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公開番号2025041647
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-26
出願番号2024209102,2021538765
出願日2024-11-29,2020-01-04
発明の名称多次元細胞培養を行うための装置および方法
出願人プレマスバイオテックプライベートリミテッド
代理人弁理士法人清原国際特許事務所
主分類C12M 3/00 20060101AFI20250318BHJP(生化学;ビール;酒精;ぶどう酒;酢;微生物学;酵素学;突然変異または遺伝子工学)
要約【解決手段】本発明は、多次元細胞培養を行うための装置および方法、より詳細には、3次元(3D)および4次元(4D)の装置および方法について開示する。本発明の装置および方法は、不織布スキャフォールド上でスフェロイド/人工生体組織として細胞を増殖させて、3D組織様構造体を作製することを含む。系は、はるかに短いタイムスパンで3D人工生体組織を生成することが可能で、また、長期間、1年以上にわたってさえも増殖させることが可能であることによって、4つ目の次元を提供する。本発明はまた、装置による、細胞薬物感受性を分析するために使用する方法を提供する。さらに、本発明は、細胞の増殖および薬物感受性を特徴付けるための装置を提供する。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
細胞を増殖させるための装置であって、
該装置は、少なくとも１つの無菌培養室を含み、各無菌培養室は、ハンギングドロップ培養のスフェロイド、大量の細胞培養物、生検の初代培養物、および生検の外植片の群から選択される接種材料を収容して支持するための無菌の不織布ベースマトリックス系を含有し、各無菌培養室は、３次元（３Ｄ）で細胞を増殖させるために、培養培地、前記ベースマトリックス系および細胞を保持するための底面と側面とを有する、装置。
続きを表示（約 630 文字）【請求項２】
前記ベースマトリックス系の布は、ＰＥＴ、ＰＰ、ＰＢＴ、ガラス繊維および綿の群から選択される少なくとも１つからなる重合体繊維の不織布状のマトリックスを含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ベースマトリックス系の布は、約１０～５０ｇｍ／ｍ
２
の密度を有し、少なくとも約０．０５ｍｍであって約５ｍｍ未満の厚さを有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
接種材料をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記細胞は、哺乳類を起源とすることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記細胞は、起源が植物、真菌種および細菌種から選択されることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記細胞は、ヒトのものであることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項８】
前記細胞は、細胞構築物を維持することを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項９】
前記細胞構築物は、細胞内および細胞外の機能および構造体を含むことを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
細胞外構築物は、細胞外マトリックスの少なくとも１つの成分を含むことを特徴とする、請求項９に記載の装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、分子細胞生物学の分野に属し、多次元細胞分析を行うための細胞培養装置および方法、より詳細には、３次元（３Ｄ）および４次元（４Ｄ）に基づく装置および方法を提供する。また、このような装置を作る方法を提供する。細胞培養方法および装置は、薬物の発見および開発、臨床試験、治療法決定、および患者のゲノム／癌ゲノム処置に商店を当てた結果データ（ｆｏｃｕｓｅｄＰａｔｉｅｎｔＧｅｎｏｍｅ／ＣａｎｃｅｒＧｅｎｏｍｅＴｒｅａｔｍｅｎｔ－Ｏｕｔｃｏｍｅｄａｔａ）に役立つ。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
ヒトの生理、病理および組織に基づく分析は、近年までは、２次元（２Ｄ）細胞培養方法で行われてきたが、この方法は、発達生物学、組織形態形成、疾患メカニズム、薬物の発見、組織工学、再生医療および器官印刷の研究領域において様々な開発を促すのに重要な役割を果たしてきた。この方法に基づいて、著しい発見がなされ、利用され、世界人口にとって有益であった。しかし、研究力は、多大な見通しの変更やパラダイムシフトを受けて、２Ｄ培養物に関連した多数の相違や不備が、特に、２Ｄ培養物ではインビボ条件をエミュレートすることができないことや、生理学的関連性を持たせることができないことについて、明らかになってきている。癌の診断および医療の分野においては特に、インビボとインビトロのシナリオ間の違いによって存在する相違は、十分認識されている課題である。２Ｄ細胞に基づくアッセイは、設計に欠陥があること、３Ｄ空間に問題があること、アクセス性が困難であることなどの欠点があり、一般的には、有効性のある３Ｄインビボ環境を表すものではない。この相違を埋めるために、ここ数年で急速な進歩があり、ゲノムツールが試されてきたが、患者や動物モデルに存在する複雑性に対処するほど十分効率的ではなかった。２Ｄ細胞に基づくアッセイ／機能アッセイにおいて生じたデータ間の相違は、多くの場合は、候補分子の素早いカットオフに依存した薬物投与量設定研究の投薬強度において２～２０倍である。よって、動物モデルには欠陥や動力があるので、なおさら現実世界での分子の潜在性や効力の判断を表すものではない。
【０００３】
科学者はここ数年、細胞の環境をインビトロまたは人工的に作製しようと努めてきた。この環境では、これらの細胞を３次元（３Ｄ）で増殖させて周囲と相互作用させることができる。生物医学分野では、３次元（３Ｄ）細胞培養物は現在、細胞培養空間の新たな常識という地位を得ようとしている。現在の慣習では、３Ｄ培養物は、細胞培養バイオリアクターまたは小型プレートに基づく系／カプセルで増殖し、細胞は増殖すると、スフェロイドまたは３Ｄ細胞コロニーになることができる［Ｇｏｏｄｍａｎｅｔａｌ，Ｍｉｃｒｏｓｃ．Ｍｉｃｒｏａｎａｌ．２２（Ｓｕｐｐｌ３），２０１６］。哺乳類細胞およびヒト細胞を３Ｄで細胞培養して、組織様器官を作製することは、細胞培養技術において革命的な分析であり、将来有望な成長がある様々な分野において用途を見出している。
【０００４】
同型または異型の３Ｄ組織培養モデルを良好に増殖させる鍵は、それぞれの組織の生理的、組織的および機能的特性を模倣することである。同型の系は、純粋な細胞株を含み、異型の系は、例えば混合系列の細胞を含有した実際の腫瘍の生検試料を含む。３Ｄ細胞培養方法および様々な用途のさらなる開発によって、医学、医薬および生物工学に基づく様々な用途に著しく進出を遂げてきている。いくつか例を挙げると、癌、幹細胞研究、薬物の発見および再生医療の分野において、多数の研究が進行中である［ＲｅｐｏｒｔＩＤ：ＧＶＲ－１－６８０３８－０９１－０，ＰｕｂｌｉｓｈｅｄＤａｔｅ：Ｊｕｎ，２０１８］。病院、製薬会社、研究機関および研究所では、より良い結果を得るための３Ｄ細胞培養方法およびその派生方法を採用しつつあり、普及率は、今後１０年間で急速に上昇するとされている。３Ｄ細胞培養方法の確立は、スキャフォールドに基づくプラットフォーム、スキャフォールドフリープラットフォーム、ゲル、バイオリアクターおよび／またはマイクロチップのいずれかの使用に基づいている。マクロポーラス、ミクロポーラス、ナノポーラスまたは固体のスキャフォールドといった、スキャフォールドに基づく様々なプラットフォームが文献に記載されている。しかし、これらの系は、産生および使用に手間がかかるという点では完全に効率的ではなく、また、非常に時間がかかり、長期間にわたって安定せず、スループットが低く、組織試料に対して生体適合性の問題があり得、試料取込の課題をもたらし得ることなどである（ＡｒｃｈａｎａＳｗａｍｉｅｔａｌ．，３ＤＴｕｍｏｒＭｏｄｅｌｓ：Ｈｉｓｔｏｒｙ，ＡｄｖａｎｃｅｓａｎｄＦｕｔｕｒｅＰｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ；ＦｕｔｕｒｅＯｎｃｏｌｏｇｙ，Ｍａｙ２０１４）。
【０００５】
本発明は、先行技術における既存の課題に対処することで、納得のいく機能的結果を達成し、それによって、培養組織の内部のマイクロ規模またはマクロ規模の機能を綿密に模倣する多次元系および方法を提供する。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、多次元細胞培養を行うためのスループットの高い装置および方法を提供し、より詳細には、３次元（３Ｄ）および４次元（４Ｄ）の装置および方法を提供する。本発明の装置および方法は、不織布ベースマトリックス系上でスフェロイドおよび／または人口生体組織（Ｔｉｓｓｕｅｏｉｄ）として細胞を増殖させて、３Ｄ組織様構造体を作製することを含む。本発明はまた、細胞の薬物感受性を分析するための方法および装置を提供する。さらに、本発明は、様々な細胞株および生検試料の特徴である、細胞の増殖および薬物感受性という機能を特徴付けて分析するための装置を提供する。
【０００７】
本発明の装置および方法は、既存の２Ｄ／３Ｄ系を適用する際に直面する課題に対処するものであって、中でも特に癌の医薬開発、臨床試験、再生医療、個別化医療アッセイでの広範囲の産業上の用途を提示する。
【０００８】
本発明の態様は、細胞を増殖させるための装置を提供し、該装置は、複数の無菌培養室を含み、各無菌培養室は、ハンギングドロップ培養のスフェロイド、大量の細胞培養物、および生検または外植片の初代培養物の群から選択される接種材料を収容して支持するための無菌の不織布ベースマトリックス系を含有し、各無菌培養室は、３次元（３Ｄ）で細胞を増殖させるために、培養培地、ベースマトリックス系および細胞を保持するための底面と側面とを有する。
【０００９】
装置の全体的な実施形態では、ベースマトリックス系の布は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ガラス繊維、アクリル樹脂および綿の群から選択される少なくとも１つからなる重合体繊維または共重合体繊維でできた不織布状のマトリックスを含む。典型的には、ベースマトリックス系の布は、約１０～５０ｇｍ／ｍ
２
の密度を有し、少なくとも約０．０５ｍｍであって約５ｍｍ未満の厚さを有する。
【００１０】
全体的な実施形態では、細胞は、哺乳類、主としてヒト細胞を起源とするが、装置中の細胞の増殖を視覚化することで、鳥類および爬虫類などの真核生物、ならびに、酵母などの真核微生物の細胞でも増殖が可能となる。追加的な実施形態では、植物、真菌種および細菌種から選択される起源の細胞を使用して、装置が利用される。
（【００１１】以降は省略されています）

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