JP6402984B2 - Transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric, cell culture substrate, cell sheet, and method for producing transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric - Google Patents
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Description
本発明は、透明フィブロインナノファイバー不織布、細胞培養用基材、細胞シート及び透明フィブロインナノファイバー不織布の製造方法に関する。 The present invention relates to a transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric, a cell culture substrate, a cell sheet, and a method for producing a transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric.
カイコの吐出する繭糸は、フィブロインと呼ばれるタンパク質からなる一対の繊維と、それらを束ねる糊成分であるセリシンと呼ばれるタンパク質から構成されている。
シルクフィブロインは、キャストフィルム、ハイドロゲル、スポンジそしてファイバー不織布など様々な形状に加工されている。フィブロイン繊維は、臭化リチウム溶液に溶解した後、透析して脱塩することでフィブロイン水溶液とすることができる。
例えば、シルクフィブロイン水溶液を平板上で乾燥することによって得られるフィブロインキャストフィルムは極めて高い透明度を有している。また、フィブロイン水溶液からナノファイバー不織布作製する技術が報告されている(非特許文献1)。
The silk thread discharged by a silkworm is composed of a pair of fibers made of a protein called fibroin and a protein called sericin, which is a glue component that bundles them together.
Silk fibroin is processed into various shapes such as cast film, hydrogel, sponge, and fiber nonwoven fabric. The fibroin fiber can be made into an aqueous fibroin solution by dissolving in a lithium bromide solution and then dialyzing and desalting.
For example, a fibroin cast film obtained by drying a silk fibroin aqueous solution on a flat plate has extremely high transparency. Moreover, the technique of producing a nanofiber nonwoven fabric from the fibroin aqueous solution is reported (nonpatent literature 1).
シルクフィブロインはその優れた生体適合性ゆえ、組織再生材料として幅広く検討されている。再生フィブロイン材料は、手術用縫合糸として用いられる絹糸と同様に、ヒトの体内において免疫反応を惹起することのない生体適応性を有しており、高い引張強度などの優れた力学的性質と、体内で分解吸収される生分解性を兼ね備えた材料であることが知られている。 Silk fibroin is widely studied as a tissue regeneration material because of its excellent biocompatibility. The regenerated fibroin material, like silk used as a surgical suture, has biocompatibility without causing an immune response in the human body, and has excellent mechanical properties such as high tensile strength, It is known that it is a material having biodegradability that is decomposed and absorbed in the body.
フィブロインキャストフィルムは極めて高い透明度を有しているが、細胞の接着性や物質透過性が悪い等の欠点があり、適用条件によっては問題となる。例えば、角膜実質再生材料としてフィブロインキャストフィルムを用いようとすると、血管系が存在しない角膜では、物質透過性の不良は好ましくない。
フィブロイン水溶液から作製されたフィブロインナノファイバー不織布は、物質透過性は良好であるが、適用条件によっては著しく透明度が低いことが問題となる。例えば角膜実質再生材料としてフィブロインナノファイバー不織布を用いようとすると、光受容器官である眼にとって透明度の低さの改善は重要な課題となる。
Fibroin cast film has extremely high transparency, but has drawbacks such as poor cell adhesion and substance permeability, which may be a problem depending on application conditions. For example, if a fibroin cast film is to be used as a material for regenerating cornea, a poor permeability to the substance is not preferable in a cornea without a vascular system.
A fibroin nanofiber nonwoven fabric produced from an aqueous fibroin solution has good material permeability, but there is a problem that the transparency is remarkably low depending on application conditions. For example, when a fibroin nanofiber nonwoven fabric is used as a material for regenerating cornea, improvement of low transparency becomes an important issue for eyes that are photoreceptor organs.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、優れた物質透過性、細胞の接着性及び透明性を併せ持つ、透明フィブロインナノファイバー不織布、それを備えた細胞培養用基材、細胞シート及び透明フィブロインナノファイバー不織布の製造方法の提供を課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric having excellent substance permeability, cell adhesiveness and transparency, a cell culture substrate, a cell sheet, and a transparent An object is to provide a method for producing a fibroin nanofiber nonwoven fabric.
本発明は、下記の特徴を有する透明フィブロインナノファイバー不織布、細胞培養用基材、細胞シート及び透明フィブロインナノファイバー不織布の製造方法を提供するものである。 The present invention provides a transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric having the following characteristics, a cell culture substrate, a cell sheet, and a method for producing the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric.
[1]下記試験により求められた見かけの透明度が60%以上であることを特徴とする透明フィブロインナノファイバー不織布。
(試験方法)
水中に透明フィブロインナノファイバー不織布を浸漬した状態で撮像し、得られた写真において、(I)前記透明フィブロインナノファイバー不織布を介さず観察される背景色の明度と、(II)前記透明フィブロインナノファイバー不織布を介して観察される前記背景色の明度と、の比から下記式(1)により透明度を求める。
透明度(%)=(I)/(II)×100 …(1)
[2]前記透明フィブロインナノファイバー不織布全体における平均の密度が0.05g/cm3〜0.4g/cm3であり、前記透明フィブロインナノファイバー不織布を構成するフィブロインナノファイバーの平均径が1nm〜1500nmである前記[1]に記載の透明フィブロインナノファイバー不織布。
[3]グルコース透過性を有する前記[1]又は[2]に記載の透明フィブロインナノファイバー不織布。
[4]アルブミン透過性を有する前記[1]〜[3]のいずれか一つに記載の透明フィブロインナノファイバー不織布。
[5]前記アルブミン透過性が、1気圧下において0.001mg/mm2・分以上である前記[4]に記載の透明フィブロインナノファイバー不織布。
[6]前記[1]〜[5]のいずれか一つに記載の透明フィブロインナノファイバー不織布を備えたことを特徴とする細胞培養用基材。
[7]前記[1]〜[5]のいずれか一つに記載の透明フィブロインナノファイバー不織布上に細胞が付着してなることを特徴とする細胞シート。
[8]前記細胞が角膜組織の細胞である前記[7]に記載の細胞シート。
[9]フィブロインナノファイバーを不溶化させた不溶化フィブロインナノファイバー不織布を、第2族元素を含有する溶液に接触させる透明化処理工程と、前記透明化処理工程を経た不溶化フィブロインナノファイバー不織布を乾燥させる乾燥処理工程と、を有することを特徴とする透明フィブロインナノファイバー不織布の製造方法。
[10]前記第2族元素が、カルシウム又はマグネシウムである前記[9]に記載の透明フィブロインナノファイバー不織布の製造方法。
[11]前記透明化処理工程に先立って、フィブロインナノファイバー不織布を、95体積%以上のアルコール水溶液に接触させた後に60体積%以上95体積%未満のアルコール水溶液に接触させて、前記不溶化フィブロインナノファイバー不織布を得る不溶化処理工程を有する前記[9]又は[10]に記載の透明フィブロインナノファイバー不織布の製造方法。
[12]電界紡糸法を用いてフィブロインナノファイバーを紡糸する工程と、回転コレクターを用いて前記フィブロインナノファイバーを巻取り、前記フィブロインナノファイバーを前記回転コレクターの回転方向に配向させた前記フィブロインナノファイバー不織布を得る工程と、を有する前記[11]に記載の透明フィブロインナノファイバー不織布の製造方法。
[1] A transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric having an apparent transparency of 60% or more obtained by the following test.
(Test method)
In the photograph obtained by immersing the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric in water, (I) the brightness of the background color observed without passing through the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric, and (II) the transparent fibroin nanofiber Transparency is calculated | required by following formula (1) from the ratio of the brightness of the said background color observed through a nonwoven fabric.
Transparency (%) = (I) / (II) × 100 (1)
[2] The average density of the whole transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric is 0.05 g / cm 3 to 0.4 g / cm 3 , and the average diameter of the fibroin nanofibers constituting the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric is 1 nm to 1500 nm. The transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric according to [1] above.
[3] The transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric according to [1] or [2], which has glucose permeability.
[4] The transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric according to any one of [1] to [3], which has albumin permeability.
[5] The transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric according to [4], wherein the albumin permeability is 0.001 mg / mm 2 · min or more at 1 atmosphere.
[6] A cell culture substrate comprising the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric according to any one of [1] to [5].
[7] A cell sheet comprising cells adhered to the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric according to any one of [1] to [5].
[8] The cell sheet according to [7], wherein the cells are cells of corneal tissue.
[9] A transparentization treatment step in which an insolubilized fibroin nanofiber nonwoven fabric in which the fibroin nanofibers are insolubilized is brought into contact with a solution containing a Group 2 element, and drying to dry the insolubilized fibroin nanofiber nonwoven fabric that has undergone the above-mentioned transparency treatment step And a process for producing a transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric.
[10] The method for producing a transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric according to [9], wherein the Group 2 element is calcium or magnesium.
[11] Prior to the clearing treatment step, the fibroin nanofiber nonwoven fabric is contacted with 95% by volume or more of an alcohol aqueous solution, and then contacted with 60% by volume or more and less than 95% by volume of an alcohol aqueous solution, thereby insolubilized fibroin nanofibers. The method for producing a transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric according to the above [9] or [10], which comprises an insolubilization treatment step for obtaining a fiber nonwoven fabric.
[12] A process of spinning fibroin nanofibers using an electrospinning method, and winding the fibroin nanofibers using a rotating collector, and aligning the fibroin nanofibers in the rotating direction of the rotating collector. The method for producing a transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric according to [11], comprising a step of obtaining a nonwoven fabric.
本発明によれば、優れた物質透過性、細胞の接着性及び透明性を併せ持つ、透明フィブロインナノファイバー不織布、それを備えた細胞培養用基材、細胞シート及び透明フィブロインナノファイバー不織布の製造方法を提供できる。 According to the present invention, there is provided a transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric having excellent substance permeability, cell adhesion and transparency, a cell culture substrate having the same, a cell sheet, and a method for producing a transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric. Can be provided.
≪透明フィブロインナノファイバー不織布≫
本実施形態の透明フィブロインナノファイバー不織布は、下記試験により求められた見かけの透明度が60%以上である。
(試験方法)
水中に透明フィブロインナノファイバー不織布を浸漬した状態で撮像し、得られた写真において、(I)前記透明フィブロインナノファイバー不織布を介さず観察される背景色の明度と、(II)前記透明フィブロインナノファイバー不織布を介して観察される前記背景色の明度と、の比から下記式(1)により透明度を求める。
透明度(%)=(I)/(II)×100 …(1)
≪Transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric≫
The transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric of this embodiment has an apparent transparency of 60% or more obtained by the following test.
(Test method)
In the photograph obtained by immersing the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric in water, (I) the brightness of the background color observed without passing through the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric, and (II) the transparent fibroin nanofiber Transparency is calculated | required by following formula (1) from the ratio of the brightness of the said background color observed through a nonwoven fabric.
Transparency (%) = (I) / (II) × 100 (1)
フィブロインナノファイバー不織布とは、フィブロインナノファイバーが繊維形状を有しつつ集合してなるシート状の成形体である。ここで、「シート状」とは、成形体の厚みが、厚み方向に直交する二次元方向の広がりと比べて小さくなっている形状のことを指し、厚みが極薄のフィルム状のものから、肉厚の板状のものまでを含む。本実施形態の透明フィブロインナノファイバー不織布は、フィブロインナノファイバー間の間隙として、空孔を有している。一方、フィブロインキャストフィルムはフィブロインナノファイバー間の間隙としての空孔を有しておらず、この点においても、本実施形態の透明フィブロインナノファイバー不織布は、フィブロインキャストフィルムと異なっている。
透明フィブロインナノファイバー不織布の空孔率は特に制限されるものではないが、透明フィブロインナノファイバー不織布全体の平均の空孔率は30%以上であることが好ましく、40%以上であることがより好ましく、55%以上であることがさらに好ましく、75%以上であることが特に好ましい。
The fibroin nanofiber nonwoven fabric is a sheet-like molded body formed by collecting fibroin nanofibers while having a fiber shape. Here, the “sheet shape” refers to a shape in which the thickness of the molded body is smaller than the spread in the two-dimensional direction orthogonal to the thickness direction, and the thickness is extremely thin, Includes up to thick plate-like ones. The transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric of this embodiment has pores as gaps between fibroin nanofibers. On the other hand, the fibroin cast film does not have pores as a gap between fibroin nanofibers, and the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric of this embodiment is also different from the fibroin cast film in this respect.
The porosity of the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric is not particularly limited, but the average porosity of the entire transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric is preferably 30% or more, and more preferably 40% or more. 55% or more is more preferable, and 75% or more is particularly preferable.
不織布を構成するフィブロインナノファイバーは、カイコのフィブロインを主成分とする。フィブロインは、蚕の繭糸からセリシンを除去して得られる繊維状のものを好適に用いることができる。フィブロインは、例えば、細片に切断した繭を塩基性水溶液で煮沸した後、残存する塩基性水溶液とセリシンとを水洗して除去することで得られる。ここで用いる塩基性水溶液としては、フィブロインを過度に溶解させないように低濃度ものを用いる。また、繭からセリシンを除去することが可能であれば、他の方法を採用することもできる。 Fibroin nanofibers constituting the nonwoven fabric are mainly composed of silkworm fibroin. As the fibroin, a fibrous material obtained by removing sericin from the kite string can be preferably used. Fibroin can be obtained, for example, by boiling a cocoon cut into fine pieces with a basic aqueous solution and then washing and removing the remaining basic aqueous solution and sericin. The basic aqueous solution used here has a low concentration so as not to dissolve fibroin excessively. In addition, other methods can be adopted as long as sericin can be removed from the cocoon.
透明フィブロインナノファイバー不織布の透明度の試験方法において、前記背景色の色は、黒であることが望ましい。明度の測定は、市販の画像解析ソフトにより求めることができ、例えば、画像解析ソフトImageJのヒストグラム解析により測定することができる。 In the test method for the transparency of the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric, the background color is preferably black. The lightness can be measured by commercially available image analysis software, for example, it can be measured by histogram analysis of image analysis software ImageJ.
上記式により算出されたフィブロインナノファイバー不織布の見かけの透明度は、60%以上が好ましく、85%以上がより好ましく、90%以上がさらに好ましく、94%以上が特に好ましい。 The apparent transparency of the fibroin nanofiber nonwoven fabric calculated by the above formula is preferably 60% or more, more preferably 85% or more, still more preferably 90% or more, and particularly preferably 94% or more.
フィブロインナノファイバーは、フィブロインの集合により形成された繊維状の構造物である。フィブロインナノファイバー不織布を構成するフィブロインナノファイバーの平均径は、1〜1500nmであることが好ましく、10〜1000nmであることがより好ましく、50〜500nmであることがさらに好ましい。 Fibroin nanofibers are fibrous structures formed by the assembly of fibroin. The average diameter of the fibroin nanofibers constituting the fibroin nanofiber nonwoven fabric is preferably 1 to 1500 nm, more preferably 10 to 1000 nm, and further preferably 50 to 500 nm.
透明フィブロインナノファイバー不織布の厚みは、0.1〜1000μmが好ましく、0.2〜200μmがより好ましく、0.5〜30μmがさらに好ましい。上記範囲の厚みを有する透明フィブロインナノファイバーは、取扱いに優れる点においても好ましい。また、後述のように透明フィブロインナノファイバー不織布を細胞培養基材又は細胞シートに用いた場合には、取扱いに優れることに加え、生体適合性の観点からも好ましい材料とすることができる。 The thickness of the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric is preferably 0.1 to 1000 μm, more preferably 0.2 to 200 μm, and further preferably 0.5 to 30 μm. Transparent fibroin nanofibers having a thickness in the above range are also preferred in terms of excellent handling. Moreover, when a transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric is used for a cell culture substrate or a cell sheet as described later, it can be a preferable material from the viewpoint of biocompatibility in addition to excellent handling.
本実施形態の透明フィブロインナノファイバー不織布は、不織布全体における不織布の平均の密度が、0.05g/cm3〜0.4g/cm3であることが好ましく、0.1g/cm3〜0.3g/cm3であることがより好ましく、0.1g/cm3〜0.25g/cm3であることがさらに好ましい。不織布を構成するフィブロインナノファイバー自体が多孔質である場合などでは、上記密度の値は、見かけ密度として求めた値として採用可能である。 Transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric of the present embodiment, the density of the average of the nonwoven fabric in the entire nonwoven fabric is preferably from 0.05g / cm 3 ~0.4g / cm 3 , 0.1g / cm 3 ~0.3g / more preferably cm is 3, even more preferably from 0.1g / cm 3 ~0.25g / cm 3 . In the case where the fibroin nanofiber itself constituting the nonwoven fabric is porous, the density value can be adopted as a value obtained as an apparent density.
本実施形態の透明フィブロインナノファイバー不織布において、フィブロインナノファイバーの集合の程度は、不織布が空孔を有する程度とする。前記空孔は、フィブロインナノファイバーとフィブロインナノファイバーとの重なり(配向具合)の若干の不規則性により、フィブロインナノファイバー間に形成されたものであることが好ましい。透明フィブロインナノファイバー不織布を構成するフィブロインナノファイバーは繊維形状を有するものであるが、フィブロインナノファイバーの集合によって生じたフィブロインナノファイバー同士の接触部分において、フィブロインナノファイバー同士が癒合していてもよい。
本実施形態の透明フィブロインナノファイバー不織布は、不織布全体における平均の密度が0.05g/cm3〜0.4g/cm3であることが好ましく、0.1g/cm3〜0.3g/cm3であることがより好ましく、0.1g/cm3〜0.25g/cm3であることがさらに好ましく、且つ透明フィブロインナノファイバー不織布を構成するフィブロインナノファイバーの平均径1〜1500nmであることが好ましく、10〜1000nmであることがより好ましく、50〜500nmであることがさらに好ましい。
透明フィブロインナノファイバー不織布の平均の密度の値、及び透明フィブロインナノファイバー不織布を構成するフィブロインナノファイバーの平均径の値が上記範囲にある場合、フィブロインナノファイバー不織布を生体材料として用いる観点から、透明フィブロインナノファイバー不織布の有する空孔のサイズを、物質透過性の観点から好ましい値とすることができる。透過される物質とは、生体を構成する生体物質および各種栄養成分に代表される生体内に存在する物質等が好ましい。
In the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric of this embodiment, the degree of aggregation of the fibroin nanofibers is such that the nonwoven fabric has pores. The pores are preferably formed between the fibroin nanofibers due to a slight irregularity of the overlap (orientation) between the fibroin nanofibers and the fibroin nanofibers. The fibroin nanofibers constituting the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric have a fiber shape, but the fibroin nanofibers may be fused together at the contact portion between the fibroin nanofibers generated by the assembly of the fibroin nanofibers.
Transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric of the present embodiment is preferably the density of the average in the entire nonwoven fabric is 0.05g / cm 3 ~0.4g / cm 3 , 0.1g / cm 3 ~0.3g / cm 3 more preferably, it is preferable that further preferably from 0.1g / cm 3 ~0.25g / cm 3 , a and an average diameter 1~1500nm fibroin nanofibers constituting the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric 10 to 1000 nm is more preferable, and 50 to 500 nm is even more preferable.
When the average density value of the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric and the average diameter value of the fibroin nanofibers constituting the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric are within the above ranges, the transparent fibroin is used from the viewpoint of using the fibroin nanofiber nonwoven fabric as a biomaterial. From the viewpoint of substance permeability, the pore size of the nanofiber nonwoven fabric can be set to a preferable value. The permeated substance is preferably a biological substance constituting the living body, a substance existing in the living body represented by various nutritional components, or the like.
本実施形態の透明フィブロインナノファイバー不織布は、上述のとおり、空孔を有するものであるので、優れた物質透過性を有する。物質透過性の程度は、特に制限されるものではないが、透明フィブロインナノファイバー不織布を生体材料として用いる観点からは、生体を構成する生体物質および各種栄養素に代表される生体内に存在する物質を透過する程度の透過性を有することが好ましい。これは、透明フィブロインナノファイバー不織布を生体材料として用いたとき、周囲の細胞が必要とする各種栄養素や成長因子等のシグナル分子を透過する材料であることが好ましいためである。
透明フィブロインナノファイバー不織布は分子量が150以上の分子を透過することが好ましく、分子量が60000以上の分子を透過することがより好ましく、分子量が150000以上の分子を透過することがさらに好ましい。より具体的には、グルコース透過性を有することが好ましく、グルコース透過性及びアルブミン透過性を有することがより好ましく、グルコース透過性、アルブミン透過性及びグロブリンIgG透過性を有することがさらに好ましい。グルコースの分子量は約180.16であり、アルブミンの分子量は約66000であり、グロブリンIgGの分子量は約150000である。アルブミンは生体内の物質としては比較的分子量の高い分子であるため、アルブミン透過性を有するフィブロインナノファイバー不織布であれば、細胞が必要とする各種栄養素や成長因子等のシグナル分子を容易に透過すると考えられ、生体材料として非常に好ましい。
Since the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric of this embodiment has pores as described above, it has excellent material permeability. The degree of substance permeability is not particularly limited, but from the viewpoint of using a transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric as a biological material, biological substances constituting the living body and substances existing in the living body represented by various nutrients are used. It is preferable that the material has a permeability that allows it to pass through. This is because, when a transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric is used as a biomaterial, it is preferably a material that transmits signal molecules such as various nutrients and growth factors required by surrounding cells.
The transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric preferably transmits molecules having a molecular weight of 150 or more, more preferably transmits molecules having a molecular weight of 60000 or more, and further preferably transmits molecules having a molecular weight of 150,000 or more. More specifically, it preferably has glucose permeability, more preferably has glucose permeability and albumin permeability, and further preferably has glucose permeability, albumin permeability, and globulin IgG permeability. The molecular weight of glucose is about 180.16, the molecular weight of albumin is about 66000, and the molecular weight of globulin IgG is about 150,000. Since albumin is a relatively high molecular weight molecule as an in vivo substance, if it is a non-woven fibroin nanofiber nonwoven fabric that has albumin permeability, it can easily pass through signal molecules such as various nutrients and growth factors required by cells. Conceivable and highly preferred as a biomaterial.
透明フィブロインナノファイバー不織布を生体材料として用いることを想定するとき、上記物質の透過性は、1気圧条件下で計測されたものであることが好ましい。 When it is assumed that a transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric is used as a biomaterial, the permeability of the substance is preferably measured under a 1 atm condition.
透明フィブロインナノファイバー不織布の物質透過性は、測定対象の透明フィブロインナノファイバー不織布表面に透過させる物質を含む溶液を配置し、不織布を通過した前記溶液に含まれる前記物質の量から求められたものとする。
物質透過率(%) = (不織布透過前の溶液中に含まれる物質の量/不織布透過後の溶液中に含まれる物質の量)×100
透明フィブロインナノファイバー不織布のグルコース透過性およびアルブミン透過性については、特に制限されないが、上記式に当てはめたときのグルコース透過率が、90%以上であることが好ましく、95%以上であることが好ましく、98%以上であることが好ましい。同様に、アルブミン透過率は、90%以上であることが好ましく、95%以上であることが好ましく、98%以上であることが好ましい。物質の透過量の測定及び算出手段は、透過前後の物質の量を比較できるものであれば特に制限されず、吸光度等による間接的な量の測定であってもよい。
The material permeability of the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric is determined from the amount of the substance contained in the solution that has passed through the nonwoven fabric by placing a solution containing the substance to be transmitted through the surface of the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric to be measured. To do.
Substance permeability (%) = (Amount of substance contained in solution before passing through nonwoven fabric / Amount of substance contained in solution after passing through nonwoven fabric) × 100
The glucose permeability and albumin permeability of the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric are not particularly limited, but the glucose permeability when applied to the above formula is preferably 90% or more, and preferably 95% or more. 98% or more is preferable. Similarly, the albumin permeability is preferably 90% or more, preferably 95% or more, and preferably 98% or more. The means for measuring and calculating the amount of permeation of the substance is not particularly limited as long as the amount of the substance before and after permeation can be compared, and may be an indirect amount measurement by absorbance or the like.
上記グルコース透過性およびアルブミン透過性の速度については、特に制限されないが、グルコース透過性が、1気圧下において0.009mg/mm2・分以上であることが好ましく、0.01mg/mm2・分であることがより好ましく、0.05mg/mm2・分以上であることがさらに好ましい。アルブミン透過性については、1気圧下において0.001mg/mm2・分以上であることが好ましく、0.075mg/mm2・分であることがより好ましい。 The rate of glucose permeability and albumin permeability is not particularly limited, but the glucose permeability is preferably 0.009 mg / mm 2 · min or more under 1 atm, and 0.01 mg / mm 2 · min. It is more preferable that it is 0.05 mg / mm 2 · min or more. The albumin permeability is preferably at 0.001 mg / mm 2 · min or more at 1 atmosphere, and more preferably 0.075 mg / mm 2 · min.
フィブロインナノファイバーは、電界紡糸法により得ることが挙げられる。電界紡糸法(エレクトロスピニング)は、ポリマーに高電圧を印加することで繊維を紡糸する方法である。一般的には、ポリマー溶液を充填したシリンジと紡糸された糸をつなぐコレクター間に電圧をかけることで、シリンジのニードルからコレクターに向かって繊維が放出され、紡糸される。
フィブロインナノファイバーは、フィブロインが水に溶解したフィブロイン水溶液を用いて電界紡糸法により紡糸することが可能である。フィブロイン水溶液は、例えば、フィブロインを上記セリシンの除去に用いたものよりも高いpHの塩基性水溶液に溶解した後、得られる溶解液を透析して脱塩することで得られる。
Fibroin nanofibers can be obtained by electrospinning. The electrospinning method (electrospinning) is a method of spinning a fiber by applying a high voltage to a polymer. In general, by applying a voltage between a syringe filled with a polymer solution-filled syringe and a spun yarn, fibers are released from the needle of the syringe toward the collector and spun.
Fibroin nanofibers can be spun by an electrospinning method using a fibroin aqueous solution in which fibroin is dissolved in water. An aqueous fibroin solution can be obtained, for example, by dissolving fibroin in a basic aqueous solution having a pH higher than that used for the removal of sericin and then dialysis and desalting the resulting solution.
電界紡糸法では、コレクターへと集められたフィブロインナノファイバーは、コレクター上で自然と不規則性を有した状態で展開し積層する。そのため、単にコレクターにフィブロインナノファイバーを集めることのみでも、フィブロインナノファイバー不繊布(ランダムフィブロインナノファイバー不織布)が得られ得る。 In the electrospinning method, the fibroin nanofibers collected to the collector are unfolded and laminated on the collector in a state of natural irregularity. Therefore, a fibroin nanofiber non-woven fabric (random fibroin nanofiber nonwoven fabric) can be obtained simply by collecting fibroin nanofibers in a collector.
フィブロインナノファイバーを紡糸することが可能であれば、上記電界紡糸法以外の方法でフィブロインナノファイバーを紡糸してもよく、例えば、スプレイドライ、湿式紡糸等によりフィブロインナノファイバーを紡糸することが挙げられる。 If fibroin nanofibers can be spun, fibroin nanofibers may be spun by a method other than the above electrospinning method, for example, spinning of fibroin nanofibers by spray drying, wet spinning, etc. .
透明フィブロインナノファイバー不織布は、フィブロインナノファイバーが配向性を持って配向した不織布(配向性フィブロインナノファイバー不織布)であってもよい。電界紡糸法を用いて不織布を製造する場合、配向性フィブロインナノファイバー不織布は、コレクターとして回転コレクターを用いて、フィブロインナノファイバーを集めることにより得ることができる。回転コレクターを用いることで、回転コレクターの回転方向へと配向した配向性フィブロインナノファイバーを得ることができる。回転コレクターを用いた場合であっても、フィブロインナノファイバーはコレクター上で若干の不規則性を有した状態で展開し得るが、この際、紡糸中の回転コレクターに対するシリンジの位置を適宜調節することによって、フィブロインナノファイバーとフィブロインナノファイバーとの重なりの状態を調節してもよい。回転コレクターとしては、公知の回転ドラム型コレクターを用いることが挙げられ、回転コレクターの回転の程度は、直径10cmのドラムを用いた場合の目安として、1500〜3000rpm程度である。
透明フィブロインナノファイバー不織布を構成するフィブロインナノファイバーの配向性の程度が高められていることで、フィブロインナノファイバー不織布の透明度をより高いものとすることができる。
The transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric may be a nonwoven fabric in which fibroin nanofibers are oriented with orientation (orientated fibroin nanofiber nonwoven fabric). When producing nonwoven fabrics using electrospinning, oriented fibroin nanofiber nonwoven fabrics can be obtained by collecting fibroin nanofibers using a rotating collector as the collector. By using a rotating collector, oriented fibroin nanofibers oriented in the rotating direction of the rotating collector can be obtained. Even when a rotating collector is used, fibroin nanofibers can be deployed on the collector with some irregularities, but at this time, the position of the syringe relative to the rotating collector during spinning should be adjusted accordingly. Depending on, the state of the overlap between the fibroin nanofiber and the fibroin nanofiber may be adjusted. As the rotating collector, it is possible to use a known rotating drum type collector. The rotating degree of the rotating collector is about 1500 to 3000 rpm as a guide when a drum having a diameter of 10 cm is used.
By increasing the degree of orientation of the fibroin nanofibers constituting the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric, the transparency of the fibroin nanofiber nonwoven fabric can be made higher.
透明フィブロインナノファイバー不織布の厚みは、透明フィブロインナノファイバーを構成するフィブロインナノファイバーの径、体積、本数や、フィブロイン水溶液濃度などの要素を調節して、フィブロインナノファイバーを紡糸及び積層させることで、任意の厚みの透明フィブロインナノファイバー不織布を得ることが可能である。 The thickness of the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric can be arbitrarily adjusted by spinning and laminating the fibroin nanofibers by adjusting factors such as the diameter, volume and number of fibroin nanofibers constituting the transparent fibroin nanofiber and the concentration of the fibroin aqueous solution. It is possible to obtain a transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric having a thickness of.
透明フィブロインナノファイバー不織布は、フィブロインナノファイバーのみから構成されていてよいし、前記の見かけの透明度が60%以上であることが達成されるのであれば、フィブロインナノファイバーの他に、任意の物質を含んでいてもよい。任意の物質は、フィブロインナノファイバーに含まれていてもよく、フィブロインナノファイバーとは独立に透明フィブロインナノファイバー不織布に含まれていてもよい。透明フィブロインナノファイバー不織布に含まれ得る任意の物質としては、コラーゲン、ゼラチン、ポリ乳酸等の生分解性ポリエステル及びその誘導体、セリシン、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリエチレングリコール(PEG)多糖類等が挙げられ、フィブロインと同様にファイバーを形成し得る材料が好ましい。 The transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric may be composed only of fibroin nanofibers, and if the apparent transparency is achieved to be 60% or more, any material other than fibroin nanofibers may be used. May be included. An arbitrary substance may be contained in the fibroin nanofiber, and may be contained in the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric independently of the fibroin nanofiber. Examples of optional substances that can be contained in the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric include biodegradable polyesters such as collagen, gelatin, polylactic acid and derivatives thereof, sericin, polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene glycol (PEG) polysaccharides, and the like. The material which can form a fiber like fibroin is preferable.
≪細胞培養用基材・細胞シート≫
本実施形態の細胞培養用基材は、前記透明フィブロインナノファイバー不織布を備えたものであり、前記透明フィブロインナノファイバー不織布からなるものであってもよい。フィブロインは優れた生体適合性を有しており、また、前記透明フィブロインナノファイバー不織布は優れた物質透過性、細胞の接着性及び透明性を有しているため、細胞培養用基材として好適である。
細胞培養用基材は、移植された先で細胞の足場となり得る。また、透明フィブロインナノファイバー不織布上に細胞が付着してなる細胞シートの形態として、移植用材料として使用可能である。
透明フィブロインナノファイバー不織布が有する優れた透明性により、細胞培養用基材は移植対象箇所の視認性を妨げることがない。例えば、透明フィブロインナノファイバー不織布は優れた透明性を有するので、細胞培養用基材を移植して該基材に覆われた組織であっても容易にその状態を観察することができ、移植経過の状態把握が可能であるという点においても、非常に優れている。
≪Cell culture substrate and cell sheet≫
The cell culture substrate of the present embodiment is provided with the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric, and may be composed of the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric. Fibroin has excellent biocompatibility, and the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric has excellent material permeability, cell adhesion and transparency, and is therefore suitable as a cell culture substrate. is there.
The cell culture substrate can serve as a scaffold for the cells after being transplanted. Moreover, it can be used as a transplant material in the form of a cell sheet in which cells adhere to a transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric.
Due to the excellent transparency of the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric, the cell culture substrate does not interfere with the visibility of the transplant target site. For example, since the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric has excellent transparency, the state can be easily observed even in a tissue covered with a substrate for cell culture and covered with the substrate. It is also excellent in that it is possible to grasp the state of the.
透明フィブロインナノファイバー不織布に付着する、又は透明フィブロインナノファイバー不織布上で培養される細胞種は、特に制限されないが、線維組織を構成する細胞は細胞培養シャーレなどの平板上足場よりも繊維状足場の上でより活発に増殖や機能の発現を行うという知見(例えば、Phu D, Lindsay S, Wray S, Warren RV, Haskell RC, Orwin EJ (2011), Effect of substrate composition and alignment on corneal cell phenotype, Tissue Eng, 17, 799-807. Lee CH, Shin HJ, Cho, IH, Kang YM, Kim I, Park KD, Shin, JW (2005). Nanofiber alignment and direction of mechanical strain affect the ECM production of human ACL fibroblast. Biomaterials, 26, 1261-1270.)があることから、線維組織を構成する細胞であることが好ましい。線維組織の細胞としては、靭帯、軟骨、骨、脂肪組織、角膜組織、皮膚組織の細胞、又は、それらの組織に分化し得る前駆細胞若しくは幹細胞が挙げられる。角膜組織の細胞とは、角膜内皮細胞、角膜実質細胞、角膜上皮細胞、角膜上皮輪部幹細胞、及びそれらに分化できる前駆細胞若しくは幹細胞が挙げられる。 The cell type that adheres to or is cultured on the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric is not particularly limited, but the cells that make up the fibrous tissue are those of the fibrous scaffold rather than the scaffold on a flat plate such as a cell culture dish. The findings that more active proliferation and expression of functions (for example, Phu D, Lindsay S, Wray S, Warren RV, Haskell RC, Orwin EJ (2011), Effect of substrate composition and alignment on corneal cell phenotype, Tissue Eng, 17, 799-807. Lee CH, Shin HJ, Cho, IH, Kang YM, Kim I, Park KD, Shin, JW (2005) .Nanofiber alignment and direction of mechanical strain affect the ECM production of human ACL fibroblast. Biomaterials, 26, 1261-1270.), And it is preferably a cell constituting a fibrous tissue. Examples of fibrous tissue cells include ligament, cartilage, bone, adipose tissue, corneal tissue, skin tissue cells, or progenitor cells or stem cells that can differentiate into these tissues. Examples of corneal tissue cells include corneal endothelial cells, corneal parenchymal cells, corneal epithelial cells, corneal epithelial limbal stem cells, and precursor cells or stem cells that can differentiate into them.
細胞培養用基材を移植用材料として用いる場合、移植先は特に制限されるものではないが、眼への移植が好ましく、角膜への移植がより好ましい。角膜としては、角膜内皮、角膜上皮又は角膜実質が挙げられ、角膜上皮又は角膜実質がより好ましい。角膜への細胞培養用基材移植とは、角膜を補填するために行うこと、角膜の細胞を再生するための足場を提供するために行うこと、細胞培養基材上で培養された細胞を移植するために行うこと等を含む。
眼は、光受容器官であるため、優れた透明性を有する細胞培養基材は、眼への移植用材料としての有用性は著しく高い。更には、角膜実質組織は無血管組織であるため、物質透過性に優れた材料は非常に有用である。また、無血管組織であるがゆえに再生能力が低いため、他組織に比べて再生速度が遅いことが知られている。そこで、角膜実質の再生材料としては、ある程度の長期間にわたり生体内に存在する材料の方が好ましい。フィブロインは生体内での分解を受けにくいため、角膜実質再生の観点からみれば、生体適合性に加え非常に有用な特徴を持つ材料であるといえる。
角膜移植希望患者数に対する圧倒的なドナー不足は日本のみならず世界的な問題となっており、人工角膜の開発が待ち望まれている。これまでにも、様々な材料を用いて、人工角膜の開発の試みが数多くなされてきた。技術の発展に伴い、角膜上皮細胞層や角膜内皮細胞層に関しては、実際に臨床応用されている技術も創生されている。角膜実質層に関してもいくつかの優れた技術は開発されているが、臨床的に満足のゆくものはいまだに開発されていない。
本実施形態の細胞培養基材は、優れた透明性、細胞の接着性、物質透過性、分解速度等の上記に挙げた性質により、本実施形態の細胞培養用基材は、角膜実質再生材料としても好適に用いることができる。
When a cell culture substrate is used as a transplant material, the transplant destination is not particularly limited, but is preferably transplanted to the eye, more preferably to the cornea. Examples of the cornea include corneal endothelium, corneal epithelium or corneal stroma, and corneal epithelium or corneal stroma is more preferable. Cell culture substrate transplantation to the cornea is performed to supplement the cornea, to provide a scaffold for regenerating the cells of the cornea, and transplanted cells cultured on the cell culture substrate Including things to do.
Since the eye is a photoreceptor organ, a cell culture substrate having excellent transparency is extremely useful as a material for transplantation into the eye. Furthermore, since the corneal parenchyma is an avascular tissue, a material excellent in substance permeability is very useful. In addition, it is known that the regeneration speed is slow compared to other tissues because of its low regenerative ability because it is an avascular tissue. Therefore, as a material for regenerating corneal stroma, a material that exists in a living body for a certain long period is preferable. Since fibroin is not easily decomposed in vivo, it can be said that it is a material having very useful characteristics in addition to biocompatibility from the viewpoint of corneal substantial regeneration.
The overwhelming donor shortage with respect to the number of corneal transplantation desired patients has become a global problem not only in Japan, but the development of an artificial cornea is awaited. Until now, many attempts have been made to develop an artificial cornea using various materials. With the development of technology, technologies that are actually applied clinically have been created for corneal epithelial cell layers and corneal endothelial cell layers. Several excellent technologies have also been developed for the corneal stroma, but no clinically satisfactory one has yet been developed.
The cell culture substrate of the present embodiment is a material for regenerating cornea due to the above-mentioned properties such as excellent transparency, cell adhesion, substance permeability, and degradation rate. Can also be suitably used.
≪透明フィブロインナノファイバー不織布の製造方法≫
本実施形態において、フィブロインナノファイバー不織布とは、フィブロインナノファイバーが繊維形状を有しつつ集合してなるシート状の成形体である。ここで、「シート状」とは、成形体の厚みが、厚み方向に直交する二次元方向の広がりと比べて小さくなっている形状のことを指し、厚みが極薄のフィルム状のものから、肉厚の板状のものまでを含む。透明フィブロインナノファイバー不織布を構成するフィブロインナノファイバーは繊維形状を有するものであるが、フィブロインナノファイバーの集合によって生じたフィブロインナノファイバー同士の接触部分において、フィブロインナノファイバー同士が癒合していてもよい。透明フィブロインナノファイバー不織布は、フィブロインナノファイバー間の間隙として、空孔を有している。以下、フィブロインナノファイバーの配向性やフィブロインナノファイバー不織布の透明度によらず、フィブロインナノファイバー不織布に共通の事柄について説明するとき、単にフィブロインナノファイバー不織布又は不織布として説明することがある。
≪Method for producing transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric≫
In the present embodiment, the fibroin nanofiber nonwoven fabric is a sheet-like molded body in which fibroin nanofibers are aggregated while having a fiber shape. Here, the “sheet shape” refers to a shape in which the thickness of the molded body is smaller than the spread in the two-dimensional direction orthogonal to the thickness direction, and the thickness is extremely thin, Includes up to thick plate-like ones. The fibroin nanofibers constituting the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric have a fiber shape, but the fibroin nanofibers may be fused together at the contact portion between the fibroin nanofibers generated by the assembly of the fibroin nanofibers. The transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric has pores as gaps between fibroin nanofibers. Hereinafter, when the matters common to the fibroin nanofiber nonwoven fabric are described regardless of the orientation of the fibroin nanofibers and the transparency of the fibroin nanofiber nonwoven fabric, they may be simply described as a fibroin nanofiber nonwoven fabric or a nonwoven fabric.
本実施形態の透明フィブロインナノファイバー不織布の製造方法は、フィブロインナノファイバーが配向性を持って配向してなる配向性フィブロインナノファイバー不織布を、96体積%以上のアルコール水溶液に接触させた後に60体積%以上96体積%未満のアルコール水溶液に接触させて不溶化フィブロインナノファイバー不織布を得る不溶化処理工程と、前記不溶化処理工程により得られた不溶化フィブロインナノファイバー不織布を、第2族元素を含有する溶液に接触させる透明化処理工程と、前記透明化処理工程を経た不溶化フィブロインナノファイバー不織布を乾燥させる乾燥処理工程と、を有する。 In the method for producing a transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric according to this embodiment, an oriented fibroin nanofiber nonwoven fabric obtained by orienting fibroin nanofibers with orientation is brought into contact with an aqueous alcohol solution of 96% by volume or more and then 60% by volume. An insolubilization treatment step of obtaining an insolubilized fibroin nanofiber nonwoven fabric by contacting with an aqueous alcohol solution of less than 96 volume% and an insolubilized fibroin nanofiber nonwoven fabric obtained by the insolubilization treatment step are brought into contact with a solution containing a Group 2 element A clearing treatment step, and a drying treatment step of drying the insolubilized fibroin nanofiber nonwoven fabric that has undergone the clearing treatment step.
本実施形態において示されるように、透明化処理工程に供される不溶化フィブロインナノファイバー不織布は、フィブロインナノファイバーが配向性を持って配向してなる配向性フィブロインナノファイバー不織布であることが好ましい。
電界紡糸法を用いて不織布を製造する場合、配向性フィブロインナノファイバー不織布は、コレクターとして回転コレクターを用いて、フィブロインナノファイバーを集めることにより得ることができる。回転コレクターを用いることで、回転コレクターの回転方向へと配向した配向性フィブロインナノファイバーを得ることができる。
フィブロインナノファイバー不織布を構成するフィブロインナノファイバーの配向性の程度を上昇させることで、より容易に透明度の高い透明フィブロインナノファイバー不織布を得ることができる。配向性フィブロインナノファイバー不織布の使用は、透明化処理工程との相性が非常に良い。このことはおそらく、予めフィブロインナノファイバーに配向性を持たせた透明度の高い材料を使用することで、フィブロインナノファイバーの繊維表面の溶解を行う程度の弱い透明化処理により、フィブロインナノファイバーの透明度を著しく上昇させることができるためである。弱い透明化処理であれば、フィブロインナノファイバーの繊維形状の崩壊を生じさせないよう透明化処理を制御することが容易である。
As shown in the present embodiment, the insolubilized fibroin nanofiber nonwoven fabric subjected to the transparentization treatment step is preferably an oriented fibroin nanofiber nonwoven fabric in which fibroin nanofibers are oriented with orientation.
When producing nonwoven fabrics using electrospinning, oriented fibroin nanofiber nonwoven fabrics can be obtained by collecting fibroin nanofibers using a rotating collector as the collector. By using a rotating collector, oriented fibroin nanofibers oriented in the rotating direction of the rotating collector can be obtained.
By increasing the degree of orientation of the fibroin nanofibers constituting the fibroin nanofiber nonwoven fabric, a transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric with high transparency can be obtained more easily. The use of the oriented fibroin nanofiber nonwoven fabric is very compatible with the transparency treatment process. This is presumably because fibrin nanofibers are made transparent by using a highly transparent material that has been previously oriented to fibroin nanofibers, and the fibroin nanofibers are made transparent enough to dissolve the fiber surface. It is because it can raise remarkably. If it is a weak clearing treatment, it is easy to control the clearing treatment so as not to cause the fiber shape of the fibroin nanofibers to collapse.
本実施形態において示されるように、透明化処理工程に供される不溶化フィブロインナノファイバー不織布は、前記配向性フィブロインナノファイバー不織布を、96体積%以上のアルコール水溶液に接触させた後に60体積%以上96体積%未満のアルコール水溶液に接触させる不溶化処理工程経て製造された不溶化フィブロインナノファイバー不織布であることが好ましい。
フィブロインナノファイバー不織布を、アルコール水溶液に接触させることでフィブロインナノファイバー不織布が内包する水と、アルコール水溶液との濃度差により生じる浸透圧により、フィブロインナノファイバー不織布内部の水がしみ出し、不織布内ではフィブロイン同士が接触しやすくなる。フィブロイン同士が接触した部分では、分子間力や水素結合によりフィブロインの結晶化が進行し、その結果、フィブロインが不溶化すると考えられている。
As shown in this embodiment, the insolubilized fibroin nanofiber nonwoven fabric subjected to the clarification treatment step is such that the oriented fibroin nanofiber nonwoven fabric is contacted with 96% by volume or more of an alcohol aqueous solution and then 60% by volume or more 96. It is preferable that it is the insolubilized fibroin nanofiber nonwoven fabric manufactured through the insolubilization process made to contact the alcohol aqueous solution of less than volume%.
When the fibroin nanofiber nonwoven fabric is brought into contact with the alcohol aqueous solution, the water inside the fibroin nanofiber nonwoven fabric oozes out due to the osmotic pressure generated by the difference in concentration between the water contained in the fibroin nanofiber nonwoven fabric and the aqueous alcohol solution. It becomes easy to contact each other. It is considered that fibroin is crystallized by intermolecular force or hydrogen bond at the part where fibroin is in contact with each other, and as a result, fibroin is insolubilized.
不溶化処理として、一般的には、メタノールやエタノールなどのアルコールを用いて70体積%〜80体積%程度のアルコール水溶液を調製し、このアルコール水溶液に15分〜60分ほど浸漬する処理が行われる。フィブロインは、不溶化処理の際にいかなる濃度のアルコール水溶液を用いたとしても、βシート構造からなるII型結晶を形成し、結晶化度はある平衡的な値まで上昇するといわれている。
しかし、発明者が詳細に検討したところ、一般に用いられている濃度よりも非常に高濃度の95体積%以上のアルコール水溶液に先ずフィブロインナノファイバー不織布を接触させることで、フィブロインナノファイバーの繊維形状が保たれやすくなることで、操作性が向上し、その後の透明化処理を経ても容易に透明フィブロインナノファイバー不織布を得られることが判明した。95体積%以上のアルコール水溶液の濃度としては、96体積%以上であることが好ましく、98体積%以上であることがより好ましく、99体積%以上であることがさらに好ましい。
As the insolubilization treatment, generally, an alcohol aqueous solution of about 70% by volume to 80% by volume is prepared using an alcohol such as methanol or ethanol, and a process of immersing in the aqueous alcohol solution for about 15 minutes to 60 minutes is performed. Fibroin is said to form II-type crystals having a β-sheet structure, and the degree of crystallinity rises to a certain equilibrium value, regardless of the concentration of the alcohol aqueous solution used in the insolubilization treatment.
However, when the inventor examined in detail, the fiber shape of the fibroin nanofibers was first brought into contact with a 95% by volume or higher alcohol aqueous solution having a concentration much higher than that generally used by bringing the nonwoven fabric into contact with the fibroin nanofiber nonwoven fabric. It became clear that the operability was improved by being easily maintained, and a transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric could be easily obtained even after the subsequent transparentization treatment. The concentration of the 95% by volume or higher alcohol aqueous solution is preferably 96% by volume or higher, more preferably 98% by volume or higher, and still more preferably 99% by volume or higher.
その後、60体積%以上95体積%未満のアルコール水溶液に接触させることで、フィブロインナノファイバーの結晶化度を上昇させる。60体積%以上95体積%未満のアルコール水溶液の濃度としては、60体積%以上90体積%未満であることが好ましく、60体積%以上80体積%未満であることがより好ましく、65体積%以上75体積%未満であることがさらに好ましい。上記濃度のアルコール水溶液にフィブロインナノファイバー不織布を接触させることで、その後の透明化処理を経てもフィブロインナノファイバーの繊維形状が保たれやすくなり、容易に透明フィブロインナノファイバー不織布を得ることができる。 Thereafter, the crystallinity of the fibroin nanofibers is increased by contacting with an alcohol aqueous solution of 60% by volume or more and less than 95% by volume. The concentration of the alcohol aqueous solution of 60% by volume or more and less than 95% by volume is preferably 60% by volume or more and less than 90% by volume, more preferably 60% by volume or more and less than 80% by volume, and 65% by volume or more and 75% by volume. More preferably, it is less than volume%. By bringing the fibroin nanofiber nonwoven fabric into contact with the alcohol aqueous solution having the above concentration, the fiber shape of the fibroin nanofiber can be easily maintained even after the subsequent transparentization treatment, and the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric can be easily obtained.
上記アルコールとしては、メタノールやエタノールを好適に用いることができる。また、透明フィブロインナノファイバー不織布を、細胞培養用を細胞培養基材や生体材料として用いた場合に、悪影響を与えない程度であれば、プロパノール、ブタノール、PEG(ポリエチレングリコール)などのアルコールが少量含まれていてもよい。 As said alcohol, methanol and ethanol can be used conveniently. Also, transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric contains a small amount of alcohol such as propanol, butanol, and PEG (polyethylene glycol) as long as it does not have an adverse effect when cell culture is used as a cell culture substrate or biomaterial. It may be.
アルコールをフィブロインナノファイバー不織布に接触させる方法としては、不溶化処理が可能であれば種々の方法を選択することができる。例えば、フィブロインナノファイバー不織布の小片をアルコール水溶液に浸漬してもよく、小片に対し十分量のアルコール水溶液を散布または塗布することとしてもよい。 As a method of bringing alcohol into contact with the fibroin nanofiber nonwoven fabric, various methods can be selected as long as insolubilization treatment is possible. For example, small pieces of fibroin nanofiber nonwoven fabric may be immersed in an aqueous alcohol solution, or a sufficient amount of an alcohol aqueous solution may be sprayed or applied to the small pieces.
上記各アルコールによる不織布の不溶化処理の時間は、10秒以上720時間以下が好ましく、16時間以上480時間以下がより好ましく、72時間以上240時間以下が特に好ましい。 The time for insolubilizing the nonwoven fabric with each of the above alcohols is preferably from 10 seconds to 720 hours, more preferably from 16 hours to 480 hours, and particularly preferably from 72 hours to 240 hours.
アルコールによる成形体の不溶化処理の温度は、−97.8℃(100%メタノールの凝固点)以上78.4℃(100%エタノールの沸点)以下が好ましく、−38℃(エタノール50体積%溶液の凝固点)以上65℃(100%メタノールの沸点)以下がより好ましい。 The temperature of the insolubilization treatment of the molded product with alcohol is preferably from −97.8 ° C. (freezing point of 100% methanol) to 78.4 ° C. (boiling point of 100% ethanol), and is preferably −38 ° C. (freezing point of 50% ethanol by volume solution). ) To 65 ° C. (boiling point of 100% methanol) is more preferable.
本実施形態の透明フィブロインナノファイバー不織布の製造方法は、前記不溶化処理工程において得られた不溶化フィブロインナノファイバー不織布を第2族元素を含有する溶液に接触させる透明化処理工程を有する。 The manufacturing method of the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric of this embodiment has the transparentization process process which makes the solution containing a group 2 element contact the insolubilized fibroin nanofiber nonwoven fabric obtained in the said insolubilization process process.
第2族元素を含有する溶液は、溶液中に複数種類の第2族元素を含有していてもよい。第2族元素を含有する溶液は、第2族元素イオンを含有する溶液であることが好ましい。第2族元素イオンとは、周期表の第2族に属する元素のイオンであり、ベリリウムイオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、ストロンチウムイオン、バリウムイオン、ラジウムイオンが挙げられ、生体適合性の観点から、マグネシウムイオン又は、カルシウムイオンが好ましく、カルシウムイオンがより好ましい。 The solution containing a Group 2 element may contain a plurality of types of Group 2 elements in the solution. The solution containing a Group 2 element is preferably a solution containing Group 2 element ions. Group 2 element ions are ions of elements belonging to Group 2 of the periodic table, and examples include beryllium ions, magnesium ions, calcium ions, strontium ions, barium ions, and radium ions. From the viewpoint of biocompatibility, Magnesium ions or calcium ions are preferable, and calcium ions are more preferable.
第2族元素イオンを含有する溶液は、例えば、極性溶媒に第2族元素を添加することで得ることができる。極性溶媒とは、例えば、水、エタノール、ギ酸、酢酸及びそれらを混合して得られた組成物が挙げられる。第2族元素を添加するとは、第2族元素のハロゲン化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩等の無機酸塩;酢酸塩等の有機酸塩等の化合物を添加することが挙げられ、例えば、BeSO4、BeCl2、Mg(NO3)2、MgCO3、CaCl2、SrCl2、BaSO4、RaCl2等の化合物を添加することが挙げられる。 A solution containing a Group 2 element ion can be obtained, for example, by adding a Group 2 element to a polar solvent. Examples of the polar solvent include water, ethanol, formic acid, acetic acid, and a composition obtained by mixing them. Adding a Group 2 element includes adding a compound such as an inorganic acid salt such as a halide, carbonate, sulfate, nitrate, or phosphate of a Group 2 element; For example, compounds such as BeSO 4 , BeCl 2 , Mg (NO 3 ) 2 , MgCO 3 , CaCl 2 , SrCl 2 , BaSO 4 , and RaCl 2 can be added.
不溶化フィブロインナノファイバー不織布を、第2族元素を含有する溶液に接触させる方法は、特に制限されず、不溶化フィブロインナノファイバー不織布に第2族元素を含有する溶液を含浸させる、噴霧する、塗布する等の方法が挙げられる。 The method for bringing the insolubilized fibroin nanofiber nonwoven fabric into contact with the solution containing the Group 2 element is not particularly limited, and the insolubilized fibroin nanofiber nonwoven fabric is impregnated with the solution containing the Group 2 element, sprayed, applied, etc. The method is mentioned.
不溶化フィブロインナノファイバー不織布を、第2族元素を含有する溶液に接触させることで、おそらく、フィブロインナノファイバー表面をわずかに溶解させることとなり、不溶化フィブロインナノファイバー不織布を構成するフィブロインナノファイバーの高次構造や配列を変化させ、不溶化フィブロインナノファイバーの透明度を向上させることができる。 By bringing the insolubilized fibroin nanofiber nonwoven fabric into contact with a solution containing a Group 2 element, the surface of the fibroin nanofiber is probably dissolved slightly, and the higher order structure of the fibroin nanofiber constituting the insolubilized fibroin nanofiber nonwoven fabric. And the arrangement can be changed to improve the transparency of the insolubilized fibroin nanofibers.
第2族元素がカルシウムである場合、溶液中のカルシウム濃度は、10mM〜500mMが好ましく、60mM〜350mMがより好ましく、70mM〜250mMがさらに好ましく、80mM〜200mMが特に好ましい。上記Mは、mol/m3を表す。
このとき、カルシウムを含有する溶液に、不溶化フィブロインナノファイバー不織布を接触させる時間は、0.05時間〜12時間が好ましく、0.1時間〜3時間がより好ましく、0.2時間〜1時間がさらに好ましい。
When the Group 2 element is calcium, the calcium concentration in the solution is preferably 10 mM to 500 mM, more preferably 60 mM to 350 mM, further preferably 70 mM to 250 mM, and particularly preferably 80 mM to 200 mM. The above M represents mol / m 3 .
At this time, the time for bringing the insolubilized fibroin nanofiber nonwoven fabric into contact with the solution containing calcium is preferably 0.05 hours to 12 hours, more preferably 0.1 hours to 3 hours, and 0.2 hours to 1 hour. Further preferred.
上記のカルシウムを含有する溶液の濃度と、該溶液に不溶化フィブロインナノファイバー不織布を接触させる時間とは、任意に組み合わせ可能である。
相対的に高濃度のカルシウムを含有する溶液を用いる場合には、該溶液と不溶化フィブロインナノファイバー不織布との接触時間を短く、相対的に低濃度のカルシウムを含有する溶液を用いる場合には、該溶液と不溶化フィブロインナノファイバー不織布との接触時間を長く設定するとよい。
The concentration of the solution containing calcium and the time for which the insolubilized fibroin nanofiber nonwoven fabric is brought into contact with the solution can be arbitrarily combined.
When using a solution containing a relatively high concentration of calcium, the contact time between the solution and the insolubilized fibroin nanofiber nonwoven fabric is shortened, and when using a solution containing a relatively low concentration of calcium, The contact time between the solution and the insolubilized fibroin nanofiber nonwoven fabric may be set long.
定性的には、カルシウムを含有する溶液のカルシウム濃度を高濃度にするほど、又は、当該溶液と不溶化フィブロインナノファイバー不織布を接触させる時間を長くするほど、フィブロインナノファイバー不織布の透明度は向上する傾向にあると考えられる。ただし、高濃度すぎる溶液での処理又は長時間すぎる処理では、透明度が低下するおそれがあるため、その場合は、溶液のカルシウム濃度を低くする、又は、当該溶液と不溶化フィブロインナノファイバー不織布を接触させる時間を短くする方向に調整すればよい。 Qualitatively, the transparency of the fibroin nanofiber nonwoven fabric tends to improve as the calcium concentration of the solution containing calcium is increased, or as the time for contacting the solution with the insolubilized fibroin nanofiber nonwoven fabric is increased. It is believed that there is. However, since treatment with a solution having a too high concentration or treatment for a long time may decrease transparency, in that case, the calcium concentration of the solution is lowered or the solution and the insolubilized fibroin nanofiber nonwoven fabric are brought into contact with each other. What is necessary is just to adjust in the direction which shortens time.
これらを考慮し、透明フィブロインナノファイバー不織布の製造を行う際には、予め予備実験を行い、所望の透明度が得られる濃度と時間の組み合わせを設定するとよい。 In consideration of these, when manufacturing a transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric, it is good to perform a preliminary experiment beforehand and to set the combination of the density | concentration and time with which desired transparency is obtained.
本実施形態の透明フィブロインナノファイバー不織布の製造方法では、透明化処理工程を経た不溶化フィブロインナノファイバー不織布に、乾燥処理を施す。乾燥処理によって、前記第2族元素を含有する溶液の溶媒が不織布から除かれていく。乾燥処理によって、おそらく透明化処理で変化が生じたフィブロインナノファイバーの高次構造や配列状態を維持したり固定化させたりすることとなると考えられる。不織布の乾燥が進むにしたがって、不織布の透明度が徐々に向上されていく。不織布を乾燥させる程度としては、不織布の溶媒を完全に取り除く必要はなく、上記≪透明フィブロインナノファイバー不織布≫において説明したように、透明フィブロインナノファイバー不織布の透明度を60%以上となる程度に乾燥させることが挙げられる。乾燥処理は、透明化処理工程の直後におこなうことが好ましい。
乾燥の方法としては、透明フィブロインナノファイバー不織布の劣化を伴わなければ、通常知られた方法を採用することができる。例えば、空気中に放置する風乾、加熱乾燥、減圧乾燥などを挙げることができる。これらの乾燥方法のなかでは風乾が好ましい。また、適宜送風して乾燥を促進させることをしてもよい。
In the manufacturing method of the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric of this embodiment, a drying process is performed to the insolubilized fibroin nanofiber nonwoven fabric which passed through the transparentization process. By the drying treatment, the solvent of the solution containing the Group 2 element is removed from the nonwoven fabric. The drying process probably maintains or fixes the higher order structure and arrangement of the fibroin nanofibers that have changed due to the clearing process. As the nonwoven fabric is dried, the transparency of the nonwoven fabric is gradually improved. It is not necessary to completely remove the solvent of the nonwoven fabric as the degree of drying of the nonwoven fabric, and as described in the above << Transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric >>, the transparency of the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric is dried to an extent of 60% or more. Can be mentioned. The drying process is preferably performed immediately after the clarification process.
As a drying method, a conventionally known method can be adopted as long as the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric is not deteriorated. For example, air drying, heating drying, drying under reduced pressure, etc. left in the air can be mentioned. Of these drying methods, air drying is preferred. Also, drying may be promoted by appropriately blowing air.
透明化処理工程を経た透明フィブロインナノファイバー不織布には、透明化処理工程で接触させた第2族元素を不織布から取り除くため、適宜、洗浄工程を行ってもよい。
洗浄工程は、例えば、透明化処理工程を経た透明フィブロインナノファイバー不織布を水に浸漬させる方法、透明化処理工程を経た透明フィブロインナノファイバー不織布を、第2族元素をキレートするキレート剤を含む液に浸漬させた後、水に含浸させる方法等が挙げられる。
The transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric that has undergone the transparentization treatment step may be appropriately subjected to a washing step in order to remove the Group 2 element brought into contact with the transparentization treatment step from the nonwoven fabric.
The washing step is, for example, a method of immersing the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric that has undergone the clearing treatment step in water, a transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric that has undergone the clearing treatment step into a liquid containing a chelating agent that chelates the Group 2 element. Examples of the method include a method of impregnating with water after the immersion.
以下、本発明を、実施例を挙げて、より具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to these.
1.透明な配向フィブロイン不織布の作製
実験
[フィブロイン水溶液の作製]
細片に切断した繭を0.02M炭酸ナトリウム中で30分間煮沸(95〜98℃)した後、熱水で洗浄してセリシンを除いた。得られたフィブロイン繊維を9 M臭化リチウムへ室温で溶解し、約60 g/L濃度の溶液を作製した。透析チューブ(MWCO:5000−8000)を用いて水に対して3日間透析した後、遠心処理(20000rpm x 30min)により不純物の除去を行った。
1. Fabrication experiment of transparent oriented fibroin nonwoven fabric [Production of fibroin aqueous solution]
The koji cut into strips was boiled in 0.02M sodium carbonate for 30 minutes (95-98 ° C.) and then washed with hot water to remove sericin. The obtained fibroin fiber was dissolved in 9 M lithium bromide at room temperature to prepare a solution having a concentration of about 60 g / L. After dialysis against water using a dialysis tube (MWCO: 5000-8000) for 3 days, impurities were removed by centrifugation (20000 rpm × 30 min).
[配向性フィブロイン不織布の作製]
超純水を用いて8.0mg/mlの濃度となるようにフィブロイン水溶液を調製した。また、ポリエチレンオキサイド(PEO、Mw = 9×105 g/mol、シグマアルドリッチ)を超純水に溶解して濃度50 mg/mlの水溶液を作製した。フィブロイン水溶系とPEO水溶液を体積比4対1で混合したものを紡糸溶液とした(参考文献Biomacromolecules 3, 6, 1233−1239.)。調製した紡糸溶液を25Gのステンレス製ニードルを備えたシリンジに充填し、自動紡糸装置(NANON, MECC社製)を用いて紡糸を行った。印加電圧を+10 kV、吐出速度を0.3 ml/h、紡糸距離を18cmとした。紡糸装置内に乾燥窒素を灌流することによって、紡糸雰囲気の相対湿度を15%以下に維持した。Φ10cmの回転ドラム型コレクター(3,000 rpm)にアルミホイルを巻き付けて紡糸を行い、紡糸後、繊維をアルミホイルから取り外し、ミヌシート(Φ1.3cm、家田貿易化学)に繊維を回収した。作製した配向性フィブロイン不織布の密度は0.155g/cm3であり、空孔率は85.5%であり、フィブロインナノファイバーの平均径は200〜300nmであり、厚みは約10μmであった。図2に、配向性フィブロイン不織布とランダムフィブロインナノファイバー不織布の肉眼写真及びSEM画像を比較した写真を示す。
[Production of oriented fibroin nonwoven fabric]
A fibroin aqueous solution was prepared using ultrapure water so as to have a concentration of 8.0 mg / ml. Further, polyethylene oxide (PEO, Mw = 9 × 10 5 g / mol, Sigma-Aldrich) was dissolved in ultrapure water to prepare an aqueous solution having a concentration of 50 mg / ml. A mixture of an aqueous fibroin solution and an aqueous PEO solution at a volume ratio of 4 to 1 was used as a spinning solution (reference document Biomacromolecules 3, 6, 1233-1239.). The prepared spinning solution was filled in a syringe equipped with a 25G stainless needle, and spinning was performed using an automatic spinning device (NANON, manufactured by MECC). The applied voltage was +10 kV, the discharge speed was 0.3 ml / h, and the spinning distance was 18 cm. The relative humidity of the spinning atmosphere was maintained at 15% or less by perfusing dry nitrogen into the spinning apparatus. An aluminum foil was wound around a rotating drum type collector (3,000 rpm) having a diameter of 10 cm, and spinning was performed. After spinning, the fiber was removed from the aluminum foil, and the fiber was collected on a minu sheet (Φ1.3 cm, Iida Trading Chemical). The density of the produced oriented fibroin nonwoven was 0.155 g / cm 3 , the porosity was 85.5%, the average diameter of the fibroin nanofibers was 200 to 300 nm, and the thickness was about 10 μm. FIG. 2 shows photographs comparing macroscopic photographs and SEM images of oriented fibroin nonwoven fabric and random fibroin nanofiber nonwoven fabric.
[不溶化処理]
繊維を水に十分親和させた回収した繊維の不溶化は、以下の2つの条件に分けて検討した。
<不溶化条件1>配向性フィブロイン不織布を100体積%エタノールに24時間浸漬した後、95体積%エタノールに24時間浸漬する。
<不溶化条件2>配向性フィブロイン不織布を100体積%エタノールに144時間浸漬した後、70体積%エタノールに144時間浸漬する。
不溶化処理後は繊維を水に十分親和させ透明化処理を行った。
[Insolubilization treatment]
The insolubilization of the collected fiber with sufficient affinity for water was examined under the following two conditions.
<Insolubilization condition 1> An oriented fibroin nonwoven fabric is immersed in 100 volume% ethanol for 24 hours, and then immersed in 95 volume% ethanol for 24 hours.
<Insolubilization condition 2> An oriented fibroin nonwoven fabric is immersed in 100 volume% ethanol for 144 hours, and then immersed in 70 volume% ethanol for 144 hours.
After the insolubilization treatment, the fiber was sufficiently affinitized with water to carry out a transparency treatment.
[透明化処理・乾燥処理]
超純水を用いて80mM、100mM、160mM、200mM又は500mMの塩化カルシウム水溶液、並びに200mM塩化マグネシウム水溶液を調整した。<不溶化条件1>の条件で不溶化処理を行ったサンプルに対しては、80mM又は200mMの塩化カルシウム水溶液に30分浸漬後、取り出し、余剰の水分を拭き取った後、湿箱内で24時間乾燥させ、その後、湿箱から取り出し、室内雰囲気下で48時間以上乾燥させた。<不溶化条件2>の条件で不溶化処理を行ったサンプルに対しては、80mM、100mM、160mM、200mM又は500mMの塩化カルシウム水溶液に30分浸漬し、湿箱内で24時間乾燥させ、室温雰囲気下で48時間以上乾燥させた。乾燥処理後のサンプルは、上記<不溶化条件1>で行ったものはそのまま超純水に浸漬し、上記<不溶化条件2>を施したサンプルは浸漬した塩化カルシウム水溶液とのモル比が5:3になるようなリン酸二水素ナトリウム水溶液に浸漬した後、10%EDTA−2Naに24時間浸漬した後に超純水に浸漬するものに分けて検討した。図1に、不溶化処理、透明化処理、乾燥処理、洗浄の一連の処理の手順を示す。
[Transparency treatment / Dry treatment]
An 80 mM, 100 mM, 160 mM, 200 mM or 500 mM calcium chloride aqueous solution and a 200 mM magnesium chloride aqueous solution were prepared using ultrapure water. For samples that have been insolubilized under the conditions of <Insolubilization Condition 1>, after 30 minutes of immersion in an 80 mM or 200 mM calcium chloride aqueous solution, the sample is taken out, wiped off excess water, and then dried in a wet box for 24 hours. Then, it was taken out from the wet box and dried for 48 hours or more in an indoor atmosphere. For samples that have been insolubilized under the conditions of <Insolubilization Condition 2>, the sample is immersed in an 80 mM, 100 mM, 160 mM, 200 mM, or 500 mM calcium chloride aqueous solution for 30 minutes, dried in a wet box for 24 hours, and at room temperature. For more than 48 hours. The sample after the drying treatment is immersed in ultrapure water as it is under the above <insolubilization condition 1>, and the sample subjected to the above <insolubilization condition 2> has a molar ratio with the immersed calcium chloride aqueous solution of 5: 3. After soaking in an aqueous solution of sodium dihydrogen phosphate as described above, it was examined separately by soaking in ultrapure water after soaking in 10% EDTA-2Na for 24 hours. FIG. 1 shows the sequence of a series of processes of insolubilization, clearing, drying, and washing.
[透明度の定量解析]
透明化処理を施した後、水中にサンプルを浸漬した状態で写真を撮影した。撮影した写真を、画像解析ソフトImage Jのヒストグラム解析を用いて、材料内外の黒色部の平均グレー値(明度)を比較することにより透明度を以下の式で算出した。
透明度=材料外部に存在する黒色部の明度/材料内部に存在する黒色部の明度×100
[Quantitative analysis of transparency]
After the clearing treatment, a photograph was taken with the sample immersed in water. Transparency was calculated by the following equation by comparing the average gray value (brightness) of the black part inside and outside the material using the histogram analysis of the image analysis software Image J.
Transparency = lightness of the black part existing outside the material / lightness of the black part existing inside the material × 100
なお、「材料外部に存在する黒色部の明度」は、上述の見かけの透明度の試験方法における「(I)前記透明フィブロインナノファイバー不織布を介さず観察される背景色の明度」に相当し、「材料内部に存在する黒色部の明度」は、上述の見かけの透明度の試験方法における「(II)前記透明フィブロインナノファイバー不織布を介して観察される前記背景色の明度」に相当している。 The “lightness of the black part existing outside the material” corresponds to “(I) the lightness of the background color observed without using the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric” in the apparent transparency test method described above, The “brightness of the black part existing in the material” corresponds to “(II) brightness of the background color observed through the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric” in the apparent transparency test method described above.
結果
100体積%エタノールと95体積%エタノールを用いて不溶化処理を行った後、200mM塩化マグネシウム水溶液に浸漬し乾燥したサンプルでは、コントロールとして作製した超純水に浸漬した後に風乾したサンプルより、透明度が改善していた。図3に、光学顕微鏡および走査型電子顕微鏡での各サンプルの観察像を示す。光学顕微鏡での観察ではどちらのサンプルも繊維状の構造が残存していることが確認された。走査型電子顕微鏡の観察では、肉眼的に透明度が改善された塩化マグネシウムによる処理を施したサンプルの繊維構造がコントロールに比べて変化していることが分かる。塩化マグネシウムによる処理を施したサンプルでは、繊維径の極端な増大と、繊維間隙の減少が認められた。この現象は塩化マグネシウムによる浸漬時に、フィブロインナノファイバーが一部溶解し、乾燥時に隣接するナノファイバーどうしが融着することでこのような繊維構造を取ったと考えられる。その結果として繊維間隙が減少することにより光の散乱が抑えられ、肉眼的な透明性が向上したと考えられる。
Results After insolubilization using 100 volume% ethanol and 95 volume% ethanol, the sample that was dipped in 200 mM magnesium chloride aqueous solution and dried was more transparent than the sample that was dipped in ultrapure water prepared as a control and then air dried. It was improving. In FIG. 3, the observation image of each sample in an optical microscope and a scanning electron microscope is shown. Observation with an optical microscope confirmed that a fibrous structure remained in both samples. Observation with a scanning electron microscope reveals that the fiber structure of the sample treated with magnesium chloride, which has been visually improved in transparency, has changed compared to the control. In the sample treated with magnesium chloride, an extreme increase in fiber diameter and a decrease in fiber gap were observed. This phenomenon is thought to be due to the fibroin nanofibers partially dissolved when immersed in magnesium chloride and the adjacent nanofibers fused together during drying to take such a fiber structure. As a result, it is considered that the light gap is suppressed by reducing the fiber gap, and the macroscopic transparency is improved.
100体積%エタノールと95体積%エタノールを用いて不溶化処理を行った後、200mM又は80mM塩化カルシウム水溶液に浸漬し乾燥したサンプルでは、カルシウム溶液の濃度によらず、透明な構造物が得られた。しかしながら、得られたサンプル内には繊維状構造物が確認できず、凹凸のある平板のような構造が確認された。処理後の外観、位相差顕微鏡および走査型電子顕微鏡(SEM)像を図4に示す。このような構造は、配向フィブロイン不織布の繊維がカルシウムによって溶解され、繊維構造が崩壊し、乾燥することによってキャストフィルム様の平板上構造になったと考えられる。 Samples that were insolubilized using 100 volume% ethanol and 95 volume% ethanol and then dipped in 200 mM or 80 mM calcium chloride aqueous solution and dried gave a transparent structure regardless of the concentration of the calcium solution. However, a fibrous structure could not be confirmed in the obtained sample, and a structure like an uneven flat plate was confirmed. The appearance after processing, a phase contrast microscope, and a scanning electron microscope (SEM) image are shown in FIG. Such a structure is considered that the fiber of the oriented fibroin non-woven fabric was dissolved by calcium, the fiber structure collapsed, and dried to form a cast film-like flat plate structure.
一方の100体積%エタノールと70体積%エタノールを用いて不溶化処理を行った後、80mM、100mM、160mM又は200mMの塩化カルシウム水溶液に浸漬、乾燥したサンプルでは、極めて透明な構造体を得ることができた。図5に処理後の外観、位相差顕微鏡およびSEM像を示す。また、画像処理よる解析を図6に示す。画像解析による見かけの透明度は80mMで処理したサンプルが94.2%、100mMで処理したサンプルでは93.4%、160mMで98.7%、200mMの塩化カルシウム水溶液で処理したサンプルでは97.4%であり、肉眼的な所見と同様に高値を示した。これらのサンプルではSEM像による観察で、透明度が向上したサンプル内に、繊維や空孔が存在していることが確認された。透明度が向上したサンプル内に認められた繊維構造は、それぞれの繊維同士が一部融着しているように見られた。一方、500mMの塩化カルシウム水溶液で処理したサンプルでは、透明度は、塩化カルシウムに浸漬せずに乾燥したコントロールと肉眼的な差異が認められなかった。画像解析による見かけの透明度も、500mMで処理したサンプルが66.6%、コントロールが47.8%と肉眼的な所見を反映し、低値となった。これらのサンプルでは、透明度が向上したサンプルに比べ、繊維の融着が軽度であった。 A sample that is insolubilized using 100 volume% ethanol and 70 volume% ethanol and then immersed and dried in an 80 mM, 100 mM, 160 mM, or 200 mM calcium chloride aqueous solution can provide an extremely transparent structure. It was. FIG. 5 shows the appearance after processing, a phase contrast microscope, and an SEM image. An analysis by image processing is shown in FIG. Apparent transparency by image analysis is 94.2% for the sample treated with 80 mM, 93.4% for the sample treated with 100 mM, 98.7% for 160 mM, and 97.4% for the sample treated with 200 mM aqueous calcium chloride. It was as high as the macroscopic findings. In these samples, it was confirmed by observation with an SEM image that fibers and pores were present in the samples with improved transparency. The fiber structure observed in the sample with improved transparency was seen as if some of the fibers were fused together. On the other hand, in the sample treated with 500 mM calcium chloride aqueous solution, the transparency was not visually different from the control dried without being immersed in calcium chloride. The apparent transparency by image analysis was also low, reflecting the gross findings of 66.6% for the sample treated with 500 mM and 47.8% for the control. In these samples, fiber fusion was lighter than in samples with improved transparency.
こちらの不溶化条件(<不溶化条件2>)では、不溶化によってもたらされるフィブロインの結晶化形成に十分な時間をかけていることと、70体積%という以前よりも低濃度のエタノールによる処理によって95体積%エタノールによる処理よりも結晶化度が上昇していると考えられる。その結果、塩化カルシウムによる溶解処理後も繊維形状が維持され、且つ、光の散乱の原因と成り得る繊維構造の間隙が繊維から溶出したフィブロインにより埋められることによって透明化がなされたと考えられる。 Under this insolubilization condition (<insolubilization condition 2>), 95% by volume is obtained by taking sufficient time for crystallization formation of fibroin caused by insolubilization and by treatment with ethanol at a lower concentration of 70% by volume than before. It is considered that the crystallinity is higher than the treatment with ethanol. As a result, it is considered that the fiber shape was maintained even after the dissolution treatment with calcium chloride, and that the fiber structure gap that could cause light scattering was filled with fibroin eluted from the fiber, so that the transparency was achieved.
これらの結果を総合して比較すると、不溶化工程では、100体積%エタノールと70体積%エタノールを用いた場合の方が、100体積%エタノールと95体積%エタノールを用いた場合に比べて、フィブロインの繊維化状態をより容易に制御でき、より容易に高品質な透明フィブロインナノファイバー不織布を製造することができた。100体積%エタノールと95体積%エタノールを用いた場合では、上記のとおりフィブロインナノファイバー繊維構造が崩壊してしまったが、エタノールの浸漬時間等の検討を重ねることで、フィブロインナノファイバーの繊維構造を維持することができる可能性がある。 Comparing these results together, in the insolubilization process, fibroin was more effective when 100 volume% ethanol and 70 volume% ethanol were used than when 100 volume% ethanol and 95 volume% ethanol were used. The fiberization state could be controlled more easily, and a high-quality transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric could be manufactured more easily. When 100 volume% ethanol and 95 volume% ethanol were used, the fibroin nanofiber fiber structure collapsed as described above, but by repeatedly investigating the ethanol immersion time, the fiber structure of the fibroin nanofiber was changed. There is a possibility that it can be maintained.
また、透明化処理工程では、塩化カルシウム水溶液を用いた場合の方が、塩化マグネシウム水溶液を用いた場合に比べて、フィブロインの繊維化状態をより容易に制御でき、より容易に透明なフィブロインナノファイバー不織布を製造することができた。 In addition, in the clarification treatment step, the fibroin nanofiber can be more easily controlled when the calcium chloride aqueous solution is used than when the magnesium chloride aqueous solution is used, and the fibroin fiberization state can be controlled more easily. A nonwoven fabric could be produced.
塩化カルシウム水溶液の濃度は、80mM〜200mM塩化カルシウム水溶液を用いた方が、500mM塩化カルシウム水溶液を用いた場合と比べて、フィブロインの繊維化状態をより容易に制御でき、より容易に透明なフィブロインナノファイバー不織布を製造することができた。500mM塩化カルシウム水溶液を用いた場合でも、浸漬時間等の検討を重ねることで、フィブロインナノファイバーの透明度を改善できる可能性がある。 The concentration of the aqueous solution of calcium chloride can be more easily controlled by using the 80 mM to 200 mM aqueous solution of calcium chloride than when using the 500 mM aqueous solution of calcium chloride. A fiber nonwoven fabric could be produced. Even when a 500 mM calcium chloride aqueous solution is used, there is a possibility that the transparency of the fibroin nanofibers can be improved by repeatedly examining the immersion time and the like.
2. 透明化処理後のフィブロインフィルムの細胞毒性試験
実験
100体積%エタノールと95体積%エタノールによる不溶化処理の後、80mM塩化カルシウムに浸漬、乾燥した後、超純水に24時間浸漬したサンプルを超純水に浸漬したまま105℃、30分間オートクレーブ滅菌した。滅菌済みサンプルにヒト角膜上皮細胞(HCE−T)を播種し、播種後1週間培養した。培養終了後、サンプルを4%パラホルムアルデヒドにて固定し、パラフィン包埋切片を作製し、ヘマトキシリンエオジン(HE)染色を行い、細胞の状態を観察した。
2. Cytotoxicity test experiment of fibroin film after clearing treatment After insolubilization treatment with 100 volume% ethanol and 95 volume% ethanol, the sample immersed in 80 mM calcium chloride, dried and then immersed in ultra pure water for 24 hours is ultra pure water. The solution was sterilized by autoclaving at 105 ° C. for 30 minutes while immersed in the solution. Sterilized samples were seeded with human corneal epithelial cells (HCE-T) and cultured for 1 week after seeding. After completion of the culture, the sample was fixed with 4% paraformaldehyde, a paraffin-embedded section was prepared, hematoxylin-eosin (HE) staining was performed, and the state of the cells was observed.
結果
図7に、HE染色の写真を示す。カルシウム接触によるフィブロイン溶解、乾燥工程を経た材料上でもHCE−Tは1週間の間材料上に生着することができた。これにより、カルシウム接触による透明化処理によって細胞に毒性を示すような変性を生じていないことが明らかとなった。
Results FIG. 7 shows a photograph of HE staining. HCE-T was able to be engrafted on the material for one week even on the material that had undergone the fibroin dissolution and drying process by calcium contact. Thereby, it became clear that the denaturation which shows the toxicity to a cell was not produced by the clearing process by calcium contact.
3.透明配向フィブロイン不織布の物質透過性試験
実験
[物質透過性試験サンプルの調製]
上記1(透明な配向フィブロイン不織布の作製)で示した方法と同様の手技で配向性フィブロイン不織布を作製後、100体積%および70体積%エタノールにそれぞれ144時間浸漬し、水和したものを(1)不織布として、(1)の不織布に80mM塩化カルシウムを用いて透明化したものを(2)透明配向フィブロイン不織布として用いた。また、透過性試験の対象としてフィブロイン水溶液を平板上に流入し、乾燥させた(3)キャストフィルムをそれぞれ3枚、供試材料として用意した。作製した各材料は上述したミヌシートに挟み込んだ。
3. Material permeability test experiment of transparent oriented fibroin nonwoven fabric [Preparation of material permeability test sample]
After preparing an oriented fibroin nonwoven fabric by the same procedure as the method described in 1 above (preparing transparent oriented fibroin nonwoven fabric), it was immersed in 100% by volume and 70% by volume ethanol for 144 hours and hydrated (1 ) A non-woven fabric obtained by transparentizing the non-woven fabric of (1) with 80 mM calcium chloride was used as (2) a transparent oriented fibroin non-woven fabric. In addition, as an object for the permeability test, fibroin aqueous solution was allowed to flow on a flat plate and dried (3) three cast films were prepared as test materials. Each produced material was sandwiched between the above-mentioned minu sheets.
[栄養成分透過性試験]
栄養成分の透過性試験として2.5mg/mlのグルコース溶液(分子量180.16)および2.0mg/mlのウシ血清アルブミン溶液(分子量約66000)を作製し、図8に示すような透過性試験を行った。疎水性フィルム状にガラスの円柱容器を置き、その上に支持体に挟んだ材料をのせた。各溶液300μlを50.24mm2の上記(1)〜(3)の各材料上に滴下し、滴下した溶液が各材料を透過する時間および透過した液滴のグルコースおよびアルブミン濃度を測定することで各材料の透過性を比較した。透過性試験の経過を写した写真を図9に示す。水溶液を滴下後、不織布((1)不織布)と透明化ファイバー((2)透明配向フィブロイン不織布)は1分以内に透過したがキャストフィルム((3)キャストフィルム)では依然として水滴のまま、材料上に残存していた。
尚、グルコースおよびアルブミンの濃度測定には和光純薬のグルコーステストCIIおよびプロテインアッセイキットを用い、溶質の濃度測定にはマイクロプレートリーダー(iMark バイオラッド)を用いた。
[Nutrient permeability test]
As a nutrient component permeability test, a 2.5 mg / ml glucose solution (molecular weight 180.16) and a 2.0 mg / ml bovine serum albumin solution (molecular weight about 66000) were prepared, and the permeability test as shown in FIG. Went. A glass cylindrical container was placed in a hydrophobic film shape, and a material sandwiched between supports was placed thereon. 300 μl of each solution is dropped on each material of the above (1) to (3) of 50.24 mm 2 , and the time during which the dropped solution permeates each material and the glucose and albumin concentrations of the permeated droplets are measured. The permeability of each material was compared. A photograph showing the progress of the permeability test is shown in FIG. After dropping the aqueous solution, the non-woven fabric ((1) non-woven fabric) and the transparent fiber ((2) transparent oriented fibroin non-woven fabric) permeated within 1 minute, but the cast film ((3) cast film) still remained as water droplets. Remained.
In addition, the glucose test CII and protein assay kit of Wako Pure Chemical Industries were used for the concentration measurement of glucose and albumin, and the microplate reader (iMark BioRad) was used for the concentration measurement of the solute.
結果
透過試験の結果を図10及び図11に示す。各材料へのグルコースおよびアルブミンの滴下試験の結果、溶質の差による透過速度の変化はほとんど見られず(1)不織布ではグルコースの透過速度が29.74±3.22秒でありアルブミンが23.09±4.00秒であった。(2)透明配向フィブロイン不織布ではグルコースの透過速度が49.91±8.62秒で、アルブミンが49.19±5.14秒であった。一方(3)キャストフィルムでは滴下後30分経過しても溶液の透過は生じなかった。液滴透過後の溶液に含まれる溶質の濃度は(1)および(2)では滴下前の溶液濃度と変化はなかった(透過率95%以上)。
(1)不織布のアルブミン透過性は、1気圧下において、0.08mg/mm2・分であり、(2)透明配向フィブロイン不織布のアルブミン透過性は、1気圧下において、0.04mg/mm2・分であった。(1)不織布のグルコース透過性は、1気圧下において、0.10mg/mm2・分であり、(2)透明配向フィブロイン不織布のグルコース透過性は、1気圧下において、0.06mg/mm2・分であった。
キャストフィルムでは滴下溶液が得られなかったため濃度の測定ができなかった。透明配向フィブロイン不織布は確かに不織布よりも透過速度は減少するが、キャストフィルムに比べると極めて迅速であることが分かった。加えて、アルブミン程度の分子量をもつタンパク質も迅速に透過する物性を持つということは生体内に埋植後も角膜組織内での栄養性分や生化学因子の透過性にも問題が生じる可能性が低いことを示している。以上の結果から透明配向フィブロイン不織布は物質透過性の損失が少なく透明性が得られる不織布材料であることが示された。
Results The results of the transmission test are shown in FIGS. As a result of the drop test of glucose and albumin on each material, almost no change in permeation rate due to the difference in solute was observed. (1) In the non-woven fabric, the permeation rate of glucose was 29.74 ± 3.22 seconds and albumin was 23.23. 09 ± 4.00 seconds. (2) The transparent oriented fibroin nonwoven had a glucose transmission rate of 49.91 ± 8.62 seconds and albumin of 49.19 ± 5.14 seconds. On the other hand, in the case of (3) cast film, no permeation of the solution occurred even after 30 minutes had passed after dropping. In (1) and (2), the concentration of the solute contained in the solution after passing through the droplet was not different from the concentration of the solution before dropping (transmittance of 95% or more).
(1) albumin permeability of the nonwoven fabric is under 1 atm is 0.08 mg / mm 2 · min, (2) albumin permeability of the transparent orientation fibroin nonwoven under 1 atm, 0.04 mg / mm 2・ It was minutes. (1) The glucose permeability of the nonwoven fabric is 0.10 mg / mm 2 · min at 1 atmosphere, and (2) the glucose permeability of the transparent oriented fibroin nonwoven fabric is 0.06 mg / mm 2 at 1 atmosphere.・ It was minutes.
The cast film could not measure the concentration because no dripping solution was obtained. Clearly oriented fibroin nonwovens certainly have a lower permeation rate than nonwovens, but are found to be much faster than cast films. In addition, the ability to rapidly permeate proteins with a molecular weight equivalent to albumin can cause problems with the nutrients and biochemical factors in the corneal tissue even after implantation in vivo. Is low. From the above results, it was shown that the transparent oriented fibroin non-woven fabric is a non-woven material with little loss of material permeability and transparency.
以上で説明した各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は各実施形態によって限定されることはなく、請求項(クレーム)の範囲によってのみ限定される。 The configurations and combinations thereof in the embodiments described above are examples, and the addition, omission, replacement, and other modifications of the configurations can be made without departing from the spirit of the present invention. Further, the present invention is not limited by each embodiment, and is limited only by the scope of the claims.
生体適合性の高いフィブロインを用いて繊維状構造を持つ透明材料は角膜実質組織のみならず様々な繊維状組織の再生材料となりえることから、再生医療等の産業分野においても有効に利用可能である。 A transparent material having a fibrous structure using fibroin with high biocompatibility can be used not only for the corneal parenchyma but also for various fibrous tissues, so it can be used effectively in industrial fields such as regenerative medicine. .
Claims (12)
フィブロインナノファイバー不織布を、95体積%以上のアルコール水溶液に接触させた後に60体積%以上95体積%未満のアルコール水溶液に接触させて、前記不溶化フィブロインナノファイバー不織布を得る不溶化処理工程を有する請求項1又は2に記載の透明フィブロインナノファイバー不織布の製造方法。 Prior to the transparency treatment step,
The fibroin nanofiber nonwoven fabric, into contact with an aqueous alcohol solution of less than 60 vol% to 95 vol% after contacting the alcohol solution of the above 95% by volume, according to claim 1 having an insolubilization treatment step of obtaining the insolubilization fibroin nanofiber nonwoven fabric Or the manufacturing method of the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric of 2 .
回転コレクターを用いて前記フィブロインナノファイバーを巻取り、前記フィブロインナノファイバーを前記回転コレクターの回転方向に配向させた前記フィブロインナノファイバー不織布を得る工程と、を有する請求項3に記載の透明フィブロインナノファイバー不織布の製造方法。 Spinning the fibroin nanofibers using electrospinning,
Winding the fibroin nanofibers using a rotary collector, transparent fibroin nanofiber according to claim 3 having, a step of obtaining the fibroin nanofiber nonwoven fabric of the fibroin nanofibers is oriented in the rotation direction of the rotary collector Nonwoven fabric manufacturing method.
下記試験により求められた見かけの透明度が60%以上であることを特徴とする透明フィブロインナノファイバー不織布。
(試験方法)
水中に透明フィブロインナノファイバー不織布を浸漬した状態で撮像し、得られた写真において、(I)前記透明フィブロインナノファイバー不織布を介さず観察される背景色の明度と、(II)前記透明フィブロインナノファイバー不織布を介して観察される前記背景色の明度と、の比から下記式(1)により透明度を求める。
透明度(%)=(I)/(II)×100 …(1) Manufactured by the method for producing a transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric according to claim 1,
A transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric having an apparent transparency of 60% or more obtained by the following test.
(Test method)
In the photograph obtained by immersing the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric in water, (I) the brightness of the background color observed without passing through the transparent fibroin nanofiber nonwoven fabric, and (II) the transparent fibroin nanofiber Transparency is calculated | required by following formula (1) from the ratio of the brightness of the said background color observed through a nonwoven fabric.
Transparency (%) = (I) / (II) × 100 (1)
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