has a length in the long axis direction of 5 mm or more, more preferably 10 mm or more, when peeled off from the cell culture substrate. There is no particular upper limit to the length of the long axis of the pouch-shaped cell structure, but it is usually 50 mm or less.

<2.3.袋状細胞構造物からのシート状細胞構造物の製造方法>
本開示のシート状細胞構造物は、前記袋状細胞構造物から切り出して製造することができる。
一般的に細胞構造物の加工は破壊的であり、機能的な構造の喪失に繋がることが知られている。それはIn vitroで作製される細胞外骨格(ECM)が一般的に非常に脆弱であるためである。加工の結果細胞内骨格が有する張力とECMのバランスが容易に崩れ凝集といった潰れた構造を取る事や、細胞死に伴いプロテアーゼがECMを破壊するといった状況が生じ本来の機能的構造を喪失する。実際に細胞シート工学ではECMを細胞層の間に積層させ機能的な構造を保つといった試みが行われている。
本開示のシート状細胞構造物は、袋構造由来の機能的な多層構造を維持したまま長期間の生存が可能であった。驚くべきことに本開示のシート状細胞構造物はリン酸緩衝生理食塩水(PBS)でインキュベートする環境下でも少なくとも5日間蠕動運動能を見せ、PBS内で5日間機能的構造を維持していたと考えられる。
<2.3. Method for producing a sheet-shaped cell structure from a pouch-shaped cell structure>
The sheet-shaped cell structure of the present disclosure can be produced by cutting it out from the pouch-shaped cell structure.
It is generally known that processing of cellular structures is destructive and leads to the loss of functional structures. This is because the extracellular skeleton (ECM) created in vitro is generally very fragile. As a result of processing, the balance between the tension of the intracellular skeleton and the ECM can easily be lost, resulting in a collapsed structure such as aggregation, or proteases can destroy the ECM due to cell death, resulting in the loss of the original functional structure. In fact, cell sheet engineering has attempted to maintain functional structures by layering ECM between cell layers.
The sheet-shaped cell structure of the present disclosure was able to survive for a long period of time while maintaining the functional multi-layer structure derived from the pouch structure. Surprisingly, the sheet-shaped cell structure of the present disclosure exhibited peristaltic motility for at least 5 days even when incubated in phosphate buffered saline (PBS), and it is believed that the functional structure was maintained in PBS for 5 days.

この製造方法を、図1を参照して説明する。
図1Aに示す袋状細胞構造物20は、内胚葉系細胞、外胚葉系細胞、及び中胚葉系細胞を含む壁部21が、内腔22を内包するように袋状物を形成したものである。壁部21は、好ましくは、外側の表面11と、内側の表面12とが区別できる層構造を有しており、より好ましくは、外側の表面11の側に内胚葉系細胞を含み、内側の表面12の側に外胚葉系細胞及び/又は中胚葉系細胞を含む。内胚葉系細胞、外胚葉系細胞、及び中胚葉系細胞のより好ましい実施形態は既述の通りである。
This manufacturing method will be described with reference to FIG.
The pouch-shaped cell structure 20 shown in Fig. 1A is a pouch formed by a wall 21 containing endodermal cells, ectodermal cells, and mesodermal cells, which contains a lumen 22. The wall 21 preferably has a layered structure in which an outer surface 11 and an inner surface 12 can be distinguished, and more preferably contains endodermal cells on the outer surface 11 side, and ectodermal cells and/or mesodermal cells on the inner surface 12 side. More preferred embodiments of the endodermal cells, ectodermal cells, and mesodermal cells are as described above.

袋状細胞構造物20の壁部21の一部を切り出して、図1Bに示すシート状細胞構造物10を製造することができる。シート状細胞構造物10の第1の表面11は、袋状細胞構造物20における外側の表面11であり、第2の表面12が、袋状細胞構造物20における内側の表面11である。
図2に、袋状細胞構造物から切り出して得られたシート状細胞構造物の写真を示す。
A portion of the wall 21 of the sac-like cell structure 20 can be cut out to produce the sheet-like cell structure 10 shown in Figure 1B. The first surface 11 of the sheet-like cell structure 10 is the outer surface 11 of the sac-like cell structure 20, and the second surface 12 is the inner surface 11 of the sac-like cell structure 20.
FIG. 2 shows a photograph of the sheet-like cell structure obtained by cutting out the pouch-like cell structure.

驚くべきことに、本明細書の実施例では、袋状細胞構造物20の壁部21の一部を切り出して得られたシート状細胞構造物10が、少なくとも5日間は蠕動運動能を保持することができることが確認された。 Surprisingly, in the examples of this specification, it was confirmed that the sheet-shaped cell structure 10 obtained by cutting out a portion of the wall 21 of the bag-shaped cell structure 20 can retain peristaltic motility for at least five days.

シート状細胞構造物は、袋状細胞構造物よりも移植し易い。 Sheet-shaped cell structures are easier to transplant than pouch-shaped cell structures.

また、袋状細胞構造物は、内腔に内腔液が満たされているため、内腔液と培養液の浸透圧の差により張力が発生し、好ましくない構造に変化する場合がある。また、内腔液が周辺の培養液と比較し浸透圧が高い場合、袋状細胞構造物は膨張するため蠕動運動が阻害される場合がある。これに対して、シート状細胞構造物は、周囲の培養液の影響を受けることなく形状が保持され易く、且つ、蠕動運動が阻害され難い。 In addition, because the lumen of the sac-shaped cell structure is filled with luminal fluid, tension is generated due to the difference in osmotic pressure between the luminal fluid and the culture fluid, which may cause the structure to change into an undesirable one. Furthermore, if the osmotic pressure of the luminal fluid is higher than that of the surrounding culture fluid, the sac-shaped cell structure will expand, which may inhibit peristaltic movement. In contrast, sheet-shaped cell structures are not affected by the surrounding culture fluid and are therefore more likely to retain their shape, and peristaltic movement is less likely to be inhibited.

シート状細胞構造物10を、袋状細胞構造物20から切り出す手段は特に限定されない。 The means for cutting the sheet-shaped cell structure 10 from the bag-shaped cell structure 20 is not particularly limited.

例えば、袋状細胞構造物20の壁部21の一部に、外側の表面11から内側の表面12まで至る切込みを形成し、形成された切込みを必要に応じて広げることで、袋状細胞構造物20の壁部21の一部を周囲から切り離して、シート状細胞構造物10を得ることができる。 For example, a cut can be formed in part of the wall 21 of the bag-shaped cell structure 20 from the outer surface 11 to the inner surface 12, and the cut can be widened as necessary to separate part of the wall 21 of the bag-shaped cell structure 20 from the surrounding area, thereby obtaining a sheet-shaped cell structure 10.

袋状細胞構造物20の壁部21における切込みは、袋状細胞構造物20の壁部21を、刃物、ニードル、浸透圧等の機械的な手段で破壊するか、電気、熱、薬品、酵素処理等の手段による、細胞外基質の分解、細胞間結合の分離又は細胞破壊によって破壊することによって形成することができる。 The incision in the wall 21 of the sac-like cell structure 20 can be formed by destroying the wall 21 of the sac-like cell structure 20 by mechanical means such as a blade, needle, or osmotic pressure, or by decomposing the extracellular matrix, separating intercellular bonds, or destroying cells by means of electricity, heat, chemicals, enzyme treatment, etc.

切込みは、ピンセット等の冶具が入る程度の穴であってもよいし、線状の切込みであっても良い。線状の切込みは、好ましくは、シート状細胞構造物10の辺縁部となる切込みである。 The incision may be a hole large enough to fit a tool such as tweezers, or it may be a linear incision. The linear incision is preferably a notch that forms the edge of the sheet-shaped cell structure 10.

切込みを広げる方法は特に限定されない。例えば、袋状細胞構造物20の、切込みが形成された壁部21の、切込みを挟んだ2箇所をそれぞれ適当な冶具で保持し、前記冶具を引き離すことで、切込みを広げることができる。冶具はピンセットが例示できるが特に限定されない。壁部21の2箇所をそれぞれ冶具によって保持する場合、壁部21の各箇所を冶具によって挟んで保持してもよいし、壁部21の各箇所を冶具に接着して保持してもよい。 The method of widening the incision is not particularly limited. For example, the incision can be widened by holding two points on either side of the incision of the wall portion 21 of the bag-shaped cell structure 20 with an appropriate jig and then pulling the jig apart. An example of the jig is tweezers, but is not particularly limited. When holding two points of the wall portion 21 with a jig, each point of the wall portion 21 may be held by being clamped by the jig, or each point of the wall portion 21 may be held by being glued to the jig.

<3.シート状細胞構造物の形状の特徴と加工>
本開示のシート状細胞構造物は、平坦又は歪曲の小さい形状であってもよいし、歪曲した形状であってもよい。
<3. Shape characteristics and processing of sheet-shaped cell structures>
The sheet-shaped cellular structure of the present disclosure may be flat or have a small amount of distortion, or may have a distorted shape.

平坦又は歪曲の小さい形状の本開示のシート状細胞構造物の例を図3に示す。図3に示すシート状細胞構造物10は、平坦面30上に、第2の表面12が平坦面30と対向するように静置したとき、シート状細胞構造物10の、平坦面30の反対側に向いた第1の表面11上の、最も低い位置112の高さをA、最も高い位置111の高さをBとしたとき、例えば、A/Bが0.40以下である。ここで、位置111の高さBは、平坦面30の法線方向に沿った、平坦面30から位置111までの距離を指す。位置112の高さAは、平坦面30の法線方向に沿った、平坦面30から位置112までの距離を指す。
図3に示すような平坦な又は歪曲の小さい本開示のシート状細胞構造物は、炎症部、創傷部、病変部、手術後の縫合部等を被覆することが容易であり好ましい。
An example of a sheet-like cellular structure of the present disclosure having a flat or small distortion shape is shown in Fig. 3. When the sheet-like cellular structure 10 shown in Fig. 3 is placed on a flat surface 30 with the second surface 12 facing the flat surface 30, the height of the lowest position 112 on the first surface 11 facing the opposite side of the flat surface 30 of the sheet-like cellular structure 10 is A and the height of the highest position 111 is B, and for example, A/B is 0.40 or less. Here, the height B of the position 111 refers to the distance from the flat surface 30 to the position 111 along the normal direction of the flat surface 30. The height A of the position 112 refers to the distance from the flat surface 30 to the position 112 along the normal direction of the flat surface 30.
The sheet-shaped cell structure of the present disclosure, which is flat or has little distortion as shown in FIG. 3, is preferable because it can easily cover inflamed areas, wounds, lesions, sutures after surgery, and the like.

平坦な又は歪曲の小さい本開示のシート状細胞構造物は、袋状細胞構造物の壁部のうち平坦な又は歪曲の小さい部分を切り出すことにより得ることができる。また、後述するように、歪曲したシート状細胞構造物を、平坦な又は歪曲の小さい鋳型面に沿うように加工することで得ることもできる。 The flat or minimally distorted sheet-shaped cell structure of the present disclosure can be obtained by cutting out a flat or minimally distorted portion of the wall of a pouch-shaped cell structure. As described below, a distorted sheet-shaped cell structure can also be obtained by processing it to fit a flat or minimally distorted mold surface.

歪曲した形状の本開示のシート状細胞構造物の例を図4に示す。図4に示すシート状細胞構造物10は、平坦面30上に、第2の表面12が平坦面30と対向するように静置したとき、図3に示す実施形態と同様に定義するA/Bが、例えば、0.003以上である。 An example of a distorted shape of the sheet-like cellular structure of the present disclosure is shown in Figure 4. When the sheet-like cellular structure 10 shown in Figure 4 is placed on a flat surface 30 with the second surface 12 facing the flat surface 30, A/B, defined in the same manner as in the embodiment shown in Figure 3, is, for example, 0.003 or more.

図4に示すような歪曲した形状の本開示のシート状細胞構造物は、歪曲した面上の、炎症部、創傷部、病変部、手術後の縫合部等を被覆するのに適している。 The sheet-shaped cell structure of the present disclosure, which has a distorted shape as shown in FIG. 4, is suitable for covering inflamed areas, wounds, lesions, post-operative sutures, etc. on distorted surfaces.

歪曲した本開示のシート状細胞構造物は、袋状細胞構造物の壁部のうち歪曲した部分を切り出すことにより得ることができる。また、シート状細胞構造物を、歪曲した鋳型面に沿うように加工することで得ることもできる。歪曲したシート状細胞構造物の例としては、袋状細胞構造物を二つに分割して得られる半球上の断片が挙げられる。 The distorted sheet-like cell structure of the present disclosure can be obtained by cutting out the distorted portion of the wall of a sac-like cell structure. It can also be obtained by processing the sheet-like cell structure so that it conforms to the distorted template surface. An example of a distorted sheet-like cell structure is a hemispherical fragment obtained by dividing a sac-like cell structure in two.

本開示のシート状細胞構造物の形状は加工により変化させることができる。 The shape of the sheet-shaped cell structure disclosed herein can be changed by processing.

本開示の更なる実施形態は、本開示のシート状細胞構造物を加工する方法であって、
前記シート状細胞構造物を、鋳型面に接するように配置すること、
前記シート状細胞構造物を前記鋳型面に沿った形状に加工すること、
を含む方法に関する。
A further embodiment of the present disclosure is a method for fabricating the sheet-shaped cellular structure of the present disclosure, comprising:
Placing the sheet-shaped cell structure in contact with a template surface;
processing the sheet-shaped cell structure into a shape that conforms to the template surface;
The present invention relates to a method comprising the steps of:

前記シート状細胞構造物を前記鋳型面に沿った形状に加工する方法は特に限定されない。例えば、前記シート状細胞構造物を、前記鋳型面に向けて付勢して前記鋳型面に押し当てて、前記鋳型面に沿った形状とすることが挙げられる。前記シート状細胞構造物を、前記鋳型面に向けて付勢する方法の一例としては、前記シート状細胞構造物を前記鋳型面に載せた状態で、前記シート状細胞構造物に、前記鋳型面に垂直且つ前記鋳型面に向かう方向に遠心力を加える方法が挙げられる。前記シート状細胞構造物を、前記鋳型面に向けて付勢する方法の別の一例としては、前記シート状細胞構造物を前記鋳型面に載せた状態で、前記鋳型面と対向する別の鋳型を前記シート状細胞構造物の側から前記鋳型面に近接させて、前記シート状細胞構造物を挟み込み、前記シート状細胞構造物を前記鋳型面に押し付ける方法が挙げられる。
鋳型面は、平坦な面であってもよいし、一部又は全体に歪曲及び/又は凹凸を有する面であってもよい。
前記加工方法の好ましい実施形態を図5及び図6を参照して説明する。
The method of processing the sheet-like cell structure into a shape that conforms to the mold surface is not particularly limited. For example, the sheet-like cell structure may be urged toward the mold surface and pressed against the mold surface to form a shape that conforms to the mold surface. One example of the method of urging the sheet-like cell structure toward the mold surface is a method in which, with the sheet-like cell structure placed on the mold surface, centrifugal force is applied to the sheet-like cell structure in a direction perpendicular to the mold surface and toward the mold surface. Another example of the method of urging the sheet-like cell structure toward the mold surface is a method in which, with the sheet-like cell structure placed on the mold surface, another mold that faces the mold surface is brought close to the mold surface from the side of the sheet-like cell structure, so as to sandwich the sheet-like cell structure and press the sheet-like cell structure against the mold surface.
The mold surface may be a flat surface, or may be a surface that is partially or entirely curved and/or uneven.
A preferred embodiment of the processing method will now be described with reference to FIGS.

図5に示す実施形態では、歪曲したシート状細胞構造物10を、平坦な鋳型面50に接するように配置し(図5A)、続いて、歪曲したシート状細胞構造物10を平坦な鋳型面50に沿った形状に加工して、平坦なシート状細胞構造物10を得る(図5B)。 In the embodiment shown in FIG. 5, the distorted sheet-like cell structure 10 is placed in contact with a flat mold surface 50 (FIG. 5A), and then the distorted sheet-like cell structure 10 is processed into a shape that conforms to the flat mold surface 50 to obtain a flat sheet-like cell structure 10 (FIG. 5B).

図6に示す実施形態では、平坦なシート状細胞構造物10を、上に凸に歪曲した鋳型面60に接するように配置し(図6A)、続いて、平坦なシート状細胞構造物10を、歪曲した鋳型面60に沿った形状に加工して、歪曲したシート状細胞構造物10を得る(図6B)。
鋳型面に沿った形状に加工されたシート状細胞構造物は、そのまま移植に用いても良いし、加工後に更に培養してもよい。
In the embodiment shown in Figure 6, a flat sheet-like cell structure 10 is placed in contact with an upwardly convexly curved template surface 60 (Figure 6A), and then the flat sheet-like cell structure 10 is processed into a shape that conforms to the curved template surface 60 to obtain a curved sheet-like cell structure 10 (Figure 6B).
The sheet-shaped cell structure processed into a shape conforming to the surface of the template may be used for transplantation as is, or may be further cultured after processing.

<4.シート状細胞構造物の移植>
本開示のシート状細胞構造物は、ヒト又は非ヒト動物の体に移植する用途、特に、臓器等における炎症部、創傷部、病変部、手術後の縫合部、腹腔、欠損した腸組織等を被覆する用途、で用いることができる。
<4. Transplantation of sheet-shaped cell structures>
The sheet-shaped cell structure of the present disclosure can be used for transplantation into the bodies of humans or non-human animals, particularly for covering inflamed areas, wounds, lesions, sutures after surgery, the abdominal cavity, defective intestinal tissue, etc. in organs.

特に、本開示のシート状細胞構造物が、粘液分泌能、具体的には、ムチン及び抗菌ペプチド産生能を有する実施形態では、癒合部を保護する効果が高いため好ましい。
本開示のシート状細胞構造物は、好ましくは、炎症部、創傷部、病変部、手術後の縫合部又は腹腔に癒合させることにより、癒合部を保護することができる。
In particular, in an embodiment in which the sheet-shaped cell structure of the present disclosure has the ability to secrete mucus, specifically the ability to produce mucin and antimicrobial peptides, it is preferable because it is highly effective in protecting the fusion site.
The sheet-shaped cell structure of the present disclosure can protect the healed area by adhering it to an inflamed area, a wounded area, a lesion, a sutured area after surgery, or the abdominal cavity, preferably.

本開示のシート状細胞構造物は、好ましくは、炎症部、創傷部、病変部、手術後の縫合部又は腹腔に癒合させることにより、癒合部からの漏出、癒合部への漏出、或いは、癒合部への侵入を抑制することができる。 The sheet-shaped cell structure of the present disclosure can be preferably allowed to adhere to an inflamed area, a wound, a lesion, a sutured area after surgery, or the abdominal cavity, thereby suppressing leakage from or into the adherent area, or invasion into the adherent area.

本開示のシート状細胞構造物は、好ましくは、炎症部、創傷部、病変部、手術後の縫合部又は腹腔に癒合させることにより、癒合部の治癒に必要な細胞や細胞の足場を提供することができる。 The sheet-shaped cell structure of the present disclosure can preferably be allowed to adhere to an inflamed area, wound, lesion, post-operative suture, or abdominal cavity, thereby providing cells or a scaffold for cells necessary for healing of the adherent area.

本開示のシート状細胞構造物は、好ましくは、炎症部、創傷部、病変部、手術後の縫合部又は腹腔に癒合させることにより、癒合部の異所への癒着を防止することができる。 The sheet-shaped cell structure of the present disclosure can be preferably allowed to adhere to an inflamed area, a wound, a lesion, a sutured area after surgery, or the abdominal cavity, thereby preventing the adhesion of the adhesion area to an ectopic site.

本開示のシート状細胞構造物は、好ましくは、炎症部、創傷部、病変部、手術後の縫合部又は腹腔に癒合させることにより、癒合部の炎症亢進を緩和することができる。
本開示のシート状細胞構造物は、好ましくは、手術後の縫合部に癒合させることにより、術後合併症を予防することができる。
本開示のシート状細胞構造物は、好ましくは、欠損した腸組織に移植することにより、腸機能を代替することができる。
The sheet-shaped cell structure of the present disclosure can be preferably allowed to adhere to an inflamed area, a wound, a lesion, a sutured area after surgery, or the abdominal cavity, thereby alleviating increased inflammation at the adherent area.
The sheet-shaped cellular structure of the present disclosure can preferably be caused to heal at suture sites after surgery, thereby preventing postoperative complications.
The sheet-shaped cell structure of the present disclosure can preferably be transplanted into defective intestinal tissue to substitute for intestinal function.

本開示のシート状細胞構造物は、開腹手術、腹腔鏡手術何れでも、ピンセット等により保持し、所望の移植部位に貼り付けることができる。腹腔鏡手術等で移植が困難な部位に移植する場合には、本開示のシート状細胞構造物を、支持体と一体化した状態で移植しても良いし、ワイヤー等のキャリアにより保持して移植してもよい。
本開示のシート状細胞構造物は、生体適合性の支持体に固定し、支持体と共に移植することができる。
The sheet-shaped cell structure of the present disclosure can be held with tweezers or the like and attached to a desired transplant site in either open surgery or laparoscopic surgery. When transplanting to a site where transplantation is difficult by laparoscopic surgery or the like, the sheet-shaped cell structure of the present disclosure may be transplanted in a state where it is integrated with a support, or may be transplanted while being held by a carrier such as a wire.
The sheet-shaped cell structure of the present disclosure can be fixed to a biocompatible support and transplanted together with the support.

本開示のシート状細胞構造物を、生体に移植する際、シート状細胞構造物及び/又は移植部位に、フィブリン等の生体適合性を有する接着補助物質を適用してもよい。また、シート状細胞構造物と移植部位とを縫合してもよい。 When the sheet-shaped cell structure of the present disclosure is transplanted into a living body, a biocompatible adhesive auxiliary substance such as fibrin may be applied to the sheet-shaped cell structure and/or the transplant site. The sheet-shaped cell structure and the transplant site may also be sutured together.

本開示のシート状細胞構造物を移植部位に貼り付ける場合、例えば、本開示のシート状細胞構造物をピンセットで広げた状態のまま移植部位に載せて貼り付けてもよいし、本開示のシート状細胞構造物を移植部位に載せた後に広げてもよい。 When attaching the sheet-shaped cell structure of the present disclosure to a transplantation site, for example, the sheet-shaped cell structure of the present disclosure may be placed on the transplantation site in a spread-out state using tweezers, or the sheet-shaped cell structure of the present disclosure may be placed on the transplantation site and then spread out.

続いて、本発明のシート状細胞構造物が、第1の表面の側に小腸上皮細胞層等の内胚葉系細胞を含み、第2の表面の側に外胚葉系細胞及び/又は中胚葉系細胞を含む実施形態における、好ましい移植方法について説明する。 Next, a preferred transplantation method will be described for an embodiment in which the sheet-shaped cell structure of the present invention contains endodermal cells, such as a small intestinal epithelial cell layer, on the first surface side and ectodermal cells and/or mesodermal cells on the second surface side.

前記実施形態に係るシート状細胞構造物を、シート構造を維持するためのキャリアに保持する場合、前記第1の表面の側をキャリアに貼り付け、前記第2の表面の側が移植部位に接するように移植することが好ましい。この際、キャリアとシート状細胞構造物との接着力は、生体とシート状細胞構造物との間に生じる接着力より弱いことが好ましい。キャリアの表面は、疎水処理等のタンパク質吸着阻害処理を施してもよい。 When the sheet-shaped cell structure according to the embodiment is held on a carrier for maintaining the sheet structure, it is preferable to attach the first surface side to the carrier and transplant the second surface side so that it is in contact with the transplant site. In this case, it is preferable that the adhesive force between the carrier and the sheet-shaped cell structure is weaker than the adhesive force generated between the living body and the sheet-shaped cell structure. The surface of the carrier may be subjected to a protein adsorption inhibition treatment such as a hydrophobic treatment.

前記実施形態に係るシート状細胞構造物は、移植部位の層構造と一致する向きで移植することが好ましい。例えば、腸管内壁に移植する場合、前記第1の表面の側が管腔内に向くように配置する。
以下、具体的な実験結果を参照して本開示を説明するが、本開示の範囲は実験結果の範囲には限定されない。
The sheet-shaped cell structure according to the embodiment is preferably transplanted in a direction that matches the layer structure of the transplant site. For example, when transplanted into the inner wall of the intestine, the first surface is placed facing the inside of the lumen.
Hereinafter, the present disclosure will be described with reference to specific experimental results, but the scope of the present disclosure is not limited to the scope of the experimental results.

<実施例1>
シート状腸臓器様細胞構造物の作製を実施した。以下にその方法を記載する。
(細胞培養基材の作製)
細胞培養基材として、ガラス基材上に形成された、ポリエチレングリコール400の層が酸化分解されて形成された領域である、直径1500μmの円形パターンからなる細胞接着部と、前記細胞接着部の円形パターンの外側の、ガラス基材の表面がポリエチレングリコール400で被覆された領域である細胞非接着部とを備える細胞培養基材を作製した。前記細胞培養基材は、複数個の、300~500μm間隔で形成された前記円形パターンからなる細胞接着部を備える。以下の説明では、円形パターンからなる細胞接着部を「円形細胞接着部」と称する。
Example 1
A sheet-shaped intestinal organ-like cell structure was produced as follows. The method is described below.
(Preparation of cell culture substrate)
As a cell culture substrate, a cell culture substrate was prepared that included a cell adhesion portion consisting of a circular pattern with a diameter of 1500 μm, which is a region formed on a glass substrate by oxidative decomposition of a layer of polyethylene glycol 400, and a cell non-adhesive portion, which is a region of the surface of the glass substrate coated with polyethylene glycol 400 outside the circular pattern of the cell adhesion portion. The cell culture substrate includes a plurality of cell adhesion portions consisting of the circular patterns formed at intervals of 300 to 500 μm. In the following description, the cell adhesion portion consisting of the circular pattern is referred to as a "circular cell adhesion portion."

細胞培養基材は、特許第5070565号に記載の手順により作製した。以下にその概要を説明する。 The cell culture substrate was prepared according to the procedure described in Patent No. 5070565. The outline is given below.

(一段階目の反応)
トルエン39.0g、エポキシシランTSL8350(GE東芝シリコーン製)0.48g、トリエチルアミン0.97gを混合し、室温で10分間攪拌した。このシラン溶液にUV洗浄済みの10cm角のガラス基板を洗浄面が上向きとなるように浸漬した。室温で16時間放置した後、基板をエタノールと水で洗浄し、窒素ブローで乾燥させた。これにより、ガラス基板表面にエポキシ基を含む薄膜が形成された。
(First stage reaction)
39.0 g of toluene, 0.48 g of epoxy silane TSL8350 (GE Toshiba Silicone), and 0.97 g of triethylamine were mixed and stirred at room temperature for 10 minutes. A 10 cm square glass substrate that had been UV-cleaned was immersed in this silane solution with the cleaned surface facing upward. After leaving it at room temperature for 16 hours, the substrate was washed with ethanol and water and dried with a nitrogen blower. As a result, a thin film containing epoxy groups was formed on the surface of the glass substrate.

(二段階目の反応)
50gの平均分子量400のポリエチレングリコール(PEG400)を攪拌しながら25μlの濃硫酸を一滴ずつ添加した。そのまま数分間攪拌してから、全量をガラス皿に移した。ここに上記の基板を浸漬し、80℃で20分間反応させた。反応後、基板をよく水洗し、窒素ブローで乾燥させた。これにより、ガラス表面に均一な親水性薄膜が形成された。
(Second stage reaction)
25 μl of concentrated sulfuric acid was added drop by drop to 50 g of polyethylene glycol (PEG400) with an average molecular weight of 400 while stirring. After stirring for several minutes, the entire amount was transferred to a glass dish. The above substrate was immersed in the mixture and reacted at 80° C. for 20 minutes. After the reaction, the substrate was thoroughly washed with water and dried with nitrogen blowing. This resulted in the formation of a uniform hydrophilic thin film on the glass surface.

(酸化処理)
表面全域に酸化チタン系光触媒を塗布したフォトマスクを作製した。フォトマスクは、複数個の、300~500μm間隔で形成された上記寸法の円形細胞接着部に対応する形状の開口部が形成され、且つ、周囲に幅約1.5cmの開口部を有する5インチサイズのものを用いた。あらかじめ露光機の照度を350nmの波長で計測し、露光時間の設定の目安とした。このフォトマスクの光触媒層と基板表面の親水性薄膜を接触させ、フォトマスク側から光が照射されるよう露光機内に設置した。波長350nmの照度が20mW/cmの水銀ランプで50秒間露光し、基板表面の親水性薄膜を部分的に酸化分解した。この基板を5cm×5cmの大きさに切断し、細胞接着基材として使用した。細胞培養に使用する前に、細胞培養基材に対しEOG滅菌処理を22時間施した。
(Oxidation Treatment)
A photomask was prepared by coating the entire surface with a titanium oxide photocatalyst. The photomask had a plurality of openings formed at intervals of 300 to 500 μm in shape corresponding to the circular cell adhesion parts of the above dimensions, and had an opening of about 1.5 cm in width around the periphery. The illuminance of the exposure machine was measured in advance at a wavelength of 350 nm to serve as a guide for setting the exposure time. The photocatalyst layer of this photomask was brought into contact with the hydrophilic thin film on the surface of the substrate, and the substrate was placed in the exposure machine so that light was irradiated from the photomask side. The substrate was exposed to light for 50 seconds with a mercury lamp with an illuminance of 20 mW/ cm2 at a wavelength of 350 nm, and the hydrophilic thin film on the surface of the substrate was partially oxidized and decomposed. The substrate was cut into a size of 5 cm x 5 cm and used as a cell adhesion substrate. Before use in cell culture, the cell culture substrate was subjected to EOG sterilization for 22 hours.

前記細胞培養基材を、10cmペトリディッシュ(Falcon社)の底面上に設置し、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)で1/100希釈したビトロネクチン(Life Technologies社)と室温で30分間以上接触させてコーティングした後に、PBSで3回洗浄してから使用した。 The cell culture substrate was placed on the bottom of a 10 cm Petri dish (Falcon), and coated with vitronectin (Life Technologies) diluted 1/100 with phosphate-buffered saline (PBS) for 30 minutes or more at room temperature, and then washed three times with PBS before use.

(培養)
国立研究開発法人国立成育医療研究センターは、月経血から取得した細胞に山中4因子をセンダイウイルスベクターによって一過的に発現させて、ヒトiPS細胞株であるEdom iPS細胞を樹立している(PLOS Genet. 2011 May; 7(5): e1002085. Published online 2011 May 26. doi: 10.1371/journal.pgen.1002085PMCID: PMC3102737)。Edom iPS細胞を、PBSで1/100希釈したビトロネクチン(Vitronectin,Life Technologies社)により上記と同様にコーティングした細胞培養用ディッシュ中でStemFit培地(味の素社)を用いてあらかじめ増殖させた。増殖した細胞を、PBSで0.5mMに希釈したEDTA溶液(Life Technologies社)により処理して前記ディッシュから剥離した。
(culture)
The National Center for Child Health and Development (NCHD) has established a human iPS cell line, Edom iPS cells, by transiently expressing the four Yamanaka factors in cells obtained from menstrual blood using a Sendai virus vector (PLOS Genet. 2011 May; 7(5): e1002085. Published online 2011 May 26. doi: 10.1371/journal.pgen.1002085 PMCID: PMC3102737). Edom iPS cells were pre-grown in StemFit medium (Ajinomoto Co.) in a cell culture dish coated with vitronectin (Vitronectin, Life Technologies) diluted 1/100 with PBS in the same manner as above. The grown cells were detached from the dish by treatment with EDTA solution (Life Technologies) diluted to 0.5 mM in PBS.

前記細胞培養基材に、剥離して回収した前記Edom iPS細胞を1×10個播種し45日間培養した。培養はUchida et al., JCI Insight 第2巻 e86492 2017年に記載の手順で行った。なお、播種翌日には直径10cm細胞培養ディッシュ(Falcon社)に、細胞が接着した状態の前記細胞培養基材を移した上で培地を約15mLになるように維持し2日毎に培地交換を行った。 The Edom iPS cells that had been detached and collected were seeded on the cell culture substrate at 1×10 7 cells and cultured for 45 days. The culture was performed according to the procedure described in Uchida et al., JCI Insight Vol. 2 e86492 2017. The day after seeding, the cell culture substrate with the cells attached thereto was transferred to a 10 cm diameter cell culture dish (Falcon), and the medium was maintained at about 15 mL, and the medium was replaced every two days.

使用した異種由来成分不含培地(XF32培地と称する)の組成は下記の通りであり、それぞれ混和して作製した(内容物濃度はUchida et al., JCI Insight 第2巻 e86492 2017年より抜粋した)。
Knockout DMEM(KDMEM; ThermoFisher Scientific社):培地全体との体積比約85%
XenoFree-Knockout Serum Replacement(XF-KSR; ThermoFisher Scientific社):培地全体との体積比約15%
Basic Fibroblast Growth Factor(bFGF; ThermoFisher Scientific社):20ng/mL
Insulin growth factor-I(IGF-I;ニチレイ社):200ng/mL
Hereglin(富士フイルム和光純薬工業社):10ng/mL
Glutamax-I(L-alanyl-L-glutamine; ThermoFisher Scientific社):2mM
Non Essential Amino Acid Solution(NEAA; ThermoFisher Scientific社):非必須アミノ酸全てについて0.1mM
Sodium Pylvate(ThermoFisher Scientific社):1mM
Streptomycin(ThermoFisher Scientific社):50U/mL
Penicillin(ThermoFisher Scientific社)50μg/mL
The composition of the xenogeneic component-free medium (referred to as XF32 medium) used is as follows, and was prepared by mixing each of the components (content concentrations were excerpted from Uchida et al., JCI Insight Vol. 2 e86492 2017).
Knockout DMEM (KDMEM; ThermoFisher Scientific): Approximately 85% by volume of the entire medium
XenoFree-Knockout Serum Replacement (XF-KSR; ThermoFisher Scientific): Approximately 15% by volume of the total medium
Basic Fibroblast Growth Factor (bFGF; ThermoFisher Scientific): 20 ng/mL
Insulin growth factor-I (IGF-I; Nichirei Corporation): 200 ng/mL
Hereglin (FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.): 10 ng/mL
Glutamax-I (L-alanyl-L-glutamine; ThermoFisher Scientific): 2mM
Non Essential Amino Acid Solution (NEAA; ThermoFisher Scientific): 0.1 mM for all non-essential amino acids
Sodium Pylvate (ThermoFisher Scientific): 1mM
Streptomycin (ThermoFisher Scientific): 50U/mL
Penicillin (ThermoFisher Scientific) 50μg/mL

培養中、細胞が円形細胞接着部上で増殖し袋状(球状)の細胞構造物が形成され、播種から3~4週後に袋状細胞構造物が自然に剥離して浮遊した。剥離後も播種から45日後まで浮遊培養を行った。 During culture, the cells proliferated on the circular cell adhesion sites, forming sac-like (spherical) cell structures, which spontaneously detached and floated 3 to 4 weeks after seeding. After detachment, the cells were cultured in suspension for up to 45 days after seeding.

袋状細胞構造物(腸オルガノイド)は、特開2019-000014号公報及びUchida et al., JCI Insight 第2巻 e86492 2017年で確認されたのと同様の細胞種及び組織を含み、蠕動運動能を有するものであった。袋状細胞構造物は外側の表面の側に、絨毛層を含む小腸上皮細胞層を有し、内側の表面の側に、平滑筋細胞、カハール細胞及び神経細胞を含む細胞層(粘膜下層様の層)を有する多層構造が確認された。袋状細胞構造物は直径約5mmの球形であり、内腔を内包する構造であった。 The pouch-like cell structure (intestinal organoid) contained the same cell types and tissues as those identified in JP 2019-000014 A and Uchida et al., JCI Insight Vol. 2 e86492 2017, and had peristaltic motility. The pouch-like cell structure had a small intestinal epithelial cell layer including a villus layer on the outer surface side, and a multi-layered structure was confirmed with a cell layer (submucosa-like layer) including smooth muscle cells, Cajal cells, and nerve cells on the inner surface side. The pouch-like cell structure was spherical with a diameter of approximately 5 mm, and had a structure containing an internal lumen.

袋状細胞構造物(腸オルガノイド)を細胞培養ディッシュに回収し培地を加え、自発的な蠕動運動を40分間動画撮影で確認した。 The pouch-like cell structures (intestinal organoids) were collected in a cell culture dish, medium was added, and spontaneous peristaltic movement was observed by video recording for 40 minutes.

続いて、回収した腸オルガノイドを細胞培養ディッシュ上で半球状になるようメスで分割し、半球状の断片を得た。半球状の断片は、細胞シートが歪曲した半球形状であり、以下の説明では、シート状細胞構造物と称する。
シート状細胞構造物の蠕動運動能を動画で確認した。
この結果、袋状細胞構造物を分割して得られるシート状細胞構造物が、蠕動運動能を有することが確認された。
シート状細胞構造物は、直径5.23mmの円形であり、面積は23.82mmであった。
Next, the collected intestinal organoids were divided into hemispherical pieces on a cell culture dish using a scalpel, and hemispherical pieces were obtained. The hemispherical pieces were distorted hemispherical shapes of the cell sheets, and are referred to as sheet-like cell structures in the following description.
The peristaltic motility of the sheet-shaped cell structure was confirmed by video.
As a result, it was confirmed that the sheet-shaped cell structure obtained by dividing the bag-shaped cell structure had peristaltic motility.
The sheet-like cell structure was circular with a diameter of 5.23 mm and an area of 23.82 mm2 .

<実施例2>
シート状細胞構造物が構造変化の検出に優れていることを確かめた。以下にその方法を記載する。
実施例1で撮影したシート状細胞構造物の蠕動運動の動画を用い、Image Jによる面積計算で数値化し、その最大値と最小値の値を求めた。シート状細胞構造物の視野内で最も収縮した時点での像(視野内最収縮像)を図7Aに、視野内で最も膨張した時点での像(視野内膨張様像)を図7Bにそれぞれ示す。
結果を下記に示す。シート状細胞構造物は、構造変化の幅が大きく、構造変化を視覚的に捉えやすいことが分かる。
Example 2
It was confirmed that the sheet-shaped cell structure is excellent for detecting structural changes. The method is described below.
The video of the peristaltic movement of the sheet-shaped cell structure filmed in Example 1 was used to digitize the area and determine the maximum and minimum values using Image J. An image of the sheet-shaped cell structure at the point where it was most contracted within the field of view (most contracted image within the field of view) is shown in Figure 7A, and an image of the sheet-shaped cell structure at the point where it was most expanded within the field of view (expanded image within the field of view) is shown in Figure 7B.
The results are shown below. It can be seen that the sheet-shaped cell structure exhibits a wide range of structural changes, making these changes easy to grasp visually.

Figure 0007622933000001
Figure 0007622933000001

<実施例3>
シート状細胞構造物が加工後に移植や評価といった用途に使用することが可能かを、国内流通の指標となる5日間を基準とし確かめた。以下にその方法を記載する。
Example 3
We verified whether the sheet-shaped cell structure could be used for transplantation or evaluation after processing, using a 5-day standard, which is the benchmark for domestic distribution. The method is described below.

実施例1で得たシート状細胞構造物を、D-MEM培地中で37℃にて5日間培養し、続いて、異なる培養ディッシュに移しPBSで3回洗浄した。 The sheet-shaped cell structure obtained in Example 1 was cultured in D-MEM medium at 37°C for 5 days, then transferred to a different culture dish and washed three times with PBS.

洗浄後の前記シート状細胞構造物を、1mlのPBSに対し1mg/mlのCalcein-AM溶液を1μl、1mg/mlのヨウ化プロピジウム(PI)溶液を1μl加えた混合液中に浸して15分間インキュベータ内でインキュベートして、二重染色を行った。 After washing, the sheet-like cell structure was immersed in a mixture of 1 ml of PBS, 1 μl of 1 mg/ml Calcein-AM solution, and 1 μl of 1 mg/ml propidium iodide (PI) solution, and incubated in an incubator for 15 minutes to perform double staining.

続いて前記シート状細胞構造物を蛍光観察し、Calcein-AM溶液により緑の蛍光で染色された生存細胞、及び、PI溶液により赤の蛍光で染色された死細胞を観察した。 Then, the sheet-like cell structure was subjected to fluorescent observation, and live cells stained with green fluorescence by Calcein-AM solution and dead cells stained with red fluorescence by PI solution were observed.

前記シート状細胞構造物の蛍光顕微鏡による観察像を図8に示す。シート状細胞構造物において、大部分の細胞が緑色蛍光を示す生細胞であったことから、加工後少なくとも5日間は構成細胞が生存していることが示された、更に、シート状細胞構造物は加工後少なくとも5日間は蠕動運動能を有していること示された。この結果は、シート状細胞構造物は加工から5日間は腸オルガノイドとしての機能を保持できることを示す。 Figure 8 shows an image of the sheet-shaped cell structure observed under a fluorescence microscope. In the sheet-shaped cell structure, the majority of cells were live cells that exhibited green fluorescence, indicating that the constituent cells survived for at least five days after processing. Furthermore, it was shown that the sheet-shaped cell structure retained peristaltic motility for at least five days after processing. This result indicates that the sheet-shaped cell structure can retain its function as an intestinal organoid for five days after processing.

<実施例4>
図5Aに示すように、実施例1で得た半球状のシート状細胞構造物10を、内腔の側(第2の表面12の側)が平坦な鋳型面50と対向するように平坦な鋳型面50上に配置し、シート状細胞構造物10に、鋳型面50に垂直且つ前記鋳型面に向かう方向に遠心力を加えて、平坦な鋳型面50に沿った形状に加工して、平坦なシート状細胞構造物10を得た。
Example 4
As shown in Figure 5A, the hemispherical sheet-like cell structure 10 obtained in Example 1 was placed on a flat template surface 50 with the lumen side (the side of the second surface 12) facing the flat template surface 50, and centrifugal force was applied to the sheet-like cell structure 10 in a direction perpendicular to the template surface 50 and toward the template surface, thereby processing the sheet-like cell structure 10 into a shape that conforms to the flat template surface 50, thereby obtaining a flat sheet-like cell structure 10.

半球状のシート状細胞構造物及び平坦なシート状細胞構造物の立体構造をNH-3SPs“超精密非接触三次元測定装置”(三鷹光器株式会社)によって測定した。 The three-dimensional structures of the hemispherical sheet-like cell structures and the flat sheet-like cell structures were measured using the NH-3SPs "ultra-precise non-contact three-dimensional measuring device" (Mitaka Kohki Co., Ltd.).

測定では、半球状のシート状細胞構造物及び平坦なシート状細胞構造物を内腔の側が下になるようにディッシュ上に静置し、平面視での辺縁部から中央部までを測定範囲とし、Y軸を固定した後にX軸方向に走査しZ軸(単位mm)として厚みデータを取得した。半球状のシート状細胞構造物の測定は二分割した直後に行った。 For the measurements, the hemispherical sheet-like cell structure and the flat sheet-like cell structure were placed on a dish with the lumen side facing down, and the measurement range was from the edge to the center in a planar view. After fixing the Y axis, the structure was scanned in the X axis direction to obtain thickness data on the Z axis (unit: mm). Measurements of the hemispherical sheet-like cell structure were taken immediately after it was divided in two.

図9Aは、半球状のシート状細胞構造物の厚みの測定結果である。横軸は、測定ピッチ0.03mmでのX軸上の測定点を示し、縦軸は厚み(単位mm)を示す。半球状のシート状細胞構造物の厚みの最小値Aは0.00277mm、厚みの最大値Bは0.8754mm、A/Bは0.00316であった。
図9Bは、平坦なシート状細胞構造物の厚みの測定結果である。横軸は、測定ピッチ0.01mmでのX軸上の測定点を示し、縦軸は厚み(単位mm)を示す。平坦なシート状細胞構造物の厚みの最小値Aは0.00766mm、厚みの最大値Bは0.01568mm、A/Bは0.488であった。
なお図9のA及びBでは、検出結果にエラーのあった測定点での測定値は示していない。
9A shows the results of measuring the thickness of a hemispherical sheet-like cell structure. The horizontal axis shows the measurement points on the X axis at a measurement pitch of 0.03 mm, and the vertical axis shows the thickness (unit: mm). The minimum thickness A of the hemispherical sheet-like cell structure was 0.00277 mm, the maximum thickness B was 0.8754 mm, and A/B was 0.00316.
9B shows the measurement results of the thickness of the flat sheet-like cell structure. The horizontal axis indicates the measurement points on the X axis at a measurement pitch of 0.01 mm, and the vertical axis indicates the thickness (unit: mm). The minimum thickness value A of the flat sheet-like cell structure was 0.00766 mm, the maximum thickness value B was 0.01568 mm, and A/B was 0.488.
It should be noted that, in A and B of FIG. 9, the measured values at the measurement points where an error occurred in the detection result are not shown.

Claims (17)

内胚葉系細胞、外胚葉系細胞、及び中胚葉系細胞を含む、面積が20mm以上のシート状細胞構造物であって、該シート状細胞構造物は、胚性幹細胞又は人工多能性幹細胞に由来する、前記シート状細胞構造物。 A sheet-shaped cell structure having an area of 20 mm2 or more and comprising endodermal cells, ectodermal cells, and mesodermal cells, said sheet-shaped cell structure being derived from embryonic stem cells or induced pluripotent stem cells. 第1の表面の側に内胚葉系細胞を含み、
第2の表面の側に外胚葉系細胞及び/又は中胚葉系細胞を含む、請求項1に記載のシート状細胞構造物。
containing endodermal cells on the first surface side;
The sheet-shaped cell structure according to claim 1 , comprising ectodermal cells and/or mesodermal cells on the second surface side.
前記第1の表面の側に小腸上皮細胞層を含む、請求項2に記載のシート状細胞構造物。 The sheet-shaped cell structure according to claim 2 , comprising a small intestinal epithelial cell layer on the side of the first surface. 粘膜下層様の層を更に含む、請求項3に記載のシート状細胞構造物。 The sheet-shaped cell structure according to claim 3, further comprising a submucosa-like layer. リンパ球を含まない、請求項1~4のいずれか1項に記載のシート状細胞構造物。 The sheet-shaped cell structure according to any one of claims 1 to 4 , which does not contain lymphocytes. ムチン及び抗菌ペプチド産生能を有する、請求項1~5のいずれか1項に記載のシート状細胞構造物。 The sheet-shaped cell structure according to any one of claims 1 to 5 , which has the ability to produce mucin and antimicrobial peptides. 蠕動運動能を有する、請求項1~6のいずれか1項に記載のシート状細胞構造物。 The sheet-shaped cell structure according to any one of claims 1 to 6 , which has peristaltic motility. 異種由来成分を含まない、請求項1~7のいずれか1項に記載のシート状細胞構造物。 The sheet-shaped cell structure according to any one of claims 1 to 7 , which does not contain any xenogeneic components. 前記シート状細胞構造物を平坦面上に静置した状態で、
前記シート状細胞構造物の平坦面と反対側の表面上の、最も低い位置の高さをA、最も高い位置の高さをBとしたとき、A/Bが0.003以上である、請求項1~8のいずれか1項に記載のシート状細胞構造物。
The sheet-shaped cell structure is placed on a flat surface,
A sheet-shaped cell structure described in any one of claims 1 to 8, wherein when the height of the lowest point on the surface opposite the flat surface of the sheet-shaped cell structure is A and the height of the highest point is B, A/B is 0.003 or more.
前記シート状細胞構造物を平坦面上に静置した状態で、
前記シート状細胞構造物の平坦面と反対側の表面上の、最も低い位置の高さをA、最も高い位置の高さをBとしたとき、A/Bが0.40以下である、請求項1~9のいずれか1項に記載のシート状細胞構造物。
The sheet-shaped cell structure is placed on a flat surface,
A sheet-like cell structure described in any one of claims 1 to 9, wherein when the height of the lowest point on the surface opposite the flat surface of the sheet-like cell structure is A and the height of the highest point is B, A/B is 0.40 or less.
請求項1~10のいずれか1項に記載のシート状細胞構造物を加工する方法であって、
前記シート状細胞構造物を、鋳型面に接するように配置すること、
前記シート状細胞構造物を前記鋳型面に沿った形状に加工すること、
を含む方法。
A method for processing the sheet-shaped cell structure according to any one of claims 1 to 10 , comprising the steps of:
Placing the sheet-shaped cell structure in contact with a template surface;
processing the sheet-shaped cell structure into a shape that conforms to the template surface;
The method includes:
前記鋳型面が平坦な面であり、
加工に供される前記シート状細胞構造物が、請求項9に記載のシート状細胞構造物である、請求項11に記載の方法。
The mold surface is a flat surface,
The method according to claim 11 , wherein the sheet-shaped cellular structure subjected to processing is the sheet-shaped cellular structure described in claim 9 .
前記鋳型面が歪曲及び/又は凹凸を有する面である、請求項11に記載の方法。 The method of claim 11 , wherein the mold surface is a curved and/or uneven surface. 内胚葉系細胞、外胚葉系細胞、及び中胚葉系細胞を含む、面積が20mm以上のシート状細胞構造物の製造方法であって、
該シート状細胞構造物は、胚性幹細胞又は人工多能性幹細胞に由来し、且つ、
前記方法は、
内腔を内包し、長軸方向の長さが5mm以上である、内胚葉系細胞、外胚葉系細胞、及び中胚葉系細胞を含む袋状細胞構造物から、前記シート状細胞構造物を切り出すこと
を含む、前記方法。
A method for producing a sheet-shaped cell structure having an area of 20 mm2 or more , comprising:
The sheet-shaped cell structure is derived from embryonic stem cells or induced pluripotent stem cells, and
The method comprises:
The method comprises cutting out the sheet-like cell structure from a pouch-like cell structure that contains an inner lumen and has a longitudinal length of 5 mm or more and contains endodermal cells, ectodermal cells, and mesodermal cells.
前記袋状細胞構造物が、外側の表面の側に内胚葉系細胞を含み、内側の表面の側に外胚葉系細胞及び/又は中胚葉系細胞を含む、請求項14に記載の方法。 The method according to claim 14 , wherein the pouch-like cell structure comprises endodermal cells on the outer surface side and ectodermal cells and/or mesodermal cells on the inner surface side. 前記袋状細胞構造物が、外側の表面の側に小腸上皮細胞層を含む、請求項14又は15に記載の方法。 The method according to claim 14 or 15 , wherein the pouch-like cell structure comprises a small intestinal epithelial cell layer on the outer surface side. 前記シート状細胞構造物が、蠕動運動能を有する、請求項14~16のいずれか1項に記載の方法。The method according to any one of claims 14 to 16, wherein the sheet-shaped cell structure has peristaltic motility.
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DEW, Stephanie E. et al.,"Specificity of the Retinol Transporter of the Rat Small Intestine Brush Border",Biochemistry,1994年10月11日,Vol. 33,No. 40,pp.12340-12345,DOI: 10.1021/bi00206a042
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