(57)【要約】  幹細胞が生産するホルモン等の物質の生産量を予測できるチャンバーを作製することを課題とする。  基板、該基板を貫通する貫通孔、前記基板上に形成された凹部を含み、前記貫通孔は血管が挿通できる大きさで、前記凹部は幹細胞を挿入・保持できる大きさである、人工臓器用のセルチャンバーにより、幹細胞が生産するホルモン等の物質の生産量を予測できる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、該基板を貫通する貫通孔、前記基板上に形成された凹部を含み、
前記貫通孔は血管が挿通できる大きさで、前記凹部は幹細胞を挿入・保持できる大きさである、人工臓器用のセルチャンバー。
【請求項２】
前記凹部の開口部が直径１ｍｍ〜３ｍｍの略円形状、又は対角線が１ｍｍ〜３．５ｍｍの多角形である、請求項１に記載の人工臓器用のセルチャンバー。
【請求項３】
前記凹部の底部が連続した曲面形状である、請求項１又は２に記載の人工臓器用のセルチャンバー。
【請求項４】
前記基板が、台座部及び該台座部の一方の面上に形成された幹細胞収納部を含み、前記貫通孔及び前記凹部が前記幹細胞収納部に形成されている、請求項１〜３の何れか一項に記載の人工臓器用のセルチャンバー。
【請求項５】
前記幹細胞収納部を覆うカバー部材を含む請求項４に記載の人工臓器用のセルチャンバー。
【請求項６】
前記幹細胞収納部は、前記台座部から上方に伸びた壁面、並びに前記貫通孔及び前記凹部が形成される幹細胞収納面を含み、前記幹細胞収納面が前記壁面の頂部を結んだ面より台座側に位置することで、前記幹細胞収納面と前記壁面の頂部との間で空間を形成する、請求項４又は５に記載の人工臓器用のセルチャンバー。
【請求項７】
前記台座部に、前記セルチャンバーを体内組織に固定する手段を挿通するための挿通孔が形成されている、請求項４〜６の何れか一項に記載の人工臓器用のセルチャンバー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工臓器用のセルチャンバーに関し、特に、分化した幹細胞を挿入・保持して生体内に留置することで人工臓器として使用できるセルチャンバーに関する。
【背景技術】
【０００２】
心臓、肺、肝臓、腎臓、膵臓などの臓器、骨、目等の生体を構成する組織の機能が損なわれると種々の病気になり、重い場合には生命の危機にさらされる。生体組織の病気が比較的軽症の場合は、投薬・手術等により病変部分を治癒することが可能である。しかしながら、生体組織の機能が著しく低下し治癒が困難な場合は、生体組織の機能を代行するために、人工臓器が用いられている。【０００３】
人工臓器は、セラミック製の人工骨やインプラント、ペースメーカー等の機械要素からなる人工臓器、生きた細胞を用いた組織工学により作製した人工臓器が知られている。後者の人工臓器としては、例えば、３次元培養した膵島および／または膵島細胞塊を高分子膜によって膵内分泌細胞を被包し、患者の皮下あるいは腹膣内等に移植できるようにした拡散チャンバー型人工臓器が知られている（特許文献１参照）。また、シリコーンゴムリング２の両開口端面にポリカーボネイト製の免疫隔離膜を接着してなる容器Ｖの中に失われた本来の膵臓の代替となりうる膵細胞とその機能を維持する細胞培養床５を封入してなる人工臓器用チャンバーであって、容器Ｖの中に、膵細胞の担体としてスポンジ状キチンを充填した人工臓器用チャンバーも知られている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平７−２８７３０号公報
【特許文献２】特開２００３−１９０２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のとおり、細胞を入れたチャンバーを生体内に留置することは知られている。しかしながら、上記特許文献１及び２に記載されている発明は、培養した細胞を単にチャンバー内に投入しているに過ぎない。人工臓器として実際に使用するためには、生体内に人工臓器を留置することで、当該人工臓器が所期の物質をどの程度生産するのか予測する必要があるが、前記特許文献１及び２に記載されている発明では、生産量が予測できないという問題がある。【０００６】
また、最近は、ＥＳ細胞やｉＰＳ細胞等の幹細胞を用いた研究が盛んにおこなわれている。しかしながら、上記特許文献１及び２に記載されている人工臓器は、幹細胞とは異なる培養細胞を用いたものである。そのため、特許文献１及び２に記載されているチャンバーを、そのまま幹細胞用として用いることができないという問題がある。【０００７】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされた発明であり、鋭意研究を行ったところ、セルチャンバーの基板上に、幹細胞を挿入・保持できる大きさの凹部を形成することで、一つのセルチャンバーに挿入・保持できる幹細胞の数が分かることから、幹細胞が生産するホルモン等の物質の生産量が予測できること、を新たに見出し、本発明を完成した。【０００８】
すなわち、本発明の目的は、人工臓器用のセルチャンバーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、以下に示す、人工臓器用のセルチャンバーに関する。【００１０】
（１）基板、該基板を貫通する貫通孔、前記基板上に形成された凹部を含み、
前記貫通孔は血管が挿通できる大きさで、前記凹部は幹細胞を挿入・保持できる大きさである、人工臓器用のセルチャンバー。
（２）前記凹部の開口部が直径１ｍｍ〜３ｍｍの略円形状、又は対角線が１ｍｍ〜３．５ｍｍの多角形である、上記（１）に記載の人工臓器用のセルチャンバー。
（３）前記凹部の底部が連続した曲面形状である、上記（１）又は（２）に記載の人工臓器用のセルチャンバー。
（４）前記基板が、台座部及び該台座部の一方の面上に形成された幹細胞収納部を含み、前記貫通孔及び前記凹部が前記幹細胞収納部に形成されている、上記（１）〜（３）の何れか一に記載の人工臓器用のセルチャンバー。
（５）前記幹細胞収納部を覆うカバー部材を含む上記（４）に記載の人工臓器用のセルチャンバー。
（６）前記幹細胞収納部は、前記台座部から上方に伸びた壁面、並びに前記貫通孔及び前記凹部が形成される幹細胞収納面を含み、前記幹細胞収納面が前記壁面の頂部を結んだ面より台座側に位置することで、前記幹細胞収納面と前記壁面の頂部との間で空間を形成する、上記（４）又は（５）に記載の人工臓器用のセルチャンバー。
（７）前記台座部に、前記セルチャンバーを体内組織に固定する手段を挿通するための挿通孔が形成されている、上記（４）〜（６）の何れか一に記載の人工臓器用のセルチャンバー。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の人工臓器用のセルチャンバーは、幹細胞を挿入・保持できる大きさの凹部が設けられている。そのため、幹細胞を挿入・保持する凹部の個数からセルチャンバー１個当たりのホルモン等の生産量を予測できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１（Ａ）は、本発明の人工臓器用のセルチャンバー１の概略を説明する斜視図で、図１（Ｂ）は、チャンバー１の上面図である。
【図２】図２は、チャンバー１の凹部４を細密充填構造に配置した例を示している。
【図３】図３は、本発明のチャンバー１の他の実施形態を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の人工臓器用のセルチャンバーについて詳しく説明する。
【００１４】
図１（Ａ）は、本発明の人工臓器用のセルチャンバー１（以下、「チャンバー」と記載することがある。）の概略を説明する斜視図で、図１（Ｂ）は、チャンバー１の上面図である。本発明のチャンバー１は、基板２、基板２を貫通する貫通孔３、基板２上に形成された凹部４を少なくとも含んでいる。
【００１５】
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示す実施形態では、基板２は、台座部２１、台座部２１の一方の面上に形成された幹細胞収納部２２を含んでいるが、段差を設けない平面状の基板であってもよい。チャンバー１が台座部２１及び幹細胞収納部２２を含む場合、台座部２１には、チャンバー１を生体内に留置する際に体内組織に固定する手段、例えば、糸等を挿通するための挿通孔２３を形成してもよい。なお、挿通孔２３は必須ではなく、生体組織に固定する際に、針で台座部２１（台座部２１を設けない場合は基板２）を突き刺して貫通させればよい。
【００１６】
幹細胞収納部２２は、台座部２１の一方の面上に凸状に形成されており、台座部２１から上方に伸びた壁面２２１及び幹細胞収納面２２２を含む、略台形状の断面をしている。幹細胞収納部２２を形成する場合、貫通孔３及び凹部４は細胞収納部２２に形成されることが好ましい。
【００１７】
基板２は、生体内に留置した際に、拒絶反応が起き難い材料であれば特に制限はなく、例えば、シリコン、ポリプロピレン等が挙げられる。基材２は、モールドを形成して射出成形又はプレス成形、或いは、切削加工等により形成すればよい。また、チャンバー１は、生体内に留置して用いることから、チャンバー１が当接する生体組織に損傷を与えないことが望ましい。そのため、基板２（台座部２１及び幹細胞収納部２２）の周囲は角が無い滑らかな形状にすることが望ましい。また、基板２の形状も円形、楕円形等、角が無いように形成することが望ましい。
【００１８】
貫通孔３は、生体内にチャンバー１を留置した際に、生体組織から血管が成長して凹部４に挿入した幹細胞に作用するための孔である。したがって、貫通孔３の大きさは、血管が形成されるサイズであれば特に制限はない。また、貫通孔３を設ける位置、個数は特に制限はないが、設ける凹部４の個数に対し貫通孔３が少なすぎると、生体組織から成長した血管が到達できない凹部４が出る可能性があり、幹細胞が生産したホルモン等の物質を体内に運ぶことができない可能性がある。したがって、貫通孔３は、凹部４の個数及び配置に応じて分散して配置すればよい。
【００１９】
凹部４は、幹細胞を挿入・保持できれば特に制限はない。なお、本発明のチャンバーを利用した人工臓器は生体内に留置することから生体にとっては異物となる。したがって、一つの人工臓器が生産する物質を可能な限り多くする、つまり、物質の生産量が同じであれば人工臓器は小さいほど好ましく、例えば、凹部４は細密充填構造に形成すればよい。図２は、凹部４を細密充填構造に配置した例を示している。生体組織から成長した血管が凹部４に届くように、貫通孔３も適当な間隔で凹部４の間に形成すればよい。
【００２０】
凹部４に挿入・保持する幹細胞は、ＥＳ細胞又はｉＰＳ細胞の何れも可能である。ＥＳ細胞、ｉＰＳ細胞は、公知の方法により培養・分化した細胞を用いればよい。また、一つのチャンバー１に、同じ種類の幹細胞を挿入してもよいし、異なる種類の幹細胞を挿入してもよい。
【００２１】
なお、人工臓器として所期の特性を得るためには、幹細胞を分化するまで培養した細胞を用いることが好ましい。分化した幹細胞の大きさは、約１〜３ｍｍの略球形である。したがって、凹部４の開口部４１の形状としては直径１ｍｍ〜３ｍｍの略球形の幹細胞がほぼ通過できる大きさとすることが望ましく、例えば、直径１ｍｍ〜３ｍｍ、好ましくは直径２ｍｍ〜３ｍｍの略円形状が挙げられる。また、略円形状に代え、６角形、７角形、８角形等の多角形でもよい。多角形の場合、開口部４１の大きさは、中心を通る対角線の長さが１ｍｍ〜３．５ｍｍ、好ましくは２．５ｍｍ〜３．５ｍｍ程度にすればよい。
【００２２】
また、凹部４の底部４２は連続した曲面にすることが好ましい。幹細胞、特にｉＰＳ細胞は平らな面に置くと別の細胞に変化することがある。したがって、凹部４の底部４２を連続した曲面形状とすると、平面部を含まないことから幹細胞が球形の状態を保持し易くなるので好ましい。連続した曲面形状の中でも、略半球状がより好ましい。また、必要に応じて、凹部４の内面を撥水処理してもよい。撥水処理は、公知の方法であれば特に制限はなく、例えば、プラズマ装置等を用いればよい。凹部４の内面を撥水処理することで、凹部４に挿入した幹細胞をより球形状にし易くなる。
【００２３】
チャンバー１を人工臓器として用いる場合、凹部４に幹細胞を挿入・保持した状態で生体内に留置すると、幹細胞が生体内に流出する恐れがある。ＥＳ細胞が体内に流出すると拒絶反応を起こす可能性があり、また、ｉＰＳ細胞が体内に流入するとがん化する恐れがある。そのため、チャンバー１の少なくとも幹細胞を入れた凹部４の上部には、幹細胞は通過しないが、生産したホルモン等の物質を通過できる又は毛細血管が入り込める半透膜を取付けることが好ましい。なお、チャンバー１に後述するカバー部材を取付ける場合は、台座部２１の下側に半透膜を取り付けてもよい。
【００２４】
半透膜は、前記特性を満たせば特に制限はない。半透膜を取付けたチャンバー１を生体内に留置すると、留置した周りの生体組織から毛細血管が成長し、毛細血管が半透膜を通過して幹細胞と一体となり組織化することができる。また、毛細血管は半透膜を通過しなくても、半透膜付近まで成長すれば、半透膜を通過したホルモン等の物質を取り込むことができる。
【００２５】
人工臓器を作製する際、凹部４には幹細胞の培養液ではなく、人工髄液を充填することが好ましい。また、チャンバー１は、単独で用いてもよいが、凹部４に幹細胞を挿入後に、複数積層してもよい。
【００２６】
図３は、本発明のチャンバー１の他の実施形態を説明するための断面図で、図１に示す実施形態のチャンバー１にカバー部材５を取付けている。人工臓器は、頭皮の下の帽状腱膜、腹腔等、様々な場所に留置することが可能であるが、留置する場所によっては、毛細血管が成長して幹細胞と相互作用するまでに時間を要する場合がある。毛細血管が成長して相互作用するまでに、凹部４に充填した人工髄液がなくなると、幹細胞が死滅する恐れがある。図３に示す実施形態のチャンバー１は、基板２の上にカバー部材５を設けることで、体外から注射器の針を刺して基板２とカバー部材５の間に人工髄液を補充することができる。したがって、毛細血管が成長し難い場所に人工臓器を留置した場合でも、人工臓器として機能を開始するまで幹細胞を生存した状態に保つことができる。
【００２７】
カバー部材５は、基板２と同様、ポリプロピレン、シリコン等を用いて作製すればよい。図３に示す実施形態では、カバー部材５は台座部２１と幹細胞収納部２２の境界付近に形成した溝部２３とカバー部材５の端部５１を嵌合しているが、カバー部材５を基板２に取付けることができれば特に制限はない。また、カバー部材５は、生体内に留置した際に周りの生体組織に損傷を与えないために、角のない滑らかな形状にすることが好ましい。
【００２８】
また、人工臓器を生体内に留置した場合、針で人工髄液を注入するためには、生体の外から人工臓器の位置を把握する必要がある。そのため、カバー部材５の一部に凸部５２を形成してもよい。皮膚の上から手で触わり凸部を確認することで、針で注射すべき位置を把握することができる。
【００２９】
カバー部材５を、シリコン等の柔軟性のある材料で形成すれば、注入した人工髄液はカバー部材５と幹細胞収納部２２の間に充填されることから、半透膜を介して各凹部４に人工髄液を供給することができる。なお、必要に応じて、幹細胞収納部２２とカバー部材５の間に積極的に空間を設け、より多くの人工髄液を注入できるようにしてもよい。具体的には、図１（Ａ）に示すように、台座部２１から上方に伸びた壁面２２１の頂部から貫通孔３や凹部４を設ける幹細胞収納面２２２を形成するのではなく、頂部から台座部２１方向に段差２２３を設け、段差２２３の台座部２１側の端部２２４を結ぶように幹細胞収納面２２を形成すればよい。段差２２２を設けることで、幹細胞収納面２２２が壁面２２１の頂部を結んだ面より台座部２１側に位置するので、幹細胞収納面２２２と壁面２２１の頂部との間で空間を形成し、より多くの人工髄液を注入することができる。
【００３０】
ｉＰＳ細胞を用いて人工臓器を作製した場合、ｉＰＳ細胞ががん化する可能性がある。人工臓器には半透膜が設けられているので、がん化したｉＰＳ細胞が生体内に入ることはないが、安全を考えると、所定期間毎に人工臓器内の溶液をサンプリングし、ｉＰＳ細胞のがん化の有無を調べることが好ましい。がん化は、サンプリングした溶液に含まれるがんマーカータンパク質や遺伝子を測定する等、公知の方法で検査すればよい。がん化した人工臓器は、手術により生体内から取り出せばよい。
【００３１】
溶液のサンプリングは、人工髄液の注入と同様、生体外から針を突き刺してサンプリングすればよい。なお、人工臓器を生体内に留置した後所定期間が経過すると、毛細血管等が貫通孔３を通過し、凹部４の周囲並びに凹部４内に成長する。溶液をサンプリングする際に、成長した毛細血管を針で損傷すると出血し、その血が周囲のｉＰＳ細胞に炎症を起こす可能性がある。したがって、針を刺す場所にはｉＰＳ細胞が無いことが好ましく、例えば、凸部５２のすぐ下の凹部４にはｉＰＳ細胞を挿入せず、空にしておけばよい。また、幹細胞収納面２２２の全面に半透膜を取付けると、針を刺すたびに半透膜を損傷して破片等が発生する可能性がある。そのため、半透膜を、ｉＰＳ細胞を挿入しない凹部４はカバーしないような形状にしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の人工臓器用のセルチャンバーを用いると、人工臓器１個当たりのホルモン等の物質の生産量が予測できる。したがって、人工臓器を作製する医療機器産業や医療機関における手術に有用である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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