JP2020018174A - Culture substrate of pluripotent stem cell, and method for producing pluripotent stem cell - Google Patents
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Abstract
【課題】多能性幹細胞の効率的な細胞培養を可能とすると共に、短時間又は弱い外部刺激での細胞剥離を可能にする培養基材、及びそれを用いた製造方法を提供する。【解決手段】基材1表面に、水に対する応答温度が0℃〜50℃の範囲にある温度応答性高分子による層を有し、応答温度以上の温度における前記層の平均粗さH/層厚Dの比が0.5以上1以下であることを特徴とする、多能性幹細胞の培養基材10。前記培養基材は、応答温度以上の温度における温度応答性高分子による層の平均粗さ/層厚の比と、応答温度未満の温度における温度応答性高分子による層の平均粗さ/層厚の比の差が、0.1以上1以下であってよい。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a culture substrate capable of efficient cell culture of pluripotent stem cells and cell detachment in a short time or with a weak external stimulus, and a production method using the same. SOLUTION: The surface of a base material 1 has a layer made of a temperature-responsive polymer whose response temperature to water is in the range of 0 ° C to 50 ° C, and the average roughness H / layer of the layer at a temperature equal to or higher than the response temperature. A culture substrate 10 for pluripotent stem cells, characterized in that the ratio of thickness D is 0.5 or more and 1 or less. In the culture substrate, the ratio of the average roughness / layer thickness of the layer due to the temperature-responsive polymer at a temperature above the response temperature and the average roughness / layer thickness of the layer due to the temperature-responsive polymer at a temperature below the response temperature. The difference in the ratios of may be 0.1 or more and 1 or less. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、多能性幹細胞の効率的な細胞培養を可能とすると共に、短時間又は弱い外部刺激での細胞剥離を可能にする培養基材、及びそれを用いた製造方法に関する。 The present invention relates to a culture substrate that enables efficient cell culture of pluripotent stem cells and enables cell detachment in a short time or with a weak external stimulus, and a production method using the same.
細胞培養は生化学的な現象の理解や有用物質の産生などに用いられ、また近年、ES細胞やiPS細胞等の多能性幹細胞の発見や培養技術の進歩により、再生医療を始めとする細胞を用いた治療に大きな注目が寄せられている。 Cell culture is used to understand biochemical phenomena and to produce useful substances. In recent years, the discovery of pluripotent stem cells such as ES cells and iPS cells and advances in culture technology have led to the development of cells such as regenerative medicine. A great deal of attention has been paid to treatments using.
細胞の多くは接着性を有しており、体内においてはコラーゲン、フィブロネクチン、ラミニンなどの生体高分子に接着し、増殖・分化することが知られている。同様に、細胞培養においても接着性を有する細胞の多くは、培養する際に何らかの基材に接着する必要がある。従来、基材としては表面処理したガラスあるいは高分子が用いられていた。例えば、ポリスチレンにγ線照射あるいはシリコーンコーティングを行なった基材がある。また、コラーゲンやフィブロネクチンのような生体高分子を表面に塗布した支持体も用いられる。 Many cells have adhesive properties, and are known to adhere to biological macromolecules such as collagen, fibronectin, and laminin and to proliferate and differentiate in the body. Similarly, in cell culture, many cells having adhesiveness need to adhere to some kind of base material during culture. Conventionally, surface-treated glass or polymer has been used as a substrate. For example, there is a substrate obtained by performing gamma irradiation or silicone coating on polystyrene. Further, a support having a surface coated with a biopolymer such as collagen or fibronectin is also used.
増殖する細胞は基材上で培養後、一般的に別の基材に植え継ぐ必要が有り、多くの場合にはタンパク質分解酵素が用いられている。タンパク質分解酵素は細胞表面にあるタンパク質を分解し、細胞と基材の間の結合および細胞間の結合を切る役目を担っている。一方、タンパク質分解酵素は細胞の生存率に大きな影響を与えることが知られており、タンパク質分解酵素を用いずに細胞を基材から分離する手法は細胞にダメージを与えない方法として重要である。再生医療においても同様に、体外で培養した細胞にダメージを与えずに、さらに細胞間の結合を切断しない方法で細胞又は組織化した細胞を基材から分離し、体内に戻すことが求められており、タンパク質分解酵素を用いることなく基材から分離する方法が求められている。 Proliferating cells generally need to be subcultured on another substrate after culturing on the substrate, and in many cases, proteolytic enzymes are used. Proteolytic enzymes are responsible for degrading proteins on cell surfaces and breaking bonds between cells and substrates and breaking bonds between cells. On the other hand, it is known that proteolytic enzymes have a large effect on cell viability, and a technique of separating cells from a substrate without using proteolytic enzymes is important as a method that does not damage cells. Similarly, in regenerative medicine, it is required that cells or organized cells be separated from a substrate and returned to the body without damaging the cells cultured outside the body and without breaking the bonds between the cells. Therefore, there is a need for a method of separating the substrate from the substrate without using a protease.
上記問題を解決するために、温度応答性ポリマーを基材表面に被覆した培養基材が特許文献1に開示されている。このような基材によれば、周囲環境の温度降下による温度応答性ポリマーのゾル転移で基材表面の接着力を弱めて、細胞を剥離させ、ダメージを与えることなく細胞を分別回収することができる。しかしながら、細胞の種類が変わると、細胞を培養して良好に剥離するため必要な基材の特性は変化する。特に、多能性幹細胞においては通常の細胞とは異なり、コロニーを形成して増殖することから、必要な基材の特性も大きく異なる。特許文献1では多能性幹細胞に適した基材の特性が開示されておらず、多能性幹細胞の培養には適用できないという問題があった。また、特許文献1では高コストの電子線照射を行う必要があり、大量の細胞の培養に用いる基材には適さないという問題があった。 In order to solve the above problem, Patent Document 1 discloses a culture substrate in which the surface of a substrate is coated with a temperature-responsive polymer. According to such a substrate, the adhesive force on the substrate surface is weakened by the sol transition of the temperature-responsive polymer due to the temperature drop of the surrounding environment, so that the cells can be separated and the cells can be separated and collected without causing damage. it can. However, when the type of the cell changes, the characteristics of the base material necessary for culturing the cell and exfoliating it well change. In particular, pluripotent stem cells are different from ordinary cells in that they form colonies and proliferate, so that the characteristics of the required base material are greatly different. Patent Document 1 does not disclose the characteristics of a substrate suitable for pluripotent stem cells, and has a problem that the method cannot be applied to culture of pluripotent stem cells. In addition, Patent Document 1 requires a high-cost electron beam irradiation, and has a problem that it is not suitable for a substrate used for culturing a large amount of cells.
本発明の目的は、多能性幹細胞の効率的な細胞培養を可能とすると共に、短時間又は弱い外部刺激での細胞剥離を可能にする培養基材、及びそれを用いた製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a culture substrate that enables efficient cell culture of pluripotent stem cells and enables cell detachment with a short time or weak external stimulus, and a production method using the same. It is in.
本発明者らは、以上の点を鑑み鋭意研究を重ねた結果、平均粗さ/層厚の比が0.5以上1以下である温度応答性高分子による層を有する培養基材によって上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。 The inventors of the present invention have conducted intensive studies in view of the above points, and as a result, the above problem has been solved by using a culture substrate having a layer made of a temperature-responsive polymer having an average roughness / layer thickness ratio of 0.5 or more and 1 or less. Can be solved, and the present invention has been completed.
すなわち本発明によれば、基材表面に、水に対する応答温度が0℃〜50℃の範囲にある温度応答性高分子による層を有し、応答温度以上の温度における前記層の平均粗さ/層厚の比が0.5以上1以下であることを特徴とする、多能性幹細胞の培養基材が提供される。 That is, according to the present invention, the base material surface has a layer made of a temperature-responsive polymer having a response temperature to water in the range of 0 ° C to 50 ° C, and the average roughness of the layer at a temperature equal to or higher than the response temperature / Provided is a culture substrate for pluripotent stem cells, wherein the ratio of the layer thickness is 0.5 or more and 1 or less.
本発明によって、多能性幹細胞の効率的な細胞培養を可能とすると共に、短時間又は弱い外部刺激での細胞剥離を可能にする培養基材、及びそれを用いた製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a culture substrate that enables efficient cell culture of pluripotent stem cells, and that enables cell detachment with a short time or weak external stimulus, and a production method using the same. it can.
以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施の形態」という。)について詳細に説明する。以下の本実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。本発明は、その趣旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention (hereinafter, simply referred to as “the present embodiment”) will be described in detail. The following embodiment is an exemplification for describing the present invention, and is not intended to limit the present invention to the following contents. The present invention can be appropriately modified and implemented within the spirit of the invention.
本明細書において、「温度応答性高分子」とは、温度変化によって親水性/疎水性の程度が変化する高分子を示す。また、水分子の存在下で高分子の温度を低温から高温へ昇温していく場合に、ある温度を境に高分子の親水性/疎水性の程度がより疎水性に変化し、水溶性から水不溶性に変化する温度応答性高分子が存在し、この境界温度を「下限臨界溶解温度(LCST;Lower Critical Solution Temperature)」という。一般に、温度応答性高分子がLCST未満の温度において水に溶解する場合、LCST以上の温度では水に不溶となる。温度応答性高分子が水不溶性である場合には、LCSTを有しないが、温度変化によって親水性/疎水性の程度が変化する応答温度を有する。 As used herein, the term “temperature-responsive polymer” refers to a polymer whose degree of hydrophilicity / hydrophobicity changes with a change in temperature. In addition, when the temperature of a polymer is raised from low to high in the presence of water molecules, the degree of hydrophilicity / hydrophobicity of the polymer changes to more hydrophobic at a certain temperature, and the water solubility is increased. There is a temperature-responsive polymer that changes from water-insoluble to water-insoluble, and this boundary temperature is referred to as “Lower Critical Solution Temperature (LCST)”. In general, when a temperature-responsive polymer dissolves in water at a temperature lower than LCST, it becomes insoluble in water at a temperature higher than LCST. When the temperature-responsive polymer is water-insoluble, it has no LCST, but has a response temperature at which the degree of hydrophilicity / hydrophobicity changes with temperature change.
また、本明細書において、「生体由来物質」とは、生物の体内に存在する物質であるが、天然物であってもよく、遺伝子組み換え技術等で人工的に合成したものであってもよく、また、前記生体由来物質をベースとして化学的に合成した物質であっても良い。生体由来物質に特に限定はないが、例えば、生体を構成する基本材料である核酸、タンパク質、多糖や、これらの構成要素であるヌクレオチドやヌクレオシド、アミノ酸、各種の糖、あるいは脂質やビタミン、ホルモンである。 In addition, in the present specification, the “substance derived from a living body” is a substance existing in the body of an organism, but may be a natural product, or may be a substance artificially synthesized by genetic recombination technology or the like. Alternatively, a substance chemically synthesized based on the biological substance may be used. Although there is no particular limitation on biological substances, for example, nucleic acids, proteins, and polysaccharides, which are the basic materials constituting living organisms, and nucleotides, nucleosides, amino acids, various sugars, and lipids, vitamins, and hormones, which are constituents thereof, are used. is there.
また、本明細書において、「多能性幹細胞接着性」とは、多能性幹細胞を培養する温度において、多能性幹細胞が培養基材に接着することである。 Further, in the present specification, “pluripotent stem cell adhesion” means that the pluripotent stem cells adhere to the culture substrate at a temperature at which the pluripotent stem cells are cultured.
また、本明細書において、ブロックセグメントが「水不溶性を有する」とは、該ブロックセグメントを構成する単量体単位のみからなるホモポリマーの少なくとも一部が水に不溶であることを示す。 In addition, in the present specification, “a block segment has water-insolubility” indicates that at least a part of a homopolymer composed of only monomer units constituting the block segment is insoluble in water.
また、本明細書において、「多能性幹細胞増殖性」とは、培養温度における多能性幹細胞の増殖しやすさを示し、増殖性を有するとは、多能性幹細胞が培養温度において培養基材に接着し、増殖可能であることを示す。さらに、増殖性が高いとは、同一の培養期間で比較した際に、より多くの多能性幹細胞へと増殖することを示す。
また、本明細書において、「多能性幹細胞剥離性」とは、培養基材上で増殖した多能性幹細胞の培養基材からの剥離しやすさを示し、「剥離性を有する」とは、培養基材上で増殖した多能性幹細胞が外部刺激によって培養基材から剥離可能であることを示す。さらに、「剥離性が高い」とは、短時間の冷却や弱い応力等の、より弱い外部刺激によって多能性幹細胞が培養基材から剥離することを示す。また、「冷却剥離性を有する」とは、剥離性を有し、さらに培養基材を冷却することによって、冷却しない場合と比較して剥離性が高まることを示す。ここで、本明細書において「外部刺激」とは、超音波や振動、対流等の力学的刺激、光や電気、磁気等の電磁気学的刺激、加温や冷却等の熱力学的刺激を示し、酵素反応等の生物反応によるものを除く。
As used herein, “pluripotent stem cell proliferation” refers to the ease of proliferation of pluripotent stem cells at the culture temperature, and “proliferative” means that the pluripotent stem cells are cultured at the culture temperature. It adheres to the material and shows that it can proliferate. Furthermore, high proliferation indicates that the cells proliferate into more pluripotent stem cells when compared in the same culture period.
Further, in the present specification, "pluripotent stem cell detachability" refers to the ease of detachment of the pluripotent stem cells grown on the culture substrate from the culture substrate, and "having detachability" 3 shows that pluripotent stem cells grown on the culture substrate can be detached from the culture substrate by external stimuli. Further, “high detachability” indicates that the pluripotent stem cells detach from the culture substrate by a weak external stimulus such as short-time cooling or weak stress. Further, “having a cooling releasability” indicates that the releasability is increased and the releasability is enhanced by cooling the culture substrate as compared with the case where the culture substrate is not cooled. Here, in the present specification, the term "external stimulus" refers to a mechanical stimulus such as ultrasonic waves, vibration, convection, light, electricity, an electromagnetic stimulus such as magnetism, and a thermodynamic stimulus such as heating or cooling. Excludes those caused by biological reactions such as enzyme reactions.
本発明の培養基材は、基材表面上に水に対する応答温度が0℃〜50℃の範囲にある温度応答性高分子による層を有する。温度応答性高分子による層を有することにより、本発明の培養基材は多能性幹細胞の冷却剥離性を有する。温度応答性高分子による層を有しない場合、多能性幹細胞の冷却剥離性を有しない。ここで、本発明において「培養基材」とは、多能性幹細胞の培養を行う物品全体(例えば、図1の符号10で示される部分。)を示し、基材と温度応答性高分子による層を含む。また、本発明において「基材」とは、温度応答性高分子による層で被覆されるベース基材(例えば、図1の符号1で示される部分。)を示す。
The culture substrate of the present invention has a layer made of a temperature-responsive polymer having a response temperature to water in the range of 0 ° C to 50 ° C on the surface of the substrate. By having a layer made of a temperature-responsive polymer, the culture substrate of the present invention has the ability to remove pluripotent stem cells by cooling. When there is no layer made of the temperature-responsive polymer, the pluripotent stem cells do not have a cooling exfoliation property. Here, in the present invention, the term “culture substrate” refers to the entire article (for example, a portion indicated by
本発明において、前記温度応答性高分子は、応答温度が0℃〜50℃の範囲にある。応答温度が0℃〜50℃の範囲にあることにより、本発明の培養基材は体温(37℃)付近で多能性幹細胞増殖性を有すると共に、細胞にダメージを与えない温度域において冷却剥離性を有する。応答温度を有しない場合、冷却剥離性を有しない。体温付近で多能性幹細胞増殖性を付与すると共に、細胞にダメージを与えない温度域における冷却剥離性を付与するのに好適であることから、応答温度が10℃〜40℃の範囲にあることが好ましく、15℃〜35℃の範囲にあることがさらに好ましく、15℃〜30℃が特に好ましく、15℃〜25℃が最も好ましい。応答温度以上の温度では、温度応答性高分子は疎水性を有することから、タンパク質が吸着しやすく、吸着されたタンパク質を足場にして、細胞の接着培養が可能となる。一方で、温度を低下させた場合、親水性に変化することで、細胞の剥離が促進される。応答温度が0℃未満であれば細胞にダメージを与えない温度域において冷却剥離性を付与することが困難となり、50℃を超えれば体温付近で多能性幹細胞増殖性を有さず、細胞培養が困難となる。また、培養操作における培地交換の際に室温の培地を用いる場合においては、培地交換の際に細胞が剥離することを抑制するのに好適のため、応答温度が0℃〜30℃の範囲にあることが好ましく、5℃〜25℃の範囲にあることがさらに好ましく、5℃〜20℃が特に好ましく、10℃〜20℃が最も好ましい。 In the present invention, the temperature-responsive polymer has a response temperature in the range of 0 ° C to 50 ° C. When the response temperature is in the range of 0 ° C. to 50 ° C., the culture substrate of the present invention has pluripotent stem cell proliferation near body temperature (37 ° C.) and cools and exfoliates in a temperature range that does not damage cells. Has the property. When it does not have a response temperature, it does not have cooling peelability. The response temperature is in the range of 10 ° C. to 40 ° C., since it is suitable for imparting pluripotent stem cell proliferation near body temperature and for imparting cooling exfoliation in a temperature range that does not damage cells. Is preferably in the range of 15 ° C to 35 ° C, more preferably 15 ° C to 30 ° C, and most preferably 15 ° C to 25 ° C. At a temperature equal to or higher than the response temperature, since the temperature-responsive polymer has hydrophobicity, the protein is easily adsorbed, and it becomes possible to adhere and culture the cells using the adsorbed protein as a scaffold. On the other hand, when the temperature is lowered, the exfoliation of cells is promoted by changing to a hydrophilic property. If the response temperature is less than 0 ° C., it is difficult to impart cooling and exfoliating properties in a temperature range that does not damage cells, and if it exceeds 50 ° C., it does not have pluripotent stem cell proliferation near body temperature and cell culture Becomes difficult. In addition, when a medium at room temperature is used during medium exchange in the culturing operation, the response temperature is in the range of 0 ° C to 30 ° C because it is suitable for suppressing cell detachment during medium exchange. The temperature is more preferably in the range of 5 ° C to 25 ° C, particularly preferably 5 ° C to 20 ° C, most preferably 10 ° C to 20 ° C.
本発明において、温度応答性高分子による層の表面の平均粗さ/層厚の比は、0.5以上である。温度応答性高分子による層の表面の平均粗さ/層厚の比が0.5以上であることにより、本発明の培養基材は多能性幹細胞増殖性及び冷却剥離性を有する。平均粗さ/層厚の比が0.5未満の場合、多能性幹細胞増殖性を有しないか、又は冷却剥離性を有しない。多能性幹細胞の冷却剥離性を高めるのに好適であることから、表面の平均粗さ/層厚の比が0.6以上であることがさらに好ましく、0.7以上が特に好ましく、0.9以上が最も好ましい。ここで、本発明において温度応答性高分子による層の表面の「平均粗さ」とは、JIS B0601:2013に従って求めた輪郭曲線の平均高さ(例えば、図1の符号Hで示される長さ)を示し、培養基材の代表的な表面の原子間力顕微鏡像を測定し、無作為に選んだ10点の粗さ曲線において、1μmを基準長さとして平均高さを求めることで算出することができる。また、本発明において温度応答性高分子による層の「層厚」とは、基材と温度応答性高分子による層の界面から、温度応答性高分子による層の表面構造における山部分までの面外方向の長さを示し(例えば、図1の符号Dで示される長さ)、層厚が10nmを超える範囲ではミクロトームにより作成した培養基材の超薄切片を用いて断面像を透過型電子顕微鏡によって測定し、無作為に選んだ10点の該距離を測定し、平均することで算出することができる。また、層厚が10nm以下の範囲ではエリプソメーターを用いて測定することができる。 In the present invention, the ratio of the average surface roughness / layer thickness of the layer made of the temperature-responsive polymer is 0.5 or more. When the ratio of the average surface roughness / layer thickness of the layer made of the temperature-responsive polymer is 0.5 or more, the culture substrate of the present invention has pluripotent stem cell proliferation and cooling exfoliation. If the average roughness / layer thickness ratio is less than 0.5, it does not have pluripotent stem cell proliferation or does not have cold exfoliation. Since it is suitable for enhancing the cooling releasability of pluripotent stem cells, the ratio of the average surface roughness / layer thickness is more preferably 0.6 or more, particularly preferably 0.7 or more, and 0. 9 or more is most preferable. Here, in the present invention, the “average roughness” of the surface of the layer made of the temperature-responsive polymer refers to the average height of the contour curve obtained according to JIS B0601: 2013 (for example, the length indicated by the symbol H in FIG. 1). ) Is shown, an atomic force microscope image of a representative surface of the culture substrate is measured, and the roughness is calculated by obtaining an average height of 1 μm as a reference length in 10 randomly selected roughness curves. be able to. In the present invention, the “layer thickness” of the layer made of the temperature-responsive polymer refers to the surface from the interface between the substrate and the layer made of the temperature-responsive polymer to the peak of the surface structure of the layer made of the temperature-responsive polymer. It indicates the length in the outward direction (for example, the length indicated by symbol D in FIG. 1), and in the range where the layer thickness exceeds 10 nm, the cross-sectional image is obtained by transmission electron microscopy using an ultrathin section of a culture substrate prepared by a microtome. The distance can be calculated by measuring with a microscope, measuring the distances of ten randomly selected points, and averaging the distances. When the layer thickness is in the range of 10 nm or less, it can be measured using an ellipsometer.
ここで、温度応答性高分子による層の平均粗さ/層厚の比は、応答温度応答温度水中に培養基材を24時間以上浸漬し、エアーを吹きつける等により急速に乾燥させた試料について、前述の方法により測定することができる。 Here, the ratio of the average roughness / layer thickness of the layer made of the temperature-responsive polymer is determined by immersing the culture substrate in the response temperature-responsive temperature water for 24 hours or more, and drying the sample rapidly by blowing air or the like. Can be measured by the method described above.
本発明において、応答温度以上の温度における温度応答性高分子による層の平均粗さ/層厚の比と、応答温度未満の温度における温度応答性高分子による層の平均粗さ/層厚の比の差が、0.1以上1以下であることが好ましい。応答温度以上の温度と応答温度未満の温度における温度応答性高分子による層の平均粗さ/層厚の比が異なることにより、多能性幹細胞の冷却剥離性を高めることができる。多能性幹細胞の冷却剥離性を高めるのに好適であることから、応答温度以上の温度と応答温度未満の温度における温度応答性高分子による層の平均粗さ/層厚の比の差が0.3以上であることがさらに好ましく、0.5以上であることが特に好ましく、0.7以上であることが最も好ましい。 In the present invention, the ratio of the average roughness / layer thickness of the layer by the temperature-responsive polymer at a temperature equal to or higher than the response temperature and the ratio of the average roughness / layer thickness of the layer by the temperature-responsive polymer at a temperature lower than the response temperature Is preferably 0.1 or more and 1 or less. When the ratio of the average roughness / layer thickness of the layer made of the temperature-responsive polymer at a temperature equal to or higher than the response temperature and a temperature lower than the response temperature is different, it is possible to enhance the releasability of the pluripotent stem cells upon cooling. Since it is suitable for enhancing the cooling exfoliation property of pluripotent stem cells, the difference in the ratio of the average roughness / layer thickness of the layer by the temperature-responsive polymer at a temperature equal to or higher than the response temperature and a temperature lower than the response temperature is zero. 0.3 or more, more preferably 0.5 or more, and most preferably 0.7 or more.
本発明において、温度応答性高分子による層の粗さ曲線要素の平均長さ(例えば、図1の符号Lで示される長さ)が1μm以下であることが好ましい。温度応答性高分子による層の粗さ曲線要素の平均長さが1μm以下であることにより、多能性幹細胞を均一に培養することが可能であり、また、冷却剥離性を高めることができる。多能性幹細胞を均一に培養し、また、冷却剥離性を高めるのに好適であることから、平均長さが0.8μm以下であることがさらに好ましく、0.6μm以下であることが特に好ましく、0.4μm以下が最も好ましい。ここで、本発明において、温度応答性高分子による層の「粗さ曲線要素の平均長さ」とは、JIS B0601:2013に従って求めた輪郭曲線の平均長さを示し、例えば、培養基材の代表的な表面の原子間力顕微鏡像を測定し、無作為に選んだ10点の粗さ曲線において、1μmを基準長さとして平均長さを求めることで算出することができる。 In the present invention, it is preferable that the average length (for example, the length indicated by the symbol L in FIG. 1) of the roughness curve element of the layer made of the temperature-responsive polymer is 1 μm or less. When the average length of the roughness curve element of the layer made of the temperature-responsive polymer is 1 μm or less, the pluripotent stem cells can be uniformly cultured, and the cooling exfoliation property can be enhanced. The pluripotent stem cells are uniformly cultured, and, because they are suitable for enhancing the cooling detachment, the average length is more preferably 0.8 μm or less, particularly preferably 0.6 μm or less. , 0.4 μm or less. Here, in the present invention, the “average length of a roughness curve element” of a layer made of a temperature-responsive polymer indicates the average length of a contour curve determined according to JIS B0601: 2013. It can be calculated by measuring an atomic force microscope image of a representative surface and calculating an average length with 1 μm as a reference length in ten randomly selected roughness curves.
本発明において、多能性幹細胞増殖性及び剥離性を高めるのに好適であることから、温度応答性高分子による層が、層厚5〜1000nmを有することが好ましく、5〜200nmがさらに好ましく、20〜100nmが特に好ましく、35〜80nmが最も好ましい。 In the present invention, a layer made of a temperature-responsive polymer preferably has a layer thickness of 5 to 1000 nm, more preferably 5 to 200 nm, because it is suitable for enhancing pluripotent stem cell proliferation and detachability. Particularly preferred is 20 to 100 nm, most preferably 35 to 80 nm.
本発明において、温度応答性高分子による層の表面構造が、温度応答性高分子の相分離構造に由来するものであることが好ましい。温度応答性高分子による層の表面構造が、温度応答性高分子の相分離構造に由来するものであることにより、人工的にパターニングにより表面構造を形成した場合と比較して、表面構造の繰り返しにつなぎ目がないことで培養基材の全ての領域で均一に多能性幹細胞を培養するのに好適であり、また、培養基材の量産性を高めるのにも好適である。温度応答性高分子の相分離に由来する表面構造の形成方法には特に限定はないが、例えば、温度応答性高分子を基材に塗工する際に相分離させる方法、培養温度において相分離する温度応答性高分子を塗工する方法等を挙げることができる。 In the present invention, the surface structure of the layer made of the temperature-responsive polymer is preferably derived from the phase-separated structure of the temperature-responsive polymer. Because the surface structure of the layer made of the temperature-responsive polymer is derived from the phase-separated structure of the temperature-responsive polymer, the repetition of the surface structure is more complicated than when the surface structure is artificially patterned. The absence of seams is suitable for uniformly culturing pluripotent stem cells in all regions of the culture substrate, and is also suitable for increasing the productivity of the culture substrate. The method for forming the surface structure derived from the phase separation of the temperature-responsive polymer is not particularly limited. For example, a method of performing phase separation when applying the temperature-responsive polymer to a substrate, For example, a method of applying a temperature-responsive polymer to be used.
本発明において、温度応答性高分子による層の表面構造の形状に特に限定はなく、ライン状や皺状構造、ドット状、海島状、穴構造等、いずれも利用可能である。培養基材の全面で多能性幹細胞を均一に培養するのに好適であることから、皺状構造又は海島状構造、穴構造が好ましい。 In the present invention, the shape of the surface structure of the layer made of the temperature-responsive polymer is not particularly limited, and any of a line shape, a wrinkle structure, a dot shape, a sea-island shape, a hole structure, and the like can be used. Since it is suitable for uniformly culturing pluripotent stem cells over the entire surface of the culture substrate, a wrinkled structure, a sea-island-like structure, or a hole structure is preferable.
本発明において、下記試験によるラミニン吸着率が10%以上であることが好ましい。 In the present invention, the laminin adsorption rate in the following test is preferably 10% or more.
リン酸緩衝生理食塩水1mLに対して0.5mg/mLの濃度のラミニン511−E8フラグメント溶液を2〜2.5μL添加した溶液を、培養基材の単位面積当たりの量で0.2mL/cm2基材上に滴下し、37℃で24時間静置した時、下記式より求めたラミニン吸着率。 A solution obtained by adding 2 to 2.5 μL of a laminin 511-E8 fragment solution at a concentration of 0.5 mg / mL to 1 mL of phosphate buffered saline was added in an amount of 0.2 mL / cm per unit area of the culture substrate. 2 Laminin adsorption rate calculated from the following formula when dropped on a substrate and allowed to stand at 37 ° C. for 24 hours.
ラミニン吸着率が10%以上であることにより、多能性幹細胞増殖性を高めることができる。また、多能性幹細胞増殖性を高めるのに好適であることから、ラミニン吸着率が20%以上であることがさらに好ましく、30%以上であることが特に好ましく、40%以上であることが最も好ましい。 When the laminin adsorption rate is 10% or more, multipotent stem cell proliferation can be enhanced. Further, since it is suitable for enhancing the pluripotent stem cell proliferation, the laminin adsorption rate is more preferably 20% or more, particularly preferably 30% or more, and most preferably 40% or more. preferable.
本発明において、前記温度応答性高分子の種類としては特に限定はないが、基材に被覆されたブロック共重合体、アジド基等の反応性基を介して基材に固定化された共重合体を好適に用いることができる。 In the present invention, the type of the temperature-responsive polymer is not particularly limited, but a block copolymer coated on the substrate, a copolymer immobilized on the substrate via a reactive group such as an azide group, or the like. Coalescence can be suitably used.
本発明において、前記温度応答性高分子は、下記(A)及び(B)のブロックセグメントを含有するブロック共重合体であることが好ましい。
(A)応答温度が0℃〜80℃の範囲にある温度応答性重合体ブロックセグメント。
(B)水不溶性を有するブロックセグメント。
In the present invention, the temperature-responsive polymer is preferably a block copolymer containing the following block segments (A) and (B).
(A) A temperature-responsive polymer block segment having a response temperature in the range of 0 ° C to 80 ° C.
(B) A water-insoluble block segment.
ブロック共重合体がブロックセグメント(A)を含有することにより、本発明の培養基材に体温付近で多能性幹細胞増殖性を付与しやすく、また、細胞にダメージを与えない温度域に冷却剥離性を付与しやすい。 When the block copolymer contains the block segment (A), the culture substrate of the present invention can easily impart pluripotent stem cell proliferation near body temperature, and can be cooled and peeled to a temperature range that does not damage cells. Easy to impart properties.
ここで、本発明において「ブロックセグメント(A)のLCST」と表記した場合は、ブロックセグメント(A)を構成する繰り返し単位のみからなるホモポリマーのLCSTを示す。ブロックセグメント(A)のLCSTは前記ホモポリマーが水に不溶化する温度であり、例えば、前記ホモポリマーを0.6wt%溶解させた水溶液において、1℃/分の速度で水溶液を昇温しながら、波長500nmの光の透過率を測定することで求めることができる。低温からLCSTに到達するまでは概ね一定の透過率を示すが、LCST付近で白濁するため透過率が急激に低下し、その後は透過率が再び概ね一定となる曲線が得られる(例えば、図2)。この曲線において、LCST未満の温度における透過率と、LCST以上の温度における透過率の平均値の透過率となる温度を求めることにより(中点法)、LCSTを求めることができる。測定する温度範囲はLCST未満の温度で透過率が概ね一定となる5℃以上の温度域を含み、さらにLCST以上の温度で透過率が一定となる5℃以上の温度域を含む範囲である。 Here, in the present invention, the expression “LCST of the block segment (A)” indicates an LCST of a homopolymer composed of only the repeating units constituting the block segment (A). The LCST of the block segment (A) is a temperature at which the homopolymer is insolubilized in water. For example, in an aqueous solution in which the homopolymer is dissolved at 0.6 wt%, while heating the aqueous solution at a rate of 1 ° C./min, It can be determined by measuring the transmittance of light having a wavelength of 500 nm. From the low temperature until the LCST is reached, the transmittance is substantially constant, but the transmittance becomes sharply reduced due to cloudiness near the LCST, and thereafter, a curve is obtained in which the transmittance is substantially constant again (for example, FIG. 2). ). In this curve, the LCST can be obtained by calculating the temperature at which the transmittance at a temperature lower than the LCST and the transmittance of the average value of the transmittance at the temperature equal to or higher than the LCST (middle point method). The temperature range to be measured includes a temperature range of 5 ° C. or higher where the transmittance is substantially constant at a temperature lower than the LCST, and further includes a temperature range of 5 ° C. or higher where the transmittance is constant at a temperature of the LCST or higher.
また、本発明のブロック共重合体が水不溶性ブロックセグメントを有する場合は、水に不溶であるが、温度変化によって親水性/疎水性の程度が変化する温度を求めることにより、応答温度を測定することができる。例えば、ブロック共重合体が被覆された基材を水に浸漬し、水中における気泡の接触角を測定することにより、ブロック共重合体の親水性/疎水性の程度を測定する。次に、水の温度を変化させることにより、ブロック共重合体の温度を変化させ、温度が安定化するまで待った後に、再度気泡の接触角を測定することで、種々の温度における接触角を求める。応答温度未満では気泡の接触角が大きな値(対水接触角が小さな値)で概ね一定であるが、応答温度を境に気泡の接触角が小さな値(対水接触角が大きな値)となり、応答温度以上では概ね一定となる曲線が得られる(例えば、図3)。この曲線において、応答温度未満の温度における接触角と、応答温度以上の温度における接触角の平均値の接触角となる温度を求めることにより(中点法)、応答温度を求めることができる。測定する温度範囲は応答温度未満の温度で接触角が概ね一定となる10℃以上の温度域を含み、さらに応答温度以上の温度で接触角が概ね一定となる10℃以上の温度域を含む範囲である。 When the block copolymer of the present invention has a water-insoluble block segment, the response temperature is measured by determining the temperature at which the degree of hydrophilicity / hydrophobicity is insoluble in water but changes with temperature. be able to. For example, the degree of hydrophilicity / hydrophobicity of the block copolymer is measured by immersing the substrate coated with the block copolymer in water and measuring the contact angle of bubbles in water. Next, by changing the temperature of water, the temperature of the block copolymer is changed, and after waiting for the temperature to stabilize, the contact angles at various temperatures are obtained by measuring the contact angles of the bubbles again. . Below the response temperature, the contact angle of the bubbles is generally constant at a large value (the contact angle with water is small), but the contact angle of the bubbles is small at the boundary of the response temperature (the contact angle with water is large) Above the response temperature, a substantially constant curve is obtained (for example, FIG. 3). In this curve, the response temperature can be obtained by calculating the temperature that is the contact angle of the average value of the contact angle at a temperature lower than the response temperature and the contact angle at a temperature higher than the response temperature (middle point method). The temperature range to be measured includes a temperature range of 10 ° C. or higher where the contact angle is substantially constant at a temperature lower than the response temperature, and further includes a temperature range of 10 ° C. or higher where the contact angle is substantially constant at a temperature higher than the response temperature. It is.
温度応答性高分子の応答温度の制御法として代表的なものに、共重合するモノマーの性質と、その共重合率を調整するものがある。温度応答性高分子に親水性のモノマーを共重合したものは、その組成の増加とともに応答温度は高温側にシフトする。一方、温度応答性高分子に疎水性のモノマーを共重合したものは、その組成の増加とともに応答温度は低温側にシフトする。このような観点から、ブロックセグメント(A)の好適なLCSTは共重合させるブロックセグメント(B)のモノマーの性質によって変化するが、温度応答性高分子の応答温度を0〜50℃とするのに好適であることから、ブロックセグメント(A)のLCSTとしては、好ましくは10〜75℃、さらに好ましくは10〜60℃、特に好ましくは20〜50℃である。 As a typical method for controlling the response temperature of a temperature-responsive polymer, there is a method of adjusting the property of a monomer to be copolymerized and the copolymerization rate. In the case where a hydrophilic monomer is copolymerized with a temperature-responsive polymer, the response temperature shifts to a higher temperature as the composition increases. On the other hand, in the case where a hydrophobic monomer is copolymerized with a temperature-responsive polymer, the response temperature shifts to a lower temperature side as the composition increases. From such a viewpoint, the preferred LCST of the block segment (A) varies depending on the nature of the monomer of the block segment (B) to be copolymerized. From the viewpoint of suitability, the LCST of the block segment (A) is preferably 10 to 75 ° C, more preferably 10 to 60 ° C, and particularly preferably 20 to 50 ° C.
前記ブロックセグメント(A)を構成する単量体単位としては特に制限はないが、例えば、アクリルアミド、メタクリルアミド等の(メタ)アクリルアミド化合物;N,N−ジエチルアクリルアミド、N−エチルアクリルアミド、N−n−プロピルアクリルアミド、N−n−プロピルメタクリルアミド、N−イソプロピルアクリルアミド、N−イソプロピルメタクリルアミド、N−シクロプロピルアクリルアミド、N−シクロプロピルメタクリルアミド、N−エトキシエチルアクリルアミド、N−エトキシエチルメタクリルアミド、N−テトラヒドロフルフリルアクリルアミド、N−テトラヒドロフルフリルメタクリルアミド等のN−アルキル置換(メタ)アクリルアミド誘導体;N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−エチルメチルアクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルアミド等のN,N−ジアルキル置換(メタ)アクリルアミド誘導体;1−(1−オキソ−2−プロペニル)−ピロリジン、1−(1−オキソ−2−プロペニル)−ピペリジン、4−(1−オキソ−2−プロペニル)−モルホリン、1−(1−オキソ−2−メチル−2−プロペニル)−ピロリジン、1−(1−オキソ−2−メチル−2−プロペニル)−ピペリジン、4−(1−オキソ−2−メチル−2−プロペニル)−モルホリン等の環状基を有する(メタ)アクリルアミド誘導体;メチルビニルエーテル等のビニルエーテル;N−プロリンメチルエステルアクリルアミド等のプロリン誘導体を挙げることができ、ブロック共重合体の応答温度を0〜50℃とするのに好適であることから、N,N−ジエチルアクリルアミド、N−n−プロピルアクリルアミド、N−イソプロピルアクリルアミド、N−n−プロピルメタクリルアミド、N−エトキシエチルアクリルアミド、N−テトラヒドロフルフリルアクリルアミド、N−テトラヒドロフルフリルメタクリルアミドが好ましく、N−n−プロピルアクリルアミド、N−イソプロピルアクリルアミドがさらに好ましく、N−イソプロピルアクリルアミドが特に好ましい。また、培養操作における培地交換の際に室温の培地を用いる場合においては、ブロック共重合体の応答温度を室温よりも低い温度とするのに好適であることから、N−イソプロピルアクリルアミド、N−プロリンメチルエステルアクリルアミドが好ましい。 The monomer unit constituting the block segment (A) is not particularly limited, and examples thereof include (meth) acrylamide compounds such as acrylamide and methacrylamide; N, N-diethylacrylamide, N-ethylacrylamide, and Nn -Propylacrylamide, Nn-propylmethacrylamide, N-isopropylacrylamide, N-isopropylmethacrylamide, N-cyclopropylacrylamide, N-cyclopropylmethacrylamide, N-ethoxyethylacrylamide, N-ethoxyethylmethacrylamide, N N-alkyl-substituted (meth) acrylamide derivatives such as -tetrahydrofurfurylacrylamide and N-tetrahydrofurfuryl methacrylamide; N, N-dimethyl (meth) acrylamide, N, N-ethyl N, N-dialkyl-substituted (meth) acrylamide derivatives such as tylacrylamide and N, N-diethylacrylamide; 1- (1-oxo-2-propenyl) -pyrrolidine, 1- (1-oxo-2-propenyl) -piperidine , 4- (1-oxo-2-propenyl) -morpholine, 1- (1-oxo-2-methyl-2-propenyl) -pyrrolidine, 1- (1-oxo-2-methyl-2-propenyl) -piperidine And (meth) acrylamide derivatives having a cyclic group such as 4- (1-oxo-2-methyl-2-propenyl) -morpholine; vinyl ethers such as methyl vinyl ether; and proline derivatives such as N-proline methyl ester acrylamide. It is preferable to set the response temperature of the block copolymer to 0 to 50 ° C. N-diethylacrylamide, Nn-propylacrylamide, N-isopropylacrylamide, Nn-propylmethacrylamide, N-ethoxyethylacrylamide, N-tetrahydrofurfurylacrylamide, N-tetrahydrofurfurylmethacrylamide is preferred, and N- N-propylacrylamide and N-isopropylacrylamide are more preferable, and N-isopropylacrylamide is particularly preferable. Further, when a medium at room temperature is used for medium exchange in the culturing operation, N-isopropylacrylamide and N-proline are preferable because the response temperature of the block copolymer is suitable to be lower than room temperature. Methyl ester acrylamide is preferred.
本発明において、ブロック共重合体がブロックセグメント(B)を含有することにより、培養液への温度応答性高分子の混入を抑制しやすく、好ましい。前記ブロックセグメント(B)を構成する単量体単位としては特に制限はないが、例えば、2−ヒドロキシフェニルアクリレート、2−ヒドロキシフェニルメタクリレート、3−ヒドロキシフェニルアクリレート、3−ヒドロキシフェニルメタクリレート、4−ヒドロキシフェニルアクリレート、4−ヒドロキシフェニルメタクリレート、N−(2−ヒドロキシフェニル)アクリルアミド、N−(2−ヒドロキシフェニル)メタクリルアミド、N−(3−ヒドロキシフェニル)アクリルアミド、N−(3−ヒドロキシフェニル)メタクリルアミド、N−(4−ヒドロキシフェニル)アクリルアミド、N−(4−ヒドロキシフェニル)メタクリルアミド、スチレン、n−ブチルアクリレート、n−ブチルメタクリレート、イソブチルアクリレート、イソブチルメタクリレート、t−ブチルアクリレート、t−ブチルメタクリレート、n−ヘキシルアクリレート、n−ヘキシルメタクリレート、n−オクチルアクリレート、n−オクチルメタクリレート、n−デシルアクリレート、n−デシルメタクリレート、n−ドデシルアクリレート、n−ドデシルメタクリレート、n−テトラデシルアクリレート、n−テトラデシルメタクリレート等の疎水性の単量体単位;4−アジドフェニルアクリレート、4−アジドフェニルメタクリレート、2−((4−アジドベンゾイル)オキシ)エチルアクリレート、2−((4−アジドベンゾイル)オキシ)エチルメタクリレート等の反応性基を有する単量体単位を挙げることができる。 In the present invention, when the block copolymer contains the block segment (B), it is easy to suppress the incorporation of a temperature-responsive polymer into the culture solution, which is preferable. The monomer unit constituting the block segment (B) is not particularly limited, and for example, 2-hydroxyphenyl acrylate, 2-hydroxyphenyl methacrylate, 3-hydroxyphenyl acrylate, 3-hydroxyphenyl methacrylate, 4-hydroxy Phenyl acrylate, 4-hydroxyphenyl methacrylate, N- (2-hydroxyphenyl) acrylamide, N- (2-hydroxyphenyl) methacrylamide, N- (3-hydroxyphenyl) acrylamide, N- (3-hydroxyphenyl) methacrylamide , N- (4-hydroxyphenyl) acrylamide, N- (4-hydroxyphenyl) methacrylamide, styrene, n-butyl acrylate, n-butyl methacrylate, isobutyl acrylate , Isobutyl methacrylate, t-butyl acrylate, t-butyl methacrylate, n-hexyl acrylate, n-hexyl methacrylate, n-octyl acrylate, n-octyl methacrylate, n-decyl acrylate, n-decyl methacrylate, n-dodecyl acrylate, n Hydrophobic monomer units such as -dodecyl methacrylate, n-tetradecyl acrylate, n-tetradecyl methacrylate; 4-azidophenyl acrylate, 4-azidophenyl methacrylate, 2-((4-azidobenzoyl) oxy) ethyl acrylate And a monomer unit having a reactive group such as 2-((4-azidobenzoyl) oxy) ethyl methacrylate.
本発明において、ブロックセグメント(B)はまた、ブロック共重合体の応答温度を制御する繰り返し単位を含んでいてもよい。ブロック共重合体の応答温度を制御する繰り返し単位としては、親水性又は疎水性の成分を挙げることができ、特に限定はないが例えば、2−ジメチルアミノエチルアクリレート、2−ジメチルアミノエチルメタクリレート、2−ジエチルアミノエチルアクリレート、2−ジエチルアミノエチルメタクリレート、N−[3−(ジメチルアミノ)プロピル]アクリルアミド等のアミノ基を有するもの;N−(3−スルホプロピル)−N−メタクロイルオキシエチル−N,N−ジメチルアンモニウムベタイン、N−メタクリロイルオキシエチル−N、N−ジメチルアンモニウム−α−N−メチルカルボキシベタイン等のベタインを有するもの;ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、N−(2−ヒドロキシエチル)アクリルアミド、ポリエチレングリコールモノアクリレート、ポリエチレングリコールモノメタクリレート、ポリプロピレングリコールモノアクリレート、ポリプロピレングリコールモノメタクリレート、メトキシポリエチレングリコールモノアクリレート、メトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアクリレート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルメタクリレート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアクリレート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルメタクリレート、2−メトキシエチルアクリレート、2−メトキシエチルメタクリレート、2−エトキシエチルアクリレート、2−エトキシエチルメタクリレート、3−ブトキシエチルアクリレート、3−ブトキシエチルメタクリレート、3−ブトキシエチルアクリルアミド、フルフリルアクリレート、フルフリルメタクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート等のポリエチレングリコール基、メトキシエチル基を有するもの;メトキシメチルアクリレート、メトキシメチルメタクリレート、2−エトキシメチルアクリレート、2−エトキシメチルメタクリレート、3−ブトキシメチルアクリレート、3−ブトキシメチルメタクリレート、3−ブトキシメチルアクリルアミド等のアクリレート基を有するもの;2−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン、2−アクリロイルオキシエチルホスホリルコリン、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルホスホリルコリン、4−(メタ)アクリロイルオキシブチルホスホリルコリン、6−(メタ)アクリロイルオキシヘキシルホスホリルコリン、10−(メタ)アクリロイルオキシデシルホスホリルコリン、ω−(メタ)アクリロイル(ポリ)オキシエチレンホスホリルコリン、2−アクリルアミドエチルホスホリルコリン、3−アクリルアミドプロピルホスホリルコリン、4−アクリルアミドブチルホスホリルコリン、6−アクリルアミドヘキシルホスホリルコリン、10−アクリルアミドデシルホスホリルコリン、ω−(メタ)アクリルアミド(ポリ)オキシエチレンホスホリルコリン等のホスホリルコリン基を有するものを挙げることができる。 In the present invention, the block segment (B) may also contain a repeating unit for controlling the response temperature of the block copolymer. Examples of the repeating unit for controlling the response temperature of the block copolymer include a hydrophilic or hydrophobic component, and are not particularly limited. Examples thereof include 2-dimethylaminoethyl acrylate, 2-dimethylaminoethyl methacrylate, Those having an amino group such as -diethylaminoethyl acrylate, 2-diethylaminoethyl methacrylate, N- [3- (dimethylamino) propyl] acrylamide; N- (3-sulfopropyl) -N-methacryloyloxyethyl-N, N Those having betaines such as -dimethylammonium betaine, N-methacryloyloxyethyl-N, N-dimethylammonium-α-N-methylcarboxybetaine; hydroxyethyl acrylate, hydroxyethyl methacrylate, N- (2-hydroxyethyl) amine Lilamide, polyethylene glycol monoacrylate, polyethylene glycol monomethacrylate, polypropylene glycol monoacrylate, polypropylene glycol monomethacrylate, methoxypolyethylene glycol monoacrylate, methoxypolyethylene glycol monomethacrylate, diethylene glycol monomethyl ether acrylate, diethylene glycol monomethyl ether methacrylate, diethylene glycol monoethyl ether acrylate, Diethylene glycol monoethyl ether methacrylate, 2-methoxyethyl acrylate, 2-methoxyethyl methacrylate, 2-ethoxyethyl acrylate, 2-ethoxyethyl methacrylate, 3-butoxyethyl acrylate, 3-butoxy Ethyl methacrylate, 3-butoxyethyl acrylamide, furfuryl acrylate, furfuryl methacrylate, tetrahydrofurfuryl acrylate, tetrahydrofurfuryl methacrylate, etc. having a polyethylene glycol group or a methoxyethyl group; methoxymethyl acrylate, methoxymethyl methacrylate, 2-ethoxy Those having an acrylate group such as methyl acrylate, 2-ethoxymethyl methacrylate, 3-butoxymethyl acrylate, 3-butoxymethyl methacrylate, 3-butoxymethyl acrylamide; 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine, 2-acryloyloxyethyl phosphorylcholine, 3- (Meth) acryloyloxypropyl phosphorylcholine, 4- (meth) acryloyl Xyloxybutyl phosphorylcholine, 6- (meth) acryloyloxyhexyl phosphorylcholine, 10- (meth) acryloyloxydecyl phosphorylcholine, ω- (meth) acryloyl (poly) oxyethylene phosphorylcholine, 2-acrylamidoethyl phosphorylcholine, 3-acrylamidopropylphosphorylcholine, Examples thereof include those having a phosphorylcholine group such as -acrylamidobutylphosphorylcholine, 6-acrylamidohexylphosphorylcholine, 10-acrylamidodecylphosphorylcholine, and ω- (meth) acrylamide (poly) oxyethylenephosphorylcholine.
本発明における(A)及び(B)のブロックセグメントを含有するブロック共重合体の構造は特に限定されるものではないが、少なくとも(A)及び(B)のブロックセグメントを含有するジブロック共重合体であることが好ましい。また、ブロックセグメント(A)とブロックセグメント(B)は直接結合していてもよいし、スペーサーを介して結合していてもよい。なお、ブロックセグメント(B)を構成する繰り返し単位が2種類以上の場合、それらの配列はブロック配列であってもよいし、ランダム配列、交互配列であってもよい。 Although the structure of the block copolymer containing the block segments (A) and (B) in the present invention is not particularly limited, a diblock copolymer containing at least the block segments (A) and (B) is used. It is preferred that they are united. Further, the block segment (A) and the block segment (B) may be directly bonded, or may be bonded via a spacer. When two or more types of repeating units constitute the block segment (B), their arrangement may be a block arrangement, a random arrangement, or an alternating arrangement.
本発明における(A)及び(B)のブロックセグメントを含有するブロック共重合体中のブロックセグメント(A)の構成単位比率は、多能性幹細胞の冷却剥離性を高める観点から、好ましくは40〜99wt%であり、さらに好ましくは60〜99wt%であり、特に好ましくは80〜99wt%であり、最も好ましくは90wt%を超えるものである。一方で、ブロック共重合体の水不溶性を高める観点から、ブロックセグメント(B)の構成単位比率は、好ましくは1〜50wt%であり、好ましくは1〜25wt%であり、さらに好ましくは3〜15wt%であり、最も好ましくは5〜15wt%である。 In the present invention, the ratio of the constitutional unit of the block segment (A) in the block copolymer containing the block segments (A) and (B) is preferably from 40 to from the viewpoint of enhancing the cooling releasability of the pluripotent stem cells. It is 99 wt%, more preferably 60-99 wt%, particularly preferably 80-99 wt%, and most preferably more than 90 wt%. On the other hand, from the viewpoint of increasing the water insolubility of the block copolymer, the structural unit ratio of the block segment (B) is preferably 1 to 50 wt%, preferably 1 to 25 wt%, more preferably 3 to 15 wt%. %, Most preferably 5 to 15 wt%.
本発明における温度応答性高分子の分子量としては特に制限はないが、ブロック共重合体の強度を高めるのに好適のため、数平均分子量で1000〜100万であることが好ましく、2000〜50万であることがさらに好ましく、5000〜30万であることが特に好ましく、1万〜20万であることが最も好ましい。 The molecular weight of the temperature-responsive polymer in the present invention is not particularly limited, but is preferably 1,000 to 1,000,000 in number average molecular weight, and 2000 to 500,000 in order to enhance the strength of the block copolymer. Is more preferable, it is particularly preferably 5,000 to 300,000, and most preferably 10,000 to 200,000.
本発明における温度応答性高分子は、必要に応じて連鎖移動剤や重合開始剤、重合禁止剤等を含んでいてもよい。連鎖移動剤としては特に制限はなく、一般に使用されるものを好適に用いることができるが、例えば、ジチオベンゾエート、トリチオカルボナート、4−シアノ−4−[(ドデシルスルフォニルチオカルボニル)スルフォニル]ペンタノイックアシッド、2−シアノプロパン−2−イル N−メチル−N−(ピリジン−4−イル)カルバモジチオアート、2−プロピオン酸メチルメチル(4−ピリジニル)カルバモジチオアートを挙げることができる。また、重合開始剤としては特に制限はなく、一般に使用されるものを好適に用いることができるが、例えば、アゾビスイソブチロニトリル、1,1’−アゾビス(シクロヘキサンカルボニトリル)、ジ−tert−ブチルペルオキシド、tert−ブチルヒドロペルオキシド、過酸化水素、ペルオキソ二硫酸カリウム、過酸化ベンゾイル、トリエチルボラン、ジエチル亜鉛等を挙げることができる。さらに、重合禁止剤としては特に制限はなく、一般に使用されるものを好適に用いることができるが、ヒドロキノン、p−メトキシフェノール、トリフェニルフェルダジル、2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−1−オキシル、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジニル−1−オキシル等を挙げることができる。 The temperature-responsive polymer in the present invention may contain a chain transfer agent, a polymerization initiator, a polymerization inhibitor, and the like, if necessary. The chain transfer agent is not particularly limited and generally used ones can be suitably used. For example, dithiobenzoate, trithiocarbonate, 4-cyano-4-[(dodecylsulfonylthiocarbonyl) sulfonyl] pentane Neuac Acid, 2-cyanopropan-2-yl N-methyl-N- (pyridin-4-yl) carbamodithioate, methylmethyl 2-propionate (4-pyridinyl) carbamodithioate can be exemplified. . The polymerization initiator is not particularly limited, and generally used ones can be suitably used. Examples thereof include azobisisobutyronitrile, 1,1′-azobis (cyclohexanecarbonitrile), and di-tert. -Butyl peroxide, tert-butyl hydroperoxide, hydrogen peroxide, potassium peroxodisulfate, benzoyl peroxide, triethylborane, diethylzinc and the like. Further, the polymerization inhibitor is not particularly limited and generally used ones can be suitably used. Examples thereof include hydroquinone, p-methoxyphenol, triphenylferdazyl, 2,2,6,6-tetramethylpiperidyl. Nyl-1-oxyl, 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyl-1-oxyl and the like can be mentioned.
本発明における温度応答性高分子の合成方法としては、特に限定はないが、株式会社エヌ・ティー・エス発行、“ラジカル重合ハンドブック”、p.161〜225(2010)に記載のリビングラジカル重合技術を用いることができる。 The method for synthesizing the temperature-responsive polymer in the present invention is not particularly limited, and is disclosed in "Radical Polymerization Handbook", published by NTT Corporation, p. 161 to 225 (2010).
本発明において、温度応答性高分子の種類に特に限定はないが、被覆にばらつきを生じず、培養される多能性幹細胞の状態を均一にするのに好適であることから、1種類のブロック共重合体、又は2種類のブロック共重合体の混合物であることが好ましく、1種類のブロック共重合体であることがさらに好ましい。ここで、本発明において「温度応答性高分子の種類」については、ブロック共重合体を構成する全てのブロックが同一の場合に同一種類のブロック共重合体と見なす。ここで、ブロックが同一であるとは、ブロックが主に1種類の単量体単位で構成される場合には、wt%比で最も多く含まれる単量体単位が同一の場合を示し、また、ブロックが2種類以上の単量体単位によって構成される場合には、wt%比が多い上位2つの単量体単位が同一の場合を示す。培養される多能性幹細胞の状態を均一にするのにより好適であることから、各ブロックの多分散度(重量平均分子量Mw/数平均分子量Mn)が1〜20であることが好ましく、1〜10であることがさらに好ましく、1〜5であることが特に好ましく、1〜2であることが最も好ましい。 In the present invention, the type of the temperature-responsive polymer is not particularly limited, but does not cause variation in the coating, and is suitable for making the state of the pluripotent stem cells to be cultured uniform. It is preferably a copolymer or a mixture of two types of block copolymers, and more preferably one type of block copolymer. Here, in the present invention, the “type of temperature-responsive polymer” is regarded as the same type of block copolymer when all the blocks constituting the block copolymer are the same. Here, the term "block is the same" means that when the block is mainly composed of one type of monomer unit, the case where the most frequently contained monomer unit in the wt% ratio is the same, When the block is composed of two or more types of monomer units, the case where the upper two monomer units having a large wt% ratio are the same is shown. Since it is more preferable to make the state of the cultured pluripotent stem cells uniform, the polydispersity (weight average molecular weight M w / number average molecular weight M n ) of each block is preferably 1 to 20, It is more preferably from 1 to 10, particularly preferably from 1 to 5, and most preferably from 1 to 2.
本発明において、温度応答性高分子の多能性幹細胞への混入を抑制するのに好適であることから、温度応答性高分子が含有する数平均分子量5000以下の温度応答性高分子が、50%以下であることが好ましく、30%以下であることがさらに好ましく、10%以下であることが特に好ましく、5%以下であることが最も好ましい。温度応答性高分子が含有する数平均分子量5000以下の温度応答性高分子の量の測定には特に限定はないが、例えばゲル浸透クロマトグラフィーにより測定することができる。 In the present invention, since the temperature-responsive polymer is suitable for suppressing contamination of the pluripotent stem cells, the temperature-responsive polymer has a number average molecular weight of 5,000 or less, %, More preferably 30% or less, particularly preferably 10% or less, most preferably 5% or less. The amount of the temperature-responsive polymer having a number-average molecular weight of 5000 or less contained in the temperature-responsive polymer is not particularly limited, but can be measured, for example, by gel permeation chromatography.
本発明において、前記温度応答性高分子による層は、必要に応じて生体由来物質を有していてもよい。前記生体由来物質としては特に限定はないが、例えば、マトリゲル、ラミニン、ビトロネクチン、フィブロネクチン、コラーゲンを挙げることができる。これら生体由来物質は、天然物であってもよく、遺伝子組み換え技術等で人工的に合成したものであってもよく、制限酵素等で切断した断片や、これら生体由来物質をベースとした合成タンパク質あるいは合成ペプチドであっても良い。 In the present invention, the layer made of the temperature-responsive polymer may have a biological substance as needed. The biological substance is not particularly limited, and examples thereof include Matrigel, laminin, vitronectin, fibronectin, and collagen. These biological substances may be natural products, artificially synthesized by genetic recombination technology or the like, fragments cut with restriction enzymes or the like, or synthetic proteins based on these biological substances. Alternatively, it may be a synthetic peptide.
本発明において、前記マトリゲルとしては、入手容易性から、市販品としては例えば、Matrigel(Corning Incorporated製)やGeltrex(Thermo Fisher Scientific製)を好適に用いることができる。 In the present invention, as the Matrigel, for example, Matrigel (manufactured by Corning Incorporated) or Geltrex (manufactured by Thermo Fisher Scientific) can be preferably used as a commercial product because of its availability.
前記ラミニンの種類は特に限定されるものではないが、例えば、ヒトiPS細胞の表面に発現しているα6β1インテグリンに対して高活性を示すことが報告されているラミニン511、ラミニン521又はラミニン511−E8フラグメントを用いることができる。前記ラミニンは、天然物であってもよく、遺伝子組み換え技術等で人工的に合成したものであってもよく、また、前記ラミニンをベースとした合成タンパク質あるいは合成ペプチドであっても良い。入手容易性から、市販品としては例えば、iMatrix−511(ニッピ(株)製)を好適に用いることができる。 Although the type of the laminin is not particularly limited, for example, laminin 511, laminin 521, or laminin 511, which has been reported to exhibit high activity against α6β1 integrin expressed on the surface of human iPS cells. E8 fragments can be used. The laminin may be a natural product, may be artificially synthesized by genetic recombination technology or the like, or may be a synthetic protein or a synthetic peptide based on the laminin. From the standpoint of availability, for example, iMatrix-511 (manufactured by Nippi Corporation) can be suitably used as a commercially available product.
前記ビトロネクチンは、天然物であってもよく、遺伝子組み換え技術等で人工的に合成したものであってもよく、また、前記ビトロネクチンをベースとした合成タンパク質あるいは合成ペプチドであっても良い。入手容易性から、市販品としては例えば、ビトロネクチン,ヒト血漿由来(和光純薬工業(株)製)やsynthemax(Corning Incorporated製)、Vitronectin(VTN−N)(Thermo Fisher Scientific製)を好適に用いることができる。 The vitronectin may be a natural product, may be artificially synthesized by a genetic recombination technique or the like, or may be a synthetic protein or a synthetic peptide based on the vitronectin. For ease of availability, commercially available products such as vitronectin, human plasma-derived (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and synthemax (manufactured by Corning Incorporated), and Vitronectin (VTN-N) (manufactured by Thermo Fisher Scientific) are preferably used. be able to.
前記フィブロネクチンは、天然物であってもよく、遺伝子組み換え技術等で人工的に合成したものであってもよく、また、前記フィブロネクチンをベースとした合成タンパク質あるいは合成ペプチドであっても良い。入手容易性から、市販品としては例えば、フィブロネクチン溶液、ヒト血漿由来(和光純薬工業(株)製)やRetronectin(タカラバイオ(株)製)を好適に用いることができる。 The fibronectin may be a natural product, may be artificially synthesized by a genetic recombination technique or the like, or may be a synthetic protein or a synthetic peptide based on the fibronectin. From the viewpoint of easy availability, for example, a fibronectin solution, a human plasma-derived product (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and Retronectin (manufactured by Takara Bio Inc.) can be suitably used as commercially available products.
前記コラーゲンの種類は特に限定されるものではないが、例えば、typeIコラーゲンやtypeIVコラーゲンを用いることができる。前記コラーゲンは、天然物であってもよく、遺伝子組み換え技術等で人工的に合成したものであってもよく、また、前記コラーゲンをベースとした合成ペプチドであっても良い。入手容易性から、市販品としては例えば、コラーゲンI,ヒト(Corning Incorporated製)やコラーゲンIV,ヒト(Corning Incorporated製)を好適に用いることができる。 The type of the collagen is not particularly limited, and for example, type I collagen or type IV collagen can be used. The collagen may be a natural product, artificially synthesized by genetic recombination technology or the like, or a synthetic peptide based on the collagen. For ease of availability, commercially available products such as collagen I, human (manufactured by Corning Incorporated) and collagen IV, human (manufactured by Corning Incorporated) can be suitably used.
本発明において温度応答性高分子による層が被覆される基材の材質は、特に限定されるものではないが、通常細胞培養に用いられるガラス、ポリスチレン等の物質のみならず、一般に形態付与が可能である物質、例えば、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタラート、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート等の高分子化合物や、セラミックス、金属類などを用いることができる。培養操作の容易性から、基材の材質がガラス、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタラート、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレンの内少なくとも1種類を含むことが好ましく、ガラス、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタラートの内少なくとも1種類を含むことがさらに好ましく、可撓性を高めるのに好適であることからポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタラートが特に好ましい。 In the present invention, the material of the substrate on which the layer made of the temperature-responsive polymer is coated is not particularly limited, but not only substances such as glass and polystyrene that are usually used for cell culture, but also generally can be given a form. For example, high molecular compounds such as polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, and polymethyl methacrylate, ceramics, and metals can be used. From the viewpoint of easiness of the culturing operation, the material of the substrate preferably contains at least one of glass, polystyrene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyethylene, and polypropylene, and glass, polystyrene, and polycarbonate. And more preferably at least one of polyethylene terephthalate, and polystyrene, polycarbonate and polyethylene terephthalate are particularly preferred because they are suitable for enhancing flexibility.
基材の形状としては特に制限はなく、板、フィルムのような平面形状であってもよいし、ファイバー、多孔質粒子、多孔質膜、中空糸であってもよい。また、一般に細胞培養等に用いられる容器(ペトリ皿等の細胞培養皿、フラスコ、プレート等)であっても差し支えない。培養操作の容易性から、板、フィルムのような平面形状、又は平膜の多孔質膜であることが好ましい。 The shape of the substrate is not particularly limited, and may be a planar shape such as a plate or a film, or may be a fiber, a porous particle, a porous membrane, or a hollow fiber. Further, a container (cell culture dish such as a Petri dish, a flask, a plate, or the like) generally used for cell culture or the like may be used. From the viewpoint of easiness of the culturing operation, a porous membrane having a planar shape such as a plate or a film or a flat membrane is preferable.
本発明の基材表面に温度応答性高分子による層を形成させる方法としては、基材に温度応答性高分子を、(1)化学的な結合によって被覆させ層を形成させる方法、(2)物理的な相互作用によって被覆させ層を形成させる方法、を単独または併用して行うことができる。すなわち、(1)化学的な結合による方法としては、紫外線照射、電子線照射、ガンマ線照射、プラズマ処理、コロナ処理等を用いることができる。さらに、温度応答性高分子と基材が適当な反応性官能基を有する場合は、ラジカル反応、アニオン反応、カチオン反応等の一般に用いられる有機反応を利用することができる。(2)物理的な相互作用による方法としては、温度応答性高分子との相溶性が良く、塗工性のよいマトリックスを媒体とし、塗布、はけ塗り、ディップコーティング、スピンコーティング、バーコーディング、流し塗り、スプレー塗装、ロール塗装、エアーナイフコーティング、ブレードコーティング、グラビアコーティング、マイクログラビアコーティング、スロットダイコーティングなど通常知られている各種の方法を用いることが可能である。 As a method of forming a layer made of a temperature-responsive polymer on the surface of a substrate according to the present invention, (1) a method of coating a substrate with a temperature-responsive polymer by chemical bonding to form a layer, and (2) The method of coating and forming a layer by physical interaction can be performed alone or in combination. That is, (1) UV irradiation, electron beam irradiation, gamma ray irradiation, plasma treatment, corona treatment, or the like can be used as a method by chemical bonding. Furthermore, when the temperature-responsive polymer and the substrate have appropriate reactive functional groups, generally used organic reactions such as a radical reaction, an anion reaction and a cation reaction can be used. (2) As a method based on physical interaction, a matrix having good compatibility with a temperature-responsive polymer and good coatability as a medium, coating, brushing, dip coating, spin coating, bar coding, Various commonly known methods such as flow coating, spray coating, roll coating, air knife coating, blade coating, gravure coating, microgravure coating, and slot die coating can be used.
本発明において、多能性幹細胞の種類は特に限定されるものではないが、例えば、ES細胞、iPS細胞、核移植ES細胞(ntES細胞)を用いることができ、特に好ましくはiPS細胞である。また、多能性幹細胞の由来動物は特に限定されるものではないが、例えば、哺乳動物由来であることができる。哺乳動物の例には、げっ歯類(マウス、ラット等)、霊長類(サル、ヒト等)が含まれ、また実験動物であってもよく、コンパニオンアニマルであってもよい。本発明において、好ましくは霊長類由来であり、特に好ましくはヒト由来である。 In the present invention, the type of pluripotent stem cells is not particularly limited. For example, ES cells, iPS cells, and nuclear transplanted ES cells (ntES cells) can be used, and iPS cells are particularly preferable. The animal from which the pluripotent stem cells are derived is not particularly limited, but may be, for example, a mammal. Examples of mammals include rodents (mouse, rat, etc.) and primates (monkey, human, etc.), and may be experimental animals or companion animals. In the present invention, it is preferably derived from a primate, and particularly preferably derived from a human.
本発明は、前記培養基材を用い、多能性幹細胞を培養する方法にも関する。前記手法は、以下の[1]〜[3]工程を経て、未分化の多能性幹細胞を製造する、多能性幹細胞の製造方法である。
[1]前記培養基材に多能性幹細胞を播種する工程。
[2]前記培養基材に播種された多能性幹細胞を温度応答高分子の応答温度以上の温度の液体中で培養する工程。
[3]培養基材を温度応答高分子の応答温度未満の温度に冷却し、前記液体中で培養された多能性幹細胞を基材から剥離する工程。
The present invention also relates to a method for culturing pluripotent stem cells using the culture substrate. The method is a method for producing pluripotent stem cells, which produces undifferentiated pluripotent stem cells through the following steps [1] to [3].
[1] A step of seeding the culture substrate with pluripotent stem cells.
[2] a step of culturing the pluripotent stem cells seeded on the culture substrate in a liquid at a temperature equal to or higher than the response temperature of the temperature-responsive polymer.
[3] a step of cooling the culture substrate to a temperature lower than the response temperature of the temperature-responsive polymer, and detaching the pluripotent stem cells cultured in the liquid from the substrate.
以下、本発明の製造方法における[1]〜[3]工程について詳細に述べる。 Hereinafter, the steps [1] to [3] in the production method of the present invention will be described in detail.
本発明の多能性幹細胞の製造方法における[1]工程は、前記培養基材を用い、前記培養基材に多能性幹細胞を播種する工程である。本発明において「細胞を播種する」とは、細胞が分散した培地(以下、「細胞懸濁液」と表記する。)を培養基材上に塗布、又は、培養基材に注入する等により、細胞懸濁液と培養基材とを接触させることを示す。応答温度が0℃〜50℃の範囲にある温度応答性高分子による層を有する基材を用いることにより、後述する[3]工程において温度変化により多能性幹細胞を培養基材から剥離することができる。培養基材が温度応答性高分子による層を有していない場合、[3]工程において温度変化により多能性幹細胞を基材から剥離することができない。また、培養基材が温度応答性高分子による層に固定化された生体由来物質を有することにより、後述する[2]工程で多能性幹細胞を培養することができる。培養基材が温度応答性高分子による層に固定化された生体由来物質を有していない場合、[2]工程で多能性幹細胞を培養することができない。 Step [1] in the method for producing pluripotent stem cells of the present invention is a step of using the culture substrate and seeding the culture substrate with pluripotent stem cells. In the present invention, “to inoculate cells” means that a medium in which cells are dispersed (hereinafter, referred to as “cell suspension”) is applied onto a culture substrate, or is injected into the culture substrate. Fig. 4 shows contact between a cell suspension and a culture substrate. By using a substrate having a layer made of a temperature-responsive polymer having a response temperature in the range of 0 ° C to 50 ° C, exfoliating the pluripotent stem cells from the culture substrate by a temperature change in the step [3] described below. Can be. When the culture substrate does not have a layer made of a temperature-responsive polymer, the pluripotent stem cells cannot be detached from the substrate in step [3] due to a temperature change. In addition, since the culture substrate has a biological material immobilized on a layer made of a temperature-responsive polymer, pluripotent stem cells can be cultured in the step [2] described below. If the culture substrate does not have a biological substance immobilized on the layer made of the temperature-responsive polymer, the pluripotent stem cells cannot be cultured in the step [2].
前記[1]〜[3]工程においては、多能性幹細胞の未分化性を維持させるのに有効な条件で、培養が実施される。未分化性を維持させるのに有効な条件としては、特に制限はないが、例えば、培養開始時の多能性幹細胞の密度を上記播種の際の細胞密度として記載した好ましい範囲とすること、適切な液体培地の存在下で行うことなどが挙げられる。多能性幹細胞の未分化性を維持させるのに有効な培地としては、例えば、多能性幹細胞の未分化性を維持するための因子として知られている、インスリン、トランスフェリン、セレニウム、アスコルビン酸、炭酸水素ナトリウム、塩基性線維芽細胞増殖因子、トランスフォーミング増殖因子β(TGFβ)、CCL2、アクチビン、2−メルカプトメタノールのうち1つ以上を添加した培地を好適に用いることができる。多能性幹細胞の未分化性を維持するのに特に好適であることから、インスリン、トランスフェリン、セレニウム、アスコルビン酸、炭酸水素ナトリウム、塩基性線維芽細胞増殖因子、トランスフォーミング増殖因子β(TGFβ)を含有する培地を用いることがさらに好ましく、塩基性線維芽細胞増殖因子を添加した培地を用いることが最も好ましい。 In the steps [1] to [3], the culture is performed under conditions effective for maintaining the undifferentiated state of the pluripotent stem cells. Conditions that are effective for maintaining undifferentiation are not particularly limited.For example, the density of pluripotent stem cells at the start of culture is preferably set to the preferable range described as the cell density at the time of seeding. Performed in the presence of a suitable liquid medium. As a medium effective for maintaining undifferentiated pluripotent stem cells, for example, known as a factor for maintaining undifferentiated pluripotent stem cells, insulin, transferrin, selenium, ascorbic acid, A medium containing one or more of sodium bicarbonate, basic fibroblast growth factor, transforming growth factor β (TGFβ), CCL2, activin, and 2-mercaptomethanol can be suitably used. Insulin, transferrin, selenium, ascorbic acid, sodium bicarbonate, basic fibroblast growth factor, transforming growth factor β (TGFβ) are particularly suitable for maintaining the undifferentiation of pluripotent stem cells. It is more preferable to use a medium containing the medium, and it is most preferable to use a medium to which basic fibroblast growth factor has been added.
前記塩基性線維芽細胞増殖因子を添加した培地の種類に特に制限はないが、例えば、市販品としては、DMEM(Sigma−Aldrich Co. LLC製)、Ham’s F12(Sigma−Aldrich Co. LLC製)、D−MEM/Ham’s F12(Sigma−Aldrich Co. LLC製)、Primate ES Cell Medium((株)REPROCELL社製)、StemFit AK02N(味の素(株)製)、StemFit AK03(味の素(株)製)、mTeSR1(STEMCELL TECHNOLOGIES社製)、TeSR−E8(STEMCELL TECHNOLOGIES社製)、ReproNaive((株)REPROCELL社製)、ReproXF((株)REPROCELL社製)、ReproFF((株)REPROCELL社製)、ReproFF2(REPROCELL社製)、NutriStem(バイオロジカルインタストリーズ社製)、iSTEM(タカラバイオ(株)製)、GS2−M(タカラバイオ(株)製)、hPSC Growth Medium DXF(PromoCell社製)等を挙げることができる。多能性幹細胞の未分化状態を維持するのに好適であることから、Primate ES Cell Medium(REPROCELL社製)、StemFit AK02N(味の素(株)製)又はStemFit AK03(味の素(株)製)が好ましく、StemFit AK02N(味の素(株)製)又はStemFit AK03(味の素社製)がさらに好ましく、StemFit AK02N(味の素(株)製)が特に好ましい。 The type of medium to which the basic fibroblast growth factor has been added is not particularly limited. For example, commercially available products include DMEM (manufactured by Sigma-Aldrich Co. LLC) and Ham's F12 (Sigma-Aldrich Co. LLC). D-MEM / Ham's F12 (manufactured by Sigma-Aldrich Co. LLC), Primate ES Cell Medium (manufactured by REPROCELL), StemFit AK02N (manufactured by Ajinomoto Co.), StemFit AK03 (manufactured by Ajinomoto Co.) )), MTeSR1 (manufactured by STEMCELL TECHNOLOGIES), TeSR-E8 (manufactured by STEMCELL TECHNOLOGIES), ReproNive (manufactured by REPROCELL), ReproXF (manufactured by RE) ROCELL), ReproFF (manufactured by REPROCELL), ReproFF2 (manufactured by REPROCELL), NutriStem (manufactured by Biologic Industries), iSTEM (manufactured by Takara Bio Inc.), GS2-M (manufactured by Takara Bio Inc.) Co., Ltd.) and hPSC Growth Medium DXF (manufactured by PromoCell). Primate ES Cell Medium (manufactured by REPROCELL), StemFit AK02N (manufactured by Ajinomoto Co.) or StemFit AK03 (manufactured by Ajinomoto Co.) is preferable because it is suitable for maintaining the undifferentiated state of pluripotent stem cells. , StemFit AK02N (manufactured by Ajinomoto Co.) or StemFit AK03 (manufactured by Ajinomoto Co.) is more preferable, and StemFit AK02N (manufactured by Ajinomoto Co.) is particularly preferable.
前記[1]工程において、多能性幹細胞の播種方法に特に制限はないが、例えば、前記基材に細胞懸濁液を注入することで行うことが出来る。播種の際の細胞密度は特に制限はないが、細胞を維持することができ、かつ増殖させることができるように、1.0×102〜1.0×106cells/cm2が好ましく、5.0×102〜5.0×105cells/cm2がさらに好ましく、1.0×103〜2.0×105cells/cm2が特に好ましく、1.2×103〜1.0×105cells/cm2が最も好ましい。 In the step [1], the method of seeding the pluripotent stem cells is not particularly limited. For example, the method can be performed by injecting a cell suspension into the base material. The cell density at the time of seeding is not particularly limited, but is preferably 1.0 × 10 2 to 1.0 × 10 6 cells / cm 2 so that the cells can be maintained and proliferated, 5.0 × 10 2 to 5.0 × 10 5 cells / cm 2 are more preferable, 1.0 × 10 3 to 2.0 × 10 5 cells / cm 2 are particularly preferable, and 1.2 × 10 3 to 1 0.0 × 10 5 cells / cm 2 are most preferred.
前記[1]工程で用いる培地としてはまた、多能性幹細胞の生存を維持するのに好適であることから、前記塩基性線維芽細胞増殖因子を添加した培地にさらにRho結合キナーゼ阻害剤を添加した培地を用いることが好ましい。特にヒトの多能性幹細胞を用いる場合であって、ヒトの多能性幹細胞の細胞密度が低い状態において、Rho結合キナーゼ阻害剤が添加されていると、ヒトの多能性幹細胞の生存維持に効果的な場合がある。Rho結合キナーゼ阻害剤としては、例えば、(R)−(+)−trans−N−(4−pyridyl)−4−(1−aminoethyl)−cyclohexanecarboxamide・2HCl・H2O(和光純薬工業(株)社製Y−27632)、1−(5−Isoquinolinesulfonyl)homopiperazine Hydrochloride(和光純薬工業(株)社製HA1077)を用いることができる。培地に添加されるRho結合キナーゼ阻害剤の濃度としては、ヒトの多能性幹細胞の生存維持に有効な範囲であってヒトの多能性幹細胞の未分化状態に影響を与えない範囲であり、好ましくは1μM〜50μMであり、より好ましくは3μM〜20μMであり、さらに好ましくは5μM〜15μMであり、最も好ましくは8μM〜12μMである。 Since the medium used in the step [1] is suitable for maintaining the survival of pluripotent stem cells, a Rho-binding kinase inhibitor is further added to the medium containing the basic fibroblast growth factor. It is preferable to use a prepared medium. In particular, when human pluripotent stem cells are used and the Rho-binding kinase inhibitor is added in a state where the cell density of human pluripotent stem cells is low, survival of human pluripotent stem cells can be maintained. May be effective. The Rho-linked kinase inhibitors, for example, (R) - (+) - trans-N- (4-pyridyl) -4- (1-aminoethyl) -cyclohexanecarboxamide · 2HCl · H 2 O ( Wako Pure Chemical Industries (Co. Y-27632), 1- (5-Isoquinolinesulfonyl) homopiperazine Hydrochloride (HA1077, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) can be used. The concentration of the Rho-binding kinase inhibitor added to the medium is a range that is effective for maintaining the survival of human pluripotent stem cells and does not affect the undifferentiated state of human pluripotent stem cells, It is preferably 1 μM to 50 μM, more preferably 3 μM to 20 μM, still more preferably 5 μM to 15 μM, and most preferably 8 μM to 12 μM.
前記[1]工程を開始するとまもなく、多能性幹細胞は培養基材に接着し始める。 Shortly after the start of the step [1], the pluripotent stem cells start to adhere to the culture substrate.
本発明の多能性幹細胞の製造方法における[2]工程では、前記播種された多能性幹細胞を温度応答性高分子の応答温度以上の温度で培養する。培養温度が温度応答性高分子の応答温度以上であることにより、多能性幹細胞を増殖させることができる。培養温度が温度応答性高分子の応答温度未満の場合、多能性幹細胞を増殖させることができない。細胞の増殖能や生理活性,機能維持に好適であることから、培養温度としては、好ましくは30〜42℃、さらに好ましくは32〜40℃、特に好ましくは36〜38℃、最も好ましくは37℃である。 In step [2] of the method for producing pluripotent stem cells of the present invention, the seeded pluripotent stem cells are cultured at a temperature equal to or higher than the response temperature of the temperature-responsive polymer. When the culture temperature is equal to or higher than the response temperature of the temperature-responsive polymer, pluripotent stem cells can be proliferated. If the culture temperature is lower than the response temperature of the temperature-responsive polymer, the pluripotent stem cells cannot grow. The culture temperature is preferably 30 to 42 ° C., more preferably 32 to 40 ° C., particularly preferably 36 to 38 ° C., and most preferably 37 ° C., since it is suitable for cell growth ability, physiological activity and function maintenance. It is.
前記[2]工程を開始して22〜26時間後に、最初の培地交換を行うことが好ましい。その48〜72時間後に2度目の培地交換を行い、その後、24〜48時間毎に培地交換を行うことが好ましい。この間、多能性幹細胞は増殖し、コロニーと呼ばれる細胞塊を形成する。コロニーの大きさが1mm前後になるまで培養を継続させ、その後[3]工程に移行する。 It is preferable to perform the first medium exchange 22 to 26 hours after the start of the step [2]. It is preferable to perform the second medium exchange 48 to 72 hours after that, and then perform the medium exchange every 24 to 48 hours. During this time, the pluripotent stem cells proliferate and form a cell mass called a colony. Culture is continued until the size of the colony becomes about 1 mm, and then the process proceeds to step [3].
本発明の多能性幹細胞の製造方法における[3]工程では、多能性幹細胞が培養された培養基材を温度応答性高分子の応答温度未満の温度に冷却し、前記培養された多能性幹細胞を培養基材から剥離する。多能性幹細胞を短時間で剥離させ、冷却によるダメージを低減するために、冷却する際の温度として好ましくは0〜30℃であり、より好ましくは3〜25℃であり、さらに好ましくは5〜20℃である。また、細胞へのダメージを低減するために、冷却時間としては120分以下が好ましく、60分以下がさらに好ましく、30分以下が特に好ましく、15分以下が最も好ましい。 In step [3] of the method for producing pluripotent stem cells of the present invention, the culture substrate on which the pluripotent stem cells are cultured is cooled to a temperature lower than the response temperature of the temperature-responsive polymer, The sex stem cells are detached from the culture substrate. In order to exfoliate the pluripotent stem cells in a short time and to reduce damage due to cooling, the temperature at the time of cooling is preferably 0 to 30 ° C, more preferably 3 to 25 ° C, and still more preferably 5 to 25 ° C. 20 ° C. In order to reduce damage to cells, the cooling time is preferably 120 minutes or less, more preferably 60 minutes or less, particularly preferably 30 minutes or less, and most preferably 15 minutes or less.
前記[3]工程における培養基材の冷却方法としては特に制限はないが、例えば、培養基材を保冷庫に入れて冷却する方法、培養基材をクールプレートの上に載せて冷却する方法、冷却した培地あるいは緩衝液に交換して所定時間静置する方法等を用いることができる。 The method of cooling the culture substrate in the step [3] is not particularly limited. For example, a method of cooling the culture substrate in a cool box, a method of cooling the culture substrate on a cool plate, A method of replacing the medium with a cooled medium or a buffer solution and allowing the medium to stand for a predetermined time can be used.
また、前記[3]工程においては、多能性幹細胞を短時間で剥離させ、冷却によるダメージをより低減するために、冷却時に、培養された多能性幹細胞を含む液体に対流を生じさせる工程を含んでも良い。対流を生じさせる方法としては特に限定はないが、例えば、培養液をピペッティングさせることやポンプ、撹拌翼を用いる等の方法により、機械的に液体内部に強制対流を発生させる方法の他、培養基材に物理的な振動を加える方法、温度差を与えることによりマランゴニ対流等の自然対流を発生させる方法を挙げることが出来る。 Further, in the step [3], a step of causing convection in the liquid containing the cultured pluripotent stem cells at the time of cooling in order to exfoliate the pluripotent stem cells in a short time and further reduce damage due to cooling. May be included. The method of generating convection is not particularly limited, but, for example, a method of mechanically generating forced convection inside a liquid by a method such as pipetting a culture solution, a pump, or using a stirring blade, Examples of the method include a method of applying physical vibration to the substrate and a method of generating natural convection such as Marangoni convection by giving a temperature difference.
以下、本発明を実施するための形態を挙げて本発明について詳細に説明するが、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。また本発明の要旨の範囲内で適宜に変更して実施することができる。なお、断りのない限り、試薬は市販品を用いた。
<重合体の組成>
核磁気共鳴測定装置(日本電子(株)製、商品名JNM−GSX400)を用いたプロトン核磁気共鳴分光(1H−NMR)スペクトル分析、又は核磁気共鳴測定装置(ブルカー製、商品名AVANCEIIIHD500)を用いたカーボン核磁気共鳴分光(13C−NMR)スペクトル分析より求めた。
<重合体の分子量、分子量分布>
重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)および分子量分布(Mw/Mn)は、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)によって測定した。GPC装置は東ソー(株)製 HLC−8320GPCを用い、カラムは東ソー(株)製 TSKgel Super AWM−Hを2本用い、カラム温度を40℃に設定し、溶離液は10mMトリフルオロ酢酸ナトリウムを含む1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロー2−イソプロパノールまたは10mM臭化リチウムを含むN,N−ジメチルホルムアミドを用いて測定した。測定試料は1.0mg/mLで調製して測定した。分子量の検量線は、分子量既知のポリメタクリル酸メチル(Polymer Laboratories Ltd.製)を用いた。
<重合体の層厚>
基材に被覆された重合体の層厚は、原子間力顕微鏡(島津製作所製SPM−9600)によって測定した。カンチレバーはBL−AC40TS−C2(オリンパス(株)製)を用い、表面にピンセットで傷を入れ、傷の深さを測定することで重合体の膜厚を測定した。
<重合体表面構造の平均粗さ、平均長さ>
基材に被覆された重合体の表面構造の平均粗さ及び平均長さは、AFM装置(島津製作所製SPM−9600)によって測定した10点の表面粗さ曲線において、JIS B0601:2013に従って求め、平均することで算出した。
<ラミニン吸着率>
リン酸緩衝生理食塩水1mLに対して0.5mg/mLの濃度のラミニン511−E8フラグメント溶液を2〜2.5μL添加した溶液を、培養基材の単位面積当たりの量で0.2mL/cm2基材上に滴下し、37℃で24時間静置し、下記式より求めた。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments for carrying out the present invention. However, this is an exemplification for describing the present invention, and is not intended to limit the present invention to the following contents. Further, the present invention can be appropriately modified and implemented within the scope of the present invention. Unless otherwise specified, commercially available reagents were used.
<Polymer composition>
Nuclear magnetic resonance measurement apparatus (JEOL Ltd., trade name JNM-GSX400) Proton nuclear magnetic resonance spectroscopy (1 H-NMR) spectrum analysis using, or nuclear magnetic resonance measuring device (Bruker, trade name AVANCEIIIHD500) Was determined by carbon nuclear magnetic resonance spectroscopy ( 13C -NMR) spectrum analysis using
<Molecular weight and molecular weight distribution of polymer>
The weight average molecular weight (Mw), number average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution (Mw / Mn) were measured by gel permeation chromatography (GPC). The GPC apparatus uses HLC-8320GPC manufactured by Tosoh Corporation, the column uses two TSKgel Super AWM-H manufactured by Tosoh Corporation, the column temperature is set to 40 ° C., and the eluent contains 10 mM sodium trifluoroacetate. The measurement was performed using N, N-dimethylformamide containing 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-isopropanol or 10 mM lithium bromide. The measurement sample was prepared at 1.0 mg / mL and measured. For the calibration curve of the molecular weight, polymethyl methacrylate of a known molecular weight (manufactured by Polymer Laboratories Ltd.) was used.
<Polymer layer thickness>
The layer thickness of the polymer coated on the substrate was measured by an atomic force microscope (SPM-9600 manufactured by Shimadzu Corporation). The cantilever was made of BL-AC40TS-C2 (manufactured by Olympus Corporation), and the surface of the polymer was scratched with tweezers, and the depth of the scratch was measured to measure the thickness of the polymer.
<Average roughness and average length of polymer surface structure>
The average roughness and average length of the surface structure of the polymer coated on the base material were determined in accordance with JIS B0601: 2013 on a surface roughness curve of 10 points measured by an AFM device (SPM-9600 manufactured by Shimadzu Corporation) It was calculated by averaging.
<Laminin adsorption rate>
A solution obtained by adding 2 to 2.5 μL of a laminin 511-E8 fragment solution at a concentration of 0.5 mg / mL to 1 mL of phosphate buffered saline was added in an amount of 0.2 mL / cm per unit area of the culture substrate. (2) The solution was dropped on a substrate, allowed to stand at 37 ° C. for 24 hours, and determined by the following formula.
実施例1
[ブロック共重合体の合成]
試験管に、4−シアノ−4−[(ドデシルスルファニルチオカルボニル)スルファニル]ペンタノイックアシッド0.40g(0.1mmol)、n−ブチルメタクリレート7.11g(50mmol)、アゾビス(イソブチロニトリル)33mg(0.2mmol)を加え、1,4−ジオキサン50mLに溶解した。窒素バブリングにより30分脱気を行った後、70℃で24時間反応させた。反応終了後、反応溶媒をロータリーエバポレーターにて減圧留去し、反応溶液を濃縮した。濃縮液をメタノール250mLに注ぎ、析出した黄色油状物質を回収して減圧乾燥し、n−ブチルメタクリレート重合体を得た。
Example 1
[Synthesis of block copolymer]
In a test tube, 0.40 g (0.1 mmol) of 4-cyano-4-[(dodecylsulfanylthiocarbonyl) sulfanyl] pentanoic acid, 7.11 g (50 mmol) of n-butyl methacrylate, azobis (isobutyronitrile) 33 mg (0.2 mmol) was added and dissolved in 50 mL of 1,4-dioxane. After deaeration by nitrogen bubbling for 30 minutes, the reaction was carried out at 70 ° C. for 24 hours. After completion of the reaction, the reaction solvent was distilled off under reduced pressure using a rotary evaporator, and the reaction solution was concentrated. The concentrated solution was poured into 250 mL of methanol, and the precipitated yellow oily substance was recovered and dried under reduced pressure to obtain an n-butyl methacrylate polymer.
試験管に、前記n−ブチルメタクリレート重合体0.9g(0.3mmol)、N−イソプロピルアクリルアミド8.14g(72mmol)、アゾビスイソブチロニトリル5mg(0.03mmol)を加え、1,4−ジオキサン15mLに溶解させた。窒素バブリングにより30分脱気を行った後、65℃で17時間反応させた。反応終了後、反応溶媒をアセトンで希釈し、ヘキサン500mLに注ぎ、析出した固体を回収して減圧乾燥した。また、アセトンに再度溶解させ、純水500mLに注ぎ、析出した固体を回収して減圧乾燥し、N−イソプロピルアクリルアミドとn−ブチルメタクリレートのジブロック共重合体を得た。
[ブロック共重合体が被覆された基材の作製]
前記ブロック共重合体をエタノールに溶解させ、0.6wt%溶液とした。この溶液を直径3.5cmのディッシュ(Corning Incorporated社製、材質:ポリスチレン)に50μL滴下し、2000rpmで60秒間スピンコートした。室温で1時間乾燥し、ブロック共重合体が被覆された基材を作製した。
[ブロック共重合体が被覆された基材表面の表面構造]
ブロック共重合体が被覆された基材を37℃の水中に24時間浸漬し、エアーを吹きつけることにより乾燥させ、原子間力顕微鏡で観察した。また、ブロック共重合体が被覆された基材を25℃の水中に24時間浸漬し、エアーを吹きつけることにより乾燥させ、同様に原子間力顕微鏡で観察した。結果を図4に示す。応答温度以上の温度において表面構造を形成し、応答温度以上の温度における表面粗さ/層厚の比は0.81、応答温度以上の温度と応答温度未満の温度での表面粗さ/層厚の比の差は0.71、粗さ曲線要素の平均長さは0.24μmであった。
[ブロック共重合体の応答温度測定] 前記ブロック共重合体が被覆された基材の水中、37℃および10℃での気泡接触角(θ)(°)を測定し、37℃および10℃の対水接触角(180−θ)(°)を算出した。θは協和界面科学(株)製接触角計DM300を用いて、水中、3μLの気泡の接触角を測定した。37℃および10℃での対水接触角を表1に示す。10℃での対水接触角は37℃での対水接触角よりも低く、前記ブロック共重合体が被覆された基材は温度応答性を示し、応答温度は10℃〜37℃の範囲にあることが分かった。また、20〜45℃の範囲で、5℃間隔で気泡接触角(θ)(°)を測定し、各温度における対水接触角(180−θ)(°)を求め、中点法により応答温度を算出した。応答温度は33℃であった。
[ラミニン吸着率]
ラミニン吸着試験により求めたラミニン吸着率は35%であった。
[細胞培養評価および剥離評価]
前記ブロック共重合体が被覆された基材に培地StemFitAK02N(味の素(株)製)を0.2mL/cm2加え、さらにヒトiPS細胞201B7株を1300cells/cm2、iMatrix−511溶液((株)ニッピ製)を2.5μL/mLの濃度で加えた。37℃、CO2濃度5%の環境下で培養した。また、細胞播種から24時間後までは、培地にY−27632(和光純薬工業(株)製)(濃度10μM)を添加した。
0.9 g (0.3 mmol) of the n-butyl methacrylate polymer, 8.14 g (72 mmol) of N-isopropylacrylamide, and 5 mg (0.03 mmol) of azobisisobutyronitrile were added to a test tube, and 1,4- It was dissolved in 15 mL of dioxane. After deaeration by nitrogen bubbling for 30 minutes, the reaction was carried out at 65 ° C. for 17 hours. After completion of the reaction, the reaction solvent was diluted with acetone, poured into hexane (500 mL), and the precipitated solid was recovered and dried under reduced pressure. Further, it was dissolved again in acetone, poured into 500 mL of pure water, and the precipitated solid was recovered and dried under reduced pressure to obtain a diblock copolymer of N-isopropylacrylamide and n-butyl methacrylate.
[Preparation of base material coated with block copolymer]
The block copolymer was dissolved in ethanol to obtain a 0.6 wt% solution. 50 μL of this solution was dropped on a 3.5 cm-diameter dish (manufactured by Corning Incorporated, material: polystyrene), and spin-coated at 2000 rpm for 60 seconds. After drying at room temperature for 1 hour, a substrate coated with the block copolymer was prepared.
[Surface structure of substrate surface coated with block copolymer]
The substrate coated with the block copolymer was immersed in water at 37 ° C. for 24 hours, dried by blowing air, and observed with an atomic force microscope. Further, the substrate coated with the block copolymer was immersed in water at 25 ° C. for 24 hours, dried by blowing air, and similarly observed with an atomic force microscope. FIG. 4 shows the results. A surface structure is formed at a temperature equal to or higher than the response temperature, and the ratio of the surface roughness / layer thickness at a temperature equal to or higher than the response temperature is 0.81, and the surface roughness / layer thickness at a temperature equal to or higher than the response temperature and lower than the response temperature. Was 0.71 and the average length of the roughness curve elements was 0.24 μm.
[Measurement of Response Temperature of Block Copolymer] The bubble contact angle (θ) (°) of the substrate coated with the block copolymer at 37 ° C. and 10 ° C. in water was measured. The water contact angle (180-θ) (°) was calculated. θ was measured using a contact angle meter DM300 manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd. to measure the contact angle of 3 μL of bubbles in water. Table 1 shows the contact angles with water at 37 ° C and 10 ° C. The contact angle with water at 10 ° C. is lower than the contact angle with water at 37 ° C., and the base material coated with the block copolymer exhibits temperature response, and the response temperature is in the range of 10 ° C. to 37 ° C. I found it. In addition, the bubble contact angle (θ) (°) was measured at 5 ° C. intervals in the range of 20 to 45 ° C., and the contact angle with water (180−θ) (°) at each temperature was determined. The temperature was calculated. The response temperature was 33 ° C.
[Laminin adsorption rate]
The laminin adsorption rate determined by the laminin adsorption test was 35%.
[Evaluation of cell culture and detachment]
A medium StemFitAK02N (manufactured by Ajinomoto Co., Inc.) was added at 0.2 mL / cm 2 to the substrate coated with the block copolymer, and human iPS cell 201B7 strain was further added to 1300 cells / cm 2 , iMatrix-511 solution ((trade name)). Was added at a concentration of 2.5 μL / mL. The cells were cultured at 37 ° C. in an environment with a CO 2 concentration of 5%. Until 24 hours after the cell seeding, Y-27632 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) (concentration: 10 μM) was added to the medium.
細胞播種から24時間後、96時間後、144時間後に、位相差顕微鏡で細胞の様子を観察し、いずれの場合においても細胞接着ならびに増殖を確認し、新しい前記培地に交換を行った。細胞播種から144時間後の培地交換の後、基材を4℃に冷却し、基材側面を叩いて振動を与え、ピペッティングを行い、再度位相差顕微鏡で観察した。細胞は剥離し、回収出来た。 At 24 hours, 96 hours, and 144 hours after cell seeding, the state of the cells was observed with a phase-contrast microscope. In each case, cell adhesion and proliferation were confirmed, and the medium was replaced with a fresh medium. After the culture medium was exchanged 144 hours after the cell seeding, the substrate was cooled to 4 ° C., vibration was applied by tapping the side surface of the substrate, pipetting was performed, and observation was performed again with a phase contrast microscope. The cells were detached and collected.
実施例2
[ブロック共重合体の合成]
実施例1[ブロック共重合体の合成]と同じ方法でブロック共重合体を合成した。
[ブロック共重合体が被覆された基材の作製]
前記ブロック共重合体をエタノールに溶解させ、0.9wt%溶液とした。この溶液を直径3.5cmのディッシュ(Corning Incorporated社製、材質:ポリスチレン)に50μL滴下し、2000rpmで60秒間スピンコートした。室温で1時間乾燥した。さらに、室温で純水中に24時間浸漬させて洗浄し、ブロック共重合体が被覆された基材を作製した。
[ブロック共重合体が被覆された基材表面の表面構造]
ブロック共重合体が被覆された基材を37℃の水中に24時間浸漬し、エアーを吹きつけることにより乾燥させ、原子間力顕微鏡で観察した。結果を図5に示す。応答温度以上の温度において表面構造を形成し、応答温度以上の温度における表面粗さ/層厚の比は0.78、応答温度以上の温度と応答温度未満の温度での表面粗さ/層厚の比の差は0.65、粗さ曲線要素の平均長さは0.58μmであった。
[ブロック共重合体が被覆された基材表面の濡れ性]
前記ブロック共重合体が被覆された基材を用いたこと以外は、実施例1[ブロック共重合体が被覆された基材の濡れ性]と同じ方法で測定した。
Example 2
[Synthesis of block copolymer]
A block copolymer was synthesized in the same manner as in Example 1 [Synthesis of block copolymer].
[Preparation of base material coated with block copolymer]
The block copolymer was dissolved in ethanol to prepare a 0.9 wt% solution. 50 μL of this solution was dropped on a 3.5 cm-diameter dish (manufactured by Corning Incorporated, material: polystyrene), and spin-coated at 2000 rpm for 60 seconds. Dried at room temperature for 1 hour. Further, the substrate was immersed in pure water at room temperature for 24 hours and washed to prepare a substrate coated with a block copolymer.
[Surface structure of substrate surface coated with block copolymer]
The substrate coated with the block copolymer was immersed in water at 37 ° C. for 24 hours, dried by blowing air, and observed with an atomic force microscope. FIG. 5 shows the results. A surface structure is formed at a temperature equal to or higher than the response temperature, and a ratio of surface roughness / layer thickness at a temperature equal to or higher than the response temperature is 0.78, and a surface roughness / layer thickness at a temperature equal to or higher than the response temperature and lower than the response temperature is used. Was 0.65, and the average length of the roughness curve elements was 0.58 μm.
[Wettability of substrate surface coated with block copolymer]
The measurement was performed in the same manner as in Example 1 [Wettability of the substrate coated with the block copolymer], except that the substrate coated with the block copolymer was used.
10℃での対水接触角は37℃での対水接触角よりも低く、前記ブロック共重合体が被覆された基材は温度応答性を示し、応答温度は10℃〜37℃の範囲にあることが分かった。
[ラミニン吸着率]
ラミニン吸着試験により求めたラミニン吸着率は22%であった。
[細胞培養評価および剥離評価]
前記ブロック共重合体が被覆された基材を用いたこと以外は、実施例1[細胞培養評価および剥離評価]で培養を行った。
The contact angle with water at 10 ° C. is lower than the contact angle with water at 37 ° C., and the base material coated with the block copolymer exhibits temperature response, and the response temperature is in the range of 10 ° C. to 37 ° C. I found it.
[Laminin adsorption rate]
The laminin adsorption rate determined by the laminin adsorption test was 22%.
[Evaluation of cell culture and detachment]
Culture was performed in Example 1 [Evaluation of cell culture and evaluation of exfoliation], except that the substrate coated with the block copolymer was used.
細胞播種から24時間後、96時間後、144時間後に、位相差顕微鏡で細胞の様子を観察し、いずれの場合においても細胞接着ならびに増殖を確認し、新しい前記培地に交換を行った。細胞播種から144時間後の培地交換の後、基材を4℃に冷却し、基材側面を叩いて振動を与え、ピペッティングを行い、再度位相差顕微鏡で観察した。細胞は剥離し、回収出来た。 At 24 hours, 96 hours, and 144 hours after cell seeding, the state of the cells was observed with a phase-contrast microscope. In each case, cell adhesion and proliferation were confirmed, and the medium was replaced with a fresh medium. After the culture medium was exchanged 144 hours after the cell seeding, the substrate was cooled to 4 ° C., vibration was applied by tapping the side surface of the substrate, pipetting was performed, and observation was performed again with a phase contrast microscope. The cells were detached and collected.
実施例3
[ブロック共重合体の合成]
実施例1[ブロック共重合体の合成]と同じ方法でブロック共重合体を合成した。
[ブロック共重合体が被覆された基材の作製]
前記ブロック共重合体をエタノールに溶解させ、0.05wt%溶液とした。この溶液を直径3.5cmのディッシュ(Corning Incorporated社製、材質:ポリスチレン)に190μL滴下し、室温で1時間減圧乾燥し、ブロック共重合体が被覆された基材を作製した。
[ブロック共重合体が被覆された基材表面の表面構造]
ブロック共重合体が被覆された基材を37℃の水中に24時間浸漬し、エアーを吹きつけることにより乾燥させ、原子間力顕微鏡で観察した。結果を図6に示す。応答温度以上の温度において表面構造を形成し、応答温度以上の温度における表面粗さ/層厚の比は0.53、応答温度以上の温度と応答温度未満の温度での表面粗さ/層厚の比の差は0.41、粗さ曲線要素の平均長さは0.09μmであった。
[ブロック共重合体が被覆された基材表面の濡れ性]
前記ブロック共重合体が被覆された基材を用いたこと以外は、実施例1[ブロック共重合体が被覆された基材の濡れ性]と同じ方法で測定した。
Example 3
[Synthesis of block copolymer]
A block copolymer was synthesized in the same manner as in Example 1 [Synthesis of block copolymer].
[Preparation of base material coated with block copolymer]
The block copolymer was dissolved in ethanol to obtain a 0.05 wt% solution. 190 μL of this solution was added dropwise to a 3.5 cm-diameter dish (manufactured by Corning Incorporated, material: polystyrene), and dried under reduced pressure at room temperature for 1 hour to prepare a substrate coated with a block copolymer.
[Surface structure of substrate surface coated with block copolymer]
The substrate coated with the block copolymer was immersed in water at 37 ° C. for 24 hours, dried by blowing air, and observed with an atomic force microscope. FIG. 6 shows the results. A surface structure is formed at a temperature equal to or higher than the response temperature, and the ratio of surface roughness / layer thickness at a temperature equal to or higher than the response temperature is 0.53, and a surface roughness / layer thickness at a temperature equal to or higher than the response temperature and lower than the response temperature. Was 0.41 and the average length of the roughness curve elements was 0.09 μm.
[Wettability of substrate surface coated with block copolymer]
The measurement was performed in the same manner as in Example 1 [Wettability of the substrate coated with the block copolymer], except that the substrate coated with the block copolymer was used.
10℃での対水接触角は37℃での対水接触角よりも低く、前記ブロック共重合体が被覆された基材は温度応答性を示し、応答温度は10℃〜37℃の範囲にあることが分かった。
[ラミニン吸着率]
ラミニン吸着試験により求めたラミニン吸着率は38%であった。
[細胞培養評価および剥離評価]
前記ブロック共重合体が被覆された基材を用いたこと以外は、実施例1[細胞培養評価および剥離評価]で培養を行った。
The contact angle with water at 10 ° C. is lower than the contact angle with water at 37 ° C., and the base material coated with the block copolymer exhibits temperature response, and the response temperature is in the range of 10 ° C. to 37 ° C. I found it.
[Laminin adsorption rate]
The laminin adsorption rate determined by the laminin adsorption test was 38%.
[Evaluation of cell culture and detachment]
Culture was performed in Example 1 [Evaluation of cell culture and evaluation of exfoliation], except that the substrate coated with the block copolymer was used.
細胞播種から24時間後、96時間後、144時間後に、位相差顕微鏡で細胞の様子を観察し、いずれの場合においても細胞接着ならびに増殖を確認し、新しい前記培地に交換を行った。細胞播種から144時間後の培地交換の後、基材を4℃に冷却し、基材側面を叩いて振動を与え、ピペッティングを行い、再度位相差顕微鏡で観察した。細胞は剥離し、回収出来た。 At 24 hours, 96 hours, and 144 hours after cell seeding, the state of the cells was observed with a phase-contrast microscope. In each case, cell adhesion and proliferation were confirmed, and the medium was replaced with a fresh medium. After the culture medium was exchanged 144 hours after the cell seeding, the substrate was cooled to 4 ° C., vibration was applied by tapping the side surface of the substrate, pipetting was performed, and observation was performed again with a phase contrast microscope. The cells were detached and collected.
比較例1
基材にブロック共重合体を被覆せず、直径3.5cmのディッシュ(Corning Incorporated社製、材質:ポリスチレン)をそのまま用い、その他は実施例1と同様にして評価した。
[ラミニン吸着率]
ラミニン吸着試験により求めたラミニン吸着率は58%であった。
[細胞培養評価および剥離評価]
直径3.5cmのディッシュをそのまま用いたこと以外は、実施例1[細胞培養評価および剥離評価]と同様の方法で培養を行った。
Comparative Example 1
The substrate was not coated with the block copolymer, a 3.5 cm diameter dish (manufactured by Corning Incorporated, material: polystyrene) was used as it was, and the others were evaluated in the same manner as in Example 1.
[Laminin adsorption rate]
The laminin adsorption rate determined by the laminin adsorption test was 58%.
[Evaluation of cell culture and detachment]
Culture was performed in the same manner as in Example 1 [Evaluation of cell culture and evaluation of detachment], except that the dish having a diameter of 3.5 cm was used as it was.
細胞播種から24時間後、96時間後、144時間後に位相差顕微鏡で細胞の様子を観察した。いずれの場合においても細胞接着ならびに増殖を確認し、新しい前記培地に交換を行った。細胞播種から144時間後の培地交換の後、基材を4℃に冷却し、基材側面を叩いて振動を与え、ピペッティングを行い、再度位相差顕微鏡で観察した。細胞は接着し、144時間後までの培養で十分に増殖したものの、冷却操作によって剥離しなかった。ブロック共重合体非存在では温度低下による細胞の回収は出来なかった。 24 hours, 96 hours, and 144 hours after the cell seeding, the state of the cells was observed with a phase contrast microscope. In each case, cell adhesion and proliferation were confirmed, and the medium was replaced with a fresh one. After the culture medium was exchanged 144 hours after the cell seeding, the substrate was cooled to 4 ° C., vibration was applied by tapping the side surface of the substrate, pipetting was performed, and observation was performed again with a phase contrast microscope. The cells adhered and proliferated sufficiently in culture up to 144 hours later, but were not detached by the cooling operation. In the absence of the block copolymer, cells could not be recovered due to the temperature drop.
比較例2
[ブロック共重合体の合成]
実施例1[ブロック共重合体の合成]と同じ方法でブロック共重合体を合成した。
[ブロック共重合体が被覆された基材の作製]
前記ブロック共重合体をエタノールに溶解させ、2wt%溶液とした。この溶液を直径3.5cmのディッシュ(Corning Incorporated社製、材質:ポリスチレン)に50μL滴下し、2000rpmで60秒間スピンコートした。室温で1時間乾燥した。さらに、室温で純水中に24時間浸漬させて洗浄し、ブロック共重合体が被覆された基材を作製した。
[ブロック共重合体が被覆された基材表面の表面構造]
ブロック共重合体が被覆された基材を37℃の水中に24時間浸漬し、エアーを吹きつけることにより乾燥させ、原子間力顕微鏡で観察した。結果を図7に示す。応答温度以上の温度においても表面構造をほとんど形成せず、応答温度以上の温度における表面粗さ/層厚の比は0.15、応答温度以上の温度と応答温度未満の温度での表面粗さ/層厚の比の差は0.02、粗さ曲線要素の平均長さは0.15μmであった。
[ラミニン吸着率]
ラミニン吸着試験により求めたラミニン吸着率は6%であった。
[細胞培養評価および剥離評価]
前記共重合体が被覆された基材を用いたこと以外は、実施例1[細胞培養評価および剥離評価]と同様の方法で培養を行った。
Comparative Example 2
[Synthesis of block copolymer]
A block copolymer was synthesized in the same manner as in Example 1 [Synthesis of block copolymer].
[Preparation of base material coated with block copolymer]
The block copolymer was dissolved in ethanol to form a 2 wt% solution. 50 μL of this solution was dropped on a 3.5 cm-diameter dish (manufactured by Corning Incorporated, material: polystyrene), and spin-coated at 2000 rpm for 60 seconds. Dried at room temperature for 1 hour. Further, the substrate was immersed in pure water at room temperature for 24 hours and washed to prepare a substrate coated with a block copolymer.
[Surface structure of substrate surface coated with block copolymer]
The substrate coated with the block copolymer was immersed in water at 37 ° C. for 24 hours, dried by blowing air, and observed with an atomic force microscope. FIG. 7 shows the results. The surface structure hardly forms even at a temperature higher than the response temperature, and the ratio of the surface roughness / layer thickness at the temperature higher than the response temperature is 0.15, and the surface roughness at a temperature higher than the response temperature and a temperature lower than the response temperature is lower. The difference in the ratio of the thickness / layer thickness was 0.02, and the average length of the roughness curve elements was 0.15 μm.
[Laminin adsorption rate]
The laminin adsorption rate determined by the laminin adsorption test was 6%.
[Evaluation of cell culture and detachment]
Culture was carried out in the same manner as in Example 1 [Evaluation of cell culture and evaluation of peeling], except that a substrate coated with the copolymer was used.
細胞播種から24時間後、96時間後、144時間後に位相差顕微鏡で細胞の様子を観察した。細胞は接着せず、培養できなかった。 24 hours, 96 hours, and 144 hours after the cell seeding, the state of the cells was observed with a phase contrast microscope. The cells did not adhere and could not be cultured.
比較例3
[ブロック共重合体の合成]
実施例1[ブロック共重合体の合成]と同じ方法でブロック共重合体を合成した。
[ブロック共重合体が被覆された基材の作製]
前記ブロック共重合体をエタノールに溶解させ、0.05wt%溶液とした。この溶液を直径3.5cmのディッシュ(Corning Incorporated社製、材質:ポリスチレン)に50μL滴下し、2000rpmで60秒間スピンコートした。室温で1時間乾燥した。さらに、室温で純水中に24時間浸漬させて洗浄し、ブロック共重合体が被覆された基材を作製した。
[ブロック共重合体が被覆された基材表面の表面構造]
ブロック共重合体が被覆された基材を37℃の水中に24時間浸漬し、エアーを吹きつけることにより乾燥させ、原子間力顕微鏡で観察した。結果を図8に示す。応答温度以上の温度においても表面構造をほとんど形成せず、応答温度以上の温度における表面粗さ/層厚の比は0.41、応答温度以上の温度と応答温度未満の温度での表面粗さ/層厚の比の差は0.08、粗さ曲線要素の平均長さは0.01μmであった。
[ラミニン吸着率]
ラミニン吸着試験により求めたラミニン吸着率は42%であった。
[細胞培養評価および剥離評価]
前記共重合体が被覆された基材を用いたこと以外は、実施例1[細胞培養評価および剥離評価]と同様の方法で培養を行った。
Comparative Example 3
[Synthesis of block copolymer]
A block copolymer was synthesized in the same manner as in Example 1 [Synthesis of block copolymer].
[Preparation of base material coated with block copolymer]
The block copolymer was dissolved in ethanol to obtain a 0.05 wt% solution. 50 μL of this solution was dropped on a 3.5 cm-diameter dish (manufactured by Corning Incorporated, material: polystyrene), and spin-coated at 2000 rpm for 60 seconds. Dried at room temperature for 1 hour. Further, the substrate was immersed in pure water at room temperature for 24 hours and washed to prepare a substrate coated with a block copolymer.
[Surface structure of substrate surface coated with block copolymer]
The substrate coated with the block copolymer was immersed in water at 37 ° C. for 24 hours, dried by blowing air, and observed with an atomic force microscope. FIG. 8 shows the results. Almost no surface structure is formed even at a temperature higher than the response temperature. The ratio of the surface roughness / layer thickness at the temperature higher than the response temperature is 0.41, and the surface roughness at the temperature higher than the response temperature and the temperature lower than the response temperature is lower. The difference in the ratio of the thickness / layer thickness was 0.08, and the average length of the roughness curve elements was 0.01 μm.
[Laminin adsorption rate]
The laminin adsorption rate determined by the laminin adsorption test was 42%.
[Evaluation of cell culture and detachment]
Culture was carried out in the same manner as in Example 1 [Evaluation of cell culture and evaluation of peeling], except that a substrate coated with the copolymer was used.
細胞播種から24時間後、96時間後、144時間後に位相差顕微鏡で細胞の様子を観察した。いずれの場合においても細胞接着ならびに増殖を確認し、新しい前記培地に交換を行った。細胞播種から144時間後の培地交換の後、基材を4℃に冷却し、基材側面を叩いて振動を与え、ピペッティングを行い、再度位相差顕微鏡で観察した。細胞は接着し、144時間後までの培養で十分に増殖したものの、冷却操作によって剥離しなかった。 24 hours, 96 hours, and 144 hours after the cell seeding, the state of the cells was observed with a phase contrast microscope. In each case, cell adhesion and proliferation were confirmed, and the medium was replaced with a fresh one. After the culture medium was exchanged 144 hours after the cell seeding, the substrate was cooled to 4 ° C., vibration was applied by tapping the side surface of the substrate, pipetting was performed, and observation was performed again with a phase contrast microscope. The cells adhered and proliferated sufficiently in culture up to 144 hours later, but were not detached by the cooling operation.
1 基材
2 ブロック共重合体
10 培養基材
H 平均粗さ
L 平均長さ
Reference Signs List 1 base material 2
Claims (6)
リン酸緩衝生理食塩水1mLに対して0.5mg/mLの濃度のラミニン511−E8フラグメント溶液を2〜2.5μL添加した溶液を、基材の単位面積当たりの量で0.2mL/cm2基材上に滴下し、37℃で24時間静置した時、下記式より求めたラミニン吸着率。
A solution obtained by adding 2-2.5 μL of a laminin 511-E8 fragment solution having a concentration of 0.5 mg / mL to 1 mL of phosphate buffered saline was added in an amount of 0.2 mL / cm 2 per unit area of the substrate. The laminin adsorption rate calculated from the following formula when dropped on a substrate and allowed to stand at 37 ° C. for 24 hours.
[1]請求項1〜請求項5のいずれかに記載の培養基材に多能性幹細胞を播種する工程。
[2]前記培養基材に播種された多能性幹細胞を温度応答高分子の応答温度以上の温度の液体中で培養する工程。
[3]培養基材を温度応答高分子の応答温度未満の温度に冷却し、前記液体中で培養された多能性幹細胞を基材から剥離する工程。 A method for producing pluripotent stem cells, comprising producing undifferentiated pluripotent stem cells through the following steps [1] to [3].
[1] A step of seeding the culture substrate according to any one of claims 1 to 5 with a pluripotent stem cell.
[2] a step of culturing the pluripotent stem cells seeded on the culture substrate in a liquid at a temperature equal to or higher than the response temperature of the temperature-responsive polymer.
[3] a step of cooling the culture substrate to a temperature lower than the response temperature of the temperature-responsive polymer, and detaching the pluripotent stem cells cultured in the liquid from the substrate.
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| WO2015199245A1 (en) * | 2014-06-24 | 2015-12-30 | 学校法人東京女子医科大学 | Implant cultured periodontal ligament cell sheet complex, method for manufacturing same, and method for using same |
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