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JP7774669B2 - Cell culture structure - Google Patents
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JP7774669B2 - Cell culture structure - Google Patents

Cell culture structure

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JP7774669B2 JP2024060133A JP2024060133A JP7774669B2 JP 7774669 B2 JP7774669 B2 JP 7774669B2 JP 2024060133 A JP2024060133 A JP 2024060133A JP 2024060133 A JP2024060133 A JP 2024060133A JP 7774669 B2 JP7774669 B2 JP 7774669B2
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Description

(関連出願の相互参照)
本願は、日本国特願2023-061465号の優先権を主張し、引用によって本願明細書の記載に組み込まれる。
CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS
This application claims priority from Japanese Patent Application No. 2023-061465, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.

本発明は、細胞培養構造体に関する。
より詳しくは、本発明は、複数の細胞が繋がって構成される細胞シートを得るための細胞培養構造体に関する。
The present invention relates to a cell culture construct.
More specifically, the present invention relates to a cell culture structure for obtaining a cell sheet formed by connecting a plurality of cells.

従来、複数の細胞が繋がって構成される細胞シートを得るために、細胞培養構造体を用いて細胞を培養することが知られている(例えば、下記特許文献1)。 It has been known to culture cells using a cell culture structure to obtain a cell sheet composed of multiple connected cells (see, for example, Patent Document 1 below).

下記特許文献1には、前記細胞培養構造体として、薄膜(シート)と、該薄膜(シート)の一表面上に該一表面から離れる方向に延びるように設けられる複数の柱状微小突起部と、を備える細胞培養シートが開示されている。
なお、下記特許文献1では、前記複数の柱状微小突起部の集合体を柱状微小突起群と称している。
The following Patent Document 1 discloses a cell culture sheet as the cell culture structure, which comprises a thin film (sheet) and a plurality of columnar microprotrusions provided on one surface of the thin film (sheet) so as to extend in a direction away from the surface.
In addition, in the following Patent Document 1, the aggregate of the plurality of columnar minute projections is referred to as a columnar minute projection group.

下記特許文献1には、上記のように構成された細胞培養シート上において、皮膚細胞である正常ヒト表皮角化細胞をシート状に増殖させることが記載されている。
すなわち、下記特許文献1には、上記のように構成された細胞培養シート上において、前記正常ヒト表皮角化細胞の複数を繋げて細胞シートを得ることが記載されている。
Patent Document 1 listed below describes the growth of normal human epidermal keratinocytes, which are skin cells, in the form of a sheet on a cell culture sheet constructed as described above.
That is, Patent Document 1 below describes that a cell sheet is obtained by connecting a plurality of normal human epidermal keratinocytes on a cell culture sheet constructed as described above.

また、下記特許文献1には、その中心部が前記柱状微小突起群の中心部と略一致するように、前記柱状微小突起群に十字状の隙間を設けることが開示されている。
さらに、下記特許文献1には、前記十字状の隙間は、前記柱状微小突起群から前記柱状微小突起部の一部を取り除いて形成されることも開示されている。
すなわち、下記特許文献1に開示された細胞培養シートにおいては、前記十字状の隙間の間隔は、隣り合う前記柱状微小突起部どうしの間の間隔よりも広くなっている。
Furthermore, Patent Document 1 below discloses that a cross-shaped gap is provided in the group of columnar minute projections so that the center of the gap substantially coincides with the center of the group of columnar minute projections.
Furthermore, Patent Document 1 below also discloses that the cross-shaped gaps are formed by removing a portion of the columnar minute projections from the group of columnar minute projections.
That is, in the cell culture sheet disclosed in Patent Document 1 below, the distance between the cross-shaped gaps is wider than the distance between the adjacent columnar microprojections.

上記特許文献1には、上記のように、前記柱状微小突起群に前記十字状の隙間を設けることにより、前記柱状微小突起群内において前記培養液(液体培地)を流れ易くできるとともに、前記細胞の培養時に生じる老廃物を前記柱状微小突起群の外部に排出させ易くなることが記載されている。
そして、上記特許文献1には、前記柱状微小突起群内において前記培養液(液体培地)を流れ易くすることにより、前記柱状微小突起群を構成する前記柱状微小突起部に付着された細胞に培養液(液体培地)中に含まれる栄養素を効率良く供給できることが記載されている。
上記のように、細胞培養構造体中において、培養液(液体培地)に含まれる栄養素を細胞に効率良く供給できると、細胞培養を効率良く実施することができる。
The above-mentioned Patent Document 1 describes that by providing the cross-shaped gaps in the group of columnar microprojections as described above, the culture solution (liquid medium) can flow more easily within the group of columnar microprojections, and waste products generated during cell culture can be more easily discharged outside the group of columnar microprojections.
Furthermore, the above-mentioned Patent Document 1 describes that by making the culture solution (liquid culture medium) flow more easily within the columnar microprojection group, nutrients contained in the culture solution (liquid culture medium) can be efficiently supplied to cells attached to the columnar microprojections that make up the columnar microprojection group.
As described above, if nutrients contained in the culture solution (liquid medium) can be efficiently supplied to cells in the cell culture structure, cell culture can be carried out efficiently.

特開2004-170935号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-170935

ところで、近年、前記細胞培養構造体内における細胞培養のより一層の効率化が望まれているものの、この要望は、未だ十分に満たされているとは言い難い。
また、前記細胞培養構造体において得られた細胞シートを、可能な限り損傷させずに前記細胞培養構造体から取り外すこと(剥離させること)も望まれているものの、この要望についても、未だ十分に満たされているとは言い難い。
Incidentally, although there has been a demand in recent years for even greater efficiency in cell culture within the cell culture structure, it is difficult to say that this demand has yet been fully met.
Furthermore, although it is desirable to be able to remove (peel off) the cell sheet obtained in the cell culture structure from the cell culture structure without damaging it as much as possible, it is difficult to say that this demand has yet been fully met.

そこで、本発明は、細胞培養のより一層の効率化に資するとともに、細胞シートを取り外すときに前記細胞シートに生じる損傷を小さくすることができる細胞培養構造体を提供することを課題とする。 The present invention aims to provide a cell culture structure that contributes to further improving the efficiency of cell culture and minimizes damage to the cell sheet when it is removed.

本発明者が鋭意検討したところ、平板状の基材と、該基材の一表面から突出する複数の突起部とを備える細胞培養構造体において、前記突起部を特定の形状をなすものとすることにより、細胞培養をより一層効率的に実施できることを見出した。
また、本発明者が鋭意検討したところ、細胞培養構造体において、複数の突起部の断面形状を所定の形状とすることにより、前記細胞培養構造体から細胞シートを取り外すときに該細胞シートに生じる損傷を小さくすることができることも見出した。
そして、本発明を想到するに至った。
After extensive research, the present inventors have found that in a cell culture structure comprising a flat substrate and a plurality of protrusions protruding from one surface of the substrate, cell culture can be carried out more efficiently by making the protrusions have a specific shape.
Furthermore, after extensive research, the inventors have discovered that by making the cross-sectional shape of the multiple protrusions in a cell culture structure into a predetermined shape, it is possible to reduce damage to the cell sheet when removing the cell sheet from the cell culture structure.
As a result, the present invention was conceived.

すなわち、本発明に係る細胞培養構造体は、
培養液に浸されて使用されるとともに、培養される細胞が付着可能な細胞付着面を有する細胞培養構造体であって、
平板状の基材と、該基材の一表面から突出する複数の突起部と、を備え、前記複数の突起部のそれぞれは、少なくとも頂部が前記細胞付着面となっており、
前記基材の一表面側から前記細胞培養構造体を平面視したときに、前記複数の突起部は、有限の長さの複数の線のみで構成されるか、または、有限の長さの複数の線と複数の点とが組み合わされて構成されていて、
前記複数の突起部が前記いずれで構成されている場合においても、前記有限の長さの複数の線及び前記複数の点によって閉空間が形成されておらず、
隣り合う前記突起部の平面視が線どうしの場合に前記線どうしの間の距離をIとし、隣り合う前記突起部の平面視が線と点との場合に前記線と前記点との間の距離をIとし、隣り合う前記突起部の平面視が点どうしの場合に前記点どうしの間の距離をIとし、培養される細胞を平面視したときの該細胞の最も広い領域に含まれる最大の真円の直径をSとしたときに、I、I、及び、Iは、Sよりも小さい値を示し、
前記複数の線をこれらの線の延在方向と直交する方向に切断して得られるそれぞれの第1切断面、及び、前記複数の点を前記基材の面方向と直交する方向に切断して得られるそれぞれの第2切断面は、前記基材の一表面から離れる方向に向けて幅狭となる形状を有している。
That is, the cell culture structure according to the present invention is
A cell culture structure that is used by being immersed in a culture solution and has a cell attachment surface to which cells to be cultured can attach,
a flat substrate and a plurality of protrusions protruding from one surface of the substrate, at least a top of each of the plurality of protrusions being the cell adhesion surface;
When the cell culture structure is viewed from one surface side of the substrate in a plan view, the plurality of protrusions are formed only of a plurality of lines having a finite length, or are formed by a combination of a plurality of lines having a finite length and a plurality of dots,
In either case where the plurality of protrusions are configured as described above, a closed space is not formed by the plurality of lines of finite length and the plurality of points,
When adjacent protrusions are lines in a planar view, the distance between the lines is I A ; when adjacent protrusions are a line and a point in a planar view, the distance between the line and the point is I B ; when adjacent protrusions are points in a planar view, the distance between the points is I C ; and when the diameter of the largest perfect circle contained in the widest area of the cultured cell in a planar view is S C , I A , I B , and IC are smaller than S C ;
Each of the first cut surfaces obtained by cutting the multiple lines in a direction perpendicular to the extension direction of these lines, and each of the second cut surfaces obtained by cutting the multiple points in a direction perpendicular to the surface direction of the substrate, have a shape that narrows in width in a direction away from one surface of the substrate.

本発明によれば、細胞培養のより一層の効率化に資するとともに、細胞シートを取り外すときに前記細胞シートに生じる損傷を小さくすることができる細胞培養構造体を提供することができる。 The present invention provides a cell culture structure that contributes to further improving the efficiency of cell culture and reduces damage to the cell sheet when the cell sheet is removed.

本発明の一実施形態に係る細胞培養構造体の全体構成を突起部側から視認した平面図。1 is a plan view of the overall configuration of a cell culture structure according to an embodiment of the present invention, viewed from the protrusion side. 図1Aに示した細胞培養構造体の一部を示す斜視図。FIG. 1B is a perspective view showing a portion of the cell culture construct shown in FIG. 1A. 本発明の一実施形態に係る細胞培養構造体上で細胞培養中である状態を突起部の上方から視認した平面図。FIG. 1 is a plan view of a state in which cells are being cultured on a cell culture structure according to one embodiment of the present invention, viewed from above a protrusion. 図2に示した細胞培養構造体をIIIA-IIIA線に沿って切断した様子を示す断面図。3 is a cross-sectional view showing the cell culture structure shown in FIG. 2 cut along line IIIA-IIIA. 図2に示した細胞培養構造体を他の部分で切断した様子を示す断面図。3 is a cross-sectional view showing the cell culture structure shown in FIG. 2 cut at another portion. FIG. 本発明の他の実施形態に係る細胞培養構造体の一部を突起部側から視認した平面図。FIG. 10 is a plan view of a part of a cell culture structure according to another embodiment of the present invention, viewed from the protrusion side. 図4Aに示した細胞培養構造体の別の一部を突起部側から視認した平面図。FIG. 4B is a plan view of another part of the cell culture structure shown in FIG. 4A viewed from the protrusion side. 図4Aに示した細胞培養構造体の他の一部を突起部側から視認した平面図。4B is a plan view of another part of the cell culture structure shown in FIG. 4A viewed from the protrusion side. FIG. 本発明のさらに他の実施形態に係る細胞培養構造体を突起部側から視認した平面図。FIG. 10 is a plan view of a cell culture structure according to still another embodiment of the present invention, viewed from the protrusion side. 本発明のさらに別の実施形態に係る細胞培養構造体の一部を突起部側から視認した平面図。FIG. 10 is a plan view of a part of a cell culture structure according to yet another embodiment of the present invention, viewed from the protrusion side. 本発明のさらに他の実施形態に係る細胞培養構造体の一部を突起部側から視認した平面図。FIG. 10 is a plan view of a part of a cell culture structure according to still another embodiment of the present invention, viewed from the protrusion side. 本発明のさらに別の実施形態に係る細胞培養構造体の一部を突起部側から視認した平面図。FIG. 10 is a plan view of a part of a cell culture structure according to yet another embodiment of the present invention, viewed from the protrusion side. 本発明のさらに他の実施形態に係る細胞培養構造体の一部を突起部側から視認した平面図。FIG. 10 is a plan view of a part of a cell culture structure according to still another embodiment of the present invention, viewed from the protrusion side. 本発明のさらに別の実施形態に係る細胞培養構造体の一部を突起部側から視認した平面図。FIG. 10 is a plan view of a part of a cell culture structure according to yet another embodiment of the present invention, viewed from the protrusion side. 本発明のさらに別の実施形態に係る細胞培養構造体の一部を突起部側から視認した平面図。FIG. 10 is a plan view of a part of a cell culture structure according to yet another embodiment of the present invention, viewed from the protrusion side. 本発明のさらに他の実施形態に係る細胞培養構造体の突起部側から視認した際の、突起部の配置パターンを表すチューリングパターンの図。この図では、黒色で表された線及び点が突起部に対応する。10 is a diagram of a Turing pattern showing the arrangement pattern of protrusions when viewed from the protrusion side of a cell culture structure according to yet another embodiment of the present invention, in which black lines and dots correspond to the protrusions. 本発明のさらに別の実施形態に係る細胞培養構造体の突起部側から視認した際の、突起部の配置パターンを表すチューリングパターンの図。この図では、黒色で表された線及び点が突起部に対応する。10 is a diagram of a Turing pattern showing the arrangement pattern of protrusions when viewed from the protrusion side of a cell culture structure according to yet another embodiment of the present invention, in which black lines and dots correspond to the protrusions. 本発明のさらに他の実施形態に係る細胞培養構造体の突起部側から視認した際の、突起部の配置パターンを表すチューリングパターンの図。この図では、黒色で表された線及び点が突起部に対応する。10 is a diagram of a Turing pattern showing the arrangement pattern of protrusions when viewed from the protrusion side of a cell culture structure according to yet another embodiment of the present invention, in which black lines and dots correspond to the protrusions. 本発明のさらに別の実施形態に係る細胞培養構造体の突起部側から視認した際の、突起部の配置パターンを表すチューリングパターンの図。この図では、黒色で表された線及び点が突起部に対応する。10 is a diagram of a Turing pattern showing the arrangement pattern of protrusions when viewed from the protrusion side of a cell culture structure according to yet another embodiment of the present invention, in which black lines and dots correspond to the protrusions.

(細胞培養構造体)
本発明に係る細胞培養構造体は、培養液に浸されて使用されるとともに、培養される細胞が付着可能な細胞付着面を有する細胞培養構造体である。
本発明に係る細胞培養構造体は、平板状の基材と、該基材の一表面から突出する複数の突起部と、を備える。
本発明に係る細胞培養構造体では、前記複数の突起部のそれぞれは、少なくとも頂部が前記細胞付着面となっている。
本発明に係る細胞培養構造体では、前記基材の一表面側から前記細胞培養構造体を平面視したときに、前記複数の突起部は、有限の長さの複数の線のみで構成されているか、または、有限の長さの複数の線と複数の点とが組み合わされて構成されている。
本発明に係る細胞培養構造体では、前記複数の突起部が前記のいずれで構成されている場合においても、前記有限の長さの複数の線及び前記複数の点によって閉空間が形成されていない。
本発明に係る細胞培養構造体では、隣り合う前記突起部の平面視が線どうしの場合に前記線どうしの距離をIとし、隣り合う前記突起部の平面視が線と点との場合に前記線と前記点との間の距離をIとし、隣り合う前記突起部の平面視が点どうしの場合に前記点どうしの間の距離をIとし、培養される細胞Cを平面視したときの細胞Cの最も広い領域に含まれる最大の真円の直径をSとしたときに、I、I、及び、Iは、Sよりも小さい値を示す。
本発明に係る細胞培養構造体では、前記複数の線をこれらの線の延在方向と直交する方向に切断して得られるそれぞれの第1切断面、及び、前記複数の点を前記基材の面方向と直交する方向に切断して得られるそれぞれの第2切断面は、前記基材の一表面から離れる方向に向けて幅狭となる形状を有している。
(Cell culture structure)
The cell culture structure according to the present invention is a cell culture structure that is used while immersed in a culture medium and has a cell attachment surface onto which cells to be cultured can be attached.
The cell culture structure according to the present invention comprises a flat substrate and a plurality of protrusions protruding from one surface of the substrate.
In the cell culture structure according to the present invention, at least the top of each of the plurality of protrusions serves as the cell attachment surface.
In the cell culture structure of the present invention, when the cell culture structure is viewed in plan from one surface side of the substrate, the multiple protrusions are composed only of multiple lines of a finite length, or are composed of a combination of multiple lines of a finite length and multiple points.
In the cell culture structure of the present invention, regardless of whether the multiple protrusions are configured in any of the above ways, no closed space is formed by the multiple lines of finite length and the multiple points.
In the cell culture structure of the present invention, when adjacent protrusions are lines in a planar view, the distance between the lines is I A ; when adjacent protrusions are a line and a point in a planar view, the distance between the line and the point is I B ; when adjacent protrusions are points in a planar view, the distance between the points is I C ; and when the diameter of the largest perfect circle contained in the widest area of the cultured cell C when viewed in a planar view is S C , I A , I B , and IC have values smaller than S C.
In the cell culture structure of the present invention, each of the first cut surfaces obtained by cutting the multiple lines in a direction perpendicular to the extension direction of these lines, and each of the second cut surfaces obtained by cutting the multiple points in a direction perpendicular to the surface direction of the substrate, have a shape that narrows in width in a direction away from one surface of the substrate.

本発明に係る細胞培養構造体では、前記有限の長さの複数の線及び前記複数の点によって閉空間が形成されていないので、前記複数の線及び前記複数の点の少なくとも一方によって構成される前記複数の突起部の間に形成される溝部に培養液を隈なく行き渡らせることができる。
また、本発明に係る細胞培養構造体では、I、I、及び、Iは、Sよりも小さい値を示すので、前記溝部から離間した位置にて前記複数の突起部のそれぞれの前記細胞付着面に前記細胞を付着させることができる。
これにより、培養されるべく前記複数の突起部の前記細胞付着面に付着された前記細胞に前記培養液を隈なく行き渡らせることができる。
また、培養中に生じる老廃物の排出を促進させることができる。
上記により、本発明に係る細胞培養構造体は、細胞培養のより一層の効率化に資するものとなる。
また、前記第1切断面及び前記第2切断面が、上記のように幅狭となる形状を有していることにより、前記複数の突起部のそれぞれにおいて、細胞が増殖(成長)して、これらの細胞どうしが接着して細胞シート体となった場合に、該細胞シート体と前記複数の突起部のそれぞれとの接触面積を小さくすることができる。
その結果、前記複数の突起部のそれぞれから前記細胞シート体を取り外す(剥離させる)ときに、前記細胞シート体に生じる損傷を小さくすることができる。
In the cell culture structure of the present invention, since a closed space is not formed by the multiple lines of finite length and the multiple points, the culture medium can be distributed thoroughly throughout the grooves formed between the multiple protrusions formed by at least one of the multiple lines and the multiple points.
Furthermore, in the cell culture structure of the present invention, I A , I B , and I C exhibit values smaller than S C , so that the cells can be attached to the cell attachment surfaces of each of the multiple protrusions at a position spaced apart from the groove portion.
This allows the culture medium to be distributed thoroughly over the cells attached to the cell attachment surfaces of the plurality of protrusions to be cultured.
It also promotes the excretion of waste products produced during the culture.
As described above, the cell culture structure according to the present invention contributes to further improving the efficiency of cell culture.
Furthermore, since the first cut surface and the second cut surface have a narrow shape as described above, when cells proliferate (grow) on each of the plurality of protrusions and adhere to each other to form a cell sheet body, the contact area between the cell sheet body and each of the plurality of protrusions can be reduced.
As a result, when the cell sheet is detached (separated) from each of the plurality of protrusions, damage to the cell sheet can be reduced.

以下、図1A~図3A及び図3Bを参照しながら、本発明の一実施形態に係る細胞培養構造体100について説明する。
なお、以下では、本発明の一実施形態に係る細胞培養構造体100を、単に、本実施形態に係る細胞培養構造体100と称することがある。
図1Aは、複数の突起部PRが、有限の長さの複数の線LIと複数の点POとが組み合わされて構成されている細胞培養構造体100の突起部側から視認した平面図を示し、図1Bは、細胞培養構造体100の一部の表す斜視図を示し、図2は、細胞培養構造体100上にて細胞培養中である状態を突起部の上方から視認した平面図を示し、図3Aは、細胞培養構造体100を図2のIIIA-IIIA線に沿って切断した断面図を示し、図3Bは、細胞構造体100を他の部分で切断した断面図を示している。
図3Aには、突起部PRとして、平面視したときに線に分類されるもののみが示されており、図3Bには、突起部PRとして、平面視したときに線に分類されるものと点に分類されるものとの両方が示されている。
また、図2、図3A、及び、図3Bでは、細胞を符号Cで示している。
なお、本実施形態に係る細胞培養構造体100において、細胞Cを平面視したときの形状は、図2に示したように不定形状である。
具体的には、細胞Cの形状は、中央部分が幅広となっており、両端縁に向けて幅狭となる形状であることから、最大の真円の直径Sとは、中央部分の幅広となる領域に含まれる最大の真円の直径を意味している(図2参照)。
なお、細胞Cが、細胞体と、軸索とを有する神経細胞である場合には、最大の真円の直径Sとは、細胞体領域に含まれる最大の真円の直径を意味する。
また、図1A~図3A及び図3Bに示した本実施形態に係る細胞培養構造体100は、基材10の一表面側から細胞培養構造体100を平面視したときに、複数の突起部PRの配置パターンがチューリングパターンとなっているものである。
前記チューリングパターンについては、以下で詳細に説明する。
Hereinafter, a cell culture structure 100 according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 3A and 3B.
In the following, the cell culture structure 100 according to one embodiment of the present invention may be simply referred to as the cell culture structure 100 according to this embodiment.
Figure 1A shows a plan view of a cell culture structure 100 in which multiple protrusions PR are composed of a combination of multiple lines LI of finite length and multiple points PO, as viewed from the protrusion side; Figure 1B shows an oblique view of a portion of the cell culture structure 100; Figure 2 shows a plan view of the cell culture structure 100 in the state in which cells are being cultured on the cell culture structure 100, as viewed from above the protrusions; Figure 3A shows a cross-sectional view of the cell culture structure 100 cut along line IIIA-IIIA in Figure 2; and Figure 3B shows a cross-sectional view of the cell structure 100 cut at another part.
FIG. 3A shows only protrusions PR that are classified as lines when viewed in a plane, while FIG. 3B shows both protrusions PR that are classified as lines and protrusions PR that are classified as points when viewed in a plane.
2, 3A, and 3B, cells are indicated by the symbol C.
In the cell culture structure 100 according to this embodiment, the shape of the cell C when viewed from above is irregular as shown in FIG.
Specifically, the shape of cell C is such that it is wide in the center and narrows toward both ends, and therefore the maximum diameter of the perfect circle SC means the diameter of the largest perfect circle contained in the wide region in the center (see Figure 2).
When the cell C is a nerve cell having a cell body and an axon, the diameter of the largest perfect circle SC means the diameter of the largest perfect circle contained in the cell body region.
Furthermore, in the cell culture structure 100 according to this embodiment shown in Figures 1A to 3A and 3B, when the cell culture structure 100 is viewed in plan from one surface side of the substrate 10, the arrangement pattern of the multiple protrusions PR is a Turing pattern.
The Turing patterns are described in more detail below.

本明細書において、線とは、長さと幅とを有する図形であって、長さの大きさが幅の大きさよりも1.2倍以上大きい図形を意味する。すなわち、長さの大きさをLとし、幅の大きさをDとしたときに、L/Dが1.2以上となっている図形を意味する。
また、点とは、L/Dが1.2未満となっている図形を意味する。
さらに、線が折れ曲がった形状(例えば、L字状やV字状)をなす場合や、蛇行する形状をなす場合、長さLは、折れ曲がった状態や蛇行した状態において、線の一端から他端までを結ぶ線分の長さを意味する。
例えば、長径と短径とを有する楕円において、長径の大きさが短径の大きさの1.2倍以上となっているものは、線に属する図形に分類され、長径の大きさが短径の大きさの1.2倍未満となっているものは、点に属する図形に分類される。
なお、真円は、長さの大きさと幅の大きさとが等しい図形であって、L/Dが1の図形であることから、点に属する図形に分類される。
また、線とは、一本の線によって構成される単線だけではなく、主線となる一本の線と該一本の線から枝分かれしている少なくとも1以上の副線とを備える枝分かれ線をも含む概念である。
なお、前記枝分かれ線において、主線とは、両端間の長さが最も長い線を意味する。
In this specification, a line refers to a figure having a length and a width, where the length is 1.2 times or more larger than the width, i.e., where L is the length and D is the width, the ratio L/D is 1.2 or more.
Moreover, a point means a figure where L/D is less than 1.2.
Furthermore, when the line has a bent shape (for example, an L-shape or a V-shape) or a meandering shape, the length L means the length of the line segment connecting one end of the line to the other end in the bent or meandering state.
For example, in an ellipse having a major axis and a minor axis, if the size of the major axis is 1.2 times or more the size of the minor axis, it is classified as a figure belonging to a line, and if the size of the major axis is less than 1.2 times the size of the minor axis, it is classified as a figure belonging to a point.
A perfect circle is a figure in which the length and width are equal, and L/D is 1, so it is classified as a figure belonging to a point.
Furthermore, the concept of a line includes not only a single line consisting of a single line, but also a branch line that has a single main line and at least one or more secondary lines branching off from that single line.
In the branched lines, the main line means the line with the longest length between both ends.

また、培養される細胞Cを平面視したときの細胞Cの最も広い領域に含まれる最大の真円の直径は、顕微鏡を用いた観察により求めることができる。
例えば、前記細胞を撮影して得た写真を任意のソフトウェアなどで解析することにより求めることができる。このような測定手法としては、例えば、オールインワン蛍光顕微鏡であるBZ-H3C Hybrid(Keyence社製)を用いて、専用の細胞計数ソフトウェア(Keyence)などの画像処理ソフトウェアを利用する方法が挙げられる。
Furthermore, the diameter of the largest circle contained in the widest area of the cultured cell C when viewed in plan can be determined by observation using a microscope.
For example, it can be determined by analyzing a photograph obtained by photographing the cells using any software, etc. Examples of such a measurement method include a method using an all-in-one fluorescence microscope, BZ-H3C Hybrid (manufactured by Keyence), and image processing software such as dedicated cell counting software (Keyence).

上記したように、本実施形態に係る細胞培養構造体100は、培養液に浸されて使用される。
より具体的には、本実施形態に係る細胞培養構造体100は、シャーレなどの容器内に入れられた培養液に浸されて使用される。
本実施形態に係る細胞培養構造体100を用いて、細胞を培養して細胞シートを得るときには、老廃物が生じる。
そして、前記培養液中に老廃物が蓄積すると、細胞培養構造体100を用いた細胞培養が十分に進行し難くなる。
そのため、細胞培養構造体100を用いた細胞培養においては、所定期間経過後に、前記容器内から前記培養液の一部を抜いた上で、前記容器内に抜いた量に相当する量の新たな培養液を補充することが好ましい。
As described above, the cell culture structure 100 according to this embodiment is used while immersed in a culture solution.
More specifically, the cell culture structure 100 according to this embodiment is used by being immersed in a culture solution placed in a container such as a petri dish.
When cells are cultured to obtain a cell sheet using the cell culture structure 100 according to this embodiment, waste products are produced.
When waste products accumulate in the culture solution, it becomes difficult to sufficiently carry out cell culture using the cell culture structure 100 .
Therefore, in cell culture using the cell culture structure 100, it is preferable to remove a portion of the culture medium from the container after a predetermined period of time has elapsed, and then refill the container with new culture medium in an amount equivalent to the amount removed.

前記培養液は、細胞の培養に必要な成分(以下、培養液成分ともいう)を含有する溶液である。
前記培養液は、培養する細胞に適したものであれば、特に限定されない。
前記培養液中に含まれる培養液成分としては、糖類、アミノ酸、ビタミン類、無機塩、微量金属、添加物などが挙げられる。
前記培養液は、前記培養液成分を1種単独で含んでいてもよいし、前記培養液成分を2種以上組み合わせて含んでいてもよい。
前記培養液成分については、培養する細胞などに応じて公知のものから適宜選択すればよい。
なお、培養液成分のうち、糖類、アミノ酸、ビタミン類、無機塩、及び、微量金属は、栄養成分に分類される。
The culture medium is a solution containing components necessary for cell culture (hereinafter also referred to as culture medium components).
The culture medium is not particularly limited as long as it is suitable for the cells to be cultured.
Examples of culture medium components contained in the culture medium include sugars, amino acids, vitamins, inorganic salts, trace metals, and additives.
The culture medium may contain one of the culture medium components alone, or may contain two or more of the culture medium components in combination.
The culture medium components may be appropriately selected from known components depending on the cells to be cultured, etc.
Among the culture medium components, sugars, amino acids, vitamins, inorganic salts, and trace metals are classified as nutritional components.

前記糖類としては、例えば、グルコース、フルクトース、マンノース、ガラクトースなどの単糖類;スクロース、スクラロース、トレハロース、マルトース、ラクトースなどの二糖類;グルコシルスクロース、ラクトスクロース、ラフィノースなどの三糖類;アカルボース、マルトテトラオースなどの四糖類;シクロデキストリンなどのオリゴ糖などが挙げられる。 Examples of the sugars include monosaccharides such as glucose, fructose, mannose, and galactose; disaccharides such as sucrose, sucralose, trehalose, maltose, and lactose; trisaccharides such as glucosylsucrose, lactosucrose, and raffinose; tetrasaccharides such as acarbose and maltotetraose; and oligosaccharides such as cyclodextrin.

前記アミノ酸としては、例えば、L-グルタミン酸、L-グルタミン、L-アルギニン、L-シスチン、L-グリシン、L-ヒスチジン、L-イソロイシン、L-ロイシン、L-リジン、L-メチオニン、L-フェニルアラニン、L-セリン、L-スレオニン、L-トリプトファン、L-チロシン、L-バリン、L-アラニン、L-アスパラギン、L-アスパラギン酸、L-システイン、L-ヒドロキシプロリンなどが挙げられる。 Examples of the amino acids include L-glutamic acid, L-glutamine, L-arginine, L-cystine, L-glycine, L-histidine, L-isoleucine, L-leucine, L-lysine, L-methionine, L-phenylalanine, L-serine, L-threonine, L-tryptophan, L-tyrosine, L-valine, L-alanine, L-asparagine, L-aspartic acid, L-cysteine, and L-hydroxyproline.

前記ビタミン類としては、例えば、アスコルビン酸ナトリウム、コリン、葉酸、ナイアシン、ビオチン、パントテン酸、ピリドキシン、リボフラビン、チアミン、チミジン、ビタミンB12などが挙げられる。 Examples of vitamins include sodium ascorbate, choline, folic acid, niacin, biotin, pantothenic acid, pyridoxine, riboflavin, thiamine, thymidine, and vitamin B12.

前記無機塩としては、例えば、塩化ナトリウム、水酸化ナトリウム、硫酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムなどの各種ナトリウム塩;塩化カリウム、水酸化カリウム、硫酸カリウム、リン酸カリウム、リン酸水素二カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウムなどの各種カリウム塩;塩化カルシウム、硫酸カルシウム、硝酸カルシウム、リン酸カルシウム、炭酸カルシウムなどの各種カルシウム塩;塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、硝酸マグネシウム、リン酸マグネシウム、炭酸マグネシウムなどの各種マグネシウム塩が挙げられる。
前記微量金属としては、例えば、硫酸鉄、硝酸鉄、硫酸銅、硝酸銅、硫酸亜鉛などが挙げられる。
Examples of the inorganic salt include various sodium salts such as sodium chloride, sodium hydroxide, sodium sulfate, sodium phosphate, disodium hydrogen phosphate, sodium carbonate, and sodium hydrogen carbonate; various potassium salts such as potassium chloride, potassium hydroxide, potassium sulfate, potassium phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, potassium carbonate, and potassium hydrogen carbonate; various calcium salts such as calcium chloride, calcium sulfate, calcium nitrate, calcium phosphate, and calcium carbonate; and various magnesium salts such as magnesium chloride, magnesium sulfate, magnesium nitrate, magnesium phosphate, and magnesium carbonate.
Examples of the trace metals include iron sulfate, iron nitrate, copper sulfate, copper nitrate, and zinc sulfate.

前記添加物としては、例えば、ウシ胎児血清、ウマ血清、ヒト血清などの血清;線維芽細胞成長因子(FGF)、上皮細胞成長因子(EGF)、肝細胞増殖因子(HGF)、血管内皮成長因子(VEGF)、血小板由来成長因子(PDGF)などの増殖因子(増殖促進成分);アルブミンなどのタンパク質、グルタチオン、アスコルビン酸、アスコルビン酸誘導体などの抗酸化剤;ペニシリンやストレプトマイシンなどの抗生物質;HEPESなどのpH調整剤;乳酸やプロピオン酸などの有機酸;コレステロールなどの脂質;リノレン酸などの脂肪酸;エタノールアミンやプトレシンなどのアミン類;メルカプトエタノールや3-メルカプト-1,2-プロパンジオールなどの還元剤;アルギン酸ナトリウム、ポリビニルピロリドン、カルボキシメチルセルロース、プルランなどの増粘剤;フェノールレッドなどのpH指示薬などが挙げられる。
なお、前記血清には、通常、アルブミンなどのタンパク質や前記増殖因子が含まれている。
Examples of the additives include serum such as fetal bovine serum, horse serum, and human serum; growth factors (growth-promoting components) such as fibroblast growth factor (FGF), epidermal growth factor (EGF), hepatocyte growth factor (HGF), vascular endothelial growth factor (VEGF), and platelet-derived growth factor (PDGF); proteins such as albumin, antioxidants such as glutathione, ascorbic acid, and ascorbic acid derivatives; antibiotics such as penicillin and streptomycin; pH adjusters such as HEPES; organic acids such as lactic acid and propionic acid; lipids such as cholesterol; fatty acids such as linolenic acid; amines such as ethanolamine and putrescine; reducing agents such as mercaptoethanol and 3-mercapto-1,2-propanediol; thickeners such as sodium alginate, polyvinylpyrrolidone, carboxymethylcellulose, and pullulan; and pH indicators such as phenol red.
The serum generally contains proteins such as albumin and the growth factors.

上記の培養液成分を含有する培養液としては、例えば、AIM V medium、HFDM-1 Medium、ダルベッコリン酸緩衝食塩液(D-PBS)、ハンクス平衡塩溶液(HBSS)などの平衡緩衝液;DMEM(Dulbecco’s Modified Eagle Medium)、EMEM(Eagle’s Minimun Essential Medium)、α-MEM(Minimum Essential Medium alpha Modification)、IMDM(Iscove’s Modified Dulbecco’s Medium)、GMEM(Glasgow’s MEM)、Ham’s F-10 medium、Ham’s F-12 medium、Ham’s F-12K medium、RPMI medium 1640、M-199 medium、L-15 medium、McCoy’s 5A Medium、MCDB105 medium、MCDB107 medium、MCDB131 medium、MCDB153 medium、MCDB201 medium、NCTC109 medium、NCTC135 medium、Waymouth’s MB752/1 medium、CMRL-1066 medium、Williams’ medium E、Brinster’s BMOC-3 Medium、E8 mediumなどの基礎培養液などが挙げられる。
上記のごとき基礎培養液は、1種単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、前記基礎培養液は、細胞の種類や細胞の状態に応じて、前記培養液成分を追加してもよいし、除去してもよい。
上記のごとき基礎培養液については、培養する細胞などに応じて公知のものから適宜選択すればよい。
Examples of culture media containing the above-mentioned culture media components include equilibrated buffers such as AIM V medium, HFDM-1 medium, Dulbecco's phosphate buffered saline (D-PBS), and Hank's balanced salt solution (HBSS); DMEM (Dulbecco's Modified Eagle Medium), EMEM (Eagle's Minimum Essential Medium), α-MEM (Minimum Essential Medium alpha Modification), IMDM (Iscove's Modified Dulbecco's Medium), GMEM (Glasgow's MEM), and Ham's F-10. medium, Ham's F-12 medium, Ham's F-12K medium, RPMI medium 1640, M-199 medium, L-15 medium, McCoy's 5A Medium, MCDB105 medium, MCDB107 medium, MCDB131 medium, MCDB153 medium, MCDB201 medium, NCTC109 medium, NCTC135 medium, Waymouth's MB752/1 medium, CMRL-1066 Examples of the basal culture medium include basal culture media such as medium, Williams' medium E, Brinster's BMOC-3 medium, and E8 medium.
The above-mentioned basal culture medium may be used alone or in combination of two or more kinds.
Furthermore, the basal culture medium may contain or remove culture medium components depending on the type and state of the cells.
The above-mentioned basal culture medium may be appropriately selected from known ones depending on the cells to be cultured.

上記したように、本実施形態に係る細胞培養構造体100は、培養される細胞が付着可能な細胞付着面Sを有する。
前記細胞の種類は特に限定されない。
前記細胞は、動物細胞、昆虫細胞、植物細胞、酵母菌及び細菌からなる群から選択される。
前記動物細胞は、脊椎動物門に属する動物由来の細胞と無脊椎動物(脊椎動物門に属する動物以外の動物)由来の細胞とに大別される。
本明細書において、動物細胞の由来は特に限定されないものの、脊椎動物門に属する動物由来の細胞であることが好ましい。
脊椎動物門は、無顎上網及び顎口上網を含み、前記顎口上網には、哺乳網、鳥網、両性網、爬虫網などが含まれる。
そして、脊椎動物門に属する動物由来の細胞は、哺乳動物と呼ばれる哺乳網に属する動物由来の細胞であることが好ましい。
前記哺乳動物は、特に限定されるものではない。
前記哺乳動物としては、例えば、マウス、ラット、ヒト、サル、ブタ、イヌ、ヒツジ、ヤギなどが挙げられる。
As described above, the cell culture structure 100 according to this embodiment has a cell attachment surface S to which cells to be cultured can be attached.
The type of the cells is not particularly limited.
The cell is selected from the group consisting of an animal cell, an insect cell, a plant cell, a yeast cell, and a bacterium.
The animal cells are broadly divided into cells derived from animals belonging to the phylum Vertebrate and cells derived from invertebrates (animals other than those belonging to the phylum Vertebrate).
In the present specification, the origin of the animal cells is not particularly limited, but cells derived from animals belonging to the phylum Vertebrate are preferred.
The phylum Vertebrate includes the classes Agnathostomata and Gnathostomata, which include the classes Mammalia, Aves, Amphipods, and Reptilia.
The cells derived from an animal belonging to the phylum Vertebrate are preferably cells derived from an animal belonging to the class Mammalia, which is called a mammal.
The mammal is not particularly limited.
Examples of the mammals include mice, rats, humans, monkeys, pigs, dogs, sheep, and goats.

本明細書において、植物細胞の由来は特に限定されないものの、コケ植物、シダ植物、種子植物などの植物の細胞が特に好適である。
種子植物細胞が由来する植物には、単子葉植物および双子葉植物のいずれも含まれる。
前記単子葉植物には、ラン科植物、イネ科植物(イネ、トウモロコシ、オオムギ、コムギ、ソルガムなど)、カヤツリグサ科植物などが含まれる。
前記双子葉植物には、キク亜網、モクレン亜網、バラ亜網などの多くの亜網に属する植物が含まれる。
In the present specification, the origin of the plant cells is not particularly limited, but cells of plants such as mosses, ferns, and spermatophytes are particularly preferred.
Plants from which seed plant cells are derived include both monocotyledonous and dicotyledonous plants.
The monocotyledonous plants include orchids, grasses (rice, corn, barley, wheat, sorghum, etc.), and sedges.
The dicotyledonous plants include plants belonging to many subclasses such as the subclass Chrysanthemum, the subclass Magnolia, and the subclass Rosa.

藻類も、細胞に由来する生物としてみなすことができる。
前記藻類には、真正細菌であるシアノバクテリア(藍藻)、真核生物で単細胞生物であるもの(珪藻、黄緑藻、渦鞭毛藻など)、及び、多細胞生物である海藻類(紅藻、褐藻、緑藻など)などが含まれる。
Algae can also be considered as organisms derived from cells.
The algae include cyanobacteria (blue-green algae), which are true bacteria; unicellular eukaryotic organisms (diatoms, xanthophytes, dinoflagellates, etc.); and multicellular marine algae (red algae, brown algae, green algae, etc.).

古細菌及び細菌も、細胞に由来する生物としてみなすことができる。
前記古細菌としては、例えば、メタン菌、高度好塩菌、好熱好酸菌、超好熱菌類などが挙げられる。
前記細菌としては、例えば、乳酸菌、大腸菌、枯草菌などが挙げられる。
なお、真正細菌であるシアノバクテリアは、前記藻類に属するとともに、前記細菌にも属するものである。
Archaea and bacteria can also be considered as organisms derived from cells.
Examples of the archaea include methanogens, extreme halophiles, thermoacidophiles, and hyperthermophiles.
Examples of the bacteria include lactic acid bacteria, Escherichia coli, and Bacillus subtilis.
Cyanobacteria, which are true bacteria, belong to the algae and also to the bacteria.

本実施形態に係る細胞培養構造体100で使用し得る動物細胞または植物細胞の種類は特に限定されるものではないが、多能性幹細胞、組織幹細胞、体細胞、及び、生殖細胞からなる群から選択されるものであることが好ましい。 The types of animal or plant cells that can be used in the cell culture structure 100 of this embodiment are not particularly limited, but are preferably selected from the group consisting of pluripotent stem cells, tissue stem cells, somatic cells, and germ cells.

本明細書において、「多能性幹細胞」とは、あらゆる組織の細胞へと分化する能力(分化多能性)を有する幹細胞の総称を意味する。
特に限定されるものではないが、前記多能性幹細胞には、胚性幹細胞(ES細胞)、人工多能性幹細胞(iPS細胞)、胚性生殖幹細胞(EG細胞)、生殖幹細胞(GS細胞)などが含まれる。
前記多能性幹細胞は、ES細胞またはiPS細胞であることが好ましい。
また、倫理的な問題がない点などを考慮すると、前記多能性幹細胞は、iPS細胞であることが特に好ましい。
前記多能性幹細胞としては、各種公知のものを使用することができる。前記多能性幹細胞としては、例えば、国際公開第2009/123349号に記載のものを使用することができる。
As used herein, the term "pluripotent stem cells" refers to stem cells that have the ability to differentiate into cells of any tissue (pluripotency).
Although not particularly limited, the pluripotent stem cells include embryonic stem cells (ES cells), induced pluripotent stem cells (iPS cells), embryonic germ stem cells (EG cells), germ stem cells (GS cells), and the like.
The pluripotent stem cells are preferably ES cells or iPS cells.
Furthermore, in consideration of the absence of ethical issues, it is particularly preferable that the pluripotent stem cells are iPS cells.
As the pluripotent stem cells, various known stem cells can be used, for example, those described in WO 2009/123349.

本明細書において、「組織幹細胞」とは、分化可能な細胞系列が特定の組織に限定されているものの、多様な細胞種への分化可能な能力(分化多様性)を有する幹細胞を意味する。例えば、骨髄中の造血幹細胞は、血球(赤血球、白血球、血小板など)などへと分化し、神経幹細胞は神経細胞へと分化する。
前記組織幹細胞は、間葉系幹細胞、肝幹細胞、膵幹細胞、神経幹細胞、皮膚幹細胞、及び、造血幹細胞からなる群から選択されるものであることが好ましい。
As used herein, "tissue stem cells" refer to stem cells that have the ability to differentiate into a variety of cell types (differentiation diversity), even though the cell lineage they can differentiate into is limited to a specific tissue. For example, hematopoietic stem cells in bone marrow differentiate into blood cells (red blood cells, white blood cells, platelets, etc.), and neural stem cells differentiate into neurons.
The tissue stem cells are preferably selected from the group consisting of mesenchymal stem cells, hepatic stem cells, pancreatic stem cells, neural stem cells, skin stem cells, and hematopoietic stem cells.

本明細書において、「体細胞」とは、多細胞生物を構成する細胞のうち生殖細胞以外の細胞を意味する。なお、前記体細胞は、有性生殖において次世代へと受け継がれないものである。
前記体細胞は、肝細胞、膵細胞、筋細胞、骨細胞、骨芽細胞、破骨細胞、軟骨細胞、脂肪細胞、皮膚細胞、繊維芽細胞、腎細胞、肺細胞、及び、血球細胞からなる群から選択されるものであることが好ましい。
なお、前記血球細胞には、リンパ球、赤血球、白血球、単球、マクロファージ、巨核球などが含まれる。
As used herein, the term "somatic cells" refers to cells that constitute a multicellular organism, other than germ cells. Note that somatic cells are not passed on to the next generation through sexual reproduction.
The somatic cells are preferably selected from the group consisting of hepatocytes, pancreatic cells, muscle cells, bone cells, osteoblasts, osteoclasts, chondrocytes, adipocytes, skin cells, fibroblasts, kidney cells, lung cells, and blood cells.
The blood cells include lymphocytes, erythrocytes, leukocytes, monocytes, macrophages, megakaryocytes, and the like.

本明細書において、「生殖細胞」とは、生殖において遺伝情報を次世代へと伝える役割を果たす細胞を意味する。
前記生殖細胞としては、例えば、有性生殖のための配偶子や無性生殖のための胞子などが挙げられる。
前記配偶子には、卵子、卵細胞、精子、精細胞などが含まれる。
As used herein, the term "germ cells" refers to cells that play a role in transmitting genetic information to the next generation during reproduction.
Examples of the reproductive cells include gametes for sexual reproduction and spores for asexual reproduction.
The gametes include eggs, egg cells, sperm, sperm cells, and the like.

前記細胞は、肉腫細胞、株化細胞、及び、形質転換細胞からなる群から選択されるものであってもよい。
前記肉腫細胞は、肉腫に由来する細胞である。
「肉腫」とは、骨、軟骨、脂肪、筋肉、血液などの非上皮性細胞由来の結合組織細胞に発生する悪性の腫瘍(癌)のことである。前記肉腫には、軟部肉腫や悪性骨肉腫などが含まれる。
前記株化細胞とは、細胞周期の制約を受けずに無限に増殖することが可能となった細胞のことである。
前記株化細胞は、体外で維持され、一定の安定した性質をもつに至った細胞、すなわち、細胞株であってもよい。
前記株化細胞には、PC12細胞(ラット副腎髄質由来)、CHO細胞(チャイニーズハムスター卵巣由来)、HEK293細胞(ヒト胎児腎臓由来)、HL-60細胞(ヒト白血球細胞由来)、Hela細胞(ヒト子宮頸癌由来)、Vero細胞(アフリカミドリザル腎臓上皮細胞由来)、MDCK細胞(イヌ腎臓尿細管上皮細胞由来)、HepG2細胞(ヒト肝癌由来細胞株)などヒトを含む様々な生物種の様々な組織に由来する細胞株が含まれる。
前記形質転換細胞は、細胞外部から核酸(DNAなど)を導入して、遺伝的性質を変化させた細胞を意味する。
なお、動物細胞、植物細胞、細菌の形質転換については、各々に適した方法が公知である。
The cells may be selected from the group consisting of sarcoma cells, cell lines, and transformed cells.
The sarcoma cells are cells derived from a sarcoma.
"Sarcoma" refers to a malignant tumor (cancer) that develops in connective tissue cells derived from non-epithelial cells such as bone, cartilage, fat, muscle, and blood. Examples of sarcoma include soft tissue sarcoma and malignant osteosarcoma.
The aforementioned cell line is a cell that has become capable of growing indefinitely without being restricted by the cell cycle.
The established cell line may be a cell that has been maintained in vitro and has acquired certain stable properties, that is, a cell line.
The established cell lines include cell lines derived from various tissues of various species including humans, such as PC12 cells (derived from rat adrenal medulla), CHO cells (derived from Chinese hamster ovary), HEK293 cells (derived from human embryonic kidney), HL-60 cells (derived from human leukocytes), Hela cells (derived from human cervical cancer), Vero cells (derived from African green monkey kidney epithelial cells), MDCK cells (derived from canine kidney tubular epithelial cells), and HepG2 cells (cell line derived from human liver cancer).
The transformed cells refer to cells whose genetic properties have been changed by introducing nucleic acid (such as DNA) from outside the cells.
For the transformation of animal cells, plant cells, and bacteria, suitable methods are known.

前記培養液を用いて前記細胞を培養するための培養条件は、培養細胞を目的とする状態にできるものであれば、特に限定されるものではない。
一般的な培養条件としては、例えば、調整した基礎培養液を用いて、相対湿度95%RH、温度37℃、5%COの環境下で実施することが挙げられる。
培養条件については、培養する細胞などに応じて適宜設定すればよい。
細胞培養の期間は、培養細胞を目的とする状態にできるものであれば、特に限定されるものではない。
細胞培養の期間は、例えば、28日以内、21日以内、14日以内、7日以内、5日以内、3日以内である。
The culture conditions for culturing the cells using the culture medium are not particularly limited as long as they allow the cultured cells to reach the desired state.
Typical culture conditions include, for example, using an adjusted basal culture medium in an environment of 95% relative humidity, 37°C temperature, and 5% CO 2 .
Culture conditions may be appropriately set depending on the cells to be cultured.
The period of cell culture is not particularly limited as long as it allows the cultured cells to reach the desired state.
The cell culture period is, for example, 28 days or less, 21 days or less, 14 days or less, 7 days or less, 5 days or less, or 3 days or less.

細胞培養構造体100に播種する細胞数は、特に限定されるものではない。
細胞培養構造体100に播種する細胞数としては、例えば、1×10細胞/mL以上1×1010細胞/mL以下が挙げられる。
細胞培養構造体100に播種する細胞数は、2×10細胞/mL以上であることが好ましく、5×10細胞/mL以上であることがより好ましく、1×10細胞/mL以上であることがより好ましい。
細胞培養構造体100に播種する細胞数は、1×10細胞/mL以下であることが好ましく、1×10細胞/mL以下であることがより好ましく、1×10細胞/mL以下であることがより好ましい。
The number of cells to be seeded in the cell culture structure 100 is not particularly limited.
The number of cells to be seeded in the cell culture structure 100 is, for example, 1×10 4 cells/mL or more and 1×10 10 cells/mL or less.
The number of cells seeded in the cell culture structure 100 is preferably 2×10 5 cells/mL or more, more preferably 5×10 5 cells/mL or more, and even more preferably 1×10 6 cells/mL or more.
The number of cells seeded in the cell culture structure 100 is preferably 1×10 9 cells/mL or less, more preferably 1×10 8 cells/mL or less, and even more preferably 1×10 7 cells/mL or less.

平板状の基材10としては、各種公知の材料で構成されたものを用いることができる。
基材10としては、例えば、ガラス、石英、サファイアなどの無機物で構成されたものや、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリスチレン樹脂、ABS樹脂、AS樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、フッ素樹脂などの有機物で構成されたものが挙げられる。
これらの中でも、ガラスで構成されたガラス板を用いることが好ましい。
なお、上記において、有機物として例示された各樹脂は、いずれも、細胞毒性の低い樹脂である。
また、基材10を構成する材料と複数の突起部PRを構成する材料とは、同一であってもよい。
The flat substrate 10 may be made of any of various known materials.
Examples of the substrate 10 include those made of inorganic materials such as glass, quartz, and sapphire, and those made of organic materials such as polyethylene resin, polypropylene resin, polyvinyl alcohol resin, polyvinylidene chloride resin, polyvinyl chloride resin, polyethylene terephthalate (PET) resin, polyurethane resin, polystyrene resin, ABS resin, AS resin, acrylic resin, polyamide resin, polyacetal resin, and fluororesin.
Among these, it is preferable to use a glass plate made of glass.
In the above, each of the resins exemplified as organic materials is a resin with low cytotoxicity.
Furthermore, the material constituting the base material 10 and the material constituting the plurality of protrusions PR may be the same.

上記したように、複数の突起部PRのそれぞれは、少なくとも頂部Aが培養される細胞が付着可能な細胞付着面Sとなっている。
ここで、培養される細胞は、細胞外マトリックスと称されるタンパク質を介して、複数の突起部PRのそれぞれの細胞付着面Sに付着される。
そして、タンパク質である前記細胞外マトリックスを十分に付着させるためには、細胞付着面Sは、親水性と疎水性とが適度にバランスされた材料で構成されていることが好ましい。
As described above, at least the top portion A of each of the plurality of protrusions PR serves as a cell attachment surface S onto which cells to be cultured can be attached.
Here, the cells to be cultured are attached to the cell attachment surfaces S of the plurality of protrusions PR via a protein called the extracellular matrix.
In order to allow sufficient attachment of the extracellular matrix, which is a protein, the cell attachment surface S is preferably made of a material with an appropriate balance of hydrophilicity and hydrophobicity.

親水性と疎水性とが適度にバランスされた材料であるか否かは、細胞付着面Sを形成する材料の水の濡れ性を評価することにより判断することができる。
具体的には、細胞付着面Sを形成するための材料を用いて板状に成形された板状成形物に対する水の濡れ性を評価することにより判断することができる。
前記材料の水の濡れ性は、前記材料に対する水の接触角を測定することにより評価することができる。
具体的には、水の接触角が50°以上120°以下となる材料であれば、複数の突起部PRにおける細胞付着面Sを構成する材料として、親水性と疎水性とが適度にバランスされているといえる。
なお、細胞付着面Sをより疎水性の高いものとする場合には、水の接触角が90°以上の材料を用いることが好ましく、100°以上の材料を用いることがより好ましく、110°以上の材料を用いることがより好ましい。
また、細胞付着面Sをより親水性の高いものとする場合には、水の接触角が80°以下の材料を用いることが好ましく、70°以下の材料を用いることがより好ましく、60°以下の材料を用いることがより好ましい。
水の接触角が上のような数値範囲内の材料を用いて細胞付着面Sを構成することにより、該細胞付着面Sは、前記細胞外マトリックスを好適に付着できるものとなる。
Whether or not the material has an appropriate balance of hydrophilicity and hydrophobicity can be determined by evaluating the water wettability of the material that forms the cell adhesion surface S.
Specifically, it can be determined by evaluating the wettability of water to a plate-shaped product formed from the material for forming the cell adhesion surface S.
The water wettability of the material can be evaluated by measuring the contact angle of water with the material.
Specifically, if a material has a water contact angle of 50° or more and 120° or less, it can be said that the material constituting the cell adhesion surface S of the multiple protrusions PR has an appropriate balance of hydrophilicity and hydrophobicity.
In addition, if the cell attachment surface S is to be made more hydrophobic, it is preferable to use a material with a water contact angle of 90° or more, more preferably 100° or more, and even more preferably 110° or more.
Furthermore, if the cell attachment surface S is to be made more hydrophilic, it is preferable to use a material with a water contact angle of 80° or less, more preferably 70° or less, and even more preferably 60° or less.
By constructing the cell attachment surface S using a material whose water contact angle falls within the above numerical range, the cell attachment surface S can be made to be one to which the extracellular matrix can be suitably attached.

なお、細胞培養の技術分野においては、水の接触角が60°~70°となる材料であれば、疎水性を有すると解され、水の接触角が60°未満となる材料であれば、親水性を有すると解され、水の接触角が70°を上回る材料であれば、超疎水性を有すると解される。
そして、細胞付着面Sが平面をなしている一般的な細胞培養容器(例えば、シャーレなど)は、一般に、細胞培養の技術分野において超疎水性に分類される材料、具体的には、ポリスチレン(後述するように、水の接触角は100°)で構成されている。
そのため、このようなポリスチレンなどで構成された細胞培養容器では、細胞付着面Sにコロナ放電などの酸化処理を行って、該細胞付着面Sを水の接触角が60°~70°の範囲内の値を示すものとしている。
このように、細胞付着面Sが上記範囲内の値の水の接触角を示すようになると、該細胞付着面Sに対する細胞の接着率は極大を示すようになる(細胞が、最も高い確率で細胞付着面Sに接着するようになる)。
しかしながら、本実施形態に係る細胞培養構造体100では、上で説明したように、複数の突起部PRの断面が幅狭な形状をなしていて、細胞付着面Sは、主として、複数の突起部PRの頂部近傍に形成されることから、細胞付着面Sの形成領域を小さくすることができる。
すなわち、細胞付着面Sに対する細胞の接触領域を小さくすることができるので、細胞接着面Sを形成する材料として、必ずしも、接着率が極大となるものを選ぶ必要はない。
そのため、上記のように、種々の接触角を有する材料で、細胞接着面Sを構成することができる。
In the technical field of cell culture, a material with a water contact angle of 60° to 70° is considered to be hydrophobic, a material with a water contact angle of less than 60° is considered to be hydrophilic, and a material with a water contact angle of more than 70° is considered to be superhydrophobic.
A typical cell culture vessel (e.g., a petri dish) having a flat cell attachment surface S is generally made of a material classified as superhydrophobic in the field of cell culture technology, specifically, polystyrene (which, as will be described later, has a water contact angle of 100°).
Therefore, in cell culture vessels made of polystyrene or the like, the cell attachment surface S is subjected to an oxidation treatment such as corona discharge so that the cell attachment surface S exhibits a water contact angle within the range of 60° to 70°.
In this way, when the cell attachment surface S exhibits a water contact angle within the above range, the cell adhesion rate to the cell attachment surface S will be maximized (cells will adhere to the cell attachment surface S with the highest probability).
However, in the cell culture structure 100 of this embodiment, as described above, the cross-sections of the multiple protrusions PR have a narrow shape, and the cell adhesion surface S is mainly formed near the tops of the multiple protrusions PR, so the formation area of the cell adhesion surface S can be made smaller.
That is, since the contact area of the cells with the cell adhesion surface S can be made small, it is not necessary to select a material for forming the cell adhesion surface S that maximizes the adhesion rate.
Therefore, as described above, the cell adhesion surface S can be made of materials having various contact angles.

前記水の接触角は、接触角測定装置(協和界面科学社製の商品名「DM300」)、及び、評価解析ソフトウェア「FAMAS」(協和界面科学社製)を用いて求めることができる。
具体的には、前記水を前記板状成形物の一表面に10μm滴下させた後、前記接触角測定装置及び前記評価解析ソフトウェアを用いて、10秒以内に、前記水の液滴と前記板状成形物との静的接触角を求めることにより実施することができる。
なお、前記水の接触角は、θ/2法によって算出される値である。
The water contact angle can be determined using a contact angle measuring device (trade name "DM300" manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.) and evaluation and analysis software "FAMAS" (manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.).
Specifically, the water is dropped in a 10 μm droplet onto one surface of the plate-like molding, and then the static contact angle between the water droplet and the plate-like molding is determined within 10 seconds using the contact angle measuring device and the evaluation and analysis software.
The water contact angle is a value calculated by the θ/2 method.

水の接触角が50°以上120°以下となる材料としては、基材10を構成する有機物として上で例示した有機物を用いることが好ましい。
具体的には、前記有機物としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリスチレン樹脂、ABS樹脂、AS樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、フッ素樹脂などを用いることが好ましい。
また、これらの有機物の中でも、フッ素樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂を用いることが好ましい。
さらに、前記フッ素樹脂としては、結晶性フッ素樹脂または非結晶性(非晶質)フッ素樹脂のいずれを用いてもよいが、非晶質フッ素樹脂を用いることがより好ましい。
前記結晶性フッ素樹脂としては、FEP(パーフルオロエチレンプロペンコポリマー)が挙げられ、前記非晶質フッ素樹脂としては、下記式(1)で示されるものが挙げられる。なお、下記式(1)で表される非晶質フッ素樹脂は、末端官能基として、-COOH、-CONHSi(OR)、または、-CFを有するものであってもよい。なお、Rは炭化水素基である。
下記式(1)で示される非晶質フッ素樹脂の市販品としては、旭化成社製のCYTOP(登録商標)シリーズが挙げられる。
As a material having a water contact angle of 50° or more and 120° or less, it is preferable to use the organic materials exemplified above as the organic material constituting the substrate 10 .
Specifically, it is preferable to use, as the organic material, polyethylene resin, polypropylene resin, polyvinyl alcohol resin, polyvinylidene chloride resin, polyvinyl chloride resin, polyethylene terephthalate (PET) resin, polyurethane resin, polystyrene resin, ABS resin, AS resin, acrylic resin, polyamide resin, polyacetal resin, fluororesin, or the like.
Among these organic materials, it is preferable to use fluororesin, polystyrene resin, acrylic resin, polyethylene resin, or polypropylene resin.
Furthermore, the fluororesin may be either a crystalline fluororesin or a non-crystalline (amorphous) fluororesin, but it is more preferable to use an amorphous fluororesin.
An example of the crystalline fluororesin is FEP (perfluoroethylene propene copolymer), and an example of the amorphous fluororesin is one represented by the following formula (1). The amorphous fluororesin represented by the following formula (1) may have a terminal functional group of -COOH, -CONHSi(OR) n or -CF 3 , where R is a hydrocarbon group.
Commercially available amorphous fluororesins represented by the following formula (1) include the CYTOP (registered trademark) series manufactured by Asahi Kasei Corporation.

なお、前記ポリプロピレン樹脂を用いた場合、水の接触角は91°であり、前記ポリエチレン樹脂を用いた場合、水の接触角は83°であり、前記アクリル樹脂を用いた場合、水の接触角は64°であり、前記ポリスチレン樹脂を用いた場合、水の接触角は100°であり、前記FEPを用いた場合、水の接触角は115°であり、上記式(1)で示され、かつ、末端官能基として-COOHを有する非晶質フッ素樹脂を用いた場合、水の接触角は112°である。 When the polypropylene resin is used, the water contact angle is 91°; when the polyethylene resin is used, the water contact angle is 83°; when the acrylic resin is used, the water contact angle is 64°; when the polystyrene resin is used, the water contact angle is 100°; when the FEP is used, the water contact angle is 115°; and when the amorphous fluororesin represented by the above formula (1) and having -COOH as a terminal functional group is used, the water contact angle is 112°.

また、細胞付着面Sを形成するための材料として、熱硬化性樹脂を用いてもよい。
前記熱硬化性樹脂としては、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂(ウレア樹脂)、不飽和ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂などを用いることが好ましい。
また、前記熱硬化性樹脂としては、熱硬化性を有するポリウレタン樹脂(熱硬化性ポリウレタン樹脂)、熱硬化性を有するポリイミド樹脂(熱硬化性ポリイミド樹脂)、熱硬化性を有するフッ素樹脂(熱硬化性フッ素樹脂)が用いられてもよい。
なお、前記熱硬化性フッ素樹脂としては、例えば、上記式(1)で示される非晶質フッ素樹脂が挙げられる。
上記式(1)で示される非晶質フッ素樹脂は、80℃程度の温度で加熱することにより、三次元網目構造を有するような形で重合される。
例えば、上記式(1)で示される非晶質フッ素樹脂をフッ素系溶媒などに溶かして液状組成物とした後、該液状組成物を80℃程度の温度で加熱することにより、三次元網目構造を有するような形で、上記式(1)で示される非晶質フッ素樹脂を重合させることができる。
なお、CYTOP(登録商標)シリーズは、上記式(1)で示される非晶質フッ素樹脂がフッ素系溶媒に溶解されたものであり、上記式(1)で示される非晶質フッ素樹脂としては、質量平均分子量20万程度の低分子量のものと、質量平均分子量30万程度の標準分子量のものとが含まれている。
Furthermore, the material for forming the cell attachment surface S may be a thermosetting resin.
As the thermosetting resin, it is preferable to use polyimide resin, phenol resin, epoxy resin, melamine resin, urea resin, unsaturated polyester resin, alkyd resin, or the like.
Furthermore, as the thermosetting resin, a polyurethane resin having thermosetting properties (thermosetting polyurethane resin), a polyimide resin having thermosetting properties (thermosetting polyimide resin), or a fluororesin having thermosetting properties (thermosetting fluororesin) may be used.
The thermosetting fluororesin may be, for example, an amorphous fluororesin represented by the above formula (1).
The amorphous fluororesin represented by the above formula (1) is polymerized to have a three-dimensional network structure by heating at a temperature of about 80°C.
For example, the amorphous fluororesin represented by the above formula (1) can be polymerized in a manner that has a three-dimensional network structure by dissolving the amorphous fluororesin represented by the above formula (1) in a fluorine-based solvent or the like to form a liquid composition, and then heating the liquid composition at a temperature of about 80°C.
The CYTOP (registered trademark) series is an amorphous fluororesin represented by the above formula (1) dissolved in a fluorine-based solvent, and the amorphous fluororesin represented by the above formula (1) includes a low molecular weight one having a mass average molecular weight of about 200,000 and a standard molecular weight one having a mass average molecular weight of about 300,000.

また、前記有機物は、光透過性を有することが好ましい。
なお、本明細書において、「光透過性」とは、入射光に対して透過光がどの程度透過するか、または、励起光照射による蛍光がどの程度通過し、また散乱が低いかの程度を意味する。
また、本明細書において、「光透過性を有する」という表現は、一例として、観察対象への入射光に対する観察対象からの出射光(すなわち、透過光)の割合が高いことを意味する。
前記光透過性は、例えば、入射光に対する透過光の割合について、光を遮断する物質(例えば、黒色の厚みのあるプラスチックまたは金属など)の場合を0%とし、水のような透明な液体の場合を100%として百分率で表すことができる。
光透過性が上のように百分率で表される場合、「光透過性を有する」とは、分光測色計を用いて測定した光透過率(入射光に対する透過光の割合)が40%以上であることを意味する。
The organic material preferably has optical transparency.
In this specification, the term "light transmittance" refers to the degree to which transmitted light is transmitted relative to incident light, or the degree to which fluorescence emitted by excitation light passes through and is scattered less.
In this specification, the expression "having optical transparency" means, for example, that the ratio of light emitted from an object to light incident on the object is high (i.e., transmitted light).
The light transmittance can be expressed as a percentage, for example, where the ratio of transmitted light to incident light is 0% for a light-blocking material (e.g., thick black plastic or metal) and 100% for a transparent liquid such as water.
When light transmittance is expressed as a percentage as above, "having light transmittance" means that the light transmittance (the ratio of transmitted light to incident light) measured using a spectrophotometer is 40% or more.

本実施形態に係る細胞培養構造体100において、複数の突起部PRのそれぞれの全体が、水の接触角が50°以上120°以下となる材料で構成されていることが好ましい。
具体的には、本実施形態に係る細胞培養構造体100においては、複数の突起部PRを構成する複数の線LIの全体及び複数の点POの全体が、水の接触角が50°以上120°以下となる材料で構成されていることが好ましい。
すなわち、複数の突起部PRのそれぞれの全体が、細胞付着面Sを形成するための材料として例示したもので形成されていることが好ましい。
In the cell culture structure 100 according to this embodiment, it is preferable that the entirety of each of the plurality of protrusions PR is made of a material that has a water contact angle of 50° or more and 120° or less.
Specifically, in the cell culture structure 100 according to this embodiment, it is preferable that the entirety of the multiple lines LI constituting the multiple protrusion portions PR and the entirety of the multiple points PO are made of a material having a water contact angle of 50° or more and 120° or less.
That is, it is preferable that the entirety of each of the plurality of protrusions PR is formed from one of the materials exemplified as the material for forming the cell adhesion surface S.

前記有機物は、20℃における屈折率が1.4以下であることが好ましい。
また、本実施形態に係る細胞培養構造体100において、複数の突起部PRのそれぞれは、20℃における屈折率が1.4以下である有機物で構成されていることが好ましい。
複数の突起部PRのそれぞれを上記のような有機物で構成していることにより、複数の突起部PRのそれぞれの屈折率と培養液に多量に(98質量%以上)含まれる水の屈折率(20℃で1.3334)との差を十分に小さくすることができる。
これにより、複数の突起部PRのそれぞれに入射した光(入射光)が複数の突起部PRのそれぞれで散乱することを抑制できる。その結果、顕微鏡にて培養中の細胞を従来よりも遥かに鮮明な像で観察することができる。
さらに、培養中に、前記培養液中において複数の突起部PRのそれぞれの存在を目立たなくすることができるので、これによっても、顕微鏡にて培養中の細胞を従来よりも遥かに鮮明な像で観察することができる。
上記により、増殖する細胞の検査を容易に実施した上で、細胞を効率良く培養することができる。
The organic material preferably has a refractive index of 1.4 or less at 20°C.
In the cell culture structure 100 according to this embodiment, each of the plurality of protrusions PR is preferably made of an organic material having a refractive index at 20° C. of 1.4 or less.
By constructing each of the multiple protrusions PR from the above-described organic material, the difference between the refractive index of each of the multiple protrusions PR and the refractive index of water (1.3334 at 20°C) contained in large amounts (98% by mass or more) in the culture medium can be made sufficiently small.
This makes it possible to prevent the light incident on each of the plurality of protrusions PR (incident light) from being scattered by each of the plurality of protrusions PR, thereby enabling the cells being cultured to be observed under a microscope with much clearer images than before.
Furthermore, during culture, the presence of each of the multiple protrusions PR can be made less noticeable in the culture medium, which also allows the cells being cultured to be observed under a microscope with much clearer images than before.
As a result, it is possible to easily inspect the growing cells and then efficiently culture the cells.

上記した各種の有機物の中でも、前記非晶質フッ素樹脂は、その非晶質性により高い光透過性を示し、その光透過性の高さによって、20℃における屈折率として1.4以下という値を示すものとなっている。
特に、上で説明したような、末端官能基として、-COOH、-CONHSi(OR)、または、-CFを有する非晶質フッ素樹脂は、20℃における屈折率として1.33~1.34程度の値を示すものとなっている。
そのため、増殖する細胞の検査を容易に実施した上で、細胞を効率良く培養するという観点から、上記した各種の有機物の中で、前記非晶質フッ素樹脂を用いることが特に好ましい。
Among the various organic materials described above, the amorphous fluororesin exhibits high light transmittance due to its amorphous nature, and due to its high light transmittance, it exhibits a refractive index of 1.4 or less at 20°C.
In particular, the amorphous fluororesin having —COOH, —CONHSi(OR) n , or —CF 3 as a terminal functional group as described above exhibits a refractive index of about 1.33 to 1.34 at 20° C.
Therefore, from the viewpoint of easily inspecting the growing cells and culturing the cells efficiently, it is particularly preferable to use the amorphous fluororesin among the various organic materials mentioned above.

ここで、上で説明した、ウシ胎児血清、ウマ血清、ヒト血清などの血清には、通常、フィブロネクチンなどの細胞外マトリックスが含まれていることから、前記培養液中に前記血清を含ませることにより、細胞培養構造体100中に前記細胞外マトリックスを存在させることができる。
また、前記培養液として前記血清を含まないものを用いる場合には、細胞培養構造体100を用いて細胞培養を実施する前に、複数の突起物PRのそれぞれの細胞付着面Sに前記細胞外マトリックスをコーティングしておいてもよい。
なお、細胞培養構造体100を用いた細胞培養において、培養される細胞が増殖(成長)のための足場となる複数の突起部PRのそれぞれの細胞付着面Sに付着できないような場合には、前記細胞は、アポトーシスを起こして死亡してしまう。
Here, since the serums described above, such as fetal bovine serum, horse serum, and human serum, usually contain extracellular matrices such as fibronectin, by adding the serum to the culture medium, the extracellular matrix can be present in the cell culture structure 100.
Furthermore, when the culture medium does not contain serum, the cell attachment surface S of each of the multiple protrusions PR may be coated with the extracellular matrix before cell culture is performed using the cell culture structure 100.
In addition, in cell culture using the cell culture structure 100, if the cells being cultured are unable to attach to the cell attachment surfaces S of the multiple protrusions PR that serve as a scaffold for proliferation (growth), the cells will undergo apoptosis and die.

上で説明したように、本実施形態に係る細胞培養構造体100では、隣り合う突起部PRの平面視が線LIどうしの場合に線LIどうしの距離をIとし、隣り合う突起部PRの平面視が線LIと点POとの場合に線LIと点POとの間の距離をIとし、隣り合う突起部PRの平面視が点POどうしの場合に点POどうしの間の距離をIとし、培養される細胞を平面視したときの細胞の大きさをSとしたときに、I、I、及び、Iは、Sよりも小さい値を示す。 As described above, in the cell culture structure 100 of this embodiment, when adjacent protrusions PR are viewed in plan as a line LI, the distance between the line LI is IA ; when adjacent protrusions PR are viewed in plan as a line LI and a point PO, the distance between the line LI and a point PO is IB ; when adjacent protrusions PR are viewed in plan as a point PO, the distance between the points PO is IC ; and when the size of the cultured cell is viewed in plan as S C , I A , I B , and IC have values smaller than S C.

距離I、距離I、及び、距離Iは、50nm以上500μm以下であることが好ましい。
なお、距離Iは、線LIどうしの対向する端縁間の距離を意味し、距離Iは、点POの中心と点POと対向する線LIの端縁との間の距離を意味し、距離Iは、点POどうしの中心間の距離を意味する。
The distances I A , I B and I C are preferably 50 nm or more and 500 μm or less.
Note that distance IA means the distance between the opposing edges of line LI, distance IB means the distance between the center of point PO and the edge of line LI opposite point PO, and distance IC means the distance between the centers of points PO.

線LIの線幅及び点POの直径は、10nm以上500μm以下であることが好ましい。
また、培養される細胞Cを平面視したときの細胞Cの最も広い領域に含まれる最大の真円の直径Sは、100nm以上5mm以下であることが好ましい。
The line width of the line LI and the diameter of the point PO are preferably 10 nm or more and 500 μm or less.
Furthermore, when the cultured cell C is viewed in plan, the diameter SC of the largest circle contained in the widest area of the cell C is preferably 100 nm or more and 5 mm or less.

また、突起部PRは、平板状の基材10の一表面(突起部PRが配される側の面)を基準とした高さが、50nm以上5mm以下であることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the height of the protrusions PR from one surface of the flat substrate 10 (the surface on which the protrusions PR are arranged) is 50 nm or more and 5 mm or less.

本実施形態に係る細胞培養構造体100においては、平板状の基材10は、図1A及び図2に示したように、一端側及び他端側にそれぞれ開放部O1、O2を有している。
このように、平板状の基材10が一端側及び他端側にそれぞれ開放部O1、O2を有していることにより、複数の突起部PRどうしの間に形成される溝部Dを通じて平板状の基材10の表面の全域に培養液を供給し易くなる。
また、溝部Dを通じて、細胞培養によって生じた代謝物を細胞培養構造体100の外部により一層排出し易くなる。
これにより、細胞培養構造体100において、細胞培養をより一層効率良く実施することができる。
In the cell culture structure 100 according to this embodiment, the flat substrate 10 has openings O1 and O2 at one end and the other end, respectively, as shown in FIGS. 1A and 2.
In this way, since the flat substrate 10 has openings O1 and O2 on one end and the other end, respectively, it becomes easier to supply culture medium to the entire surface of the flat substrate 10 through the groove portion D formed between the multiple protrusion portions PR.
Furthermore, through the grooves D, metabolites produced by cell culture can be more easily discharged to the outside of the cell culture structure 100 .
This allows cell culture to be carried out more efficiently in the cell culture structure 100.

本実施形態に係る細胞培養構造体100においては、図1A、図1B及び図2に示したように、複数の突起部PRがどのような構成であっても、隣り合う複数の突起部PRどうしが接触していない。すなわち、本実施形態に係る細胞培養構造体100においては、隣り合う前記突起部の平面視が線どうしの場合であっても、隣り合う前記突起部の平面視が線と点との場合であっても、隣り合う前記突起部の平面視が点どうしの場合であっても、複数の突起部PRが平面視において占める領域どうしが重複していない。
このように、隣り合う複数の突起部PRどうしが接触していないことにより、複数の突起部PRどうしの間に形成される溝部Dにおいて培養液がよりスムーズに流動できるため、平板状の基材10の表面の全域への培養液の供給及び細胞培養構造体100の外部への排出をより一層効率的に行うことができる。
これにより、細胞培養構造体100において、細胞培養をより一層効率良く実施することができる。
In the cell culture structure 100 according to this embodiment, the adjacent protrusions PR do not come into contact with each other regardless of the configuration of the protrusions PR, as shown in Figures 1A, 1B, and 2. That is, in the cell culture structure 100 according to this embodiment, the areas occupied by the multiple protrusions PR in plan view do not overlap with each other, even if the adjacent protrusions are lines in plan view, a line and a point in plan view, or point in plan view.
In this way, since adjacent protrusions PR do not come into contact with each other, the culture medium can flow more smoothly in the grooves D formed between the protrusions PR, making it possible to more efficiently supply the culture medium to the entire surface of the flat substrate 10 and discharge it to the outside of the cell culture structure 100.
This allows cell culture to be carried out more efficiently in the cell culture structure 100.

本実施形態に係る細胞培養構造体100においては、図3A及び図3Bに示したように、複数の線LIをこれらの線LIの延在方向と直交する方向に切断して得られるそれぞれの第1切断面S1、及び、複数の点POを基材10の面方向と直交する方向に切断して得られるそれぞれの第2切断面S2は、基材10の一表面から離れる方向に向けて幅狭となる形状を有している。
本実施形態に係る細胞培養構造体100においては、図3A及び図3Bに示したように、前記幅狭となる形状は、少なくとも頂部が円弧形状をなしている。
具体的には、図3A及び図3Bに示したような細胞培養構造体100においては、第1切断面S1及び第2切断面S2は、その頂部が丸みを帯びた半円形状をなしている。
第1切断面S1及び第2切断面S2がこのような形状を有していることにより、第1切断面S1及び第2切断面S2の頂部が鋭角をなして尖った幅狭となる形状を有している場合と比べて、細胞が突起部PRから受けるダメージを小さくすることができる。
また、先に説明したように、複数の突起部PRのそれぞれにおいて細胞が増殖(成長)して、これらの細胞どうしが接着して細胞シート体となった場合に、該細胞シート体と複数の突起部PRのそれぞれとの接触面積を小さくすることができる。
その結果、複数の突起部PRのそれぞれから前記細胞シート体を取り外す(剥離させる)ときに、前記細胞シート体に生じる損傷を小さくすることができる。
すなわち、複数の突起部PRのそれぞれから前記細胞シート体に生じる損傷を小さくしつつ効率良く剥離させることができる。
In the cell culture structure 100 according to this embodiment, as shown in Figures 3A and 3B, each of the first cut surfaces S1 obtained by cutting a plurality of lines LI in a direction perpendicular to the extension direction of these lines LI, and each of the second cut surfaces S2 obtained by cutting a plurality of points PO in a direction perpendicular to the surface direction of the substrate 10, have a shape that narrows in width in a direction away from one surface of the substrate 10.
In the cell culture structure 100 according to this embodiment, as shown in FIGS. 3A and 3B, the narrowed shape has at least an arc-shaped apex.
Specifically, in the cell culture structure 100 shown in FIGS. 3A and 3B, the first cut surface S1 and the second cut surface S2 have a semicircular shape with rounded tops.
Because the first cut surface S1 and the second cut surface S2 have such shapes, the damage that the cells receive from the protrusion PR can be reduced compared to when the tops of the first cut surface S1 and the second cut surface S2 have a sharp angle and a narrow pointed shape.
Furthermore, as explained above, when cells proliferate (grow) on each of the multiple protrusions PR and these cells adhere to each other to form a cell sheet body, the contact area between the cell sheet body and each of the multiple protrusions PR can be reduced.
As a result, when the cell sheet is detached (separated) from each of the plurality of protrusions PR, damage to the cell sheet can be reduced.
That is, the cell sheet can be efficiently detached while minimizing damage caused by each of the plurality of protrusions PR.

ここで、平板状の基材のみで構成されている細胞培養構造体を用いて前記細胞シートを得た場合においては、前記細胞シート体の表面の大部分は細胞外マトリクスなどのタンパク質を介して前記平板状の基材表面に付着されている。
そのため、前記平板状の基材から前記細胞シート体を取り外す(剥離させる)ときには、タンパク質分解酵素を用いて細胞外マトリックスなどのタンパク質を分解させる必要があるものの、前記細胞外マトリックスなどのタンパク質を十分に分解させるために前記タンパク質分解酵素の使用量を多くすると、前記細胞シート体における細胞どうしの接着状態が解消されて、各細胞がバラバラになり易くなる。
その結果、細胞をシート状態で剥離できなくなってしまうことがある。
また、前記細胞シート体における細胞どうしの接着状態の解消を抑制すべく、前記タンパク質分解酵素の使用量を少なくすると、前記細胞外マトリックスを介した前記細胞と前記基材との接着力が高いことから、細胞をシート状態で剥離する際に、該細胞にダメージを与えないように力加減を調整することは容易ではない。
上記のような観点から、前記タンパク質分解酵素を用いて、前記細胞培養構造体からシート状の細胞(細胞シート体)を取り外す(剥離させる)場合においては、前記タンパク質分解酵素の使用量及び剥離作業に関して作業者の熟練度が要求されるようになる。
しかしながら、本実施形態に係る細胞培養構造体100においては、主として、複数の突起部PRの頂部Aの近傍で細胞培養が実施されるので、得られる細胞シート体は、複数の突起部PRの頂部Aによって支持されるようになる。
そして、複数の突起部PRは、切断面において頂部Aに向けて幅狭となる形状を有しているので、前記細胞シート体と複数の突起部PRの頂部Aとの接触面積は極めて小さくなっている。
そのため、本実施形態に係る細胞培養構造体100では、前記タンパク質分解酵素を使用せずとも、得られた細胞シート体を取り外す(剥離させる)ことができる。
すなわち、本実施形態に係る細胞培養構造体100では、作業者の熟練度を問わずに、得られた細胞シート体を容易に取り外す(剥離させる)ことができる。
Here, when the cell sheet is obtained using a cell culture structure consisting only of a flat substrate, most of the surface of the cell sheet is attached to the surface of the flat substrate via proteins such as extracellular matrix.
Therefore, when removing (peeling) the cell sheet from the flat substrate, it is necessary to use a protease to decompose proteins such as the extracellular matrix. However, if a large amount of the protease is used to sufficiently decompose proteins such as the extracellular matrix, the adhesion between cells in the cell sheet will be broken down, making the individual cells more likely to separate.
As a result, it may become impossible to detach the cells in a sheet state.
Furthermore, if the amount of protease used is reduced in order to prevent the cells in the cell sheet from losing their adhesion, the adhesive strength between the cells and the substrate via the extracellular matrix is strong, and it is not easy to adjust the amount of force used to detach the cells in sheet form without damaging the cells.
From the above viewpoint, when using the protease to remove (peel) sheet-like cells (cell sheet body) from the cell culture structure, the amount of protease used and the peel operation require the proficiency of the worker.
However, in the cell culture structure 100 of this embodiment, cell culture is mainly carried out near the tops A of the multiple protrusions PR, and the resulting cell sheet body is supported by the tops A of the multiple protrusions PR.
Furthermore, the plurality of protrusions PR have a shape that narrows toward the apex A on the cut surface, so that the contact area between the cell sheet body and the apex A of the plurality of protrusions PR is extremely small.
Therefore, in the cell culture structure 100 according to this embodiment, the obtained cell sheet can be removed (peeled off) without using the protease.
That is, with the cell culture structure 100 according to this embodiment, the obtained cell sheet can be easily removed (peeled off) regardless of the skill level of the operator.

本実施形態に係る細胞培養構造体100においては、細胞付着面Sは、光透過性を有する有機物によって構成されている。
なお、本実施形態に係る細胞培養構造体100においては、複数の線LI及び複数の点POによって構成される複数の突起部PRのそれぞれの露出面の全てが前記光透過性を有する有機物によって構成されている。
複数の線LI及び複数の点POによって構成される複数の突起部PRのそれぞれの全体を、前記光透過性を有する有機物によって構成すれば、上記のように、前記露出面の全ては前記光透過性を有する有機物によって構成されるものとなる。
なお、本実施形態に係る細胞培養構造体100においては、前記光透過性を有する有機物としては、上記したように、屈折率が1.4以下のものを用いることが好ましい。
そのため、前記光透過性を有する有機物としては、前記非晶質フッ素樹脂を用いることが好ましく、前記非晶質フッ素樹脂の中でも、末端官能基として、-COOH、-CONHSi(OR)、または、-CFを有する非晶質フッ素樹脂を用いることが好ましい。
In the cell culture structure 100 according to this embodiment, the cell attachment surface S is made of an organic material having optical transparency.
In the cell culture structure 100 according to this embodiment, all of the exposed surfaces of the plurality of protrusions PR formed by the plurality of lines LI and the plurality of points PO are made of the optically transparent organic material.
If the entirety of each of the multiple protrusions PR formed by the multiple lines LI and multiple points PO is made of the organic material having optical transparency, then, as described above, the entire exposed surface will be made of the organic material having optical transparency.
In the cell culture structure 100 according to this embodiment, it is preferable to use an organic material having optical transparency with a refractive index of 1.4 or less, as described above.
Therefore, it is preferable to use the amorphous fluororesin as the optically transparent organic material, and among the amorphous fluororesins, it is preferable to use an amorphous fluororesin having —COOH, —CONHSi(OR) n or —CF 3 as a terminal functional group.

本実施形態に係る細胞構造体100においては、基材10の一表面側から細胞培養構造体100を平面視したときの複数の突起部の配置パターンは、反応拡散方程式によって導かれる二次元平面上における2種類の物質の濃度分布を示すチューリングパターンであることが好ましい。 In the cell structure 100 according to this embodiment, the arrangement pattern of the multiple protrusions when the cell culture structure 100 is viewed in plan from one surface side of the substrate 10 is preferably a Turing pattern that represents the concentration distribution of two types of substances on a two-dimensional plane derived from a reaction-diffusion equation.

前記チューリングパターンとは、ある条件を満たす化学反応システムが自発的に生み出す周期的なパターン(模様)を意味し、イギリスの数学者であるアラン・チューリングによって理論的存在が実証されたものである。
そして、前記チューリングパターンは、コンピュータの発展とともに、生命や地質など自然界にあるパターン(模様)の発現研究に応用されているものである。
より詳しくは、前記チューリングパターンとは、2つの化学物質がある条件を満たして互いの合成をコントロールし合う関係にあるとき、前記2つの化学物質の濃度分布が空間(例えば、二次元平面空間)において均一とはならずに、濃度が高い部分(以下、高濃度部分という)と濃度が低い部分(以下、低濃度部分という)とが前記空間中に存在するようになって、前記高濃度部分と前記低濃度部分とが前記空間中において繰り返しパターンを形成して安定化することにより描かれる周期的なパターン(模様)を意味する。
なお、「自発的に生み出す周期的なパターン(模様)」とは、例えば、自己組織的に形成される周期的なパターン(模様)のことである。
The Turing pattern is a periodic pattern that is spontaneously produced by a chemical reaction system that satisfies certain conditions, and its theoretical existence was proven by the British mathematician Alan Turing.
With the development of computers, the Turing patterns have been applied to research into the manifestation of patterns found in the natural world, such as life and geology.
More specifically, the Turing pattern refers to a periodic pattern (design) that is drawn when two chemical substances satisfy certain conditions and are in a relationship in which they control each other's synthesis, such that the concentration distribution of the two chemical substances is not uniform in space (for example, a two-dimensional planar space), and areas of high concentration (hereinafter referred to as high-concentration areas) and areas of low concentration (hereinafter referred to as low-concentration areas) exist in the space, and the high-concentration areas and the low-concentration areas form a repeating pattern in the space and are stabilized.
It should be noted that the "spontaneously generated periodic pattern" refers to, for example, a periodic pattern that is formed in a self-organizing manner.

前記チューリングパターンが前記空間中に形成される仕組みは、反応拡散を表す下記式(1)で示されるGray-Scottモデルの式を用いて数学的に表すことができる。 The mechanism by which the Turing pattern is formed in the space can be mathematically expressed using the Gray-Scott model, shown in the following equation (1), which represents reaction-diffusion.

なお、上記式(1)において、後述する自己触媒化学反応を考慮した場合、uは一の化学物質Uの濃度であり、vは他の化学物質Vの濃度であり、Dは一の化学物質Uの拡散係数であり、Dは他の化学物質Vの拡散係数である。また、上記式(1)の第1式および第2式にあるfは、化学物質U,Vの流出入係数である。すなわち、上記式(1)に含まれるfは、反応を継続させるために、第1式では反応で消費された化学物質Uを補って流入(供給)する濃度のレートを規定する係数として機能し、一方の第2式では反応で生成された化学物質Vが過多とならないように流出(排出)する濃度のレートを規定する係数として機能する。そして、上記式(1)の第2式にあるkは、反応で生じる化学的に安定な生成物が生成される反応係数でもある。 In the above formula (1), when an autocatalytic chemical reaction (described later) is taken into consideration, u is the concentration of one chemical substance U, v is the concentration of another chemical substance V, D u is the diffusion coefficient of one chemical substance U, and D v is the diffusion coefficient of the other chemical substance V. Furthermore, f in the first and second formulas of formula (1) above is the inflow/outflow coefficient of the chemical substances U and V. That is, in formula (1) above, f functions as a coefficient that determines the rate of inflow (supply) of the chemical substance U to compensate for the chemical substance U consumed in the reaction in order to continue the reaction, while in formula (2) it functions as a coefficient that determines the rate of outflow (discharge) of the chemical substance V produced in the reaction to prevent it from becoming excessive. Furthermore, k in formula (1) above is also the reaction coefficient at which a chemically stable product is produced in the reaction.

前記Gray-Scottモデルは反応拡散系のひとつのモデルである。
ここで、反応拡散系とは、空間中において1種あるいは複数種の物質が互いに変化し合うような局所的な化学反応というプロセスと、1種あるいは複数種の物質が空間の全体に広がる拡散というプロセスとの2つのプロセスの影響によって、空間に分布された1種あるいは複数種の物質の濃度が変化する様子を数理モデル化したものである。
すなわち、反応拡散系とは、空間中に分布された1種または複数種の物質の濃度が、前記1種または複数種の物質が関与する化学反応プロセスと前記空間中への前記1種または複数種の物質の拡散プロセスとによって経時的に変化する様子をモデル化したものである。
そして、前記反応拡散系に関与する物質が一の化学物質Uと他の化学物質Vとの2種類である場合、前記反応拡散系は、下記式(1’)で示される反応拡散方程式を解くことによって示すことができる。
The Gray-Scott model is one of the models of reaction-diffusion systems.
Here, a reaction-diffusion system is a mathematical model of how the concentration of one or more substances distributed in space changes due to the influence of two processes: a local chemical reaction process in which one or more substances change into each other in the space, and a diffusion process in which one or more substances spread throughout the space.
In other words, a reaction-diffusion system is a model of how the concentration of one or more substances distributed in a space changes over time due to a chemical reaction process involving the one or more substances and a diffusion process of the one or more substances into the space.
When the substances involved in the reaction-diffusion system are two types, one chemical substance U and another chemical substance V, the reaction-diffusion system can be expressed by solving the reaction-diffusion equation shown in the following formula (1').

ただし、上記式(1’)において、g(u,v)及びh(u,v)は、それぞれ反応項である。 In the above formula (1'), g(u, v) and h(u, v) are reaction terms.

そして、上記式(1’)で示される反応拡散方程式において、反応項であるg(u,v)及びh(u,v)が一定の条件を満たすときに、一の化学物質Uの濃度uの分布及び他の化学物質Vの濃度vの分布に空間的なパターンが自発的に生じるようになる。
このようにして生じた空間的なパターンがチューリングパターンと総称されている。
In the reaction-diffusion equation shown in the above formula (1'), when the reaction terms g(u, v) and h(u, v) satisfy certain conditions, a spatial pattern spontaneously emerges in the distribution of the concentration u of one chemical substance U and the distribution of the concentration v of another chemical substance V.
The spatial patterns that arise in this way are collectively called Turing patterns.

ここで、上記式(1)で示されるGray-Scottモデルの式は、元来、ゲル媒質中での自己触媒化学反応として、一の化学物質Uとしての原材料となる化学物質、他の化学物質Vとしての中間生成物であって、かつ、自己触媒物質である化学物質(以下、自己触媒物質と称する)、及び、不活性物質Pとしての化学的に安定な最終生成物によって示される以下のような反応をモデル化したものである。

・U+2V→3V・・・・・(a)
・V→P・・・・・・(b)
Here, the Gray-Scott model shown in the above formula (1) originally models the following reaction, which is an autocatalytic chemical reaction in a gel medium, represented by one chemical substance U as a raw material, another chemical substance V as an intermediate product and also as an autocatalytic substance (hereinafter referred to as the autocatalytic substance), and an inert substance P as a chemically stable final product:

・U+2V→3V・・・(a)
・V→P・・・・・・(b)

なお、上で説明したように、不活性物質Pは化学的に安定であるため、原材料となる化学物質(一の化学物質U)及び自己触媒物質(他の化学物質V)とは反応しない。
また、原材料となる化学物質(一の化学物質U)は定期的に外部から供給されることから、上記化学反応は永続的に進行可能となっている。
このように、上記化学反応が永続的に進行している状況下において、原材料となる化学物質(一の化学物質U)と自己触媒物質(他の化学物質V)についての拡散と反応とが同時に進行するときに、二次元平面空間などの空間中では、該空間中での場所の違いによる濃度の違いと時間による濃度の推移とが生じるようになる。
これにより、二次元平面空間などの空間中には、経時的に変化する模様が生じるようになる。
As explained above, the inactive substance P is chemically stable and therefore does not react with the raw material chemical substance (one chemical substance U) and the autocatalytic substance (another chemical substance V).
Furthermore, since the raw material chemical substance (one chemical substance U) is periodically supplied from the outside, the above chemical reaction can proceed perpetually.
In this way, under the condition that the above-mentioned chemical reaction is proceeding permanently, when the diffusion and reaction of the raw material chemical substance (one chemical substance U) and the autocatalytic substance (another chemical substance V) proceed simultaneously, in a space such as a two-dimensional plane space, differences in concentration occur depending on the location in the space, and the concentration changes over time.
This allows a pattern to appear in a space such as a two-dimensional plane space that changes over time.

ここで、上記自己触媒化学反応における式(a)の反応は、一の化学物質Uの濃度uと他の化学物質Vの濃度vとで表現した式uvで示される。
一方、式(b)の反応は、中間生成物でもある他の化学物質Vの濃度vと反応係数kとで表現されたkvで示すことができる。
ここで、上記自己触媒化学反応を永続的に進行させるためには、反応で消費される一の化学物質Uを補うことに加え、反応で過多となる他の化学物質Vを除去する必要がある。
そのため、上記の式に加えて、流出入係数fを定めた上で、一の化学物質Uをその濃度uを用いた式f(1-u)で流入(供給)項として挿入するとともに、他の化学物質Vをその濃度vを用いた式fvで流出(排出)項として挿入している。
そして、上記式(1’)で示される反応項g(u,v)及びh(u,v)を上で示された各式で表現することにより、上記式(1)で示されるGray-Scottモデルの式が得られる。
Here, the reaction of formula (a) in the above autocatalytic chemical reaction is expressed by formula uv 2 , where u is the concentration of one chemical substance U and v is the concentration of another chemical substance V.
On the other hand, the reaction of formula (b) can be expressed as kv, which is expressed in terms of the concentration v of another chemical substance V, which is also an intermediate product, and the reaction coefficient k.
Here, in order to continue the above-mentioned autocatalytic chemical reaction, it is necessary to not only replenish one chemical substance U consumed in the reaction, but also to remove another chemical substance V that becomes excessive in the reaction.
Therefore, in addition to the above equation, after determining the inflow/outflow coefficient f, one chemical substance U is inserted as an inflow (supply) term in the equation f(1-u) using its concentration u, and another chemical substance V is inserted as an outflow (discharge) term in the equation fv using its concentration v.
Then, by expressing the reaction terms g(u, v) and h(u, v) shown in the above equation (1') using the equations shown above, the Gray-Scott model equation shown in the above equation (1) is obtained.

ところで、近年では、細胞の増殖といった細胞培養に関する現象を単純化して再現するために、上記式(1)で示されるGray-Scottモデルの式を用いることが提唱されている。
そして、上記のような細胞培養を上記式(1)で示されるGray-Scottモデルの式で表現する場合には、一の化学物質Uを糖類、アミノ酸、ビタミン類、無機塩などの栄養成分とし、他の化学物質VをFGF、EGF、HGF、VEGF、PDGFなどの増殖因子(増殖促進成分)とし、細胞の増殖を反応のダイナミクスと捉えた上で、細胞培養が行われる場(例えば、培養容器などの足場材料)において、連続的に細胞が増殖する状態とするために、栄養成分(化学物質U)を係数fで流入させ、培養の結果として量的に過多となる増殖因子(化学物質V)を前記栄養成分の流入係数fと同じ係数fで排出させ、さらに、増殖促進機能を失った増殖因子(化学物質V)を係数kで排出すると仮定する。
このような仮定においては、上記自己触媒化学反応における式(a)は、細胞が、他の化学物質Vたる増殖因子(増殖促進成分)の2単位量を触媒として機能させて、一の化学物質Uたる栄養成分の1単位量を消費することにより増殖して、増殖因子(増殖促進成分)の1単位量に相当するホルモンやサイトカインなどの生理活性物質を生産・分泌すると解する。
なお、前記生理活性物質は、増殖因子(増殖促進成分)に分類されるものであるので、他の化学物質Vと解することができる。
一方、上記自己触媒化学反応における式(b)は、他の化学物質Vたる増殖因子(増殖促進成分)が、細胞の増殖によって、係数kで増殖促進機能のない生理的に不活性な物質に変化したものと仮定する。
In recent years, the use of the Gray-Scott model shown in the above formula (1) has been proposed to simplify and reproduce cell culture-related phenomena such as cell proliferation.
When the above-described cell culture is expressed by the Gray-Scott model shown in the above formula (1), one chemical substance U is a nutrient component such as sugars, amino acids, vitamins, inorganic salts, etc., and another chemical substance V is a growth factor (growth-promoting component) such as FGF, EGF, HGF, VEGF, PDGF, etc., and cell growth is considered to be the dynamics of a reaction. In order to achieve a state in which cells grow continuously in the place where the cell culture is performed (for example, a scaffold material such as a culture vessel), it is assumed that the nutrient component (chemical substance U) is inflowed with a coefficient f, and growth factors (chemical substance V) that become excessive as a result of the culture are discharged with a coefficient f that is the same as the inflow coefficient f of the nutrient component, and further that growth factors (chemical substance V) that have lost their growth-promoting function are discharged with a coefficient k.
Under this assumption, the formula (a) in the above autocatalytic chemical reaction can be interpreted as the cells growing by consuming one unit of a nutrient component, which is one chemical substance U, using two unit amounts of a growth factor (growth-promoting component), which is another chemical substance V, as a catalyst, and producing and secreting a physiologically active substance such as a hormone or cytokine equivalent to one unit amount of the growth factor (growth-promoting component).
The physiologically active substance is classified as a growth factor (growth-promoting component), and can therefore be considered as another chemical substance V.
On the other hand, in the above autocatalytic chemical reaction, equation (b) assumes that another chemical substance V, a growth factor (growth-promoting component), is converted by cell growth into a physiologically inactive substance with no growth-promoting function with a coefficient k.

これらのことから、上記自己触媒化学反応における式(a)は、細胞が、2単位量の増殖因子(増殖促進成分)を触媒として用いて、1単位量の栄養成分を消費することにより、新たに1単位量の増殖因子(増殖促進成分)が生産された結果、培養液中に3単位量の増殖因子(増殖促進成分)が存在するようになることを意味している。
また、上記自己触媒化学反応における式(b)は、他の化学物質Vたる増殖因子(増殖促進成分)の1単位量が反応係数kで増殖促進機能を失った生理的に不活性な物質に変化すること、すなわち、不活性物質Pとしての化学的に安定な最終生成物に変化することを意味している。
ここで、単位量とは、自己触媒化学反応(細胞培養の場合は、自己増殖)が理想的に進行する状態での各化学物質の比率を意味する。
From these facts, the formula (a) in the above autocatalytic chemical reaction means that when cells use two units of growth factor (growth-promoting component) as a catalyst to consume one unit of nutritional component, one new unit of growth factor (growth-promoting component) is produced, resulting in three units of growth factor (growth-promoting component) being present in the culture medium.
Furthermore, equation (b) in the above autocatalytic chemical reaction means that one unit amount of another chemical substance V, a growth factor (growth-promoting component), is converted with a reaction coefficient k into a physiologically inactive substance that has lost its growth-promoting function, i.e., into a chemically stable final product as an inactive substance P.
Here, the unit amount means the ratio of each chemical substance in a state where an autocatalytic chemical reaction (self-reproduction in the case of cell culture) ideally proceeds.

なお、上記式(1)で示されるGray-Scottモデルの式を細胞培養に適用する場合には、uは栄養成分の濃度であり、vは増殖因子の濃度であり、Dは栄養成分の拡散係数であり、Dは増殖因子の拡散係数であり、fは流出入係数であって、上記式(1)の第1式においては、fは栄養成分の流入係数であり、上記式(1)の第2式においては、fは量的に過多となる増殖因子の流出係数である。kは、増殖因子が増殖促進機能を失う物質に変化する反応係数である。 When the Gray-Scott model shown in the above formula (1) is applied to cell culture, u is the concentration of the nutrient, v is the concentration of the growth factor, D u is the diffusion coefficient of the nutrient, D v is the diffusion coefficient of the growth factor, and f is the inflow/outflow coefficient, and in the first formula of the above formula (1), f is the inflow coefficient of the nutrient, and in the second formula of the above formula (1), f is the outflow coefficient of the growth factor that becomes excessive in quantity. k is the reaction coefficient at which the growth factor changes into a substance that loses its growth-promoting function.

実際の細胞培養の作業においては、前記栄養成分と前記増殖因子とを最適な濃度で含む培地を定期的に交換することにより、前記培地が理想的な状態にリフレッシュされる。
そして、上記のような培地の定期的な交換によって、前記栄養成分と前記増殖因子とを係数fで流出入されるとともに、不活性物質Pとしての化学的に安定な最終生成物を係数kで流出(排出)させるようになる。
なお、上記説明において、培地とは、培養液といった液体だけではなく、ゼリー状物をも含む概念である。
In actual cell culture operations, the medium is refreshed to an ideal state by periodically replacing the medium with a new one containing the nutritional components and growth factors at optimal concentrations.
By periodically exchanging the culture medium as described above, the nutrients and growth factors flow in and out with a coefficient f, and the chemically stable final product as an inactive substance P flows out (discharges) with a coefficient k.
In the above explanation, the term "medium" is a concept that includes not only liquids such as culture solutions but also jelly-like substances.

また、u及びvは、時間tと空間の位置座標x,yの関数であり、u(t,x,y)及びv(t,x,y)と表される。
さらに、Δはラプラシアンであり、空間の次元を二次元(x座標とy座標)とする場合には、Δ=∂/∂x+∂/∂yを表す。
なお、前記ラプラシアンは、前記空間中の任意の箇所における一の化学物質Uの濃度uと前記任意の箇所の周辺における一の化学物質Uの濃度uとの濃度差をなくしたり、前記空間中の任意の箇所における他の化学物質Vの濃度vと前記任意の他の箇所の周辺における他の化学物質Vの濃度vとの濃度差をなくしたりするための表現である。
例えば、前記任意の箇所における一の化学物質Uの濃度uがその周辺における一の化学物質Uの濃度uよりも高ければ、一の化学物質Uは前記任意の箇所からその周辺に向けて拡散する。
一方で、前記任意の箇所における一の化学物質Uの濃度uがその周辺における一の化学物質Uの濃度uよりも低ければ、一の化学物質Uはその周辺から前記任意の箇所に向けて拡散する。
なお、上で説明したように、細胞培養においては、一の化学物質Uは栄養成分であり、他の化学物質Vは増殖因子(増殖促進成分)である。
Furthermore, u and v are functions of time t and spatial position coordinates x and y, and are expressed as u(t, x, y) and v(t, x, y).
Furthermore, Δ is the Laplacian, and when the dimension of the space is two (x coordinate and y coordinate), Δ=∂ 2 /∂x 2 +∂ 2 /∂y 2 .
The Laplacian is an expression for eliminating the difference in concentration between a concentration u1 of one chemical substance U at an arbitrary point in the space and a concentration u2 of one chemical substance U in the vicinity of the arbitrary point, or for eliminating the difference in concentration between a concentration v1 of another chemical substance V at an arbitrary point in the space and a concentration v2 of another chemical substance V in the vicinity of the arbitrary other point.
For example, if the concentration u1 of the one chemical substance U at the given location is higher than the concentration u2 of the one chemical substance U in the vicinity thereof, the one chemical substance U will diffuse from the given location toward the vicinity thereof.
On the other hand, if the concentration u1 of the one chemical substance U at the given location is lower than the concentration u2 of the one chemical substance U in the vicinity thereof, the one chemical substance U diffuses from the vicinity toward the given location.
As explained above, in cell culture, one chemical substance U is a nutrient component, and the other chemical substance V is a growth factor (growth-promoting component).

前記増殖因子(増殖促進成分)は、標的細胞の表面に存在する受容体タンパク質に特異的に結合することによって、細胞間のシグナル伝達物質として作用する。
前記増殖因子(増殖促進成分)は、種々の細胞学的・生理学的過程の調節に作用する。
また、前記増殖因子(増殖促進成分)は、上で説明したように、細胞培養中にホルモンやサイトカインなどの生理活性物質としても生産・分泌される。
ここで、上で説明したように、本実施形態に係る細胞培養構造体100は、シャーレなどの容器内に入れられた培養液に浸されて使用される。
そして、不活性物質Pたる最終生成物(例えば、老廃物)が、細胞培養中に前記容器内に蓄積するのを抑制する観点から、先に説明したように、細胞培養構造体100を用いた細胞培養においては、所定期間経過後に、前記培養液の一部を前記容器内から抜いた上で、抜いた量に相当する量の新たな培養液を前記容器内に補充することがある。
このような場合、上記のように、細胞培養中に生産・分泌された生理活性物質を前記増殖因子(増殖促進成分)として前記容器内に残存させるように、前記容器内から前記培養液の一部を抜くことが好ましい。
The growth factors (growth-promoting components) act as intercellular signal transducing substances by specifically binding to receptor proteins present on the surface of target cells.
The growth factors (growth-promoting components) act to regulate a variety of cellular and physiological processes.
As explained above, the growth factors (growth-promoting components) are also produced and secreted as physiologically active substances such as hormones and cytokines during cell culture.
As described above, the cell culture structure 100 according to this embodiment is used by being immersed in a culture solution contained in a container such as a petri dish.
In order to prevent the accumulation of the final product (e.g., waste product) which is the inactive substance P in the container during cell culture, as explained above, in cell culture using the cell culture structure 100, after a predetermined period of time has elapsed, a portion of the culture medium may be removed from the container, and an amount of new culture medium equivalent to the amount removed may be replenished into the container.
In such cases, as described above, it is preferable to remove a portion of the culture medium from the container so that the physiologically active substances produced and secreted during cell culture remain in the container as the growth factors (growth-promoting components).

上記式(1)で示されるGray-Scottモデルの式において、∂u/∂tに関する等式の右辺の第1項は空間中での一の化学物質U(栄養成分)の拡散を意味しており、また、前記右辺の第2項は反応項であり、前記空間中において、自己触媒化学反応(ここでは、細胞の自己増殖)による一の化学物質U(栄養成分)と他の化学物質V(増殖因子)との両物質の濃度変化を意味する。
前記右辺の第3項は反応を継続させるための摂動項であり、前記反応項で消費された一の化学物質U(栄養成分)を前記空間中に流入させて補充することを意味する。
すなわち、∂u/∂tに関する等式の右辺の第1項は拡散項を意味し、第2項は反応項を意味し、第3項は流入項を意味している。
なお、前記空間中における一の化学物質U(栄養成分)の濃度uが低いほど、前記空間中への一の化学物質U(栄養成分)の流入は多くなる一方で、前記空間中における一の化学物質U(栄養成分)の濃度uが高いほど、前記空間中への一の化学物質U(栄養成分)の流入量は少なくなる。そして、最大濃度1になった時点で、前記空間中への一の化学物質U(栄養成分)の流入は停止する。
In the Gray-Scott model equation shown in equation (1) above, the first term on the right-hand side of the equation for ∂u/∂t represents the diffusion of one chemical substance U (nutrient) in space, and the second term on the right-hand side is a reaction term, which represents the change in concentration of both the one chemical substance U (nutrient) and another chemical substance V (growth factor) in space due to an autocatalytic chemical reaction (here, self-proliferation of cells).
The third term on the right side is a perturbation term for continuing the reaction, and means that one chemical substance U (nutrient component) consumed in the reaction term is replenished by flowing it into the space.
That is, the first term on the right side of the equation for ∂u/∂t represents the diffusion term, the second term represents the reaction term, and the third term represents the inflow term.
Note that the lower the concentration u of the one chemical substance U (nutrient component) in the space, the greater the inflow of the one chemical substance U (nutrient component) into the space, while the higher the concentration u of the one chemical substance U (nutrient component) in the space, the smaller the inflow of the one chemical substance U (nutrient component) into the space. Then, when the maximum concentration reaches 1, the inflow of the one chemical substance U (nutrient component) into the space stops.

また、上記式(1)で示されるGray-Scottモデルの式において、∂v/∂tに関する等式においても、∂u/∂tに関する等式の場合と同様に、右辺の第1項は拡散項を意味している。
そして、前記右辺の第2項は反応項であり、前記空間中において、自己触媒化学反応(ここでは、細胞の自己増殖)による一の化学物質U(栄養成分)と他の化学物質V(増殖因子)との両物質の濃度変化を意味する。
前記右辺の第3項は、前記∂u/∂tに関する等式の場合と同様に、反応を継続させるための摂動項であり、反応項で生成された他の化学物質V(細胞培養の場合には、量的に過多となる増殖因子、及び、増殖機能を失った増殖因子)を前記空間中から流出(排出)させることを意味している。
すなわち、∂v/∂tに関する等式の右辺の第2項も反応項を意味し、第3項は流出項を意味している。
なお、前記空間中における他の化学物質Vの濃度vが高いほど、前記空間中からの他の化学物質Vの流出量は多くなる。
そして、他の化学物質Vの濃度vが0になった時点で、前記空間中からの他の化学物質Vの流出は停止する。
Furthermore, in the Gray-Scott model equation shown in the above equation (1), the first term on the right hand side of the equation relating to ∂v/∂t also represents a diffusion term, as in the case of the equation relating to ∂u/∂t.
The second term on the right-hand side is a reaction term, which represents the change in concentration of one chemical substance U (nutrient component) and another chemical substance V (growth factor) in the space due to an autocatalytic chemical reaction (here, the self-renewal of cells).
The third term on the right-hand side is a perturbation term for continuing the reaction, as in the equation for ∂u/∂t, and means that other chemical substances V (in the case of cell culture, excess growth factors and growth factors that have lost their growth function) produced in the reaction term are discharged (exhausted) from the space.
That is, the second term on the right side of the equation for ∂v/∂t also represents a reaction term, and the third term represents an outflow term.
It should be noted that the higher the concentration v of the other chemical substance V in the space, the greater the amount of the other chemical substance V that flows out of the space.
When the concentration v of the other chemical substance V becomes 0, the outflow of the other chemical substance V from the space stops.

なお、動物などの体表面に描かれているパターン(模様)も、前記チューリングパターンに属するものである。
例えば、チーター、ヒョウ、キリン、シマウマなどの体表面に描かれているパターン(模様)は、いずれも、前記チューリングパターンに属するものであり、上記式(1)で示されるGray-Scottモデルの式を用いて表すことができるものである。
なお、チーターの体表面に描かれているパターン(模様)は斑点柄であり、ヒョウの体表面に描かれているパターン(模様)は豹柄であり、キリンの体表面に描かれているパターン(模様)は網目柄であり、シマウマの体表面に描かれているパターン(模様)は縞柄である。
Incidentally, patterns drawn on the surface of the body of animals and the like also belong to the Turing patterns.
For example, the patterns (markings) drawn on the body surfaces of cheetahs, leopards, giraffes, zebras, etc. all belong to the Turing patterns and can be expressed using the Gray-Scott model shown in equation (1) above.
The pattern on the surface of a cheetah's body is a spotted pattern, the pattern on the surface of a leopard's body is a leopard print, the pattern on the surface of a giraffe's body is a mesh pattern, and the pattern on the surface of a zebra's body is a striped pattern.

前記チューリングパターンは、二次元平面上における一の化学物質Uと他の化学物質Vとの反応拡散を表す上記式(1)で示されるGray-Scottモデルの式を、差分法にてコンピュータシミュレーションすることによって得られる一の化学物質Uと他の化学物質Vの濃度分布について、いずれか一方の物質の濃度が高い領域を示すパターンであることが好ましい。
前記コンピュータシミュレーションは、一の化学物質Uと他の化学物質Vとが前記二次元平面上に同量でランダムに分布する状態を初期状態として開始され、前記反応拡散が平衡状態に達したときに終了される。
The Turing pattern is preferably a pattern that indicates a region where the concentration of one of the substances is high in the concentration distribution of one chemical substance U and another chemical substance V, which is obtained by computer simulation using a finite difference method of the Gray-Scott model shown in the above formula (1), which represents the reaction-diffusion between one chemical substance U and another chemical substance V on a two-dimensional plane.
The computer simulation begins with an initial state in which one chemical substance U and another chemical substance V are randomly distributed in equal amounts on the two-dimensional plane, and ends when the reaction-diffusion reaches an equilibrium state.

また、前記差分法は、下記式(2)及び(3)を用いて表される漸化式を用いて実施されることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the finite difference method be implemented using the recurrence formula expressed using the following equations (2) and (3):

ただし、δは時間差分である。 where δ is the time difference.

ただし、εは空間差分である。 where ε is the spatial difference.

前記チューリングパターンは、有限の要素数に分割した二次元平面において、最外の境界に周期境界条件を付与したシミュレーションにて生成されたものであることが好ましい。
周期境界条件とは、あるパターン(模様)が複数の領域パターンの周期的な繰り返しによって形成されている場合において一の領域パターンだけをモデル化してシミュレーションを実施するときに、前記一の領域パターンの境界面に設定する条件のことである。
すなわち、前記チューリングパターンは、前記二次元平面において、最も外側に位置する前記一の領域パターンの最外となる境界に周期境界条件を付与したシミュレーションにて生成されたものであることが好ましい。
The Turing pattern is preferably generated by a simulation in which a periodic boundary condition is applied to the outermost boundary of a two-dimensional plane divided into a finite number of elements.
A periodic boundary condition is a condition that is set on the boundary surface of a single area pattern when a pattern (design) is formed by the periodic repetition of multiple area patterns and only one area pattern is modeled to perform a simulation.
That is, it is preferable that the Turing pattern is generated by a simulation in which a periodic boundary condition is applied to the outermost boundary of the one area pattern located at the outermost position on the two-dimensional plane.

上記式(1)で表されるGray-Scottモデルの式において、係数Dが0.002以上0.01以下の範囲にあり、係数Dが0.0003以上0.0015以下の範囲にあり、係数fが0.03以上0.18以下の範囲にあり、係数kが0.03以上0.07以下の範囲にあることが好ましい。
また、係数Dは0.003以上0.004以下の範囲にあることがより好ましく、係数Dは0.0008以上0.0010以下の範囲にあることがより好ましく、係数fは0.16以上0.17以下の範囲にあることがより好ましく、係数kは0.04以上0.05以下の範囲にあることがより好ましい。
In the Gray-Scott model represented by the above formula (1), it is preferable that the coefficient D u is in the range of 0.002 or more and 0.01 or less, the coefficient D v is in the range of 0.0003 or more and 0.0015 or less, the coefficient f is in the range of 0.03 or more and 0.18 or less, and the coefficient k is in the range of 0.03 or more and 0.07 or less.
Furthermore, the coefficient D u is more preferably in the range of 0.003 or more and 0.004 or less, the coefficient D v is more preferably in the range of 0.0008 or more and 0.0010 or less, the coefficient f is more preferably in the range of 0.16 or more and 0.17 or less, and the coefficient k is more preferably in the range of 0.04 or more and 0.05 or less.

なお、図1A及び図1Bで示したチューリングパターンは、上記式(1)で示されるGray-Scottモデルの式において、係数Dを0.004とし、係数Dを0.0009とし、係数fを0.167とし、係数kを0.0425として算出された結果に基づくものであり、反応が平衡状態に達したときの化学物質V(増殖因子)の濃度が、化学物質U(栄養成分)の濃度よりも高い領域のパターンである。 The Turing patterns shown in FIGS. 1A and 1B are based on the results of calculations using the Gray-Scott model formula (1) above, where the coefficient D u is 0.004, the coefficient D v is 0.0009, the coefficient f is 0.167, and the coefficient k is 0.0425, and are patterns of the region where the concentration of chemical substance V (growth factor) is higher than the concentration of chemical substance U (nutrient component) when the reaction reaches equilibrium.

なお、前記シミュレーションは、例えば、コンピュータを用いて、例えばプログラミング言語としてJavaScriptを用いたプログラムによって、200×200ピクセルの有限空間内で実行することにより実施できる。
ここで、前記シミュレーションには、周期境界条件を付与しているので、200×200ピクセルの有限空間どうしを接続させて、任意の大きさのチューリングパターンを得ることができる。
具体的には、200×200ピクセルを一辺が100μmの正方形(この場合、1ピクセルは一辺の長さが0.5μmの正方形である)とした場合、一辺が100μmの前記正方形をマトリックス状に10個×10個で接続させることにより、各セル(一辺が100μmの正方形)どうしの境界において、各セルに形成されたパターンどうしを自然に(違和感がないように)繋ぐことができる。
これにより、一辺が1mmの正方形(一辺が100μmの正方形をマトリックス状に10個×10個で接続したもの)の領域内にチューリングパターンを形成することができる。
The simulation can be performed, for example, by using a computer and executing a program using JavaScript as a programming language within a finite space of 200 x 200 pixels.
Here, since a periodic boundary condition is applied to the simulation, it is possible to connect finite spaces of 200×200 pixels to obtain Turing patterns of any size.
Specifically, if 200 x 200 pixels are squares with sides of 100 μm (in this case, one pixel is a square with sides of 0.5 μm), by connecting 10 x 10 of these 100 μm squares in a matrix, the patterns formed in each cell (squares with sides of 100 μm) can be connected naturally (without appearing unnatural) at the boundaries between them.
This makes it possible to form a Turing pattern within a square area with one side measuring 1 mm (10×10 squares with one side measuring 100 μm connected in a matrix).

ここで、上記式(1)で表されるGray-Scottモデルの式を用いたシミュレーションを長期に亘って実施すると、一の化学物質Uと他の化学物質Vとで描かれるパターン変化が収束するようになる。すなわち、一の化学物質Uと他の化学物質Vとよって実施される反応拡散が平衡状態に達するようになる。
このように、反応拡散が平衡状態に達すると、増殖した細胞によって細胞付着面Sの全面が覆いつくされるようになって、細胞の増殖がそれ以上進行しなくなる。
そして、反応拡散が平衡状態に達した時点において、他の化学物質Vたる増殖因子(増殖促進成分)の濃度が一の化学物質Uたる栄養成分の濃度よりも高くなっている箇所に突起部PRが設けられるパターンを平板状の基材1上に反映させることにより、チューリングパターンに基づいた複数の突起部PRを有する細胞培養構造体100を得ることができる。
そして、このようにして形成された突起部PRを備える細胞培養構造体100を培養液に浸漬させるなどの静的な状態では、上記のように設けられた突起部を有さない細胞培養構造体に比べて、他の化学物質Vたる増殖因子を細胞培養構造体100に広範に亘って分布させることができる。
これにより、細胞培養をより一層効率的に実施することができる。
また、培養液を交換させるときなどの動的な状態では、複数の突起部PRどうしの間の隙間を培養液が流れるようになるので、培養液中に含まれる培養液成分を突起部PRの細胞付着面Sに付着された細胞に対して下側からも供給することができる。
これによっても、細胞培養をより一層効率的に実施することができる。
Here, when a simulation using the Gray-Scott model expressed by the above formula (1) is carried out over a long period of time, the pattern change depicted by one chemical substance U and another chemical substance V converges. In other words, the reaction-diffusion carried out by one chemical substance U and another chemical substance V reaches an equilibrium state.
In this way, when reaction-diffusion reaches equilibrium, the entire surface of the cell attachment surface S is covered with proliferated cells, and cell proliferation no longer progresses.
Then, by reflecting a pattern on the flat substrate 1 in which protrusions PR are provided at points where the concentration of the growth factor (growth-promoting component), which is another chemical substance V, is higher than the concentration of the nutrient component, which is one chemical substance U, at the point when the reaction-diffusion reaches equilibrium, a cell culture structure 100 having multiple protrusions PR based on the Turing pattern can be obtained.
Furthermore, in a static state, such as when the cell culture structure 100 having the protrusions PR formed in this manner is immersed in a culture medium, the growth factors, which are other chemical substances V, can be distributed over a wider area in the cell culture structure 100 than in a cell culture structure that does not have the protrusions formed as described above.
This allows cell culture to be carried out more efficiently.
Furthermore, in dynamic conditions such as when the culture medium is replaced, the culture medium flows through the gaps between the multiple protrusions PR, so that the culture medium components contained in the culture medium can be supplied from below to the cells attached to the cell attachment surface S of the protrusions PR.
This also allows cell culture to be carried out more efficiently.

なお、上記のように、Gray-Scottモデルの式に周期境界条件を付与する条件を採用して、シミュレーションにて前記チューリングパターンを求めた場合、シミュレーションの結果は、各ピクセル毎に化学物質U,Vの濃度u,vとして算出されるため、該チューリングパターンは、通常、ラスタ形式で表現される。
前記ラスタ形式は、複数のピクセルを用いて画像内のオブジェクトを表現する形式である。そのため、例えば、曲線や円などで示された簡単なオブジェクトを前記ラスタ形式で表現すると、前記オブジェクトにおいて前記曲線や前記円のエッジ部分がぼやけてしまって、前記オブジェクトを滑らかに示すことができない。
また、前記ラスタ形式で示されたオブジェクトは、データサイズが大きくなってしまうという問題もある。
これに対し、ベクタ形式は、複数の点の位置や複数の点どうしを繋いだ線などを数値データとして記憶し再現する形式であることから、曲線や円などで示された簡単なオブジェクトを滑らかに示すのに適している。
そのため、シミュレーションによって求めた前記チューリングパターンがラスタ形式で表現される場合には、前記ラスタ形式で表現されたチューリングパターンを前記ベクタ形式で表現するように変換することが好ましい。
これにより、シミュレーションによって求めた前記チューリングパターン(線と円とを含むオブジェクト)の外形を、滑らかに表現することができる。
As described above, when the Turing pattern is obtained by simulation by adopting the condition of adding a periodic boundary condition to the Gray-Scott model equation, the result of the simulation is calculated as concentrations u and v of chemical substances U and V for each pixel, and therefore the Turing pattern is usually expressed in a raster format.
The raster format is a format that uses multiple pixels to represent objects in an image, so if a simple object represented by, for example, a curve or a circle is represented in the raster format, the edges of the curve or circle in the object will be blurred, making it impossible to represent the object smoothly.
Another problem is that the data size of objects displayed in the raster format becomes large.
In contrast, the vector format stores and reproduces the positions of multiple points and lines connecting multiple points as numerical data, making it suitable for smoothly displaying simple objects represented by curves, circles, etc.
Therefore, when the Turing pattern obtained by simulation is expressed in a raster format, it is preferable to convert the Turing pattern expressed in the raster format so that it is expressed in the vector format.
This allows the contour of the Turing pattern (an object including lines and circles) obtained by simulation to be smoothly expressed.

(細胞培養構造体の製造方法)
本実施形態に係る細胞培養構造体は、平板状の基材上に突起部形成用の樹脂層が積層された細胞培養構造体用積層体と、上で説明した複数の突起部に対応する複数の窪みを備える型枠と、を用いて製造することができる。
そして、前記型枠は、基材上に上で説明した複数の突起部と同形状を有する突起部が形成されたマスター型を準備した後、該マスター型が備える複数の突起部を覆うように金属層を形成し、さらに、前記マスター型から前記金属層を取り外すことにより得ることができる。
以下、細胞培養構造体の製造方法の詳細について説明する。
(Method for manufacturing a cell culture structure)
The cell culture structure of this embodiment can be manufactured using a laminate for a cell culture structure in which a resin layer for forming protrusions is laminated on a flat substrate, and a mold having multiple recesses corresponding to the multiple protrusions described above.
The mold form can be obtained by preparing a master mold on a substrate on which protrusions having the same shape as the protrusions described above are formed, forming a metal layer to cover the protrusions on the master mold, and then removing the metal layer from the master mold.
The method for producing the cell culture structure will be described in detail below.

[マスター型の作製]
マスター型は、基材上にフォトレジストで形成された層(以下、フォトレジスト層ともいう)が積層されたマスター型用積層体と、前記平板状の基材の一表面に形成される模様(パターン)に対応する模様(パターン)が形成されたフォトマスクとを用いて、フォトリソグラフィによって作製することができる。
以下、マスター型の作製の一例について説明する。
[Master mold fabrication]
The master mold can be produced by photolithography using a master mold laminate in which a layer formed of photoresist (hereinafter also referred to as a photoresist layer) is laminated on a substrate, and a photomask on which a pattern corresponding to a pattern to be formed on one surface of the flat substrate is formed.
An example of how to fabricate a master mold will be described below.

<マスター型用積層体の作製>
フォトレジストを基材上に所定の厚さで塗布して塗布層を形成した後、該塗布層を乾燥させる。
これにより、基材上にフォトレジスト層が積層されたマスター型用積層体を得ることができる。
前記フォトレジストとしては、ポジ型フォトレジストを用いることが好ましい。
前記ポジ型フォトレジストとしては、ベース樹脂とポジ型感光剤とを含む組成物が挙げられる。
前記ベース樹脂としては、クレゾールノボラック樹脂などのノボラック樹脂や、アクリル系樹脂などが挙げられ、前記ポジ型感光剤としては、1,2-ナフトキノンジアジドスルホン酸エステルなどのナフトキノンジアジドスルホン酸エステルや、2,3,4-トリヒドロキシベンゾフェノンや2,3,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノンなどのポリヒドロキシベンゾフェノンなどが挙げられる。
前記ポジ型フォトレジストとしては、前記ベース樹脂として前記アクリル系樹脂を含み、前記ポジ型感光剤として前記ナフトキノンジアジドスルホン酸エステルと含むものを用いることが好ましい。
前記ポジ型フォトレジトとして上記のものを用いることにより、該ポジ型フォトレジストを紫外線などの光に対する感度を向上させることができることに加えて、熱フローし易いもの(熱によって流動し易いもの)とすることができる。
これにより、後述する、現像処理を実施した後おいて、未感光部分を前記基材の一表面から離れる方向に向けて幅狭となる形状を有するものとし易くなるとともに、前記未感光部分において、前記幅狭となる形状を円弧形状とし易くなる。
また、前記基材としては、ガラス板を用いることが好ましい。
<Preparation of Master Mold Laminate>
The photoresist is applied to a substrate to a predetermined thickness to form a coating layer, and then the coating layer is dried.
This makes it possible to obtain a master mold laminate in which a photoresist layer is laminated on a substrate.
As the photoresist, a positive photoresist is preferably used.
The positive photoresist may be a composition containing a base resin and a positive photosensitizer.
Examples of the base resin include novolac resins such as cresol novolac resins and acrylic resins, and examples of the positive photosensitizer include naphthoquinone diazide sulfonic acid esters such as 1,2-naphthoquinone diazide sulfonic acid esters, and polyhydroxybenzophenones such as 2,3,4-trihydroxybenzophenone and 2,3,4,4′-tetrahydroxybenzophenone.
The positive photoresist preferably contains the acrylic resin as the base resin and the naphthoquinone diazide sulfonic acid ester as the positive photosensitive agent.
By using the above-mentioned positive photoresist, the sensitivity of the positive photoresist to light such as ultraviolet light can be improved, and in addition, the positive photoresist can be made to be easily thermally flowable (easily flowable by heat).
This makes it easier for the unexposed portion to have a shape that narrows in the direction away from one surface of the base material after the development process described below is performed, and also makes it easier for the narrow shape of the unexposed portion to be an arc shape.
The substrate is preferably a glass plate.

<露光処理>
次に、前記フォトレジスト層の上方に前記フォトマスクを配した後、該フォトマスクの上方から紫外線を照射させる。
前記フォトレジスト層の厚みが1μm~20μmの場合、前記照射は、波長200nm~450nmの紫外線を用いて、積算光量が50mJ/cm~1800mJ/cmとなるように実施することが好ましい。
特に、前記フォトレジスト層の厚みが10μmの場合には、前記照射は、波長365nmの紫外線(I線)を用いて、積算光量が500mJ/cmとなるように実施することが好ましい。また、このような紫外線を照射させる場合には、光源として、高圧水銀ランプを用いることが好ましい。
これにより、前記フォトレジスト層に対して、厚さ方向にも、前記フォトマスクに形成された模様(パターン)を反映させることができる。
<Exposure processing>
Next, the photomask is placed above the photoresist layer, and then ultraviolet light is irradiated from above the photomask.
When the thickness of the photoresist layer is 1 μm to 20 μm, the irradiation is preferably carried out using ultraviolet light having a wavelength of 200 nm to 450 nm so that the cumulative light amount is 50 mJ/cm 2 to 1800 mJ/cm 2 .
In particular, when the thickness of the photoresist layer is 10 μm, the irradiation is preferably carried out using ultraviolet light (I-ray) with a wavelength of 365 nm so that the cumulative light amount is 500 mJ/cm 2. When irradiating with such ultraviolet light, it is preferable to use a high-pressure mercury lamp as the light source.
This allows the pattern formed on the photomask to be reflected in the photoresist layer in the thickness direction as well.

<現像・焼成処理>
次に、所定の模様(前記フォトマスクのパターン)が感光により転写された前記フォトレジスト層に現像処理を実施する。
これにより、前記フォトレジスト層について、感光部分(紫外線が照射された部分)を除去して、未感光部分(紫外線が照射されていない部分)残存させることができる。
前記現像処理は、アルカリ成分(例えば、テトラメチルアンモニウム=ヒドロキシド(TMAH))を所定濃度で含む現像液に前記マスター型用積層体を所定時間浸漬させた後、前記現像液から取り出した前記マスター型用積層体の全体を純水でリンスし、その後、前記マスター型用積層体を乾燥することにより実施できる。
例えば、前記フォトレジスト層の厚みが10μmの場合には、前記現像処理は、TMAHを2.38%含む現像液に前記マスター型用積層体を60秒間浸漬させた後、前記現像液から取り出した前記マスター型用積層体の全体を純水でリンスし、その後、前記マスター型用積層体を軽くエアブローした上で、ホットプレートを用いてエアブロー後の前記マスター型用積層体を120℃で5分間乾燥することにより実施することが好ましい。
上記のように現像処理を実施することにより、前記未感光部分は、前記基材の一表面から離れる方向に向けて幅狭となる形状を有するものとなる。
次に、現像処理後の前記フォトレジスト層に焼成処理を実施する。
前記焼成処理は、例えば、150℃以上200℃以下の温度で所定時間加熱することで実施することができる。
前記フォトレジスト層の厚みが10μmの場合には、前記焼成処理は、温度180℃で10分間加熱することにより実施することが好ましい。
上記ように焼成処理を実施することにより、前記未感光部分において、前記幅狭となる形状を円弧形状とすることができる。
上のように、前記フォトレジスト層に前記現像処理及び前記焼成処理を実施することにより、前記フォトレジスト層は前記所定の模様(パターン)に対応する立体形状を有するものとなる。
すなわち、前記フォトレジスト層は、細胞培養に適した複数の突起部と同形状を有する突起部を備えるものとなる。
これにより、マスター型を作製することができる。
<Developing and baking process>
Next, a development process is carried out on the photoresist layer onto which a predetermined pattern (the pattern of the photomask) has been transferred by exposure to light.
As a result, the exposed portions (portions irradiated with ultraviolet light) of the photoresist layer can be removed, and the unexposed portions (portions not irradiated with ultraviolet light) can remain.
The development treatment can be carried out by immersing the master mold laminate in a developer containing an alkaline component (e.g., tetramethylammonium hydroxide (TMAH)) at a predetermined concentration for a predetermined period of time, rinsing the entire master mold laminate taken out of the developer with pure water, and then drying the master mold laminate.
For example, when the thickness of the photoresist layer is 10 μm, the development treatment is preferably carried out by immersing the master mold laminate in a developer containing 2.38% TMAH for 60 seconds, rinsing the entire master mold laminate taken out of the developer with pure water, lightly blowing air onto the master mold laminate, and then drying the master mold laminate after air blowing at 120° C. for 5 minutes using a hot plate.
By carrying out the development treatment as described above, the unexposed portion has a shape that narrows in width in the direction away from the one surface of the base material.
Next, the photoresist layer after the development process is subjected to a baking process.
The baking treatment can be carried out, for example, by heating at a temperature of 150° C. or higher and 200° C. or lower for a predetermined period of time.
When the thickness of the photoresist layer is 10 μm, the baking treatment is preferably carried out by heating at a temperature of 180° C. for 10 minutes.
By carrying out the baking treatment as described above, the narrowed shape of the unexposed portion can be made into an arc shape.
As described above, by carrying out the development process and the baking process on the photoresist layer, the photoresist layer comes to have a three-dimensional shape corresponding to the predetermined pattern.
That is, the photoresist layer has a plurality of protrusions having the same shape as the protrusions suitable for cell culture.
In this way, a master mold can be produced.

[型枠の作製]
型枠は、前記マスター型における前記複数の突起部を覆うように金属層を形成した後、前記マスター型から前記金属層を取り外すことにより作製することができる。
[Creating a formwork]
The mold frame can be fabricated by forming a metal layer so as to cover the plurality of protrusions on the master mold, and then removing the metal layer from the master mold.

前記金属層は、スパッタ法にて前記複数の突起部を覆うように第1金属の薄膜を形成した後、電鋳法にて前記第1金属の薄膜上から第2金属の層を所定の厚さまで成長させることより作製することができる。
前記金属層は、例えば、以下の手順にしたがって作製することができる。
(1)前記マスター型における前記複数の突起部を覆うようにスパッタ法にて第1金属の薄膜(例えば、厚さ10nm~30nm)を形成する。
(2)塩化ニッケル及びホウ酸を含み、かつ、300g/Lの濃度でスルファミン酸ニッケルを含む電解液を電着槽に入れた後、前記電解液を50~60℃の範囲の温度まで加熱する。
(3)上記温度に加熱した電解液中に、前記第1金属の薄膜が形成された前記マスター型を浸漬させた後、陰極電流密度が100mA/cmとなるように印加電圧を調整しながら所定時間電着を実施する。
The metal layer can be produced by forming a thin film of a first metal by sputtering to cover the plurality of protrusions, and then growing a layer of a second metal to a predetermined thickness from the thin film of the first metal by electroforming.
The metal layer can be produced, for example, according to the following procedure.
(1) A thin film (for example, 10 nm to 30 nm thick) of a first metal is formed by sputtering so as to cover the plurality of protrusions on the master mold.
(2) An electrolyte solution containing nickel chloride and boric acid and containing nickel sulfamate at a concentration of 300 g/L is placed in an electrodeposition bath, and then the electrolyte solution is heated to a temperature in the range of 50 to 60°C.
(3) After immersing the master mold on which the thin film of the first metal has been formed in the electrolyte heated to the above temperature, electrodeposition is carried out for a predetermined time while adjusting the applied voltage so that the cathode current density becomes 100 mA/ cm2 .

前記第1金属及び前記第2金属としては、銅、ニッケル、鉄などが挙げられる。
前記第1金属と前記第2金属とは、同種の金属であってもよいし、異種の金属であってもよいが、同種の金属であることが好ましい。
前記第1金属と前記第2金属とが同種の金属である場合、前記第1金属及び前記第2金属は、ニッケルであることが好ましい。
Examples of the first metal and the second metal include copper, nickel, and iron.
The first metal and the second metal may be the same kind of metal or different kinds of metal, but are preferably the same kind of metal.
When the first metal and the second metal are the same type of metal, the first metal and the second metal are preferably nickel.

前記金属層の厚さは、前記マスター型の突起部の高さの1.5倍以上であること好ましく、2.0倍以上であることがより好ましい。
また、前記金属層の厚さの上限は、通常、前記マスター型の突起部の高さの3.0倍である。
前記金属層の厚みは、例えば、200μm~500μmの範囲とすることができる。
The thickness of the metal layer is preferably 1.5 times or more, and more preferably 2.0 times or more, the height of the protrusions of the master mold.
The upper limit of the thickness of the metal layer is usually 3.0 times the height of the protrusions of the master mold.
The thickness of the metal layer can be, for example, in the range of 200 μm to 500 μm.

前記マスター型から前記金属層を取り外すことにより、前記金属層は、細胞培養に適した複数の突起部に対応する複数の窪みが形成されたものとなる。
これにより、細胞培養に適した複数の突起部に対応する複数の窪みを有する型枠を得ることができる。
なお、前記金属層が予定している厚みよりも薄い場合には、前記金属層を所定の厚さを有するものとすべく、前記複数の窪みが形成された側と反対側の面に溶接などにより金属板を取り付けてもよい。
By removing the metal layer from the master mold, the metal layer is provided with a plurality of depressions corresponding to a plurality of protrusions suitable for cell culture.
This makes it possible to obtain a mold having a plurality of depressions corresponding to a plurality of protrusions suitable for cell culture.
In addition, if the metal layer is thinner than the planned thickness, a metal plate may be attached by welding or the like to the surface opposite to the side on which the multiple depressions are formed so that the metal layer has the specified thickness.

前記金属層において、前記複数の窪みを洗浄してもよい。
前記複数の窪みを洗浄することにより、前記複数の窪みに付着している異物(例えば、マスター型を構成していたフォトレジスト層の残渣)を十分に除去することができる。
前記複数の窪みの洗浄液としては、有機溶剤、界面活性剤などが挙げられる。
また、前記複数の窪みの洗浄は、超音波洗浄や高圧洗浄にて実施することができる。
The plurality of recesses in the metal layer may be cleaned.
By cleaning the plurality of recesses, foreign matter (for example, residues of the photoresist layer that constituted the master mold) adhering to the plurality of recesses can be sufficiently removed.
Examples of the cleaning liquid for the plurality of recesses include organic solvents and surfactants.
The plurality of recesses can be cleaned by ultrasonic cleaning or high-pressure cleaning.

[細胞培養構造体の作製]
細胞培養構造体は、平板状の基材上に突起部形成用の樹脂層が積層された細胞培養構造体用積層体と、上で説明したような複数の窪みを備える型枠と、を用いて製造することができる。
具体的には、細胞培養構造体は、前記細胞培養構造体用積層体における前記突起部形成用の樹脂層に、前記複数の窪みが形成された側から前記型枠を被せて前記複数の窪みに対応する複数の突起部を前記樹脂層に形成した後、前記型枠を前記突起部形成用の樹脂層から取り外すことにより製造することができる。
[Preparation of cell culture construct]
The cell culture structure can be manufactured using a laminate for a cell culture structure in which a resin layer for forming protrusions is laminated on a flat substrate, and a mold having multiple depressions as described above.
Specifically, the cell culture structure can be manufactured by covering the resin layer for forming the protrusions in the cell culture structure laminate with the formwork from the side where the multiple recesses are formed, forming multiple protrusions in the resin layer corresponding to the multiple recesses, and then removing the formwork from the resin layer for forming the protrusions.

前記細胞培養構造体用積層体は、基材上に突起部形成用の樹脂組成物を所定の厚さで塗布して塗布層を形成した後、該塗布層を乾燥させることにより得ることができる。
前記突起部形成用の樹脂組成物に含ませる樹脂は、熱硬化性樹脂であることが好ましい。
前記熱硬化性樹脂としては、先に説明したように、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂(ウレア樹脂)、不飽和ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂、熱硬化性ポリウレタン樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、熱硬化性フッ素樹脂が挙げられる。
前記熱硬化性樹脂の中でも、前記熱硬化性フッ素樹脂を用いることが好ましく、前記熱硬化性フッ素樹脂の中でも、上記したCYTOP(登録商標)のような非晶質フッ素樹脂を用いることが好ましい。
また、前記樹脂組成物に含ませる樹脂としては、光照射により硬化させることができる光硬化性樹脂も用いることができる。
なお、前記光硬化性樹脂は、光照射によるラジカル発生量が少ないものであることが好ましい。ラジカルは細胞毒性が高いものであるので、前記ラジカル発生量が少ないことにより、細胞培養を好適に実施することができる。
なお、前記突起部形成用の樹脂層が樹脂として熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂を含むものである場合、前記突起部形成層の樹脂層は、前記複数の突起部が形成された後であって、前記型枠が取り外される前に、熱硬化されたり、光照射により硬化されたりすることが好ましい。
上記のようなタイミングで熱硬化または光照射による硬化を実施しておくことにより、前記突起部形成用の樹脂層から前記型枠を取り外すことにより形成される前記突起部の形状を十分に維持させることができる。
The cell culture structure laminate can be obtained by applying a resin composition for forming protrusions to a substrate in a predetermined thickness to form a coating layer, and then drying the coating layer.
The resin contained in the resin composition for forming the protrusions is preferably a thermosetting resin.
As described above, examples of the thermosetting resin include polyimide resin, phenol resin, epoxy resin, melamine resin, urea resin, unsaturated polyester resin, alkyd resin, thermosetting polyurethane resin, thermosetting polyimide resin, and thermosetting fluororesin.
Among the thermosetting resins, it is preferable to use the thermosetting fluororesin, and among the thermosetting fluororesin, it is preferable to use an amorphous fluororesin such as the above-mentioned CYTOP (registered trademark).
Furthermore, the resin contained in the resin composition may be a photocurable resin that can be cured by irradiation with light.
The photocurable resin preferably generates a small amount of radicals upon irradiation with light. Radicals are highly cytotoxic, so cell culture can be performed favorably by generating a small amount of radicals.
In addition, when the resin layer for forming the protrusions contains a thermosetting resin or a photocurable resin as the resin, it is preferable that the resin layer of the protrusion formation layer is heat-cured or cured by light irradiation after the multiple protrusions are formed and before the formwork is removed.
By carrying out thermal curing or curing by light irradiation at the timing described above, the shape of the protrusion formed by removing the mold from the resin layer for forming the protrusion can be sufficiently maintained.

上記のように、前記型枠を前記突起部形成用の樹脂層から取り外すことにより、前記突起部形成用の樹脂層は前記型枠が有する前記複数の窪みに対応する複数の突起部を有するものとなる。
これにより、基材上に、細胞培養に適した複数の突起部を有する細胞培養構造体を得ることができる。
As described above, by removing the mold from the resin layer for forming protrusions, the resin layer for forming protrusions has a plurality of protrusions corresponding to the plurality of recesses of the mold.
This makes it possible to obtain a cell culture structure having a plurality of protrusions suitable for cell culture on the substrate.

なお、上記では、複数の突起部を一の材料で構成すること、すなわち、複数の突起部と細胞接着面とを同一の材料で一体に構成する例について説明したが、複数の突起部と細胞接着面とは、異なる材料で構成されていてもよい。
例えば、前記細胞付着面を構成する樹脂として非晶質フッ素樹脂などのフッ素樹脂を用い、複数の突起部を構成する樹脂としてフッ素樹脂以外の樹脂を用いる場合には、上で説明した手順にしたがって、基材上に、フッ素樹脂以外の樹脂を用いて複数の突起部を形成した後に、高周波(RF)スパッタリングにて、前記フッ素樹脂を前記複数の突起部における頂部を含む所定箇所に付着させることにより、該所定箇所に前記細胞接着面を形成してもよい。
In the above, we have described an example in which multiple protrusions are made of the same material, i.e., the multiple protrusions and the cell adhesion surface are made integrally from the same material, but the multiple protrusions and the cell adhesion surface may also be made of different materials.
For example, when a fluororesin such as amorphous fluororesin is used as the resin that forms the cell adhesion surface and a resin other than fluororesin is used as the resin that forms the multiple protrusions, multiple protrusions may be formed on a substrate using a resin other than fluororesin according to the procedure described above, and then the fluororesin may be deposited by radio frequency (RF) sputtering at predetermined locations, including the tops of the multiple protrusions, to form the cell adhesion surface at the predetermined locations.

本明細書によって開示される事項は、以下のものを含む。 The matters disclosed by this specification include the following:

(1)
培養液に浸されて使用されるとともに、培養される細胞が付着可能な細胞付着面を有する細胞培養構造体であって、
平板状の基材と、該基材の一表面から突出する複数の突起部と、を備え、前記複数の突起部のそれぞれは、少なくとも頂部に前記細胞付着面となっており、
前記基材の一表面側から前記細胞培養構造体を平面視したときに、前記複数の突起部は、有限の長さの複数の線のみで構成されるか、または、有限の長さの複数の線と複数の点とが組み合わされて構成されていて、
前記複数の突起部が前記のいずれで構成されている場合においても、前記有限の長さの複数の線及び前記複数の点によって閉空間が形成されておらず、
隣り合う前記突起部の平面視が線どうしの場合に前記線どうしの間の距離をIとし、隣り合う前記突起部の平面視が線と点との場合に前記線と前記点との間の距離をIとし、隣り合う前記突起部の平面視が点どうしの場合に前記点どうしの間の距離をIとし、培養される細胞を平面視したときの該細胞の最も広い領域に含まれる最大の真円の直径をSとしたときに、I、I、及び、Iは、Sよりも小さい値を示し、
前記複数の線をこれらの線の延在方向と直交する方向に切断して得られるそれぞれの第1切断面、及び、前記複数の点を前記基材の面方向と直交する方向に切断して得られるそれぞれの第2切断面は、前記基材の一表面から離れる方向に向けて幅狭となる形状を有している
細胞培養構造体。
(1)
A cell culture structure that is used by being immersed in a culture solution and has a cell attachment surface to which cells to be cultured can attach,
a flat substrate and a plurality of protrusions protruding from one surface of the substrate, each of the plurality of protrusions having at least a top surface serving as the cell adhesion surface;
When the cell culture structure is viewed from one surface side of the substrate in a plan view, the plurality of protrusions are formed only of a plurality of lines having a finite length, or are formed by a combination of a plurality of lines having a finite length and a plurality of dots,
In any of the above configurations of the plurality of protrusions, a closed space is not formed by the plurality of lines of finite length and the plurality of points,
When adjacent protrusions are lines in a planar view, the distance between the lines is I A ; when adjacent protrusions are a line and a point in a planar view, the distance between the line and the point is I B ; when adjacent protrusions are points in a planar view, the distance between the points is I C ; and when the diameter of the largest perfect circle contained in the widest area of the cultured cell in a planar view is S C , I A , I B , and IC are smaller than S C ;
Each of the first cut surfaces obtained by cutting the plurality of lines in a direction perpendicular to the extending direction of the lines, and each of the second cut surfaces obtained by cutting the plurality of points in a direction perpendicular to the surface direction of the substrate, have a shape that narrows in width in a direction away from one surface of the substrate.

(2)
前記平板状の基材は、一端側及び他端側にそれぞれ開放部を有する
上記(1)に記載の細胞培養構造体。
(2)
The cell culture structure according to (1) above, wherein the flat substrate has an opening at each of one end and the other end.

(3)
前記複数の突起部が前記のいずれで構成される場合においても、隣り合う前記突起部どうしが接触していない、
上記(1)または(2)に記載の細胞培養構造体。
(3)
In any of the above configurations of the plurality of protrusions, adjacent protrusions are not in contact with each other.
The cell culture structure according to (1) or (2) above.

(4)
前記幅狭となる形状は、少なくとも頂部が円弧形状をなしている
上記(1)乃至(3)のいずれかに記載の細胞培養構造体。
(4)
The cell culture structure according to any one of (1) to (3) above, wherein the narrowed shape has at least an arc-shaped apex.

(5)
前記複数の突起部は、20℃における屈折率が1.4以下の有機物によって構成されている
上記(1)乃至(4)のいずれかに記載の細胞培養構造体。
(5)
The cell culture structure according to any one of (1) to (4) above, wherein the plurality of protrusions are made of an organic material having a refractive index of 1.4 or less at 20°C.

(6)
前記有機物を用いて板状成形物を成形したときに、
該板状成形物に対する水の接触角は50°以上120°以下である
上記(5)に記載の細胞培養構造体。
(6)
When a plate-shaped molded product is formed using the organic material,
The cell culture structure according to (5) above, wherein the contact angle of water with the plate-like molding is 50° or more and 120° or less.

(7)
前記有機物は非晶質フッ素樹脂である
上記(5)または(6)に記載の細胞培養構造体。
(7)
The cell culture structure according to (5) or (6) above, wherein the organic matter is an amorphous fluororesin.

(8)
前記基材の一表面側から前記細胞培養構造体を平面視したときの前記複数の突起部の配置パターンは、反応拡散方程式によって導かれる二次元平面上における2種類の物質の濃度分布を示すチューリングパターンである
上記(1)乃至(7)のいずれかに記載の細胞培養構造体。
(8)
The cell culture structure according to any one of (1) to (7) above, wherein the arrangement pattern of the plurality of protrusions when the cell culture structure is viewed in a plane from one surface side of the substrate is a Turing pattern that represents the concentration distribution of two types of substances on a two-dimensional plane derived by a reaction-diffusion equation.

(9)
前記チューリングパターンは、二次元平面上における一の化学物質Uと他の化学物質Vとの反応拡散を表す下記式(1)で示されるGray-Scottモデルの式を、差分法にてコンピュータシミュレーションすることによって得られる前記一の化学物質Uと前記他の化学物質Vの濃度分布について、いずれか一方の物質の濃度が高い領域を示すパターンであり、
前記コンピュータシミュレーションは、前記一の化学物質Uと前記他の化学物質Vとが前記二次元平面上に同量でランダムに分布する状態を初期状態として開始され、前記反応拡散が平衡状態に達したときに終了される
上記(8)に記載の細胞培養構造体。
(9)
The Turing pattern is a pattern that indicates a region where the concentration of one of the substances U and the other chemical substance V is high in the concentration distribution of the one chemical substance U and the other chemical substance V, which is obtained by computer simulation using a finite difference method of the Gray-Scott model shown in the following formula (1), which represents the reaction-diffusion between the one chemical substance U and the other chemical substance V on a two-dimensional plane:
The computer simulation starts from an initial state in which the one chemical substance U and the other chemical substance V are randomly distributed in equal amounts on the two-dimensional plane, and ends when the reaction-diffusion reaches an equilibrium state. The cell culture structure described in (8) above.

ただし、uは栄養成分の濃度であり、vは増殖因子の濃度であり、Dは栄養成分の拡散係数であり、Dは増殖因子の拡散係数であり、fは流出入係数であって、上記式(1)の第1式において、fは、栄養成分の流入係数であり、上記式(1)の第2式において、fは、量的に過多となる増殖因子の流出係数である。kは、増殖因子が増殖促進機能を失う物質に変化する反応係数である。 where u is the concentration of the nutrient, v is the concentration of the growth factor, D u is the diffusion coefficient of the nutrient, D v is the diffusion coefficient of the growth factor, and f is the inflow/outflow coefficient, and in the first formula of the above formula (1), f is the inflow coefficient of the nutrient, and in the second formula of the above formula (1), f is the outflow coefficient of the growth factor that becomes excessive in quantity. k is the reaction coefficient at which the growth factor changes into a substance that loses its growth-promoting function.

(10)
前記差分法は、下記式(2)及び(3)を用いて表される漸化式を用いて実施される
上記(9)に記載の細胞培養構造体。
(10)
The cell culture structure according to (9) above, wherein the difference method is carried out using a recurrence formula expressed by the following formulas (2) and (3):

ただし、δは時間差分である。 where δ is the time difference.

ただし、εは空間差分である。 where ε is the spatial difference.

(11)
前記チューリングパターンは、有限の要素数に分割した二次元平面において、最外の境界に周期境界条件を付与したシミュレーションにて生成されたものである
上記(8)乃至(10)のいずれかに記載の細胞培養構造体。
(11)
The cell culture structure described in any one of (8) to (10) above, wherein the Turing pattern is generated by a simulation in which a periodic boundary condition is applied to the outermost boundary in a two-dimensional plane divided into a finite number of elements.

(12)
上記式(1)で表されるGray-Scottモデルの式において、係数Dが0.002以上0.01以下の範囲にあり、係数Dが0.0003以上0.0015以下の範囲にあり、係数fが0.03以上0.18以下の範囲にあり、係数kが0.03以上0.07以下の範囲にある
上記(8)乃至(11)のいずれかに記載の細胞培養構造体。
(12)
The cell culture structure according to any one of (8) to (11) above, wherein in the Gray-Scott model represented by the formula (1), coefficient D u is in the range of 0.002 or more and 0.01 or less, coefficient D v is in the range of 0.0003 or more and 0.0015 or less, coefficient f is in the range of 0.03 or more and 0.18 or less, and coefficient k is in the range of 0.03 or more and 0.07 or less.

なお、本発明に係る細胞培養構造体は、上記実施形態によって限定されるものではない。
また、本発明に係る細胞構造体は、上記した作用効果によって限定されるものでもない。
本発明に係る細胞培養構造体は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
The cell culture structure according to the present invention is not limited to the above-described embodiment.
Furthermore, the cell structure according to the present invention is not limited by the above-mentioned effects.
The cell culture structure according to the present invention can be modified in various ways without departing from the gist of the present invention.

例えば、細胞培養構造体100は、基材10の一表面側から細胞培養構造体100を平面視したときに、複数の突起部PRが、図4A~図11に示したような形で、有限の長さの複数の線LIと複数の点POで構成されたものであってもよい。
また、細胞培養構造体100は、複数の突起部PRが、図12及び図13に示したチューリングパターンのような形で、有限の長さの複数の線LIのみで構成されたものであってもよい。
また、細胞培養構造体100は、複数の突起部PRを構成する複数の線LIが、図13に示したように、比較的長い複数の線LIで構成されたものであってもよく、図14及び図15に示したように、比較的短い複数の線LIで構成されたものであってもよい。
さらに、細胞培養構造体100は、図15に示したように、複数の突起部PRを構成する複数の点POが比較的多数含まれていてもよい。
なお、図4~図15も、複数の突起部PRの配置パターンは、チューリングパターンとなっている。
For example, when the cell culture structure 100 is viewed in plan from one surface side of the substrate 10, the multiple protrusion portions PR may be composed of multiple lines LI of finite length and multiple points PO in a manner as shown in Figures 4A to 11.
Furthermore, the cell culture structure 100 may have multiple protrusions PR that are composed only of multiple lines LI of finite length, in the form of a Turing pattern as shown in Figures 12 and 13.
Furthermore, the cell culture structure 100 may be configured such that the multiple lines LI constituting the multiple protrusion portions PR are composed of multiple relatively long lines LI as shown in Figure 13, or may be configured such that the multiple lines LI are composed of multiple relatively short lines LI as shown in Figures 14 and 15.
Furthermore, the cell culture structure 100 may include a relatively large number of points PO that form a plurality of protrusions PR, as shown in FIG.
4 to 15, the arrangement pattern of the plurality of protrusions PR is also a Turing pattern.

以下、本発明の具体的な実施例を挙げることにより、本発明をより明らかにする。なお、本発明は以下の実施例に限定されない。 The present invention will be further clarified by providing specific examples below. However, the present invention is not limited to the following examples.

以下に示す方法により、チューリングパターンに基づく突起部の配置パターンを有する、実施例1~12の細胞培養構造体を製造した。 The cell culture structures of Examples 1 to 12, which have protrusion arrangement patterns based on the Turing pattern, were manufactured using the method described below.

[チューリングパターンの生成]
本明細書にて説明したように、上記式(1)で示されるGray-Scottモデルの式を、上記式(2)及び(3)を用いて表される漸化式を用いた差分法にて、JavaScriptを用いたプログラムによってコンピュータシミュレーションすることによって、チューリングパターンを生成した。各実施例では、これらの式において使用されるパラメータDu,Dv,f,kとして、下記の表1に示される値を使用した。
[Turing pattern generation]
As described herein, Turing patterns were generated by computer simulation of the Gray-Scott model equation shown in the above equation (1) using a JavaScript program with a finite difference method using the recurrence formulas expressed by the above equations (2) and (3). In each example, the values shown in Table 1 below were used for the parameters Du, Dv, f, and k used in these equations.

コンピュータシミュレーションは、200×200ピクセルの有限空間内において、周期境界条件を付与して行った。このとき、コンピュータシミュレーションは、一の化学物質Uと他の化学物質Vとが前記二次元平面上に同量でランダムに分布する状態を初期状態として開始し、前記反応拡散が平衡状態に達したときに終了した。 The computer simulation was performed within a finite space of 200 x 200 pixels, with periodic boundary conditions applied. The computer simulation began with an initial state in which one chemical substance U and another chemical substance V were randomly distributed in equal amounts on the two-dimensional plane, and ended when the reaction-diffusion reached equilibrium.

このようにして得られた200×200ピクセルのチューリングパターンを、下記の表1に示される一辺の長さを有する1つの正方形のセルとし、該セルの複数をマトリックス状に接続し、それによって一辺の長さが132mm以上の正方形の形状であるより広大なチューリングパターンを作成した。その後、得られたより広大なチューリングパターンをベクタ変換することによって、実施例1~12のチューリングパターンに基づく突起部の配置パターンを形成した。 The 200 x 200 pixel Turing pattern obtained in this way was treated as a single square cell with the side length shown in Table 1 below, and multiple such cells were connected in a matrix to create a larger Turing pattern in the shape of a square with a side length of 132 mm or more. The larger Turing pattern obtained was then subjected to vector conversion to form protrusion arrangement patterns based on the Turing patterns of Examples 1 to 12.

なお、これらのチューリングパターンに表れた一の化学物質Uと他の化学物質Vとの濃度分布について、いずれか一方の物質の濃度が高い領域を示すパターンを、細胞培養構造体の突起部の配置パターンを表すチューリングパターンとした。 Furthermore, for the concentration distribution of one chemical substance U and another chemical substance V that appear in these Turing patterns, the pattern that shows an area where the concentration of one substance is high was taken as the Turing pattern that represents the arrangement pattern of the protrusions of the cell culture structure.

(実施例1~4)
実施例1~4の突起部の配置パターンは、いずれも下記の表1に示されるパラメータ値を用いた同一のコンピュータシミュレーションに基づいて形成した。ここで、実施例2~4の配置パターンは、このコンピュータシミュレーションにより得られた上記のより広大なチューリングパターンに含まれるセルの一辺の長さを、下記の表1に示されるように、実施例1の配置パターンに対してそれぞれ0.8倍、0.6倍及び0.4倍することによって得られたものである。
実施例1により得られた配置パターンを、その3つの異なる部分について図4A~図4Cに示した。実施例2~4により得られた配置パターンを、その一部について図5~図7に示した。
なお、上述の実施形態の説明において参照した図1A、図1B及び図2に示した細胞培養構造における突起部の配置パターンも、これらの実施例において行われたコンピュータシミュレーションによって得られたチューリングパターンに基づくものである。
Examples 1 to 4
The protrusion arrangement patterns of Examples 1 to 4 were all formed based on the same computer simulation using the parameter values shown in the following Table 1. Here, the arrangement patterns of Examples 2 to 4 were obtained by multiplying the length of one side of the cell included in the above-mentioned larger Turing pattern obtained by this computer simulation by 0.8 times, 0.6 times, and 0.4 times, respectively, relative to the arrangement pattern of Example 1, as shown in the following Table 1.
The layout pattern obtained in Example 1 is shown in three different parts in Figures 4A to 4C. The layout patterns obtained in Examples 2 to 4 are shown in parts in Figures 5 to 7.
The arrangement patterns of the protrusions in the cell culture structures shown in Figures 1A, 1B, and 2, which were referred to in the description of the above embodiments, are also based on Turing patterns obtained by computer simulations performed in these examples.

(実施例5及び6)
実施例5及び6の突起部の配置パターンは、いずれも下記の表1に示されるパラメータ値を用いた同一のコンピュータシミュレーションに基づいて形成した。ここで、実施例6の配置バターンは、このコンピュータシミュレーションにより得られた上記のより広大なチューリングパターンの平面方向の縮尺を、実施例5の配置パターンに対してそれぞれ0.75倍することによってについて得られた。
実施例5及び6により得られた配置パターンを、その一部について図8及び図9に示した。
Examples 5 and 6
The protrusion arrangement patterns of Examples 5 and 6 were both formed based on the same computer simulation using the parameter values shown in Table 1 below. The arrangement pattern of Example 6 was obtained by multiplying the planar scale of the larger Turing pattern obtained by this computer simulation by 0.75 relative to the arrangement pattern of Example 5.
Some of the arrangement patterns obtained in Examples 5 and 6 are shown in FIGS.

(実施例7~12)
実施例7~12の突起部の配置パターンは、下記の表1にそれぞれ示されるパラメータ値を用いたそれぞれのコンピュータシミュレーションに基づいて形成した。実施例7~12により得られた配置パターンを、その一部について図10~15に示した。
Examples 7 to 12
The arrangement patterns of the protrusions in Examples 7 to 12 were formed based on computer simulations using the parameter values shown in Table 1 below. Some of the arrangement patterns obtained in Examples 7 to 12 are shown in Figures 10 to 15.

[チューリングパターンが形成された型枠の作製]
まず、本明細書にて説明した方法により、平板状の基材上にフォトレジスト層が積層されたマスター型用積層体と、実施例1~12により得られた突起部の配置パターンが形成された、石英ガラス製のフォトマスクとを使用して、フォトリソグラフィを行うことにより、マスター型を作製した。
なお、各実施例で使用したフォトマスクは、その132.4mm×132.4mmの有効エリア内に、各実施例に対応する図に示されたチューリングパターンに基づく突起部の配置パターンが形成されたものである。
[Creating a mold with a Turing pattern]
First, a master mold was fabricated by photolithography using a master mold laminate in which a photoresist layer was laminated on a flat substrate, and a quartz glass photomask on which the arrangement patterns of the protrusions obtained in Examples 1 to 12 were formed, according to the method described herein.
The photomask used in each example had an effective area of 132.4 mm x 132.4 mm, and a protrusion arrangement pattern based on the Turing pattern shown in the figure corresponding to each example was formed therein.

続いて、本明細書にて説明した方法により、マスター型のパターンが転写された金属製の型枠を作製した。 Next, a metal mold onto which the pattern of the master mold was transferred was produced using the method described herein.

[細胞培養構造体の作製]
本明細書にて説明した方法により、上記により作製された型枠と、平板状の基材上に突起部形成用の樹脂層が積層された細胞培養構造体用積層体とを用いて、実施例1~12の細胞培養構造体を製造した。
[Preparation of cell culture construct]
Using the method described herein, the cell culture structures of Examples 1 to 12 were produced using the mold prepared as described above and a laminate for a cell culture structure in which a resin layer for forming protrusions was laminated on a flat substrate.

具体的には、まず、透明な無アルカリガラスからなる平板状の基材上に、突起部形成用の樹脂組成物として非晶質フッ素樹脂であるCYTOP(登録商標)(20℃における屈折率=0.134、水の接触角=110°、固形分濃度=9%、乾燥ピーク及び硬化温度=180℃)を塗布して、厚さ62μmの塗布層を形成した。その後、基材上の塗布層を乾燥させることによって、乾燥した塗布層からなる厚さ5.6μmの突起部形成用の樹脂層を基材上に形成した。
このようにして、平板状の基材上に突起部形成用の樹脂層が積層された、細胞培養構造体用積層体を得た。
Specifically, first, an amorphous fluororesin, CYTOP (registered trademark) (refractive index at 20°C = 0.134, water contact angle = 110°, solids concentration = 9%, dry peak and curing temperature = 180°C), was applied as a resin composition for forming protrusions onto a flat substrate made of transparent alkali-free glass to form a coating layer with a thickness of 62 μm. The coating layer on the substrate was then dried to form a resin layer for forming protrusions with a thickness of 5.6 μm, made of the dried coating layer, on the substrate.
In this way, a laminate for a cell culture structure was obtained in which a resin layer for forming protrusions was laminated on a flat substrate.

続いて、細胞培養構造体用積層体における前記突起部形成用の樹脂層に、チューリングパターンが転写されている側から型枠を被せて、チューリングパターンに対応する複数の突起部を樹脂層に形成した。その後、型枠を樹脂層から取り外すことによって、平板状の基材上の一表面における132.4mm×132.4mmの領域から、高さ5.0μmの複数の突起部が実施例1~12のチューリングパターンによって表される配置パターンで突出している細胞培養構造体を得た。
Next, a mold was placed on the resin layer for forming the protrusions in the cell culture structure laminate from the side on which the Turing pattern had been transferred, and multiple protrusions corresponding to the Turing pattern were formed in the resin layer. The mold was then removed from the resin layer, yielding a cell culture structure in which multiple protrusions with a height of 5.0 μm protruded from a 132.4 mm × 132.4 mm area on one surface of the flat substrate in an arrangement pattern represented by the Turing patterns of Examples 1 to 12.

[細胞培養構造体を用いた細胞の培養]
実施例1~12により製造された細胞培養構造体を直径92mmの円形にカットし、直径96mm、深さ18mmの円形の滅菌ポリスチレンシャーレの底に配置した。このように配置された上記細胞培養構造体を用いて細胞を培養し、それによって直径60mmに近い略円形の細胞シート体を得た。
ここで、培養する細胞としては、その最も広い領域に含まれる最大の真円の直径(すなわち、上述の説明におけるSに対応する大きさ)が、使用する細胞培養構造体に形成されている突起部どうしの間の距離(すなわち、上述の説明におけるI、I、及び、Iに対応する距離)よりも大きいものを選択した。
[Cell culture using cell culture constructs]
The cell culture structures produced in Examples 1 to 12 were cut into circles with a diameter of 92 mm and placed at the bottom of circular sterile polystyrene Petri dishes with a diameter of 96 mm and a depth of 18 mm. Cells were cultured using the cell culture structures arranged in this manner, thereby obtaining approximately circular cell sheets with a diameter of approximately 60 mm.
Here, the cells to be cultured were selected such that the diameter of the largest circle contained in the widest area (i.e., the size corresponding to SC in the above description) was larger than the distance between the protrusions formed on the cell culture structure to be used (i.e., the distance corresponding to I A , I B , and IC in the above description).

このようにして行われた細胞の培養では、従来の細胞培養構造体を使用した場合と比較して、細胞を効率的に培養することができた。 Cell culture carried out in this manner enabled cells to be cultured more efficiently than when conventional cell culture structures were used.

また、このようにして得られた細胞シート体を細胞培養構造体上から取り外したところ、細胞シートの損傷は殆ど見られなかった。 Furthermore, when the cell sheet obtained in this manner was removed from the cell culture construct, almost no damage to the cell sheet was observed.

10 基材、100 細胞培養構造体、
A 頂部、C 細胞、D 溝部、LI 線、O1 開放部、O2 開放部、PO 点、PR 突起部、S 細胞付着面、S1 第1切断面、S2 第2切断面。
10 base material, 100 cell culture structure,
A top, C cell, D groove, LI line, O1 opening, O2 opening, PO point, PR protrusion, S cell attachment surface, S1 first cut surface, S2 second cut surface.

Claims (14)

培養液に浸されて使用されるとともに、培養される細胞が付着可能な細胞付着面を有する細胞培養構造体であって、
平板状の基材と、該基材の一表面から50nm以上5mm以下の高さで突出する複数の突起部と、を備え、前記複数の突起部のそれぞれは、少なくとも頂部が前記細胞付着面となっており、
前記基材の一表面側から前記細胞培養構造体を平面視したときに、前記複数の突起部は、主に曲線で構成された有限の長さの複数の線のみで構成されるか、または、主に曲線で構成された有限の長さの複数の線と複数の点とが組み合わされて構成されており、前記有限の長さの複数の線で構成された前記突起部の占める面積割合は、前記複数の点で構成された前記突起部の占める面積割合よりも大きく
前記有限の長さの複数の線の幅、及び、前記複数の点の直径は、10nm以上500μm以下であり、
前記複数の突起部が前記のいずれで構成される場合においても、前記有限の長さの複数の線及び前記複数の点によって閉空間が形成されておらず、
隣り合う前記突起部の平面視が線どうしの場合に前記線どうしの間の距離をIとし、隣り合う前記突起部の平面視が線と点の場合に前記線と前記点との間の距離をIとし、隣り合う前記突起部の平面視が点どうしの場合に前記点どうしの間の距離をIとし、培養される細胞を平面視したときの該細胞の最も広い領域に含まれる最大の真円の直径をSとしたときに、I、I、及び、Iは、50nm以上500μm以下であり、かつ、よりも小さい値を示し、
前記複数の線をこれらの線の延在方向と直交する方向に切断して得られるそれぞれの第1切断面、及び、前記複数の点を前記基材の面方向と直交する方向に切断して得られるそれぞれの第2切断面は、前記基材の一表面から離れる方向に向けて幅狭となる形状を有している
細胞培養構造体。
A cell culture structure that is used by being immersed in a culture solution and has a cell attachment surface to which cells to be cultured can attach,
a flat substrate; and a plurality of protrusions protruding from one surface of the substrate to a height of 50 nm or more and 5 mm or less , wherein at least a top of each of the plurality of protrusions serves as the cell adhesion surface;
When the cell culture structure is viewed from one surface side of the substrate in a plan view, the plurality of protrusions are composed of only a plurality of lines of a finite length that are mainly curved , or are composed of a combination of a plurality of lines of a finite length that are mainly curved and a plurality of points , and the area ratio occupied by the protrusions composed of the plurality of lines of a finite length is larger than the area ratio occupied by the protrusions composed of the plurality of points ,
the width of the plurality of lines of finite length and the diameter of the plurality of dots are 10 nm or more and 500 μm or less;
In any of the above configurations of the plurality of protrusions, a closed space is not formed by the plurality of lines of finite length and the plurality of points,
When adjacent protrusions are lines in a planar view, the distance between the lines is I A ; when adjacent protrusions are a line and a point in a planar view, the distance between the line and the point is I B ; when adjacent protrusions are points in a planar view, the distance between the points is I C ; and when adjacent protrusions are points in a planar view, the diameter of the largest perfect circle contained in the widest area of the cultured cell in a planar view is S C , I A , I B , and IC are 50 nm or more and 500 μm or less and are smaller than S C ;
Each of the first cut surfaces obtained by cutting the plurality of lines in a direction perpendicular to the extending direction of the lines, and each of the second cut surfaces obtained by cutting the plurality of points in a direction perpendicular to the surface direction of the substrate, have a shape that narrows in width in a direction away from one surface of the substrate.
前記複数の突起部の少なくとも一部を構成する前記有限の長さの複数の線は、主線となる一本の線と、該一本の線から枝分かれしている少なくとも1以上の副線とを備える枝分かれ線を含む、請求項1に記載の細胞培養構造体。The cell culture structure of claim 1, wherein the plurality of lines of finite length constituting at least a portion of the plurality of protrusions includes branch lines having one main line and at least one or more sub-lines branching off from the main line. 前記平板状の基材は、一端側及び他端側にそれぞれ開放部を有する
請求項1または2に記載の細胞培養構造体。
The cell culture structure according to claim 1 or 2 , wherein the flat substrate has an open portion at each of one end and the other end.
前記複数の突起部が前記のいずれで構成される場合においても、隣り合う前記突起部どうしが接触していない、
請求項1または2に記載の細胞培養構造体。
In any of the above configurations of the plurality of protrusions, adjacent protrusions are not in contact with each other.
The cell culture structure according to claim 1 or 2.
前記幅狭となる形状は、少なくとも頂部が円弧形状をなしている
請求項1または2に記載の細胞培養構造体。
The cell culture structure according to claim 1 or 2, wherein at least a top portion of the narrowed shape is arc-shaped.
前記複数の突起部は、20℃における屈折率が1.4以下の有機物によって構成されている
請求項1または2に記載の細胞培養構造体。
The cell culture structure according to claim 1 or 2, wherein the plurality of protrusions are made of an organic material having a refractive index of 1.4 or less at 20°C.
前記有機物を用いて板状成形物を成形したときに、
該板状成形物に対する水の接触角は50°以上120°以下である
請求項に記載の細胞培養構造体。
When a plate-shaped molded product is formed using the organic material,
The cell culture structure according to claim 6 , wherein the contact angle of water with the plate-like molding is 50° or more and 120° or less.
前記有機物は非晶質フッ素樹脂である
請求項に記載の細胞培養構造体。
The cell culture structure according to claim 6 , wherein the organic material is an amorphous fluororesin.
培養液に浸されて使用されるとともに、培養される細胞が付着可能な細胞付着面を有する細胞培養構造体であって、
平板状の基材と、該基材の一表面から突出する複数の突起部と、を備え、前記複数の突起部のそれぞれは、少なくとも頂部が前記細胞付着面となっており、
前記基材の一表面側から前記細胞培養構造体を平面視したときに、前記複数の突起部は、有限の長さの複数の線のみで構成されるか、または、有限の長さの複数の線と複数の点とが組み合わされて構成されていて、
前記複数の突起部が前記のいずれで構成される場合においても、前記有限の長さの複数の線及び前記複数の点によって閉空間が形成されておらず、
隣り合う前記突起部の平面視が線どうしの場合に前記線どうしの間の距離をI とし、隣り合う前記突起部の平面視が線と点との場合に前記線と前記点との間の距離をI とし、隣り合う前記突起部の平面視が点どうしの場合に前記点どうしの間の距離をI とし、培養される細胞を平面視したときの該細胞の最も広い領域に含まれる最大の真円の直径をS としたときに、I 、I 、及び、I は、S よりも小さい値を示し、
前記複数の線をこれらの線の延在方向と直交する方向に切断して得られるそれぞれの第1切断面、及び、前記複数の点を前記基材の面方向と直交する方向に切断して得られるそれぞれの第2切断面は、前記基材の一表面から離れる方向に向けて幅狭となる形状を有しており、
前記基材の一表面側から前記細胞培養構造体を平面視したときの前記複数の突起部の配置パターンは、反応拡散方程式によって導かれる二次元平面上における2種類の物質の濃度分布を示すチューリングパターンである、細胞培養構造体。
A cell culture structure that is used by being immersed in a culture solution and has a cell attachment surface to which cells to be cultured can attach,
a flat substrate and a plurality of protrusions protruding from one surface of the substrate, at least a top of each of the plurality of protrusions being the cell adhesion surface;
When the cell culture structure is viewed from one surface side of the substrate in a plan view, the plurality of protrusions are formed only of a plurality of lines having a finite length, or are formed by a combination of a plurality of lines having a finite length and a plurality of dots,
In any of the above configurations of the plurality of protrusions, a closed space is not formed by the plurality of lines of finite length and the plurality of points,
When adjacent protrusions are lines in a planar view, the distance between the lines is I A ; when adjacent protrusions are a line and a point in a planar view, the distance between the line and the point is I B ; when adjacent protrusions are points in a planar view, the distance between the points is I C ; and when the diameter of the largest perfect circle contained in the widest area of the cultured cell in a planar view is S C , I A , I B , and IC are smaller than S C ;
each of first cut surfaces obtained by cutting the plurality of lines in a direction perpendicular to the extending direction of the lines, and each of second cut surfaces obtained by cutting the plurality of points in a direction perpendicular to the surface direction of the base material, have a shape that narrows in width in a direction away from one surface of the base material,
The cell culture structure, wherein the arrangement pattern of the plurality of protrusions when the cell culture structure is viewed in a plane from one surface side of the substrate is a Turing pattern that represents the concentration distribution of two types of substances on a two-dimensional plane derived from a reaction-diffusion equation.
前記チューリングパターンは、二次元平面上における一の化学物質Uと他の化学物質Vとの反応拡散を表す反応拡散方程式を、差分法にてコンピュータシミュレーションすることによって得られる前記一の化学物質Uと前記他の化学物質Vの濃度分布について、いずれか一方の物質の濃度が高い領域を示すパターンであり、
前記コンピュータシミュレーションは、前記一の化学物質Uと前記他の化学物質Vとが前記二次元平面上に同量でランダムに分布する状態を初期状態として開始され、前記反応拡散が平衡状態に達したときに終了される、
請求項に記載の細胞培養構造体。
The Turing pattern is a pattern that indicates a region where the concentration of one of the substances is high in the concentration distribution of the one chemical substance U and the other chemical substance V, which is obtained by computer simulation of a reaction-diffusion equation that represents the reaction-diffusion between the one chemical substance U and the other chemical substance V on a two-dimensional plane using a finite difference method;
The computer simulation is started from an initial state in which the one chemical substance U and the other chemical substance V are randomly distributed in equal amounts on the two-dimensional plane, and is terminated when the reaction-diffusion reaches an equilibrium state.
The cell culture structure of claim 9 .
前記チューリングパターンは、二次元平面上における一の化学物質Uと他の化学物質Vとの反応拡散を表す下記式(1)で示されるGray-Scottモデルの式を、差分法にてコンピュータシミュレーションすることによって得られる前記一の化学物質Uと前記他の化学物質Vの濃度分布について、いずれか一方の物質の濃度が高い領域を示すパターンであり、
前記コンピュータシミュレーションは、前記一の化学物質Uと前記他の化学物質Vとが前記二次元平面上に同量でランダムに分布する状態を初期状態として開始され、前記反応拡散が平衡状態に達したときに終了される
請求項に記載の細胞培養構造体。

ただし、uは栄養成分の濃度であり、vは増殖因子の濃度であり、Dは栄養成分の拡散係数であり、Dは増殖因子の拡散係数であり、fは流出入係数であって、上記式(1)の第1式において、fは、栄養成分の流入係数であり、上記式(1)の第2式において、fは、量的に過多となる増殖因子の流出係数である。kは、増殖因子が増殖促進機能を失う物質に変化する反応係数である。
The Turing pattern is a pattern that indicates a region where the concentration of one of the substances U and the other chemical substance V is high in the concentration distribution of the one chemical substance U and the other chemical substance V, which is obtained by computer simulation using a finite difference method of the Gray-Scott model shown in the following formula (1), which represents the reaction-diffusion between the one chemical substance U and the other chemical substance V on a two-dimensional plane:
The cell culture structure of claim 9, wherein the computer simulation is started from an initial state in which the one chemical substance U and the other chemical substance V are randomly distributed in equal amounts on the two-dimensional plane, and is terminated when the reaction-diffusion reaches an equilibrium state.

where u is the concentration of the nutrient, v is the concentration of the growth factor, D u is the diffusion coefficient of the nutrient, D v is the diffusion coefficient of the growth factor, and f is the inflow/outflow coefficient, and in the first formula of the above formula (1), f is the inflow coefficient of the nutrient, and in the second formula of the above formula (1), f is the outflow coefficient of the growth factor that becomes excessive in quantity. k is the reaction coefficient at which the growth factor changes into a substance that loses its growth-promoting function.
前記差分法は、下記式(2)及び(3)を用いて表される漸化式を用いて実施される
請求項11に記載の細胞培養構造体。

ただし、δは時間差分である。

ただし、εは空間差分である。
The cell culture structure according to claim 11 , wherein the difference method is performed using a recurrence formula expressed by the following formulas (2) and (3):

where δ is the time difference.

where ε is the spatial difference.
前記チューリングパターンは、有限の要素数に分割した二次元平面において、最外の境界に周期境界条件を付与したシミュレーションにて生成されたものである
請求項12に記載の細胞培養構造体。
The cell culture structure according to claim 12 , wherein the Turing pattern is generated by a simulation in which a periodic boundary condition is applied to the outermost boundary of a two-dimensional plane divided into a finite number of elements.
上記式(1)で表されるGray-Scottモデルの式において、係数Dが0.002以上0.01以下の範囲にあり、係数Dが0.0003以上0.0015以下の範囲にあり、係数fが0.03以上0.18以下の範囲にあり、係数kが0.03以上0.07以下の範囲にある
請求項11に記載の細胞培養構造体。
The cell culture structure according to claim 11, wherein in the Gray-Scott model represented by the formula (1), coefficient D u is in the range of 0.002 or more and 0.01 or less, coefficient D v is in the range of 0.0003 or more and 0.0015 or less, coefficient f is in the range of 0.03 or more and 0.18 or less, and coefficient k is in the range of 0.03 or more and 0.07 or less.
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