細胞或組織的培養(yǎng)裝置和培養(yǎng)方法
【專利說明】細胞或組織的培養(yǎng)裝置和培養(yǎng)方法
[0001]本申請是如下專利申請的分案申請:
[0002]發(fā)明名稱:細胞或組織的培養(yǎng)裝置和培養(yǎng)方法；申請日:2007年6月20日；申請?zhí)?200780026057.7。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及在再生醫(yī)療領(lǐng)域、組織工程領(lǐng)域中的細胞或組織的培養(yǎng)，還涉及用于三維組織或器官再生的三維組織培養(yǎng)方法，具體來說，涉及含有細胞、細胞載體(scaffold)、細胞產(chǎn)生的胞外基質(zhì)的任意種類作為細胞構(gòu)成體(CelIconstruct)，根據(jù)情況添加培養(yǎng)液或其它添加物、或生長因子或藥品等進行的培養(yǎng)中所使用的培養(yǎng)裝置和培養(yǎng)方法。
[0004]簡而言之，本發(fā)明的培養(yǎng)裝置和培養(yǎng)方法與以往的靜置培養(yǎng)不同，是涉及物理作用并用的三維培養(yǎng)的培養(yǎng)裝置，該培養(yǎng)裝置是:對細胞構(gòu)成體的細胞施加主動刺激，同時使細胞構(gòu)成體位移，促進增殖、細胞移動、物質(zhì)移動，通過促進或停止分化來實現(xiàn)目標再生組織。
【背景技術(shù)】
[0005]細胞或組織的培養(yǎng)中，對于對要培養(yǎng)的細胞或組織施加壓力或張力等物理刺激的方法進行了研究，提出了各種生物反應(yīng)器等。二元培養(yǎng)(平面培養(yǎng))是使用平底培養(yǎng)基材的培養(yǎng)方法，通常是在培養(yǎng)箱內(nèi)靜置培養(yǎng)。懸浮培養(yǎng)是使非貼壁細胞懸浮培養(yǎng)的方法，也是在培養(yǎng)箱內(nèi)靜置培養(yǎng)。三維培養(yǎng)的常規(guī)方法是將接種了細胞的細胞載體在培養(yǎng)箱內(nèi)靜置，進行培養(yǎng)。三維培養(yǎng)(使用生物反應(yīng)器)通常是使細胞粘附或包含在細胞載體上，進行培養(yǎng)液的攪拌等處理，但是細胞載體的三維培養(yǎng)中也有對細胞施加加壓、壓縮、張力、剪切等物理作用的培養(yǎng)方法。
[0006]施加物理性作用的培養(yǎng)裝置被稱為“生物反應(yīng)器”、“組織工程處理器”等，作為用于組織工程的培養(yǎng)實驗或再生醫(yī)療的體外細胞、組織的培養(yǎng)裝置，有望得到實際應(yīng)用。
[0007]關(guān)于上述細胞或組織的培養(yǎng)、該培養(yǎng)中所使用的具有施加物理性位移或應(yīng)力、刺激的功能的生物反應(yīng)器，采用壓力、振動(超聲波)的例子有專利文獻I中公開的細胞或組織的培養(yǎng)方法及其裝置;采用壓力的例子有專利文獻2中公開的生物體內(nèi)、生物體外和試管內(nèi)的軟骨和膠原的修復(fù)和再生以及骨再形成的方法;采用剪切力的例子有專利文獻3中公開的細胞、組織培養(yǎng)裝置;采用拉伸力的例子有專利文獻4中公開的細胞、組織培養(yǎng)裝置;采用壓縮力的例子有專利文獻5中公開的細胞、組織培養(yǎng)裝置;采用剪切力的例子有專利文獻6中公開的細胞培養(yǎng)裝置;采用拉伸力的例子有專利文獻7中公開的使用硅膠帶的培養(yǎng)細胞用伸縮刺激負荷裝置;并用拉伸力和剪切力的例子有專利文獻8中公開的對組織、合成或天然血管移植片進行滅菌、接種、培養(yǎng)、保存、運輸以及檢查的裝置和方法。專利文獻9中公開了通過膜體使保持膜體狀的細胞產(chǎn)生變形的培養(yǎng)方法等。專利文獻10和專利文獻11中公開:培養(yǎng)中利用半透膜。人們對于各種物理性作用和刺激的施加或利用半透膜的細胞等的培養(yǎng)進行了嘗試。
[0008]專利文獻I:日本特開2001-238663號公報(摘要等)
[0009]專利文獻2:日本特表2004-512031號公報(摘要等)
[0010]專利文獻3:日本特開2002-315566號公報(摘要等)
[0011]專利文獻4:日本特開2003-061642號公報(摘要等)
[0012]專利文獻5:日本特開2003-180331號公報(摘要等)
[0013]專利文獻6:日本特開平09-313166號公報(摘要等)
[0014]專利文獻7:日本特開平10-155475號公報(摘要等)
[0015]專利文獻8:日本特表平11-504216號公報(摘要等)
[0016]專利文獻9:日本特開2005-143343號公報(摘要等)
[0017]專利文獻10:WO 2006-015304A2(摘要等)
[0018]專利文獻11:日本特表2000-513214號公報(摘要等)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]發(fā)明所要解決的課題
[0020]但是，人體存在承受各種應(yīng)力的部位，這些部位的修復(fù)中所使用的組織根據(jù)其部位不同而不同。例如，在椎間板、半月板、骨骼、纖維軟骨、心臟瓣膜處，在體內(nèi)承受彎曲力。該彎曲力與單純的壓力、壓縮、拉伸、剪切等不同。對于所述承受彎曲力的部位，采用通過單純的壓力、壓縮、拉伸、剪切等刺激因素培養(yǎng)的組織并不足夠。
[0021]因此，本發(fā)明人等認識到，作為施加給要培養(yǎng)的細胞或組織的刺激或負荷，彎曲對于細胞或組織的增殖等極為有利。上述課題在專利文獻I?11中沒有公開，也沒有任何啟不O
[0022]因此，本發(fā)明的目的在于涉及含有細胞和/或組織的培養(yǎng)物的培養(yǎng)裝置和培養(yǎng)方法，提供適合人等身體部位的細胞和/或組織的培養(yǎng)裝置和培養(yǎng)方法。
[0023]本發(fā)明的另一目的在于涉及適合人等身體部位的細胞和/或組織的培養(yǎng)裝置，通過使培養(yǎng)物彎曲或伸縮，有助于適當?shù)募毎?或組織的培養(yǎng)。
[0024]解決課題的方法
[0025]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的培養(yǎng)裝置可以使彎曲力作用于含有細胞和/或組織的培養(yǎng)物，無需伴隨培養(yǎng)器部內(nèi)的培養(yǎng)液的增減、即，無需使培養(yǎng)液的壓力增減，就可以對培養(yǎng)器部內(nèi)的培養(yǎng)物施加培養(yǎng)所必須的位移。具體來說，通過彎曲，在從其凹陷部分至凸起部分的厚度方向上產(chǎn)生連續(xù)的壓縮和伸長，對培養(yǎng)物施加以往的加壓、剪切、拉伸中無法得到的物理性刺激或負荷，由此可以獲得適合于伴有彎曲的部位的組織修復(fù)的培養(yǎng)物。本發(fā)明并不限于上述彎曲，無需伴有培養(yǎng)器部內(nèi)的培養(yǎng)液的增減、即，無需使培養(yǎng)液的壓力增減，就可以對培養(yǎng)物施加培養(yǎng)所必須的運動或刺激等。
[0026]因此，為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面是含有細胞和/或組織的培養(yǎng)物的培養(yǎng)裝置，該培養(yǎng)裝置具備收納上述培養(yǎng)物的培養(yǎng)器部、貫穿于上述培養(yǎng)器部內(nèi)外的控制桿(lever)，操作上述控制桿，對上述培養(yǎng)物施加位移。通過所述構(gòu)成可實現(xiàn)上述目的。
[0027]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第二方面是含有細胞和/或組織的培養(yǎng)物的培養(yǎng)裝置，該培養(yǎng)裝置具備載放上述培養(yǎng)物的培養(yǎng)床;與該培養(yǎng)床一起收納上述培養(yǎng)物的培養(yǎng)器部；貫穿于上述培養(yǎng)器部內(nèi)外的控制桿;操作上述桿、把持上述培養(yǎng)床、通過上述培養(yǎng)床的彎曲變形對上述培養(yǎng)物施加位移的驅(qū)動裝置。通過所述構(gòu)成可實現(xiàn)上述目的。
[0028]為實現(xiàn)上述目的，上述培養(yǎng)裝置中可以優(yōu)選上述控制桿是以設(shè)定在上述培養(yǎng)器部的壁部或其附近的支點為中心進行圓弧運動的構(gòu)成，通過所述構(gòu)成可實現(xiàn)上述目的。
[0029]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第三方面是含有細胞和/或組織的培養(yǎng)物的培養(yǎng)裝置，該培養(yǎng)裝置具備載放上述培養(yǎng)物的培養(yǎng)床;與該培養(yǎng)床一起收納上述培養(yǎng)物的培養(yǎng)器部；貫穿于上述培養(yǎng)器部的內(nèi)外、可以以設(shè)定在上述培養(yǎng)器部的壁部或其附近的支點為中心進行圓弧運動的控制桿;操作上述控制桿，對上述培養(yǎng)床施加伸縮力，通過上述培養(yǎng)床的伸縮變形來使上述培養(yǎng)物伸縮的驅(qū)動工具。通過所述構(gòu)成可實現(xiàn)上述目的。
[0030]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第四方面是含有細胞和/或組織的培養(yǎng)物的培養(yǎng)方法，該方法的構(gòu)成是:將上述培養(yǎng)物收納于培養(yǎng)器部中，以設(shè)定在上述培養(yǎng)器部的壁部或其附近的支點為中心，對貫穿于上述培養(yǎng)器部內(nèi)外的控制桿施加圓弧運動，通過該圓弧運動對上述培養(yǎng)物施加彎曲位移。通過所述構(gòu)成可實現(xiàn)上述目的。
[0031]發(fā)明效果
[0032]根據(jù)本發(fā)明，可以得到以下效果。
[0033 ] (I)對正在培養(yǎng)的培養(yǎng)物施加彎曲等位移(應(yīng)力)，可以產(chǎn)生純粹的彎曲動作。
[0034](2)可用于椎間板等體內(nèi)承受彎曲力的組織的再生。
[0035](3)有望防止干細胞分化、組織細胞去分化，組織結(jié)構(gòu)等具有方向性時，可以使其排列方向一致，可獲得與體內(nèi)組織同等的培養(yǎng)物。
[0036](4)排除壓力等其它物理作用或使其最小化，通過彎曲作用可以培養(yǎng)所需的組織。
[0037](5)有望使細胞移動變得容易。
[0038](6)可使營養(yǎng)物、氧滲透至三維細胞構(gòu)成體的內(nèi)部，有望排出代謝廢物。
[0039]本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點可通過參照所附附圖和各實施方式進一步明確。
[0040]附圖簡述
[0041]圖1是表示實施方式I的培養(yǎng)裝置的培養(yǎng)單元的縱截面圖。
[0042]圖2是表示培養(yǎng)器部的分解斜視圖。
[0043]圖3是表示含有控制桿部的培養(yǎng)器本體部的分解斜視圖。
[0044]圖4是表示控制桿部下面一側(cè)的斜視圖。
[0045]圖5是表示驅(qū)動部的分解斜視圖。
[0046]圖6是表示從培養(yǎng)器部拆下控制桿部后所見的培養(yǎng)單元的平面圖。
[0047]圖7是將培養(yǎng)床放大表示的斜視圖。
[0048]圖8是表示調(diào)節(jié)器的圖。
[0049]圖9是表示調(diào)節(jié)器的平面圖。
[0050]圖10是表示調(diào)節(jié)器中的運動轉(zhuǎn)換部的一個例子的圖。
[0051 ]圖11是表示運動轉(zhuǎn)換部的動作的一個例子的圖。
[0052]圖12是表示培養(yǎng)裝置的控制系統(tǒng)的一個例子的框圖。
[0053]圖13是表示培養(yǎng)的處理順序的流程圖。
[0054]圖14A是表示設(shè)置有細胞構(gòu)成體的培養(yǎng)床的圖。
[0055]圖14B是表示設(shè)置有細胞構(gòu)成體的培養(yǎng)床的圖。
[0056]圖15A是表示對細胞構(gòu)成體的彎曲動作的圖。
[0057 ]圖15B是表示對細胞構(gòu)成體的彎曲動作的圖。
[0058]圖16是表示調(diào)節(jié)器的動作順序的流程圖。
[0059]圖17是表示實施方式2的細胞構(gòu)成體的構(gòu)成例的圖。
[0000]圖18是表示細胞構(gòu)成體的其它構(gòu)成例的圖。
[0061 ]圖19是表示細胞構(gòu)成體的其它構(gòu)成例的圖。
[0062]圖20是表示實施方式3的培養(yǎng)系統(tǒng)的圖。
[0063]圖21是表示培養(yǎng)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的框圖。
[0064]圖22是表示培養(yǎng)系統(tǒng)的處理順序的流程圖。
[0065]圖23是表示實施方式4的培養(yǎng)