(57)【要約】【課題】細胞だけで立体構造体をつくることのできる技術の確立が望まれている。【解決手段】本発明の一態様は、スフェロイドを融合してなる細胞立体構造体、スフェロイドを融合させて細胞立体構造体を得る、細胞立体構造体の製造方法、並びに、前記細胞立体構造体が２個以上連結されてなる複合体を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スフェロイドを融合してなる細胞立体構造体。
【請求項２】
前記スフェロイドが、積層または配列されている、請求項１に記載の細胞立体構造体。
【請求項３】
細胞同士が、直接または細胞外マトリクスを介して連結している、請求項１または２に記載の細胞立体構造体。
【請求項４】
管状、板状、ブロック状、有孔板状、網目状、棒状、碗状、略半球状、略球体状、平面視で文字状もしくは平面視で紋様状の形状である、または、該形状が湾曲、分割もしくは分岐した形状である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の細胞立体構造体。
【請求項５】
内部に一つもしくは複数の空間を有する形状である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の細胞立体構造体。
【請求項６】
生体組織の全部もしくは一部を模倣した形状である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の細胞立体構造体。
【請求項７】
前記スフェロイドが、体細胞または幹細胞を含んでいる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の細胞立体構造体。
【請求項８】
前記体細胞または幹細胞が、人工細胞である、請求項７に記載の細胞立体構造体。
【請求項９】
前記スフェロイドが、２種類以上の細胞を含んでいる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の細胞立体構造体。
【請求項１０】
組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の細胞立体構造体。
【請求項１１】
内分泌系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の細胞立体構造体。
【請求項１２】
前記内分泌系の組織または臓器が、脳下垂体、松果体、甲状腺、副甲状腺、副腎または膵臓のランゲルハンス島（膵島）である、請求項１１に記載の細胞立体構造体。
【請求項１３】
前記内分泌系の組織または臓器が脳下垂体の場合、前記スフェロイドが、上皮細胞、神経分泌細胞及び線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記内分泌系の組織または臓器が松果体の場合、前記スフェロイドが、メラトニンを産生する松果体細胞、間質細胞、血管内皮細胞、食細胞、神経細胞及びペプチド含有ニューロン状細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記内分泌系の組織または臓器が甲状腺の場合、前記スフェロイドが、甲状腺線維芽細胞、血管内皮細胞、上皮細胞、濾胞傍細胞およびC細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記内分泌系の組織または臓器が副腎の場合、前記スフェロイドが、副腎微小血管内皮細胞、副腎皮質細胞および副腎線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記内分泌系の組織または臓器が副甲状腺の場合、前記スフェロイドが、副甲状腺細胞、血管内皮細胞、線維芽細胞および脂肪細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記内分泌系の組織または臓器が膵臓のランゲルハンス島の場合、前記スフェロイドが、膵島を構成するα細胞、β細胞、δ細胞、ε細胞、PP細胞および線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいる、請求項１２に記載の細胞立体構造体。
【請求項１４】
前記内分泌系の組織または臓器の物理的または生化学的な機能または性質を、生体外または移植先の生体内において、少なくとも部分的に模倣している、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の細胞立体構造体。
【請求項１５】
前記内分泌系の組織または臓器が脳下垂体様の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、ホルモンを分泌する機能であり、
前記内分泌系の組織または臓器が松果体様の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、メラトニンを産生する機能であり、
前記内分泌系の組織または臓器が甲状腺様の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、甲状腺ホルモンを産生する機能であり、
前記内分泌系の組織または臓器が副腎様の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、副腎から産生されるホルモンを分泌する機能であり、
前記内分泌系の組織または臓器が副甲状腺様の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、副甲状腺から産生されるホルモンを分泌する機能であり、
前記内分泌系の組織または臓器が膵島様の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、インスリン、グルカゴン、ソマトスタチン及び膵ポリペプチドの少なくとも1種を分泌する機能である、請求項１４に記載の細胞立体構造体。
【請求項１６】
循環器系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の細胞立体構造体。
【請求項１７】
前記循環器系の組織または臓器が、心臓、血管系（動脈、静脈）、リンパ系（リンパ管、リンパ節）または胸腺である、請求項１６に記載の細胞立体構造体。
【請求項１８】
前記循環器系の組織または臓器が心臓の場合、前記スフェロイドが、心筋細胞、心臓線維芽細胞、血管内皮細胞、血管平滑筋細胞およびペースメーカー細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記循環器系の組織または臓器が動脈系血管の場合、前記スフェロイドが、血管内皮細胞、血管平滑筋細胞及び線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記循環器系の組織または臓器が静脈系血管の場合、前記スフェロイドが、内皮細胞、周皮細胞（ペリサイト）及び線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記循環器系の組織または臓器がリンパ管の場合、前記スフェロイドが、リンパ管内皮細胞（HLEC）とリンパ管線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記循環器系の組織または臓器がリンパ節の場合、前記スフェロイドが、細網細胞、リンパ球細胞、大食細胞（マクロファージ）、B細胞、T細胞、濾胞樹状細胞、細網線維芽細胞、辺縁細網細胞および細網細胞様ストローマ細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記循環器系の組織または臓器が胸腺の場合、ホルモンを分泌する上皮細胞、リンパ球、老化したリンパ球を食べる大食細胞（マクロファージ）、樹状細胞、血管内皮細胞、脂肪細胞及び線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいる、請求項１７に記載の細胞立体構造体。
【請求項１９】
前記循環器系の組織または臓器の物理的または生化学的な機能または性質を、生体外または移植先の生体内において、少なくとも部分的に模倣している、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の細胞立体構造体。
【請求項２０】
前記循環器系の組織または臓器が心臓の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質は、自立拍動する機能であり、
前記循環器系の組織または臓器が動脈系血管の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質は、少なくとも100mmHGの圧力に耐え得る物理的強度を有する性質であり、
前記循環器系の組織または臓器が静脈系血管の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質は、内部に細胞または物質が移動可能な血管網が構築されていることであり、
前記循環器系の組織または臓器がリンパ管の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質は、内部を液体を漏えいせずに流すことが可能であるということであり、
前記循環器系の組織または臓器がリンパ節の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質は、細菌、ウイルスまたは腫瘍細胞に暴露させた時に免疫系応答を見せる性質であり、
前記循環器系の組織または臓器が胸腺の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質は、ホルモンを分泌する機能またはマクロファージが貪食作用を示す性質である、請求項１９に記載の細胞立体構造体。
【請求項２１】
消化器系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の細胞立体構造体。
【請求項２２】
前記消化器系の組織または臓器が、胃、咽頭、食道、小腸、大腸、肝臓、胆嚢、膵臓または口腔部である、請求項２１に記載の細胞立体構造体。
【請求項２３】
前記消化器系の組織または臓器が胃の場合、前記スフェロイドが、胃壁を構成する上皮細胞、粘液細胞・副細胞、塩酸を分泌する壁細胞、ペプシノーゲンを分泌する主細胞、胃平滑筋細胞、胃の漿膜細胞、G細胞、ECL（Enterochromaffin-like Cells）細胞、肥満細胞及び線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記消化器系の組織または臓器が咽頭の場合、前記スフェロイドが、多列線毛上皮細胞、平滑筋細胞、線維芽細胞、リンパ管内皮細胞、リンパ管線維芽細胞からなる群より選択される少なくとも1種の細胞を含んでおり、
前記消化器系の組織または臓器が食道の場合、前記スフェロイドが、食道粘膜細胞、食道幹細胞、食道内皮細胞(HEMEC)、食道平滑筋細胞（HESMC）およびEsophageal Fibroblastsからなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記消化器系の組織または臓器が小腸の場合、前記スフェロイドが、腸上皮細胞、腸管微小血管内皮細胞(HIMEC)、腸管平滑筋細胞 (HISMC)、Intestinal Fibroblasts、腸筋線維芽細胞、好中球及びパネート細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記消化器系の組織または臓器が大腸の場合、前記スフェロイドが、上皮細胞、上皮幹細胞、杯細胞、血管内皮細胞、腸管平滑筋細胞(HISMC)、直腸平滑筋細胞、Intestinal Fibroblastsおよび腸筋線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記消化器系の組織または臓器が肝臓の場合、前記スフェロイドが、肝細胞、類洞内皮細胞、胆管上皮細胞、胆管幹細胞、クッパー細胞および星状細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記消化器系の組織または臓器が胆嚢の場合、前記スフェロイドが、上皮の内張りの中の袋である憩室（ロキタンスキー・アショフ洞）、コレシストキニンに対応して収縮する筋肉の壁が支える結合組織及び線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記消化器系の組織または臓器が膵臓の場合、前記スフェロイドが、外分泌部を構成する腺房細胞、膵管上皮細胞（膵導管細胞）および線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記消化器系の組織または臓器が口腔部の場合、前記スフェロイドが、口腔ケラチノサイト(HOK)、歯肉線維芽細胞(HGF)、歯根膜線維芽細胞(HPLF)、口腔線維芽細胞（HOrF）および脂肪細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいる、請求項２２に記載の細胞立体構造体。
【請求項２４】
前記消化器系の組織または臓器の物理的または生化学的な機能または性質を、生体外または移植先の生体内において、少なくとも部分的に模倣している、請求項２１〜２３いずれか一項に記載の細胞立体構造体。
【請求項２５】
前記消化器系の組織または臓器が胃の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、消化活動を担う物質を分泌する機能、または、該消化活動を担う物質の暴露に対し、細胞レベルで生存し得る、もしくは活発な増殖活動により形状を維持し得る性質であり、
前記消化器系の組織または臓器が咽頭の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、嚥下に必要な強靭さと柔軟性を保持する構造であり、また咽頭の周囲に付属するリンパ組織で免疫機能により生体を防御する機能であり、
前記消化器系の組織または臓器が食道の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、食品の接触により物理的な強度を保つ機能であり、
前記消化器系の組織または臓器が小腸の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、物理的な強度もしくは伸縮度を有する性質、または消化吸収活動を担う物質の中で少なくとも1種の物質を分泌する機能であり、
前記消化器系の組織または臓器が大腸様の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、物理的な強度もしくは伸縮度を有する性質、または吸収活動を担う物質の中で少なくとも1種の物質を吸収もしくは分泌する機能であり、
前記消化器系の組織または臓器が肝臓の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、物質を代謝する肝臓の機能を正常肝の1%以上有する機能または性質であり、
前記消化器系の組織または臓器が胆嚢の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、生理的濃度の胆汁成分の接触に対して細胞レベルで生存し得る性質、または活発な増殖活動により形状を維持し得る性質であり、
前記消化器系の組織または臓器が膵臓の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、膵臓で産生される消化酵素を少なくとも１種類発現する、または前記消化酵素による接触に対して、細胞レベルで生存し得る、もしくは活発な増殖活動により形状を維持し得る性質であり、
前記消化器系の組織または臓器が口腔部の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、食品による接触に対して、細胞レベルで生存し得る、もしくは活発な増殖活動により形状を維持し得る性質である、請求項２４に記載の細胞立体構造体。
【請求項２６】
前記消化活動を担う物質が、胃酸、酵素、ペプチドおよびホルモンからなる群から選択される少なくとも1種である、請求項２５に記載の細胞立体構造体。
【請求項２７】
泌尿器系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の細胞立体構造体。
【請求項２８】
前記泌尿器系の組織または臓器が、腎臓、尿管、膀胱または尿道である、請求項２７に記載の細胞立体構造体。
【請求項２９】
前記泌尿器系の組織または臓器が腎臓の場合、前記スフェロイドが、腎糸球体内皮細胞（HRGEC）、腎近位尿細管上皮細胞（HRPTEpiC）、腎糸球体内皮細胞、腎臓近位尿細管上皮細胞、腎皮質上皮細胞、腎上皮細胞、腎メサンギウム細胞、尿細管上皮細胞及び線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記泌尿器系の組織または臓器が膀胱、尿管または尿道の場合、前記スフェロイドが、膀胱平滑筋細胞(HBdSMC)、膀胱微小血管内皮細胞、尿路上皮細胞、膀胱間質線維芽細胞、脂肪細胞および脂肪細胞由来幹細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいる、請求項２８に記載の細胞立体構造体。
【請求項３０】
前記泌尿器系の組織または臓器の物理的または生化学的な機能または性質を、生体外または移植先の生体内において、少なくとも部分的に模倣している、請求項２７〜２９のいずれか一項に記載の細胞立体構造体。
【請求項３１】
前記泌尿器系の組織または臓器が腎臓の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質は、腎臓で産生するホルモン類の少なくとも1種を分泌する、または、血液に類似する組成液と接触すると、尿成分として排出される組成物（原尿中の水または水溶性物質のうち再吸収を受けなかったもの）を透過、ろ過もしくは濃縮する機能であり、前記尿成分として排出される組成物は、老廃物および塩分のうち少なくとも１つを含み、
前記泌尿器系の組織または臓器が膀胱、尿管または尿道の組織の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質とは、尿の液圧に耐え得る強度を有すること、または、尿もしくは尿と同等の溶液と接触すると細胞レベルで生存し得る、もしくは活発な増殖活動により形状を維持し得ることである、請求項３０に記載の細胞立体構造体。
【請求項３２】
神経系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の細胞立体構造体。
【請求項３３】
前記神経系の組織または臓器が、中枢神経系、末梢神経系または自立神経系である、請求項３２に記載の細胞立体構造体。
【請求項３４】
前記スフェロイドが、グリア細胞（神経膠細胞）、オリゴデンドログリア、アストログリア、脳微小血管内皮細胞(HBMEC)、脳血管平滑筋細胞、脳血管外膜線維芽細胞、血管周皮細胞、脈絡叢内皮細胞、脈絡叢上皮細胞、脈絡叢線維芽細胞、髄膜細胞、神経細胞、小脳顆粒細胞(HCGC)、海馬神経細胞、大脳皮質神経細胞、オリゴデンドロサイト前駆細胞(HOPC)、シュワン細胞および神経周膜細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいる、請求項３３に記載の細胞立体構造体。
【請求項３５】
前記神経系の組織または臓器の物理的または生化学的な機能または性質を、生体外または移植先の生体内において、少なくとも部分的に模倣している、請求項３２〜３４のいずれか一項に記載の細胞立体構造体。
【請求項３６】
前記神経系の組織または臓器が中枢神経系、末梢神経系または自立神経系の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、神経組織特有の伝達物質を産生・分泌する機能、または電気生理的な電位変化を検出しうる性質である、請求項３５に記載の細胞立体構造体。
【請求項３７】
感覚系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の細胞立体構造体。
【請求項３８】
前記感覚系の組織または臓器が、視覚器（目）、聴覚器（耳）、味覚器（舌）、嗅覚器または触覚器（皮膚）である、請求項３７に記載の細胞立体構造体。
【請求項３９】
前記感覚系の組織または臓器が視覚器（眼球）の場合、前記スフェロイドが、角膜上皮細胞、角膜実質細胞、網膜色素上皮細胞、水晶体上皮細胞、虹彩色素上皮細胞、結膜線維芽細胞、非色素含有性毛様体上皮細胞、線維柱帯細胞(HTMC)、眼球脈絡膜線維芽細胞(HOCF)及び結膜上皮細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記感覚系の組織または臓器が聴覚器の場合、前記スフェロイドが、音を伝達する外耳，中耳，内耳、鼓膜、耳小骨，前庭窓、前庭階、蝸牛頂、鼓室階、蝸牛窓およびコルチ器における有毛細胞と聴神経細胞とからなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記感覚系の組織または臓器が味覚器の場合、前記スフェロイドが、舌上皮細胞、味覚受容細胞、口腔ケラチノサイト(HOK)、口腔線維芽細胞（HOrF）および脂肪細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記感覚系の組織または臓器が嗅覚器の場合、臭覚受容細胞、神経幹細胞、血管内皮細胞、粘膜上皮細胞、粘膜下腺細胞、線毛細胞、杯細胞及び線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記感覚系の組織または臓器が温度と機械刺激に対応する皮膚の場合、ケラチノサイト、皮膚線維芽細胞、脂肪細胞、肥満細胞、血管内皮細胞、神経細胞、メルケル細胞および汗腺肝細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいる、請求項３８に記載の細胞立体構造体。
【請求項４０】
前記感覚系の組織または臓器の物理的または生化学的な機能または性質を、生体外または移植先の生体内において、少なくとも部分的に模倣している、請求項３７〜３９のいずれか一項に記載の細胞立体構造体。
【請求項４１】
前記感覚系の組織または臓器が視覚器・眼球の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、光応答性の細胞内シグナル伝達をしうる機能、または、眼球と同等の物理的な強度を有する性質であり、
前記感覚系の組織または臓器が聴覚器の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、音波刺激により動的もしくは細胞応答性のシグナル伝達をしうる機能であり、
前記感覚系の組織または臓器が味覚器の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、味に関する物質によるGPCR受容体のシグナル伝達をしうる機能であり、
前記感覚系の組織または臓器が嗅覚器の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、においの元になる物質に反応する機能、または、GPCR受容体のシグナル伝達をしうる機能であり、
前記感覚系の組織または臓器が皮膚の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、培養条件の温度変化に対してもしくは外力を加えた時にシグナル応答をしうる機能である、請求項４０に記載の細胞立体構造体。
【請求項４２】
前記味に関する物質が、ブドウ糖、塩化ナトリウム、酢酸またはグルタミン酸である、請求項４１に記載の細胞立体構造体。
【請求項４３】
呼吸器系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の細胞立体構造体。
【請求項４４】
前記呼吸器系の組織または臓器が、鼻、喉頭、気管・気管支または肺である、請求項４３に記載の細胞立体構造体。
【請求項４５】
前記呼吸器系の組織または臓器が気管・気管支の場合、前記スフェロイドが、気管支上皮細胞、気管上皮細胞、末梢気道上皮細胞、気管支平滑筋細胞(HBSMC)、軟骨細胞、血管内皮細胞、線維芽細胞、平滑筋細胞、幹細胞及び気道上皮細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記呼吸器系の組織または臓器が肺の場合、前記スフェロイドが、肺微小血管内皮細胞（HPMEC）、肺胞上皮細胞、肺動脈内皮細胞(HPAEC)、肺動脈平滑筋細胞(HPASMC)、肺動脈線維芽細胞(HPAF)、気管支上皮細胞、気管上皮細胞、末梢気道上皮細胞、幹細胞、肺線維芽細胞(HPF)及び気管支平滑筋細胞(HBSMC)からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいる、請求項４４に記載の細胞立体構造体。
【請求項４６】
前記呼吸器系の組織または臓器の物理的または生化学的な機能または性質を、生体外または移植先の生体内において、少なくとも部分的に模倣している、請求項４３〜４５のいずれか一項に記載の細胞立体構造体。
【請求項４７】
前記呼吸器系の組織または臓器が気管・気管支の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、曲げる力に対するしなやかさを有する性質、または、折り曲げた際に切断もしくは断裂することなく形状を維持しうる性質であり、
前記呼吸器系の組織または臓器が肺・胸部の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、肺由来の分泌ホルモンおよび液性因子からなる群から選択される少なくとも１種を放出する機能、空気及び菌に対する防御性の構造、または、気体分子を内部に取り込む機能である、請求項４６に記載の細胞立体構造体。
【請求項４８】
生殖器系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の細胞立体構造体。
【請求項４９】
前記生殖器系の組織または臓器が、雄性生殖器（精巣、精嚢、前立腺、精管）または雌性生殖器（卵巣、子宮、卵管、乳房、胎盤）である、請求項４８に記載の細胞立体構造体。
【請求項５０】
前記生殖器系の組織または臓器が精巣の場合、前記スフェロイドが、ライディッヒ細胞、精巣間質細胞、セルトリ細胞、精巣内皮細胞および線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記生殖器系の組織または臓器が精嚢の場合、前記スフェロイドが、精嚢上皮細胞、線維芽細胞及び平滑筋細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記生殖器系の組織または臓器が前立腺の場合、前記スフェロイドが、前立腺微小血管内皮細胞、前立腺上皮細胞、前立腺線維芽細胞、前立腺平滑筋細胞および前立腺間質細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記生殖器系の組織または臓器が精管の場合、前記スフェロイドが、精管細胞、平滑筋細胞および線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記生殖器系の組織または臓器が卵巣の場合、前記スフェロイドが、卵巣表面上皮細胞と卵巣線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記生殖器系の組織または臓器が子宮の場合、前記スフェロイドが、子宮筋内皮細胞、子宮内膜内皮細胞、子宮平滑筋細胞および子宮線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記生殖器系の組織または臓器が卵管の場合、前記スフェロイドが、卵管細胞、平滑筋細胞および線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記生殖器系の組織または臓器が乳房の場合、前記スフェロイドが、乳腺上皮細胞、脂肪細胞、線維芽細胞、血管内皮細胞および乳腺微小血管内皮細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記生殖器系の組織または臓器が胎盤の場合、前記スフェロイドが、胎盤絨毛栄養膜細胞、羊膜上皮細胞、絨毛間葉系線維芽細胞および絨毛毛細管内皮細胞(HVCEC)からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいる、請求項４９に記載の細胞立体構造体。
【請求項５１】
前記生殖系の組織または臓器の物理的または生化学的な機能または性質を、生体外または移植先の生体内において、少なくとも部分的に模倣している、請求項４８〜５０のいずれか一項に記載の細胞立体構造体。
【請求項５２】
前記生殖器系の組織または臓器が精巣の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、アンドロゲンを生産・分泌する機能であり、
前記生殖器系の組織または臓器が精嚢の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、フルクトースを合成・分泌する機能であり、
前記生殖器系の組織または臓器が前立腺の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、ポリアミンもしくはクエン酸を合成・分泌する機能であり、
前記生殖器系の組織または臓器が精管の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、平滑筋細胞による収縮応答性であり、
前記生殖器系の組織または臓器が卵巣の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、卵胞ホルモンもしくは黄体ホルモンを分泌する機能であり、
前記生殖器系の組織または臓器が子宮の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、構造体表面に卵子様の細胞体が接着できる性質であり、
前記生殖器系の組織または臓器が卵管の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、200μm以上の内腔を維持し続ける性質であり、
前記生殖器系の組織または臓器が乳房の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、その体積を減少させることなく維持する機能であり、
前記生殖器系の組織または臓器が胎盤の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、内外で代謝物もしくはガス状物質を交換する機能、または、免疫を構成する蛋白質の移動を可能とする性質である、請求項５１に記載の細胞立体構造体。
【請求項５３】
運動器系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の細胞立体構造体。
【請求項５４】
前記運動器系の組織または臓器が、骨、軟骨、骨格筋、腱または靱帯である、請求項５３に記載の細胞立体構造体。
【請求項５５】
前記運動器系の組織または臓器が骨の場合、前記スフェロイドが、破骨細胞、骨芽細胞及びコラーゲンからなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記運動器系の組織または臓器が軟骨の場合、前記スフェロイドが、軟骨細胞及び線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記運動器系の組織または臓器が骨格筋の場合、前記スフェロイドが、骨格筋芽細胞および神経細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記運動器系の組織または臓器が腱の場合、前記スフェロイドが、腱細胞および線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記運動器系の組織または臓器が靱帯の場合、前記スフェロイドが、靱帯細胞および線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいる、請求項５４に記載の細胞立体構造体。
【請求項５６】
前記運動器系の組織または臓器の物理的または生化学的な機能または性質を、生体外または移植先の生体内において、少なくとも部分的に模倣している、請求項５３〜５５のいずれか一項に記載の細胞立体構造体。
【請求項５７】
前記運動器系の組織または臓器が骨の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、培養期間中にカルシウムの沈着が見られる物理的な性質であり、
前記運動器系の組織または臓器が軟骨の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、弾力性であり、
前記運動器系の組織または臓器が骨格筋の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が骨組織または腱組織との接着性または伸縮性であり、
前記運動器系の組織または臓器が腱の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、骨組織もしくは筋肉組織との接着性、または、伸縮性であり、
前記運動器系の組織または臓器が靱帯の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、骨組織もしくは筋肉組織との接着性である、請求項５６に記載の細胞立体構造体。
【請求項５８】
筋系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の細胞立体構造体。
【請求項５９】
前記筋系の組織または臓器が、全身各部の骨格筋もしくは皮筋または横隔膜である、請求項５８に記載の細胞立体構造体。
【請求項６０】
前記スフェロイドが、骨格筋芽細胞と骨格筋幹細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいる、請求項５９に記載の細胞立体構造体。
【請求項６１】
前記骨格筋、皮筋または横隔膜の組織または臓器の物理的または生化学的な機能または性質を、生体外または移植先の生体内において、少なくとも部分的に模倣している、請求項５８〜６０のいずれか一項に記載の細胞立体構造体。
【請求項６２】
前記筋系の組織または臓器が骨格筋の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、スフェロイドで規定される厚みを有する性質、ホルモン（マイオカイン）を分泌する機能、または、組織染色像において横紋筋を示唆する横紋様の画像が所見される機能であり、
前記筋系の組織または臓器が横隔膜または皮筋の場合、前記物理的または生化学的な機能が強度および伸縮性である、請求項６１に記載の細胞立体構造体。
【請求項６３】
外皮系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の細胞立体構造体。
【請求項６４】
前記外皮系の組織または臓器が、髪、爪、皮膚腺、皮膚または皮下組織であり、
前記皮膚腺は、乳腺、汗腺または脂腺を含む、請求項６３に記載の細胞立体構造体。
【請求項６５】
前記外皮系の組織または臓器が髪の場合、前記スフェロイドが、メラニン細胞、毛母細胞及び皮膚線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記外皮系の組織または臓器が爪の場合、前記スフェロイドが、爪母細胞と皮膚線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記外皮系の組織または臓器が乳腺の場合、前記スフェロイドが、乳腺上皮細胞、ケラチノサイト（角化細胞）、脂肪細胞、線維芽細胞および血管内皮細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記外皮系の組織または臓器が汗腺の場合、前記スフェロイドが、汗腺細胞、汗腺幹細胞、ケラチノサイト、平滑筋細胞および線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記外皮系の組織または臓器が脂腺の場合、前記スフェロイドが、脂腺細胞、ケラチノサイトおよび皮膚線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記外皮系の組織または臓器が皮膚の場合、前記スフェロイドが線維芽細胞、角質細胞、顆粒細胞、有棘細胞、基底細胞、肥満細胞、メラニン細胞およびランゲルハンス細胞から選択される少なくとも１種の細胞を含んでおり、
前記外皮系の組織または臓器が皮下組織の場合、前記スフェロイドが脂肪細胞、線維芽細胞および血管内皮細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいる、請求項６４に記載の細胞立体構造体。
【請求項６６】
前記外皮系の組織または臓器の物理的または生化学的な機能または性質を、生体外または移植先の生体内において、少なくとも部分的に模倣している、請求項６３〜６５のいずれか一項に記載の細胞立体構造体。
【請求項６７】
前記外皮系の組織または臓器が髪の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、毛母細胞より増殖し角化した死細胞も生細胞と一体化して構造を為す機能であり、
前記外皮系の組織または臓器が爪の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、爪母細胞が分裂して生まれた細胞とケラチン、または、爪母細胞と爪母細胞が分裂して生まれた細胞とケラチンが一体化して構造を為す機能であり、
前記外皮系の組織または臓器が乳腺の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、カゼインタンパク質、必須脂肪酸または乳糖を分泌する機能であり、
前記外皮系の組織または臓器が汗腺の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、ミネラル、乳酸塩、尿素または皮脂を分泌する機能であり、
前記外皮系の組織または臓器が脂腺の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、グリセリン、グリセリン脂肪酸またはグリセリン脂肪酸エステルを分泌する機能であり、
前記外皮系の組織または臓器が皮膚の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、保湿性または内部から外部への水分の蒸発を防ぐ機能であり、または外部から内部への異物の侵入を防ぐ機能であり、
前記外皮系の組織または臓器が皮下組織の場合、前記物理的または生化学的な機能または性質が、衝撃を緩衝する機能であり、または一方から他方への熱の移動を抑制する断熱・保温機能である、請求項６６に記載の細胞立体構造体。
【請求項６８】
外膜または漿膜のモデルまたは再生医療用材料として使用される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の細胞立体構造体。
【請求項６９】
前記スフェロイドが中皮細胞、線維芽細胞、平滑筋細胞、血管内皮細胞、リンパ管内皮細胞およびリンパ管線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいる、請求項６８に記載の細胞立体構造体。
【請求項７０】
前記外膜または漿膜の物理的または生化学的な機能または性質を、生体外または移植先の生体内において、少なくとも部分的に模倣している、請求項６８または６９に記載の細胞立体構造体。
【請求項７１】
スフェロイドを融合させて細胞立体構造体を得ることを特徴とする、細胞立体構造体の製造方法。
【請求項７２】
前記スフェロイドを針状体に突き刺して積層するか、または、前記スフェロイドを容器もしくは型に充填または封入する、請求項７１に記載の製造方法。
【請求項７３】
少なくとも2つ以上の前記スフェロイドが、スフェロイド作製プレートの同じ容器中で、または、培地を含む同じ容器中で、培養・維持されている、請求項７１または７２に記載の製造方法。
【請求項７４】
３Dプリンタを用いてスフェロイドを融合させる、請求項７１〜７３のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項７５】
請求項１〜７０のいずれかに記載の細胞立体構造体が２個以上連結されてなる、複合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スフェロイドを融合してなる細胞立体構造体とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
外傷や疾患等が原因で失われた組織や臓器の機能を再生させるために、細胞を患部に移植する再生医療が実用化されつつある。従来、大型の器官・臓器を再生させるには、細胞の足場となるスキャフォールドが必須とされていた。これらスキャフォールドは、動物由来のコラーゲンや、人工合成されたポリマーの使用が試みられているが、安全性や機能性の点で未だ生体組織に勝る成果は得られていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで、細胞だけで立体構造体をつくることのできる技術の確立が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一態様は、以下を提供する。
[１]スフェロイドを融合してなる細胞立体構造体。
[２]スフェロイドを融合させて細胞立体構造体を得ることを特徴とする、細胞立体構造体の製造方法。
[３]前記[1]に記載の細胞立体構造体が２個以上連結されてなる、複合体。
【発明の効果】
【０００５】
本発明では、近接するスフェロイド（細胞塊）が互いに融合するという性質を利用し、スフェロイドを融合させた細胞立体構造体を提供する。本発明の細胞立体構造体は、任意の３次元構造をとることが可能である。また、構造体の内壁部にスフェロイドを配置せずに空隙（トンネル）を設けることも可能である。さらにまた、大型の細胞立体構造体とすることも可能である。
【０００６】
本発明の細胞立体構造体は、例えば組織又は臓器再生を目的とした医療用の細胞移植に用いることができる。また、in vitroでの薬剤スクリーニングなどの研究用の器官・臓器のシミュレーターにも使用することが可能である。このように本発明の細胞立体構造体は、組織又は臓器のモデルまたは再生医療用材料として好適に使用される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実験例１で得られたヒト線維芽細胞スフェロイドの写真である。
【図２】実験例２で得られた管状の細胞立体構造体の写真である。
【図３】実験例３で得られた管状構造体のうちの一つの写真である。
【図４】実験例４で連結して得られた、管状の三次元細胞構造体(複合体)の写真である。
【図５】実験例４において、連結前の管状の三次元細胞構造体を針と糸を用いて結紮した状態の写真である。
【図６】実験例５で得られた三次元細胞構造体の写真である。
【図７】実験例６で得られた構造体のうちの一つの写真である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に本発明の実施の形態について説明する。以下の実施形態は、本発明を説明するための単なる例示であって、本発明をこの実施形態にのみ限定することは意図されない。本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することが可能である。
なお、本明細書において引用した全ての刊行物、例えば、先行技術文献および公開公報、特許公報その他の特許文献は、その全体が本明細書において参照として組み込まれる。
【０００９】
本発明は、細胞塊とも呼ばれるスフェロイドを融合させた細胞立体構造体に関する。
【００１０】
＜スフェロイド＞
動物細胞は浮遊系細胞と接着性細胞とに大別され、前者には血液系や免疫系の細胞が属し、後者には皮膚、脂肪、骨、肝臓など固形の組織や臓器を構成する多くの細胞が属する。接着性細胞をin vitroで培養する際は、一般にプラスチックなどでできた培養容器に付着させるが、培養容器表面を細胞が接着しないように処理された丸底の容器で接着性細胞を培養すると、やがて近接する細胞同士が集合し細胞凝集塊（スフェロイド）を形成する。スフェロイドは、近接した状態で培養すると融合する性質を持ち、さらに大きな凝集塊となる。
【００１１】
スフェロイドは特殊な表面処理を施した専用培養プレート等で作製する方法が一般的だが、上記方法に限定されず、旋回している溶液中に細胞懸濁液を入れる旋回培養法、試験管に細胞懸濁液を入れて遠心分離器で沈殿させる方法、あるいはアルギネートビーズ法など、多数の既知の方法がある。均質な細胞塊を大量に処理および回収できる点で、撥水性や細胞非接着性のマルチウェルに細胞懸濁液を入れる方法が、効率がよく好ましい。
【００１２】
一部の細胞では細胞同士の接着刺激によりコラーゲンのような細胞外マトリクスの産生が増大することが報告されている。細胞が周囲の細胞密度に応じて増殖を停止させ、同時にタンパク質等の物質産生が増加する現象はよく知られている。細胞培養によって抗体等を得るような場面ではこの性質が活用されている。したがって、細胞を一旦スフェロイドにしてから所定の形状に形成することで、細胞外基質を含む物質生産に優れる細胞立体構造体となることが期待される。
【００１３】
スフェロイド形成に用いる細胞は、細胞立体構造体の用途などに応じて適宜決定されるが、体細胞を使用してもよく、幹細胞（ＥＳ細胞、iPS細胞、臍帯血由来細胞、未分化間葉系幹細胞等）などの未分化細胞を使用してもよい。さらに、幹細胞の分化型細胞を使用してもよい。
【００１４】
細胞は、ヒトまたは被検動物（例えば、マウス、ラット、モルモット、ウサギ、イヌ、ブタ、ヤギ、ウマ、ウシ、サルなど）から公知手法により採取したものを用いてもよく、細胞に人為的な操作または加工を加えたもの（人工細胞）を用いてもよい。
【００１５】
スフェロイドは、必ずしも単一の種類の細胞の凝集体として形成される必要はなく、スフェロイドが形成される限り、複数種類の細胞種から形成されてもよい。このようなキメラ状のスフェロイド（ヘテロスフェロイドと呼ぶことがある。）を用いて、本発明の細胞立体構造体を製造することもできる。
【００１６】
＜スフェロイドを融合させる方法＞
本発明の細胞立体構造体は、スフェロイドを積層、配置、又は配合して融合させることにより作製することができる。
【００１７】
スフェロイドを立体的に積層、配置、又は配合する方法は、特に限定されるものではない。例えばスフェロイドを立体的に配置する方法としては、チューブなどの容器または型に少なくとも2つ以上のスフェロイドを充填または封入して培養・維持する方法が挙げられる。これにより、スフェロイド同士が融合してさらに大きなスフェロイドの塊となり、本発明の細胞立体構造体となる。
【００１８】
また、スフェロイドを任意の３次元空間に配置することにより、スフェロイドを積層して細胞立体構造体を作製する方法が知られている(WO2008/123614号)。この方法は、基板に針状体を剣山状に配置させて、その針状体に細胞塊を突き刺すか、細胞塊に針状体を突き刺すことによりスフェロイドを配置させるというものである。この方法により、スキャフォールドフリーの細胞立体構造体を容易に且つ確実に得ることが可能である。この方法を、以下、針状体利用方法と呼ぶことがある。
なお、本明細書において「積層」とは、スフェロイドを縦方向、横方向ならびに高さ方向に合計２個以上配置させることで構造体を形成することを意味する。
【００１９】
針状体利用方法を実現するための自動積層ロボットとしては、株式会社サイフューズが販売するバイオ３Ｄプリンタ「レジェノバ」（登録商標）、「Ｓ−ＰＩＫＥ」（登録商標）が知られている。
【００２０】
ここで、針状体利用方法の例を簡単に説明する。かかる方法では、自動積層ロボット「レジェノバ」（登録商標）を用い、本発明の細胞立体構造体を例えば工程Ｉ〜工程ＩＶにより作製する。
工程Ｉでは、前述のスフェロイドを提供する。提供するスフェロイドの大きさは、採取目的物である立体構造体の用途に応じて適宜決定される。
工程ＩＩと工程ＩＩＩは、剣山方式のＢｉｏｐｒｉｎｔｉｎｇで構造体前駆体を作製するアプローチである。工程ＩＩでは、スフェロイドを所定ピッチの剣山（例えばステンレス製、タングステン製）を用いて積層する。
工程ＩＩＩは、剣山にスフェロイドを刺した状態での灌流培養プロセスであり、これにより積層した複数のスフェロイドが融合して賽子状やパッチ状などのＢｉｏｐｒｉｎｔｉｎｇ構造を形成する。灌流培養に際しては、培地成分を効率的に供給する観点から、専用の循環培養装置（例えばサイフューズ社製、製品名灌流培養器タイプ１  ＰＣ１００４）を使用するとよい。
工程ＩＶでは、前記潅流培養後にスフェロイド同士が融合していることを確認してから剣山から構造体前駆体を引き抜き、引き抜いた構造体前駆体を振盪培養して、目的の細胞立体構造体を得る。
【００２１】
上記工程Ｉ〜工程ＩＶは一例であり、適宜工程の内容を変更してもよく、工程を省略してもよく、工程を追加してもよい。例えば、工程ＩＩにおいて、スフェロイドを針状体に突き刺すかわりに、針状体をスフェロイドに刺してもよい。工程ＩＩＩにおいて、培地を含む同じ容器中で少なくとも2つ以上のスフェロイドが維持されている限り、灌流培養に変えて振とう培養を行ってもよい。また、同じく工程ＩＩＩにおいて、培養時に培養系に超音波を照射してもよい。工程ＩＶにおいて、針状体から構造体を引き抜かずそのまま振盪培養もしくは灌流培養を行っても良い。
【００２２】
針状体利用方法に限らず、本発明の細胞立体構造体を製造するにあたって、３Dプリンタを用いてスフェロイドを融合させてよい。
【００２３】
Nicanor I. Moldovan et al., "Principles of the Kenzan Method for Robotic Cell Spheroid-Based Three-Dimensional Bioprinting" TISSUE ENGINEERING: Part B, Volume 23, Number 3, 2017は、剣山方式と呼ばれる、マイクロニードルを利用して複数のスフェロイドを配置し、融合させる技術について報告している。
【００２４】
＜細胞立体構造体＞
本発明の細胞立体構造体は、スキャフォールド（足場）フリーとすることできる。本発明において、細胞同士は、直接接着することもでき、コラーゲンなどの細胞外マトリクスを介して接着することもできる。
【００２５】
形状については、例えば管状、板状、ブロック状、有孔板状、網目状、棒状、碗状、略半球状、略球体状、平面視で文字状もしくは平面視で紋様状とすることができる。これらの形状を湾曲、分割もしくは分岐させてもよい。また、内部に一つもしくは複数の空間を設けた形状としてもよい。さらに、生体組織の全部もしくは一部を模倣した形状としてもよい。
【００２６】
本発明の細胞立体構造体は、様々な用途に利用することができ、その用途に応じて細胞の種類、形状、大きさなどが適宜決定される。
【００２７】
例えば、本発明の細胞立体構造体は、組織又は臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用される。
【００２８】
一例として、軟骨細胞やその幹細胞のスフェロイドを用いて細胞立体構造体を形成し、その細胞立体構造体を、疾患や外傷、または消耗等により欠損した関節軟骨部に移植することにより、関節軟骨の再生医療に利用することが可能である。また、別の例として、肝実質細胞や非実質細胞から成るスフェロイドを用いて細胞立体構造体を形成し、形成された細胞立体構造体を肝臓の再生医療に利用することが可能である。本発明の細胞立体構造体は、上記で例示した臓器に限定されるものではなく、再生医療が望まれるあらゆる臓器を対象とすることが可能である。
【００２９】
さらに、スフェロイドを融合させた結果、３次元構造を有している本発明の細胞立体構造体は、従来の２次元培養物と比較して、多くの細胞において人工臓器への応用をはじめ、ｉｎ ｖｉｖｏでの挙動をよりよく反映し得ることが知られており、スフェロイドを使用した腫瘍−免疫細胞の相互作用の研究や薬物開発のためのスクリーニングなどが報告されている。したがって、本発明の細胞立体構造体は、種々の細胞アッセイ、スクリーニング等の実験にも使用することができる。
【００３０】
好適には、本発明の細胞立体構造体は、内分泌系、循環器系、消化器系、泌尿器系、神経系、感覚系、呼吸器系、生殖器系、運動器系、筋系、外皮系、外膜、漿膜などのモデルまたは再生医療用材料として使用される。
【００３１】
（内分泌系）
本発明の細胞立体構造体を、内分泌系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用する場合、内分泌系の組織または臓器としては、例えば脳下垂体、松果体、甲状腺、副甲状腺、副腎、または膵臓のランゲルハンス島（膵島）が挙げられる。
【００３２】
内分泌系の組織または臓器が脳下垂体の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、上皮細胞、神経分泌細胞及び線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００３３】
内分泌系の組織または臓器が松果体の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、メラトニンを産生する松果体細胞、間質細胞、血管内皮細胞、食細胞、神経細胞及びペプチド含有ニューロン状細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００３４】
内分泌系の組織または臓器が甲状腺の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、甲状腺線維芽細胞、血管内皮細胞、上皮細胞、濾胞傍細胞およびC細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００３５】
内分泌系の組織または臓器が副腎の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、副腎微小血管内皮細胞、副腎皮質細胞および副腎線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００３６】
内分泌系の組織または臓器が副甲状腺の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、副甲状腺細胞、血管内皮細胞、線維芽細胞および脂肪細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００３７】
内分泌系の組織または臓器が膵臓のランゲルハンス島の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、膵島を構成するα細胞、β細胞、δ細胞、ε細胞、PP細胞および線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００３８】
内分泌系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用する場合、本発明の細胞立体構造体は、内分泌系の組織または臓器の物理的または生化学的な機能または性質を、生体外または移植先の生体内において、少なくとも部分的に模倣していることが好ましい。
【００３９】
内分泌系の組織または臓器が脳下垂体様の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、ホルモンを分泌する機能であることが好ましい。
内分泌系の組織または臓器が松果体様の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、メラトニンを産生する機能であることが好ましい。
内分泌系の組織または臓器が甲状腺様の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、甲状腺ホルモンを産生する機能であることが好ましい。
内分泌系の組織または臓器が副腎様の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、副腎から産生されるホルモンを分泌する機能であることが好ましい。
内分泌系の組織または臓器が副甲状腺様の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、副甲状腺から産生されるホルモンを分泌する機能であることが好ましい。
内分泌系の組織または臓器が膵島様の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、インスリン、グルカゴン、ソマトスタチン及び膵ポリペプチドの少なくとも1種を分泌する機能であることが好ましい。
【００４０】
（循環器系）
本発明の細胞立体構造体を、循環器系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用する場合、循環器系の組織または臓器としては、例えば心臓、血管系（動脈、静脈）、リンパ系（リンパ管、リンパ節）、胸腺などが挙げられる。
【００４１】
循環器系の組織または臓器が心臓の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、心筋細胞、心臓線維芽細胞、血管内皮細胞、血管平滑筋細胞およびペースメーカー細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００４２】
循環器系の組織または臓器が動脈系血管の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、血管内皮細胞、血管平滑筋細胞及び線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００４３】
循環器系の組織または臓器が静脈系血管の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、内皮細胞、周皮細胞（ペリサイト）及び線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００４４】
循環器系の組織または臓器がリンパ管の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、リンパ管内皮細胞（HLEC）とリンパ管線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００４５】
循環器系の組織または臓器がリンパ節の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、細網細胞、リンパ球細胞、大食細胞（マクロファージ）、B細胞、T細胞、濾胞樹状細胞、細網線維芽細胞、辺縁細網細胞および細網細胞様ストローマ細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００４６】
循環器系の組織または臓器が胸腺の場合、ホルモンを分泌する上皮細胞、リンパ球、老化したリンパ球を食べる大食細胞（マクロファージ）、樹状細胞、血管内皮細胞、脂肪細胞及び線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００４７】
循環器系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用する場合、本発明の細胞立体構造体は、循環器系の組織または臓器の物理的または生化学的な機能または性質を、生体外または移植先の生体内において、少なくとも部分的に模倣していることが好ましい。
【００４８】
循環器系の組織または臓器が心臓の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質は、各細胞が同期して拍動する機能、即ち、自立拍動する機能であることが好ましい。この拍動する心臓様細胞立体構造体では、生体において心臓がもつｇａｐ結合を心筋細胞間に発現しており、生体における心電図と類似した細胞外電位を発現することから、また、得られた立体構造体においてはカルシウムイオンチャンネルによる活性が順次細胞間で伝達されることから、実際の心臓の機能を再現したと言える。
循環器系の組織または臓器が動脈系血管の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質は、少なくとも100mmHGの圧力に耐え得る物理的強度を有する性質であることが好ましい。
循環器系の組織または臓器が静脈系血管の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質は、内部に細胞または物質が移動可能な血管網が構築されていることであることが好ましい。
循環器系の組織または臓器がリンパ管の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質は、好適には、内部を液体を漏えいせずに流すことが可能であるということである。
循環器系の組織または臓器がリンパ節の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質は、細菌、ウイルスまたは腫瘍細胞に暴露させた時に免疫系応答を見せる性質であることが好ましい。
循環器系の組織または臓器が胸腺の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質は、ホルモンを分泌する機能またはマクロファージが貪食作用を示す性質であることが好ましい。
【００４９】
実際、CS Ong et al. "Biomaterial-Free Three-Dimensional Bioprinting of Cardiac Tissue using Human Induced Pluripotent Stem Cell Derived Cardiomyocytes" Scientific Report, svolume 7, Article number: 4566 (2017)には、心筋細胞と心臓線維芽細胞と血管内皮細胞とを含むスフェロイドを融合させて心臓様細胞立体構造体を作製し、この心臓様細胞立体構造体が自立拍動したことが実験的に証明されている。
【００５０】
Manabu Itoh et al., "Scaffold-Free Tubular Tissues Created by a Bio-3D Printer Undergo Remodeling and Endothelialization when Implanted in Rat Aortae" PLOS ONE, DOI:10.1371/journal.pone.0136681, September 1, 2015には、「Bio-3Dプリンタ」を使用して、ヒト臍帯静脈内皮細胞（40％）、ヒト大動脈平滑筋細胞(10%)および正常ヒト皮膚線維芽細胞(50%)からなるMCS（MCS1個あたり2.5×104細胞）合計500個からスキャフォールドフリーの管状組織（内径1.5mm）を作製し、これを灌流系培養し、F344ヌードラットの腹部大動脈に移植したところ、全ての移植片は開存性であり、管状組織のリモデリング（内腔領域の拡大および壁の薄肉化）が観察されたこと、ならびに、移植５日後には内皮細胞の層が確認されたことが報告されている。
【００５１】
Manabu Itoh et al., "Development of an immunodeficient pig model allowing long-term accommodation of artificial human vascular tubes" Nature Communications 10, Article number: 2244 (2019)には、胸腺と脾臓を外科的に切除し、かつ、臨床の場で一般的に使用される薬の組み合わせを用いる、制御された免疫抑制プロトコルを作成することにより、手術用免疫不全ブタ（OIDP）を開発し、このモデルが、人工ヒト血管移植片の長期適応が可能であったことが報告されている。
【００５２】
Leni Moldovan et al., "Comparison of biomaterial-dependent and -independent bioprinting methods for cardiovascular medicine" Biomedical Engineering 2017, 2:124‐131には、循環器系の分野において、スキャフォールドフリーのバイオファブリケーションが、複数種の細胞からなり、マトリクスが少なく、複雑で小さな構造体に適している旨が示唆されている。
【００５３】
Chin Siang Ong et al., "Creation of Cardiac Tissue Exhibiting Mechanical Integration of Spheroids Using 3D Bioprinting" Journal of Visualized Experiments, July 2017, 125, e55438には、心筋細胞、内皮細胞および線維芽細胞を混合して共培養して得られたスフェロイドを、3Dバイオプリンタを使用してニードルアレイ上に組み立てて融合させ、細胞のみを使用して生体材料を使用していないパッチを作製した旨、ならびに、このパッチが自然に拍動していた旨等が報告されている。
【００５４】
Nicanor I. Moldovan "Progress in scaffold-free bioprinting for cardiovascular
Medicine" J Cell Mol Med. 2018;22:2964‐2969は、スキャフォールドを用いるバイオプリンティングとスキャフォールドフリーのバイオプリンティングを比較している。
【００５５】
（消化器系）
本発明の細胞立体構造体を、消化器系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用する場合、消化器系の組織または臓器としては、例えば胃、咽頭、食道、小腸、大腸、肝臓、胆嚢、膵臓または口腔部などが挙げられる。
【００５６】
消化器系の組織または臓器が胃の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、胃壁を構成する上皮細胞、粘液細胞・副細胞、塩酸を分泌する壁細胞、ペプシノーゲンを分泌する主細胞、胃平滑筋細胞、胃の漿膜細胞、G細胞、ECL（Enterochromaffin-like Cells）細胞、肥満細胞及び線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００５７】
消化器系の組織または臓器が咽頭の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、多列線毛上皮細胞、平滑筋細胞、線維芽細胞、リンパ管内皮細胞、リンパ管線維芽細胞からなる群より選択される少なくとも1種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００５８】
消化器系の組織または臓器が食道の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、食道粘膜細胞、食道幹細胞、食道内皮細胞 (HEMEC)、食道平滑筋細胞（HESMC）およびEsophageal Fibroblastsからなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００５９】
消化器系の組織または臓器が小腸の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、腸上皮細胞、腸管微小血管内皮細胞(HIMEC)、腸管平滑筋細胞(HISMC)、Intestinal Fibroblasts、腸筋線維芽細胞、好中球及びパネート細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００６０】
消化器系の組織または臓器が大腸の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、上皮細胞、上皮幹細胞、杯細胞、血管内皮細胞、腸管平滑筋細胞 (HISMC)、直腸平滑筋細胞、Intestinal Fibroblastsおよび腸筋線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００６１】
消化器系の組織または臓器が肝臓の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、肝細胞、類洞内皮細胞、胆管上皮細胞、胆管幹細胞、クッパー細胞および星状細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００６２】
消化器系の組織または臓器が胆嚢の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、上皮の内張りの中の袋である憩室（ロキタンスキー・アショフ洞）、コレシストキニンに対応して収縮する筋肉の壁が支える結合組織及び線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００６３】
消化器系の組織または臓器が膵臓の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、外分泌部を構成する腺房細胞、膵管上皮細胞（膵導管細胞）および線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００６４】
消化器系の組織または臓器が口腔部の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、口腔ケラチノサイト(HOK)、歯肉線維芽細胞(HGF)、歯根膜線維芽細胞(HPLF)、口腔線維芽細胞（HOrF）および脂肪細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００６５】
消化器系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用する場合、本発明の細胞立体構造体は、消化器系の組織または臓器の物理的または生化学的な機能または性質を、生体外または移植先の生体内において、少なくとも部分的に模倣していることが好ましい。
【００６６】
消化器系の組織または臓器が胃の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、胃酸、酵素、ペプチド、ホルモンなどの消化活動を担う物質を分泌する機能、または、該消化活動を担う物質の暴露に対し、細胞レベルで生存し得る、もしくは活発な増殖活動により形状を維持し得る性質であることが好ましい。
消化器系の組織または臓器が咽頭の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、嚥下に必要な強靭さと柔軟性を保持する構造であることが好ましい。また咽頭の周囲に付属するリンパ組織で免疫機能により生体を防御する機能であることが好ましい。
消化器系の組織または臓器が食道の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、食品（食用物質）の接触により物理的な強度を保つ機能であることが好ましい。
消化器系の組織または臓器が小腸の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、物理的な強度もしくは伸縮度を有する性質、または消化吸収活動を担う物質の中で少なくとも1種の物質を分泌する機能であることが好ましい。
消化器系の組織または臓器が大腸様の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、物理的な強度もしくは伸縮度を有する性質、または吸収活動を担う物質の中で少なくとも1種の物質を吸収もしくは分泌する機能であることが好ましい。
消化器系の組織または臓器が肝臓の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、物質を代謝する肝臓の機能を正常肝の1%以上有する機能または性質であることが好ましい。
消化器系の組織または臓器が胆嚢の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、生理的濃度の胆汁成分の接触に対して細胞レベルで生存し得る性質、または活発な増殖活動により形状を維持し得る性質であることが好ましい。
消化器系の組織または臓器が膵臓の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、膵臓で産生される消化酵素を少なくとも１種類発現する、または前記消化酵素による接触に対して、細胞レベルで生存し得る、もしくは活発な増殖活動により形状を維持し得る性質であることが好ましい。
消化器系の組織または臓器が口腔部の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、食品などの口腔内に接触する物質による接触に対して、細胞レベルで生存し得る、もしくは活発な増殖活動により形状を維持し得る性質であることが好ましい。
【００６７】
実際、本願の出願人による特願2019-030240の実施例を参照すると、ヒト肝臓細胞とヒト肝星細胞とから複数のヘテロスフェロイドを作製し、ヘテロスフェロイド同士を融合させて、様々な大きさのヒト肝臓様細胞立体構造体を作製することに成功している。得られたヒト肝臓様細胞立体構造体は、肝臓が本来有している代謝、抱合、細胞への取り込みと排泄に関わる機能を極めて高いレベルで長期間維持できていた。
【００６８】
Yusuke Yanagi et al., "In vivo and ex vivo methods of growing a liver bud through tissue connection" Scientific Reports 7, Article number: 14085 (2017)には、3Dバイオプリンタを使用して何百もの肝芽様スフェロイドを融合することによって、スケーラブルな肝臓様組織を迅速に作製する方法が報告されている。ニードルアレイシステムで３D組織の形を整えることで、精巧な形状の製作と3Dプリント後の培養循環の即時実行が可能となり、ex vivoでの虚血性環境を回避する。ex vivoで作製されたヒト肝臓様組織は、ex vivoでの自己組織化およびヌードラットの肝臓への生着を示した。これらの成果は、in vitroで発生した肝芽を成長させるためのin vivoおよびex vivo両方の方法を決定的に示す。これらの方法は、インビトロで生成された肝臓オルガノイド移植のための新しいアプローチを提供する。
【００６９】
（泌尿器系）
本発明の細胞立体構造体を、泌尿器系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用する場合、泌尿器系の組織または臓器としては、例えば腎臓、尿管、膀胱、尿道などが挙げられる。
【００７０】
泌尿器系の組織または臓器が腎臓の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、腎糸球体内皮細胞（HRGEC）、腎近位尿細管上皮細胞（HRPTEpiC）、腎糸球体内皮細胞、腎臓近位尿細管上皮細胞、腎皮質上皮細胞、腎上皮細胞、腎メサンギウム細胞、尿細管上皮細胞及び線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００７１】
泌尿器系の組織または臓器が膀胱、尿管または尿道の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、膀胱平滑筋細胞(HBdSMC)、膀胱微小血管内皮細胞、尿路上皮細胞、膀胱間質線維芽細胞、脂肪細胞および脂肪細胞由来幹細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００７２】
泌尿器系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用する場合、本発明の細胞立体構造体は、泌尿器系の組織または臓器の物理的または生化学的な機能または性質を、生体外または移植先の生体内において、少なくとも部分的に模倣していることが好ましい。
【００７３】
泌尿器系の組織または臓器が腎臓の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質は、腎臓で産生するホルモン類の少なくとも1種を分泌する、または、血液に類似する組成液と接触すると、尿成分として排出される組成物を透過、ろ過もしくは濃縮する機能であることが好ましい。尿成分として排出される組成物には、老廃物および塩分のうち少なくとも１つが含まれる。
泌尿器系の組織または臓器が膀胱、尿管または尿道の組織の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質とは、好適には、尿の液圧に耐え得る強度を有すること、または、尿もしくは尿と同等の溶液と接触すると細胞レベルで生存し得る、もしくは活発な増殖活動により形状を維持し得ることである。
【００７４】
（神経系）
本発明の細胞立体構造体を、神経系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用する場合、神経系の組織または臓器としては、例えば中枢神経系、末梢神経系、自立神経系などが挙げられる。
【００７５】
本発明の細胞立体構造体を、神経系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用する場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、グリア細胞（神経膠細胞）、オリゴデンドログリア、アストログリア、脳微小血管内皮細胞(HBMEC)、脳血管平滑筋細胞、脳血管外膜線維芽細胞、血管周皮細胞、脈絡叢内皮細胞、脈絡叢上皮細胞、脈絡叢線維芽細胞、髄膜細胞、神経細胞、小脳顆粒細胞(HCGC)、海馬神経細胞、大脳皮質神経細胞、オリゴデンドロサイト前駆細胞(HOPC)、シュワン細胞および神経周膜細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００７６】
神経系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用する場合、本発明の細胞立体構造体は、神経系の組織または臓器の物理的または生化学的な機能または性質を、生体外または移植先の生体内において、少なくとも部分的に模倣していることが好ましい。
【００７７】
神経系の組織または臓器が中枢神経系、末梢神経系または自立神経系の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、神経組織特有の伝達物質を産生・分泌する機能、または電気生理的な電位変化を検出しうる性質であることが好ましい。
【００７８】
（感覚系）
本発明の細胞立体構造体を、感覚系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用する場合、感覚系の組織または臓器としては、例えば視覚器（目）、聴覚器（耳）、味覚器（舌）、嗅覚器、触覚器（皮膚）などが挙げられる。
【００７９】
感覚系の組織または臓器が視覚器（眼球）の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、角膜上皮細胞、角膜実質細胞、網膜色素上皮細胞、水晶体上皮細胞、虹彩色素上皮細胞、結膜線維芽細胞、非色素含有性毛様体上皮細胞、線維柱帯細胞(HTMC)、眼球脈絡膜線維芽細胞(HOCF)及び結膜上皮細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００８０】
感覚系の組織または臓器が聴覚器の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、音を伝達する外耳，中耳，内耳、鼓膜、耳小骨，前庭窓、前庭階、蝸牛頂、鼓室階、蝸牛窓およびコルチ器における有毛細胞と聴神経細胞とからなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００８１】
感覚系の組織または臓器が味覚器の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、舌上皮細胞、味覚受容細胞、口腔ケラチノサイト(HOK)、口腔線維芽細胞（HOrF）および脂肪細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００８２】
感覚系の組織または臓器が嗅覚器の場合、臭覚受容細胞、神経幹細胞、血管内皮細胞、粘膜上皮細胞、粘膜下腺細胞、線毛細胞、杯細胞及び線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００８３】
感覚系の組織または臓器が温度と機械刺激に対応する皮膚の場合、ケラチノサイト、皮膚線維芽細胞、脂肪細胞、肥満細胞、血管内皮細胞、神経細胞、メルケル細胞および汗腺肝細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００８４】
感覚系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用する場合、本発明の細胞立体構造体は、感覚系の組織または臓器の物理的または生化学的な機能または性質を、生体外または移植先の生体内において、少なくとも部分的に模倣していることが好ましい。
【００８５】
感覚系の組織または臓器が視覚器・眼球の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、光応答性の細胞内シグナル伝達をしうる機能、または、眼球と同等の物理的な強度を有する性質であることが好ましい。
感覚系の組織または臓器が聴覚器の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、音波刺激により動的もしくは細胞応答性のシグナル伝達をしうる機能であることが好ましい。
感覚系の組織または臓器が味覚器の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、味に関する物質によるGPCR受容体のシグナル伝達をしうる機能であることが好ましい。味に関する物質としては、例えばブドウ糖、塩化ナトリウム、酢酸、グルタミン酸などが挙げられる。
感覚系の組織または臓器が嗅覚器の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、においの元になる物質に反応する機能、または、GPCR受容体のシグナル伝達をしうる機能であることが好ましい。
感覚系の組織または臓器が皮膚の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、培養条件の温度変化に対してもしくは外力を加えた時にシグナル応答をしうる機能であることが好ましい。
【００８６】
（呼吸器系）
本発明の細胞立体構造体を、呼吸器系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用する場合、呼吸器系の組織または臓器としては、例えば鼻、喉頭、気管・気管支、肺などが挙げられる。
【００８７】
呼吸器系の組織または臓器が気管・気管支の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、気管支上皮細胞、気管上皮細胞、末梢気道上皮細胞、気管支平滑筋細胞(HBSMC)、軟骨細胞、血管内皮細胞、線維芽細胞、平滑筋細胞、幹細胞及び気道上皮細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００８８】
呼吸器系の組織または臓器が肺の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、肺微小血管内皮細胞（HPMEC）、肺胞上皮細胞、肺動脈内皮細胞(HPAEC)、肺動脈平滑筋細胞(HPASMC)、肺動脈線維芽細胞(HPAF)、気管支上皮細胞、気管上皮細胞、末梢気道上皮細胞、幹細胞、肺線維芽細胞(HPF)及び気管支平滑筋細胞(HBSMC)からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００８９】
呼吸器系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用する場合、本発明の細胞立体構造体は、呼吸器系の組織または臓器の物理的または生化学的な機能または性質を、生体外または移植先の生体内において、少なくとも部分的に模倣していることが好ましい。
【００９０】
呼吸器系の組織または臓器が気管・気管支の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、曲げる力に対するしなやかさを有する性質、または、折り曲げた際に切断もしくは断裂することなく形状を維持しうる性質であることが好ましい。
呼吸器系の組織または臓器が肺・胸部の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、肺由来の分泌ホルモンおよび液性因子からなる群から選択される少なくとも１種を放出する機能、空気及び菌に対する防御性の構造、または、気体分子を内部に取り込む機能であることが好ましい。
【００９１】
（生殖器系）
本発明の細胞立体構造体を、生殖器系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用する場合、生殖器系の組織または臓器としては、例えば精巣、精嚢、前立腺、精管などの雄性生殖器；卵巣、子宮、卵管、乳房、胎盤などの雌性生殖器が挙げられる。
【００９２】
生殖器系の組織または臓器が精巣の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、ライディッヒ細胞、精巣間質細胞、セルトリ細胞、精巣内皮細胞および線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００９３】
生殖器系の組織または臓器が精嚢の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、精嚢上皮細胞、線維芽細胞及び平滑筋細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００９４】
生殖器系の組織または臓器が前立腺の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、前立腺微小血管内皮細胞、前立腺上皮細胞、前立腺線維芽細胞、前立腺平滑筋細胞および前立腺間質細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００９５】
生殖器系の組織または臓器が精管の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、精管細胞、平滑筋細胞および線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００９６】
生殖器系の組織または臓器が卵巣の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、卵巣表面上皮細胞と卵巣線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００９７】
生殖器系の組織または臓器が子宮の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、子宮筋内皮細胞、子宮内膜内皮細胞、子宮平滑筋細胞および子宮線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００９８】
生殖器系の組織または臓器が卵管の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、卵管細胞、平滑筋細胞および線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【００９９】
生殖器系の組織または臓器が乳房の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、乳腺上皮細胞、脂肪細胞、線維芽細胞、血管内皮細胞および乳腺微小血管内皮細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【０１００】
生殖器系の組織または臓器が胎盤の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、胎盤絨毛栄養膜細胞、羊膜上皮細胞、絨毛間葉系線維芽細胞および絨毛毛細管内皮細胞(HVCEC)からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【０１０１】
生殖器系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用する場合、本発明の細胞立体構造体は、生殖器系の組織または臓器の物理的または生化学的な機能または性質を、生体外または移植先の生体内において、少なくとも部分的に模倣していることが好ましい。
【０１０２】
生殖器系の組織または臓器が精巣の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、アンドロゲンを生産・分泌する機能であることが好ましい。
生殖器系の組織または臓器が精嚢の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、フルクトースを合成・分泌する機能であることが好ましい。
生殖器系の組織または臓器が前立腺の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、ポリアミンもしくはクエン酸を合成・分泌する機能であることが好ましい。
生殖器系の組織または臓器が精管の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、平滑筋細胞による収縮応答性であることが好ましい。
生殖器系の組織または臓器が卵巣の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、卵胞ホルモンもしくは黄体ホルモンを分泌する機能であることが好ましい。
生殖器系の組織または臓器が子宮の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、構造体表面に卵子様の細胞体が接着できる性質であることが好ましい。
生殖器系の組織または臓器が卵管の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、200μm以上の内腔を維持し続ける性質であることが好ましい。
生殖器系の組織または臓器が乳房の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、その体積を減少させることなく維持する機能であることが好ましい。
生殖器系の組織または臓器が胎盤の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、内外で代謝物もしくはガス状物質を交換する機能、または、免疫を構成する蛋白質の移動を可能とする性質であることが好ましい。
【０１０３】
（運動器系）
本発明の細胞立体構造体を、運動器系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用する場合、運動器系の組織または臓器としては、例えば骨、軟骨、骨格筋、腱、靱帯が挙げられる。
【０１０４】
運動器系の組織または臓器が骨の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、破骨細胞、骨芽細胞及びコラーゲンからなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【０１０５】
運動器系の組織または臓器が軟骨の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、軟骨細胞及び線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【０１０６】
運動器系の組織または臓器が骨格筋の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、骨格筋芽細胞および神経細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【０１０７】
運動器系の組織または臓器が腱の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、腱細胞および線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【０１０８】
運動器系の組織または臓器が靱帯の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、靱帯細胞および線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【０１０９】
運動器系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用する場合、本発明の細胞立体構造体は、運動器系の組織または臓器の物理的または生化学的な機能または性質を、生体外または移植先の生体内において、少なくとも部分的に模倣していることが好ましい。
【０１１０】
運動器系の組織または臓器が骨の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、培養期間中にカルシウムの沈着が見られる物理的な性質であることが好ましい。
運動器系の組織または臓器が軟骨の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、弾力性であることが好ましい。
運動器系の組織または臓器が骨格筋の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が骨組織または腱組織との接着性または伸縮性であることが好ましい。
運動器系の組織または臓器が腱の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、骨組織もしくは筋肉組織との接着性、または、伸縮性であることが好ましい。
運動器系の組織または臓器が靱帯の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、骨組織もしくは筋肉組織との接着性であることが好ましい。
【０１１１】
Daiki Murata et al., "A preliminary study of osteochondral regeneration using a scaffold-free three-dimensional construct of porcine adipose tissue-derived mesenchymal stem cells" Journal of Orthopaedic Surgery and Research(2015)10:35には、脂肪組織由来間葉系幹細胞（AT-MSC）を単離し、増殖させ、５．０×１０４個の自己ＡＴ−ＭＳＣを含むスフェロイド約７６０個からなる細胞立体構造体を、２匹の成人マイクロミニブタの大腿骨の滑車領域の溝に作られた骨軟骨欠損に移植したところ、軟骨と軟骨下骨の元の構造の再生を誘導し得た旨が報告されている。
【０１１２】
Kohei Ishihara et al., "Simultaneous regeneration of full-thickness cartilage and subchondral bone defects in vivo using a three-dimensional scaffold-free autologous construct derived from high-density bone marrow-derived mesenchymal stem cells" Journal of Orthopaedic Surgery and Research 2014, 9:98には、ウサギの腸骨稜から吸引した骨髄液からBM‐MSC(骨髄由来の間葉系幹細胞)を単離し、増殖させ、９６ウェルプレートに再懸濁し、スフェロイド様構造を得たこと、スフェロイドを５ｍｍの高さを有するチューブ形状のテフロン（登録商標）型に装填し、気液界面条件下で維持したところ、スフェロイドが互いに融合し、円筒形の構築物が得られたこと、ならびに、得られた構築物をウサギ膝の骨軟骨欠損に移植したところ、骨と軟骨の両方が再生され、一定の厚さの軟骨を維持したことが報告されている。
【０１１３】
（筋系）
本発明の細胞立体構造体を、筋系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用する場合、筋系の組織または臓器としては、例えば全身各部の骨格筋または皮筋、横隔膜などが挙げられる。
【０１１４】
本発明の細胞立体構造体を、筋系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用する場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、骨格筋芽細胞と骨格筋幹細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【０１１５】
筋系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用する場合、本発明の細胞立体構造体は、筋系の組織または臓器の物理的または生化学的な機能または性質を、生体外または移植先の生体内において、少なくとも部分的に模倣していることが好ましい。
【０１１６】
筋系の組織または臓器が骨格筋の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、スフェロイドで規定される厚みを有する性質、ホルモン（マイオカイン）を分泌する機能、または、組織染色像において横紋筋を示唆する横紋様の画像が所見される機能であることが好ましい。
筋系の組織または臓器が横隔膜または皮筋の場合、模倣する物理的または生化学的な機能が強度および伸縮性であることが好ましい。
【０１１７】
（外皮系）
本発明の細胞立体構造体を、外皮系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用する場合、外皮系の組織または臓器としては、例えば髪、爪、皮膚腺、皮膚、皮下組織などが挙げられる。皮膚腺は、乳腺、汗腺または脂腺を含むものとする。
【０１１８】
外皮系の組織または臓器が髪の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、メラニン細胞、毛母細胞及び皮膚線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【０１１９】
外皮系の組織または臓器が爪の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、爪母細胞と皮膚線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【０１２０】
外皮系の組織または臓器が乳腺の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、乳腺上皮細胞、ケラチノサイト（角化細胞）、脂肪細胞、線維芽細胞および血管内皮細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【０１２１】
外皮系の組織または臓器が汗腺の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、汗腺細胞、汗腺幹細胞、ケラチノサイト、平滑筋細胞および線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【０１２２】
外皮系の組織または臓器が脂腺の場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、脂腺細胞、ケラチノサイトおよび皮膚線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【０１２３】
外皮系の組織または臓器が皮膚の場合、前記スフェロイドが線維芽細胞、角質細胞、顆粒細胞、有棘細胞、基底細胞、肥満細胞、メラニン細胞およびランゲルハンス細胞から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【０１２４】
外皮系の組織または臓器が皮下組織の場合、前記スフェロイドが脂肪細胞、線維芽細胞および血管内皮細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【０１２５】
外皮系の組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用する場合、本発明の細胞立体構造体は、外皮系の組織または臓器の物理的または生化学的な機能または性質を、生体外または移植先の生体内において、少なくとも部分的に模倣していることが好ましい。
【０１２６】
外皮系の組織または臓器が髪の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、毛母細胞より増殖し角化した死細胞も生細胞と一体化して構造を為す機能であることが好ましい。
外皮系の組織または臓器が爪の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、爪母細胞が分裂して生まれた細胞とケラチン、または、爪母細胞と爪母細胞が分裂して生まれた細胞とケラチンが一体化して構造を為す機能であることが好ましい。一体化構造中には、ケラチン以外の、爪母細胞が分裂して生まれた細胞から生成した成分が含まれていてもよい。
外皮系の組織または臓器が乳腺の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、カゼインタンパク質、必須脂肪酸または乳糖を分泌する機能であることが好ましい。
外皮系の組織または臓器が汗腺の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、ミネラル、乳酸塩、尿素または皮脂を分泌する機能であることが好ましい。
外皮系の組織または臓器が脂腺の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、グリセリン、グリセリン脂肪酸またはグリセリン脂肪酸エステルを分泌する機能であることが好ましい。
外皮系の組織または臓器が皮膚の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、保湿性または内部から外部への水分の蒸発を防ぐ機能であることが好ましい。または外部から内部への異物の侵入を防ぐ機能であることが好ましい。
外皮系の組織または臓器が皮下組織の場合、模倣する物理的または生化学的な機能または性質が、衝撃を緩衝する機能であることが好ましい。または一方から他方への熱の移動を抑制する断熱・保温機能であることが好ましい。
【０１２７】
（外膜または漿膜）
本発明の細胞立体構造体を、外膜または漿膜のモデルまたは再生医療用材料として使用してもよい。
【０１２８】
この場合、細胞立体構造体を構成するスフェロイドが、中皮細胞、線維芽細胞、平滑筋細胞、血管内皮細胞、リンパ管内皮細胞およびリンパ管線維芽細胞からなる群から選択される少なくとも１種の細胞を含んでいることが好ましい。
【０１２９】
外膜または漿膜のモデルまたは再生医療用材料として使用する場合、本発明の細胞立体構造体は、外膜または漿膜の物理的または生化学的な機能または性質を、生体外または移植先の生体内において、少なくとも部分的に模倣していることが好ましい。
【０１３０】
本発明の細胞立体構造体は、上記したように組織または臓器のモデルまたは再生医療用材料として使用する以外に、臓器または組織の再生を補助する補助部材として使用することもできる。一例として、Hirofumi Yurie et al. (2017) The efficacy of a scaffold-free Bio 3D conduit developed from human fibroblasts on peripheral nerve regeneration in a rat sciatic nerve model. PLoS ONE 12(2): e0171448. には、神経断裂等の神経損傷部位に線維芽細胞製の神経導管を移植し、導管内部に損傷した神経を通すと、導管内部で神経が伸長して再生することが実験によって示されている。
【実施例】
【０１３１】
以下、実験例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実験例に制限されるものではない。
【０１３２】
［実験例１］
培養用基材上で無菌的に培養したヒト線維芽細胞を、表面占有面積率が80％以上となった時点で0.25％濃度のトリプシンを使用して剥離した。次に、懸濁液を遠沈管に回収した後に遠心分離機によって細胞を沈殿させ、上清を除いた後に培養液を添加し、1.0ｘ10＾5cells/mlの濃度となるよう細胞懸濁液を調製した。この懸濁液を、細胞低吸着性96well plate（PrimeSurface(登録商標)プレート96U,住友ベークライト）に100μL/wellとなるよう播種し37℃，5％CO2環境下で48時間培養することで直径約500μmのヒト線維芽細胞スフェロイドを得た。得られたヒト線維芽細胞スフェロイドの写真を図1に示す。
【０１３３】
[実験例2]
上記[実験例1]において得られたスフェロイドをバイオ3Dプリンタ（レジェノバ(登録商標），サイフューズ）によって管状に積層し、三次元細胞積層体を得た。三次元細胞積層体を専用の循環培養容器で7日間培養すると、隣接したスフェロイド同士が融合し一体の三次元細胞構造体となった。細胞構造体を仮の支持体である針状デバイスから取り出し、更に培養を継続することで針を抜いた穴が塞がり管状の細胞構造体を得ることができた。得られた管状の細胞構造体の写真を図２に示す。
【０１３４】
[実験例3]
上記[実験例1],[実験例2]と同様の方法を用いて間葉系幹細胞をはじめとする種々の接着性細胞で管状構造体を作製することができた。さらに、針状のデバイスのデザインを変更することで様々な口径、長さの管状構造体を作製することができた。使用した細胞種を下記表に示す。また、得られた管状構造体のうちの一つの写真を図３に示す。
【表１】
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こうして作製した管状構造体は、例えば血管、リンパ管、気管、食道、腸管など管状を成す生体組織を構造的、機能的に模倣することができる。
【０１３５】
[実験例4]
線維芽細胞からなる管状構造体同士を接触した状態で培養することで互いに連結することができた。このような方法により、三次元細胞構造体を得た後に、さらに大きな三次元細胞構造体(即ち、複合体)へと加工することが可能であった。連結して得られた管状の三次元細胞構造体(即ち、複合体)の写真を図４に示す。また、連結前の管状の三次元細胞構造体を針と糸を用いて結紮した状態の写真を図５に示す。
【０１３６】
[実験例5]
[実験例1]において作製したスフェロイドを、レジェノバ（登録商標）により板状に積層し、三次元細胞積層体を得た。三次元積層体を専用の培養容器によって2日間培養することで隣接するスフェロイド同士が融合し、一体の三次元細胞構造体となった。得られた三次元細胞構造体の写真を図６に示す。
この細胞構造体は手術用の針と糸を用いて縫合可能な強度を持ち、自由に形を整える、または生物の体内に移植した後に移植部位へ固定することを目的として縫合することが可能であった。
【０１３７】
[実験例6]
上記[実験例1],[実験例5]と同様の方法を用いて間葉系幹細胞をはじめとする種々の接着性細胞で板状構造体を作製することができた。さらに、針状のデバイスのデザインを変更することで様々な形状の構造体とすることができた。得られた構造体のうちの一つの写真を図７に示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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