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細胞培養用足場

台湾創新材料会社は台湾中央研究院から独占的にライセンスを受けたマイクロ流路形成技術を持っています。まず、この技術を均一孔径を持つ3次元の細胞培養用足場(3D Cell Culture Scaffolds)に応用しました。これにより、孔径、膜厚、機械強度などをお客様のニーズに合わせてカスタマイズできます。この足場は、即時に溶解し、100%細胞の回収を可能にします。これは、薬のスクリーニングとテスト、癌の研究、人工的な腫瘍モデルの作成、細胞の治療、再生医療、組織工学などの関連領域に応用することができます。
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ロットごとの一貫性
ロットごとの一貫性
トリプシン分解による細胞回収が可能
トリプシン分解による細胞回収が可能
均一な孔径、サイズの調整も可能
均一な孔径、サイズの調整も可能
軟部組織の材料として
軟部組織の材料として
開放性三次元積層構造
開放性三次元積層構造
コストパフォーマンスに優れる
コストパフォーマンスに優れる

 

三次元細胞培養とは?

1980年代、アメリカ ローレンス・バークレー国立研究所のMina Bisselが乳腺がんに対する研究中に三次元細胞培養の技術を生み出しました。3D細胞培養技術は三次元構造を持つ異なった材料の足場(スキャフォールド)と各種異なる細胞を体外で一緒に培養し、足場である三次元立体空間構造の中で細胞を成長・移動させ、三次元の細胞キャリア複合物を作り出します。スキャフォールド材料の主要な成分はコラーゲン(Collagen)­、セルロース(Cellulose)、グリコサミノグリカン(glycosaminoglycan)などの天然ポリマー(Natural Polymers)と合成材料(Synthetic material)であるポリスチレン(Polystyrene, PS)、DEAE-デキストラン(DEAE-dextran)などです。合成材料と比べて、天然ポリマーは動植物や人体組織から直接採取されたもので、生物との相性の良さ、毒性・免疫反応の低さなどのメリットがあります。また、合成材料には比較的優れた機械的性質とロット再現性があります。三次元細胞培養のスキャフォールドは生体内の細胞外マトリックス(Extracellular matrix, ECM)の構造を再現することが可能で、さらには実際の細胞が人体内で成長する状況に近く、徐々に従来の二次元の平面であるシャーレでの培養に代わってバイオメディカルの各分野で応用されています。

 

 

三次元細胞培養スキャフォールドのバイオメディカルにおける応用

三次元培養技術は組織工学、腫瘍学、再生医学、薬剤スクリーニングテストや幹細胞生物学において、いずれも広く応用されています。再生能力があり、機能を持つ器官組織は組織工学の研究において最終目標とされますが、その中には複雑で制御を受けるシグナル伝達経路系統も含まれます。それゆえに、細胞反応を十分正確に予測し決まった培養方法を安定して再現できるとともに、細胞を特定の表現型に分化させられることが鍵となります。そして、三次元細胞培養スキャフォールドはより効率的に細胞と細胞外マトリックスの動態関係を再現できること、ならびに細胞組織再生における協調と相互作用が重要な役割を担っていることがすでに証明されています。薬剤スクリーニングテストの研究において、多くの動物実験をパスした薬剤は、動物モデルと実際の人体の遺伝的構成とさらに精確で細かな生理的な違いによって薬物の効果と副作用を正確に判定できないため、三次元細胞培養スキャフォールドを体外器官モデルとして用い、薬物が人体の器官などに直接作用する様子を研究する手助けとなり、さらに薬剤使用における長期的な臨床効果を系統的に評価するのに役立ちます。

 

 

 

Tantti® 三次元細胞スキャフォールドのご紹介

Tantti® 三次元細胞スキャフォールドは医療用グレードのゼラチン(gelatin)を用いて作成され、機械的性質と熱安定性を有しています。台湾の国家機関である中央研究院より独占的にライセンスを受けたマイクロ流路技術によって、スキャフォールドに大きな表面積と高連続性の均一孔を備えているという特徴があります。細胞培養時、大きな表面積によって細胞が接着する面積をより広くするとともに、高連続性均一孔はスキャフォールド内部で細胞の成長環境(例:ガス交換)を確保し培地の栄養代謝などを均等に安定させて細胞活性と増殖能力を高めます。また、スキャフォールドはトリプシン(Trypsin)の使用により溶解され、細胞回収率は100%です。どのような孔径の大きさ、厚み、機械的性質であっても、お客様のニーズに応じて調節することが可能です。

 

 

 

 

実験データ

 

 

 

関連論文

Springerplus. 2014 Feb 11;3:80. doi: 10.1186/2193-1801-3-80.

Bioactive Materials. Volume 3, Issue 3, September 2018, Pages 278-314

 

 

 

Q&A

 

Q:3次元の細胞培養用足場の材料はどのようなコラーゲンを使用していますか。その供給源はどこですか。

A:3次元の細胞培養用足場の材料はI型コラーゲンです。その供給源は豚の皮です。

 

Q:Tanttiで生産した3次元の細胞培養用足場の内部構造は何ですか。細胞を培養する際にどのくらいの表面積を提供していますか。

A:足場の内部構造はミクロンサイズの3次元的多孔性立体的な空間で、内部の孔の大きさが均一で、連通性を持っています。普通の2次元細胞を培養面積より優れています。

       (a) 6 mm (For 96 well) の3次元の細胞培養用足場の培養面積は:

             75 μm孔徑大小:16.82 cm2

             150 μm孔徑:8.35 cm2

       (b) 10 mm (For 48 well) の3次元の細胞培養用足場の培養面積は:

             75 μm孔徑:46.74 cm2

             150 μm孔徑大小:23.20 cm2

 

Q:この3次元の細胞培養用足場は最大どのくらいの細胞数を載せられますか。

A:定められた様式の3次元の細胞培養用足場は厚さ1mmのシリンダ-型で、スペックは直径10 mm(For 48 well)と直径6 mm(For 96 well)の足場で、直径10 mm(For 48 well)の足場は1*106の細胞数で、直径6 mm(For 96 well)の足場は1*105の細胞数です。(このデータベースはNIH3T3細胞株で10-14日に培養した結果で、初めの播種した細胞数は2*104。しかし細胞の特性によって、同じの培養条件でも、載せている細胞数が違っています。)

 

Q:定められた様式の3次元の細胞培養用足場の孔径は75μmと150μmで、その孔径はどんな細胞の培養に相応しいですか。

A:この足場は違った孔径(75μmと150μm)ですが、同じ体積の場合には孔径の大きさは小さいほど細胞培養できる表面積が大きくなり、しかも良い成長環境を提供します。ガン細胞の培養の例から見ると、Tanttiから提供した違った孔径3次元の細胞培養用足場は、使用したドラッグとガン細胞のクラスタ-の大きさを比較することができます。哺乳類からの細胞や幹細胞の培養について、最適な培養する孔径は100~200 μmで、Tanttiから提供する孔径は150 μmの方が相応しいと思います。

 

Q:3次元の細胞培養用足場は溶けられて、細胞を回収されますか。

A:Tanttiの3次元の細胞培養用足場はトリプシンで37℃、5分間に完全に溶けられ、細胞を回収します。しかし、3次元の細胞培養用足場で培養した細胞数が105以上の場合は、コラ—ゲン分解酵素(Collagenase type I,activity: ≥125 units per mg dry weight)で足場を溶けることを勧めます。

 

Q:この3次元の細胞培養用足場はトリプシンの代わりのもの(例えば、TrypLE Express Enzyme 又はAcctuase)で溶けられますか。

A:はい、37℃で、溶解時間は約20分間です。

 

Q:この3次元の細胞培養用足場はどんな市販されたマイクロプレートに使えますか。

A:はい、しかし、静電気やほかの方法を処理されないマイクロプレートがお薦めです。(2次元マイクロプレートは、細胞接着させるために、殆ど静電気やほかの方法で処理されました。そして、3次元の細胞培養用足場で細胞を培養する際に、細胞は容易に2次元マイクロプレートへ移動する問題が発生し易く、したがって処理されないマイクロプレートがお薦めです。)

 

Q:3次元の細胞培養用足場で細胞を培養する際に観察し易いですか。

A:はい、この足場で細胞を培養する時は、透明シリンダーゲル状となります。(培養してない時は、白い固体シリンダー状となる)位相差倒立顕微鏡で直ちに細胞の成長様子を観察されます。走査型電子顕微鏡や共焦点レーザー顕微鏡で更にセルタイプを分析します。

 

Q:この3次元の細胞培養用足場は、販売される前に殺菌処理をしましたか。

A:はい、ガンマ線滅菌をしました。取り出した足場は直接に無菌環境に使えます。

 

Q:Tanttiの3次元の細胞培養用足場を使用して、発表した文献を紹介して下さい。

Hsieh T. W., et al., Matrix dimensionality and stiffness cooperatively regulate osteogenesis of mesenchymal stromal cells. Acta Biomaterialia (Impact factor: 6.383), 2016, 32: p. 210-222.

 

Lo Y. P., et al., Three-dimensional spherical spatial boundary conditions differentially regulate osteogenic differentiation of mesenchymal stromal cells. Scientific Reports (Impact factor: 4.122), 2016, article number: 21253.

 

Huang S. B., et al., Development of a pneumatically driven active cover lid for multi-well microplates for use in perfusion three-dimensional cell culture. Scientific Reports (Impact factor: 4.122), 2015, article number: 18352.

 

Ling T. Y., et al., Differentiation of lung stem/progenitor cells into alveolar pneumocytes and induction of angiogenesis within a 3D gelatin-Microbubble scaffold. Biomaterials (Impact factor: 8.806), 2014, 35(22): p. 5660-5569.

 

Lee Y. H., et al., Three-dimensional fibroblast morphology on compliant substrates of controlled negative curvature. Integrative Biology (Impact factor: 3.294), 2013, 5(12): 1447-1455.

 

Sun Y. S., et al., Electrotaxis of lung cancer cells in ordered three-dimensional scaffolds. Biomicrofluidics (Impact factor: 2,571), 2012, 6(1): 014102.

 

Wang C. C. et al., Cartilage regeneration in SCID mice using a highly organized three-dimensional alginate scaffold. Biomaterials (Impact factor: 8.806), 2012, 33(1): p. 120-127.

 

Lin J. Y. et al., Morphology and organization of tissue cells in 3D microenvironment of monodisperse foam scaffolds. Soft Matter (Impact factor: 3,709), 2011, 7: 10010.

 

Wang C. C. et al., A highly organized three-dimensional alginate scaffold for cartilage tissue engineering prepared by microfluidic technology. Biomaterials (Impact factor: 8.806), 2011, 35(29): p. 7118-7126.

 

 

 

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