JPH04141085A - 細胞培養支持体材料 - Google Patents

細胞培養支持体材料

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JPH04141085A
JPH04141085A JP2260868A JP26086890A JPH04141085A JP H04141085 A JPH04141085 A JP H04141085A JP 2260868 A JP2260868 A JP 2260868A JP 26086890 A JP26086890 A JP 26086890A JP H04141085 A JPH04141085 A JP H04141085A
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cells
cell
cell culture
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Hideaki Sakai
秀昭 坂井
Koichi Nakamura
浩一 中村
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Kao Corp
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Kao Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、生化学、医学及び免疫学等における細胞類の
培養用支持体材料に関するものである。
(従来の技術) 従来、細胞培養は、ガラス表面上あるいは種々の処理を
行った合成高分子の材料の表面上にて行われていた。例
えば、ポリスチレンを材料とする表面処理(例えばγ線
照射、シリコンコーティング等)を行った種々の容器が
細胞培養用容器として普及している。従来、このような
細胞培養用容器を用いて培養・増殖した細胞は、トリプ
シンのような蛋白分解酵素や化学薬品により処理するこ
とで容器表面から剥離・回収されていた。しかしながら
、上述のような処理を施して増殖した細胞を回収する場
合、■処理工程が煩雑になり、不純物混入の可能性が多
くなること、■増殖した細胞が上記処理により変性し、
細胞本来の機能が損なわれる例があること、等の欠点が
指摘されている。
(発明が解決しようとする課題) 本発明は、上記のような問題を解決するためになされた
ものであり、トリプシン、EDTAのような蛋白分解酵
素や化学薬品による処理を施さずに、環境温度を変化さ
せることで、培養・増殖させた細胞を支持体表面から剥
離・回収することが可能となるような細胞培養に使用す
る材料を提供することを目的とする。
(課題を解決するための手段) 本研究者らは、以上のような点に鑑み、鋭意研究を重ね
た結果、細胞支持体表面へ第1層として特定の水溶性高
分子、即ち臨界溶解温度(水にある物質を混合するとき
、ある温度では部分的にしか溶けないため2層に分離し
ているが、温度を]げるかまたは下げて、ある一定の温
度を過ぎると完全に溶解して1層になることがある。温
度を上げて完全溶解に達する場合の温度を上限臨界溶解
温度、温度を下げて完全に溶解する場合の温度を下限臨
界溶解温度という。)を示すようなポリマーを被覆し、
その上に第2層として天然細胞付着性物質かつ/または
合成細胞付着性物質を被覆した支持体材料を用いること
により、細胞培養終了後、温度を変化させるだけで増殖
させた細胞の回収を行うことが可能であり、しかもこの
現象は細胞を培養した培養液中においても可能であるこ
とを見い出した。さらにその剥離した細胞は集合状態を
保持していることも見い出した。
即ち、本発明は、第1層として水に対する臨界溶解温度
が0〜80℃の範囲にあるホモポリマー若しくはコポリ
マーで表面を被覆し、かつ第2層に天然細胞付着性物質
および/または合成細胞付着性物質を含む細胞付着性物
質を被覆した細胞培養支持体材料を提出するものである
水に対する臨界溶解温度は、通常、水(イオン交換水ま
たは蒸留水)との溶解相図を作成して求める。水との溶
解相図は臨界溶解温度を求めるポリマーの種々の濃度(
重量分率、容積分率、モル分率、モル比等いずれの単位
を用いても構わない。)の溶液を調製し、各々の温度を
上下させ、■目視により2相分離を確認する方法の他、
■臨界タンパク光の観測による方法、■散乱光強度の観
測による方法、■透過光レーザー光の観測による方法等
一般に知られている方法のいずれかを用いて、また組み
合わせて用いて作成される。
第1層の被覆に用いられる物質は水溶液中で臨界溶解温
度を有する化合物であればすべて用いることができるが
、好ましくは0〜80℃、より好ましくは0〜50℃の
臨界溶解温度を有するものである。臨界溶解温度が80
’Cを越えると細胞が死滅する可能性があるので好まし
くない。また、臨界溶解温度がOoCより低いと一般に
細胞増殖速度が極度に低下するか、または細胞が死滅し
てしまうため好ましくない。
本発明に用いる第1層部として被覆するホモポリマーま
たはコポリマーは、以下のモノマーの重合または共重合
により得られる。使用し得るモノマーは、これらの化合
物に限定されるものではないが、例えば、アクリルアミ
ド、メタクリルアミドなどの(メタ)アクリルアミド化
合物、N−エチルアクリルアミド(単独重合体の下限臨
界溶解温度72℃)、N−n−プロピルアクリルアミド
(同21℃)、N−n−プロピルメタクリルアミド(同
27℃)、N−イソプロピルアクリルアミド(同32℃
)、N−イソプロピルメタクリルアミド(同4゛3℃)
、N−シクロプロピルアクリルアミド(同459C)、
N−シクロプロピルメタクリルアミド(同60℃)、N
−エト牛ジエチルアクリルアミド(間約35℃)、N−
エトキシエチルメタクリルアミド(間約45°C)、N
−テトラヒドロフルフリルアクリルアミド(間約28°
C)、N−テトラヒドロフルフリルメタクリルアミド(
間約35℃)等のN−アルキル置換(メタ)アクリルア
ミド誘導体、N−エチル−N−メチルアクリルアミド(
単独重合体の臨界溶解温度56°C)、N、N−ジエチ
ルアクリルアミド(同32°C)等のN、N−シアル牛
ル置換(メタ)アクリルアミド誘導体、さらに、N−ア
クリロイルピロリジン(I$独重重合体下限臨界溶解温
度56℃)、N−アクリロイルピペリジン(間約6°C
)等を代表とする1−(1−オキソ−2−プロペニル)
−ピロリジンL  1−(1−オキソ−2−プロペニル
)−ピペリジン[4−(1−オキソ−2=プロペニル)
−モルホリンLl−(1−オキソ−2−メチル−2〜プ
ロペニル)−ピロリジン類、1−(1−オキソ−2−メ
チル−2−プロペニル)−ヒヘリジン類、4−(1−オ
牛ソー2−メチルー2−プロペニル)−モルホリン類等
のような環状基を有する(メタ)アクリルアミド誘導体
、メチルビニルエーテル(単独重合体の下限臨界溶解温
度35°C)等のビニルエーテル誘導体等である。
また、増殖細胞の種類によって臨界溶解温度を調節する
必要がある場合や、被覆物質と細胞培養支持体との相互
作用を高める必要が生じた場合や、細胞支持体の親水、
疎水性のバランスを調整する場合などに、上記以外のモ
ノマー類との共重合体、ポリマー同士のグラフトまたは
ブロック共重合体、あるいはホモポリマー、コポリマー
の混合物を用いてもよい。また、ポリマー本来の性質が
損なわれない範囲で架橋することも可能である。
本発明に用いられる細胞付着性物質とは、細胞と親和性
/付着性を持つものならば、いずれでも良い。天然細胞
付着性物質の例としては、オリゴ糖、ゼラチン、フラー
ゲン、フィブロネクチン、ラミニン、フィブリン、さら
にそれらの成分である細胞接着ペプチド等が挙げられる
。また合成細胞付着性物質としては、細胞付着性基を含
有したモノマーを単独重合、若しくは細胞付着性基を含
有したモノマー同志を共重合あるいは細胞付着性基を含
有したモノマーと細胞付着性基を含有しないモノマーと
を共重合することで得られるが、その細胞付着性基とは
例えばカルボン酸基、及びその塩、無水物、スルホン酸
基、及びその塩、スルホン酸エステル、スルホン酸アミ
ド、リン酸基及びその塩、アミ7基、水酸基、長鎖アル
キル基、メルカプト基、エーテル基、チオエーテル基、
ポリエーテル基、ケトン基、アルデヒド基、アシル基、
シアノ基、ニトロ基、アシルアミノ基、ノ\ロゲン基、
グリシジル基、アリル基あるいはこれらの細胞付着性を
同一モツマー内に複合して含有するホスホベタイン基、
スルホベタイン基等が挙げられる。本発明ではこれらの
天然細胞付着性物質あるいは合成細胞付着性物質を単独
で利用、あるいは併用して利用することができる。
被覆を施される支持体の材質は通常細胞培養に用いられ
るガラス、改質ガラス、ポリスチレン、ポリメチルメタ
クリレート等の高分子化合物、あるいはセラミックス、
金属等が挙げられる。その際、基材表面はオゾン処理、
プラズマ処理、スl<ツタリング等の処理技術を用いて
親水化を施されたものでも良い。形状は、ベトリデイツ
シュに限定されることはなく、プレート、ファイバー、
(多孔質)粒子、又は一般に細胞培養等に用いられる容
器の形状(フラスコ等)を付与されていても構わない。
本発明では、支持体にまず水に対する臨界溶解温度が0
〜80’Cの範囲にあるホモポリマー若しくはコポリマ
ーで表面を被覆し、かつその上に天然細胞付着性物質お
よび/または合成細胞付着性物質を含む細胞付着性物質
を被覆したものだが、その両者は、それぞれ被覆される
基材表面に対し、全面に被覆されていても或は、部分的
に被覆されていても構わない。
支持体への第1層と第2層との被覆方法は、支持体と上
記被覆物質を■化学的な反応によって結合させる方法、
■物理的な相互作用を利用する方・法、を単独でまたは
併用して行うことができる。
被覆時にモノマーを用いて重合させる場合、そのモノマ
ーは気体、液体、固体いずれの状態でも良い。また、ホ
モポリマー又はコポリマーを用いて被覆する場合、その
ポリマーは、溶液、固体状態のいずれの状態でも良い。
これらのものを■化学的な反応によって結合させる場合
、電子線照射(EB)、γ線照射、紫外線照射、プラズ
マ処理、コロナ処理、さらに支持体と被覆材料が適当な
反応性官能基を有する場合は、ラジカル反応、アニオン
反応、カチオン反応等の一般に用いられる有機反応を用
いることができる。■物理的な相互作用1こよる方法と
しては、被覆材料自身または支持体との析溶性の良いマ
トリックス(例えば支持体を形成する生モノマー、また
はこれと相溶性の良いモノマーと被覆材料とのグラフト
ポリマー、ブロックポリマー等)を媒体とし、塗布、混
練等の物理的吸着を用いる方法等があるがこれらに限ら
れるわけではない。
以上の方法により、被覆された第1層部と第2層部は細
胞培養時にその一部が溶解してもよく、また後述する方
法により細胞を剥離・回収する時にその一部或は全部が
溶解しても構わない。しかしながら、特に第1層部のホ
モポリマー若しくはコポリマー及び第2層部で合成細胞
付着性物質を使用した場合、その物質については、回収
された細胞懸濁液中への合成物の混入を防止する意味で
、細胞培養時及び細胞剥離・回収時に再溶解しない方が
好ましい。
以上の方法に従って得られた細胞培養支持体基材上にて
培養した細胞を支持体から剥離させ、「収するには、上
限臨界溶解温度以上若しくは下角臨界溶解温度以下にす
るだけで良く、細胞を培1していた培養液においてもそ
の他の等張渡におしても可能であり目的に合わせて選択
することがてきる。
本発明の細胞培養支持体材料によれば、細胞増殖時には
、細胞は第2層部の細胞付着性物質上に接着し、増殖を
する。細胞剥離時には、第1層部の臨界溶解温度が0〜
80°Cの範囲にあるホモポリマー若しくはコポリマー
において水分子の占める体積分率が上昇するため細胞は
剥離することになる。 本発明の作用を第1層としてポ
リ−N−イソプロピルアクリルアミド、第2層としてコ
ラーゲンを被覆した細胞培養支持体材料を例にとって説
明する。コラーゲンは生体内において、細胞の足場とし
ての物理的な役割のみならず、細胞本来の形質や分化機
能にも影響を及ぼすことが知られている。即ち細胞培養
開始時において、細胞は第2層部のコラーゲンに付着し
、その後細胞は生体内に近い状態で増殖する。一方第1
層部のポリ−N−インプロピルアクリルアミドは水溶液
中で約32℃に下限臨界溶解温度を有することが知られ
ている。例えば、一般に細胞培養用ベトリディッシdV
料として用いられるポリスチレン上でN−イソプロピル
アクリルアミドを電子線照射(EB)により重合を行う
と、下限臨界溶解温度である32℃以上ではポリ−N−
イソプロピルアクリルアミドの占有体積は小さくなり、
ポリマー中の水分子を排除するため、支持体表面は疎水
性を示し、逆に32℃以下ではポリ−N−イソプロピル
アクリルアミドの占有体積は大きくなるのでポリマー中
の水分子の占める体積分率が上昇するため、支持体表面
は親水性を示すようになる。通常の細胞培養では、トリ
プトシン、EDTA等の蛋白分解酵素、化学薬品で処理
することにより培養・増殖後の細胞を支持体表面から剥
離・回収するが、上述したような物性を有するポリ−N
−イソプロピルアクリルアミドを表面コーティングされ
た支持体では、温度を制御することにより支持体表面の
親水・疎水性がコントロールでき第2層部のコラーゲン
及び細胞の接着性が変化する。そ、のため温度を変化さ
せるだけで培養・増殖後の細胞を破壊することなく細胞
支持体から容易に剥離、回収することが可能である。
この方法によれば、トリプシン、EDTAのような蛋白
分解酵素、化学薬品による処理を経ずに細胞培養支持体
から培養した細胞を剥離・回収することができるので、
■処理工程が簡略化される、■不純物等の混入の可能性
が完全になくなる、■\増殖した細胞が化学的処理によ
り細胞膜が阻害されるなどで細胞本来の機能が損なわれ
ない、■剥離した細胞が集合状態を保持している等の顕
著な特徴を獲得することが可能である。
(実施例) 以下、本発明を実施例により説明するが本発明はこれら
実施例に限定されるものではない。
実施例1 細胞培養支持体基材としてベクトン・ディキンソンーラ
ブウェア(Becton  Diekinson  L
abvare)社製ファルコン(FALCON)300
2ベトリデイツシユヲ用イ、培養する細胞としてはウシ
大動脈血管内皮細胞を採用した。まず第1層部を作成す
るためにN−イソプロピルアクリルアミドを4゜vt%
インプロピルアルコール溶液として、ペトリディッシ二
上に0.35xρ添加後、電子線を20Mrad照射す
ることによりペトリディッシュ表面上にポリ−N−イソ
プロピルアクリルアミドを被覆した。電子線照射終了後
、イオン交換水によりヘトリティッシュを洗浄し、残存
モノマー及ヒペトリディッシニ表面に結合していないポ
リ−N−イソプロピルアクリルアミドを取り除き、クリ
ーンベンチ内で乾燥さらに、エチレンオ牛サイド(EO
)ガス滅菌さらに十分に脱気を行なうことにより、第1
層部のみの細胞培養支持体材料を得た。
次に第2層を作成するために市販のウシ真皮ペプシン可
溶化タイプ■コラーゲン0.3%溶液(高硬社製)を1
0倍希釈し0.03%溶液とし251(2を上述した滅
菌済み笛il1部のみの鋪均憾羞古枯汰基材上に添加し
、5分間放置した。放置後、pH7,4カルシウムイオ
ンを含まないリン酸緩衝液で4回洗浄し本発明である細
胞培養支持体材料を得た。
ウシ大動脈血管内皮細胞の培養は、得られた細胞培養支
持体材料上にて、ウシ胎児血清(Fe2)を10%含む
ダルベツコ−改変イーグル培地(DMEM)を培地とし
て、5%二酸化炭素中、37℃で行なった。十分細胞が
増殖したのを確認した後、5℃に冷却、放置して、付着
培養細胞を剥離させ、増殖細胞剥離回収率を下式に従っ
て求めた。・結果を表−1に示す。
実施例2 第1層部を持つ細胞培養支持体基材を実施例1と同様(
但し、EO滅菌は行わない)に得た。この基材に対し第
2層部を作成するために、5vt%アクリル酸水溶液を
0.3x(l添加後、電子線を15Mrad照射した。
照射終了後、イオン交換水によりベトリディッシュを洗
浄し、残存モノマー及びベトリディッシュ表面に結合し
ていないポリアクリル酸を取り除いた。さらに、基材表
面に被覆されたポリアクリル酸を中和するために5vt
%水酸化ナトリウム水溶液を0.3xl添加後、5分間
放置した。放置後、イオン交換水を十分に洗浄しクリー
ンベンチ内を乾燥さらにEOガス滅菌を行うことにより
細胞培養支持体材料を得た。
細胞培養は実施例1と同様の方法に従って行い、増殖細
胞剥離回収率を求めた。結果を表−1に示す。
実施例3 第1層部を持つ細胞培養支持体基材を実施例1と同様(
但し、E○滅菌は行わない)に得た。この基材に対し第
2層部を作成するなめに、1Qvt%N、N−ジエチル
アミノエチルメタクリレート(DEAEMA)水溶液を
0.3x(l添加後、電子線を13Mrad照射した。
照射終了後、イオン交換水によりベトリディッシュを洗
浄し、残存モノマー及びベトリディッシュ表面に結合し
ていないポリーN、N−ジエチルアミノエチルメタクリ
レートを取り除き、クリーンベンチ内で乾燥さらにEO
ガス滅菌を行うことにより細胞培養支持体材料を得た。
細胞培養は実施例1と同様の方法に従って行い、増殖細
胞剥離回収率を求めた。結果を表−1に示す。
実施例4 第1層部でN−イソプロピルアクリルアミドの代わりに
N、N−ジエチルアクリルアミドを使用する点以外は実
施例1と同様(第2層部はI型コラーゲン)にして、細
胞培養支持体を得た。
細胞培養は実施例1と同様の方法で行い、増殖細胞剥離
回収率を求めた。結果を表−1に示す。
実施例5 第1層部でN−インプロピルアクリルアミどの代わりに
N−n−プロピルアクリルアミドを使用する点以外は実
施例1と同様に、第1層部のみ持つ細胞培養支持体基材
(EOガス滅菌品)を得た。
第2層部を作成するためにラミニン(ギブコ社製)5・
0μg/1g濃度のリン酸緩衝溶液(滅菌)を調製し、
上で得られた細胞培養支持体基材上へ0.31添加し、
10分間クリーンベンチ内に放置した。
放置後、pH7,4カルシウムイオンの含まないリン酸
緩衝溶液で4回洗浄することで本発明である細胞培養支
持体材料を得た。
細胞培養は実施例1と同様の方法で行い、増殖細胞剥離
回収率を求めた。結果を表−1に示す。
実施例6 第1層部でN−イソプロピルアクリルアミドの代わりに
N−エトキシエチルアクリルアミドを使用する点以外は
実施例1と同様にして、第1層部のみを持つ細胞培養支
持体基材(但しEO滅菌は行わない)を得た。
第2層部を作製するために固形分40vt%の80モル
%中和されたアクリル酸ナトリウム水溶液を調製し、こ
の溶液に過硫酸ナトリウムを1wt%(対アクリル酸ナ
トリウムモノマー)を溶液し、そのものを100°Cで
3時間重合した結果、重量平均分子量が約20万のポリ
アクリル酸ナトリウムを得た。このポリマー溶液をイオ
ン交換水で固形分30vt%に調製し、上記細胞培養支
持体基材へ0.3wQ添加し、20Mrad電子線を照
射した。照射終了後、イオン交換水によりベトリディッ
シュを洗浄し、ベトリディッシュ表面に結合していない
ポリアクリル酸ナトリウムを取り除きクリーンベンチ内
で乾燥、さらにEOガス滅菌を行うことにより細胞培養
支持体材料を得た。
細胞培養は実施例1と同様の方法で行ない、増殖細胞剥
離回収率を求めた。結果を表−1に示す。
比較例1 細胞培養支持体として、ベクトン・デイ牛ンソン・ラブ
ウェア社製ファルコン3002ペトリディッシュを用い
、表面処理を全く行なわずに実施例1と同様の実験を行
った。結果を表−1に示す。
比較例2 細胞培養用支持体として、ベクトン・ディキンソン・ラ
ブウェア社製ファルコン3002ベトリディッシ二を用
い、第1層部の被覆物質としてN−イソプロピルアクリ
ルアミドさらに架橋剤としてN ’N−メチレンビスア
クリルアミド(対N−イソプロピルアクリルアミドQ、
5vt%)を用い、支持体表面全体にポリマーを被覆し
細胞支持体を得、第2層部の細胞付着性物質の被覆を行
わなかった。
このものを細胞培養し、これを剥離回収し増殖細胞剥離
回収率を求めた。結果を表−1に示す。
を調べるために得られた細胞培養支持体材料をクリーン
ベンチ内で乾燥させ、フェース(FACE)接触角計(
CA −D型)[協和界面科学株式会社製コおよび付属
品として、三態系測定装置を用い、液滴法で接触角を測
定した。結果を表−2に示す。
以上の結果より細胞付着性基材表面上に第1層としてN
−イソプロピルアクリルアミド、N、N−ジエチルアク
リルアミド、N−n−プロピルアクリルアミドまたはN
−エトキシエチルアクリルアミドで表面処理を行なった
実施例1〜6では、表−2に示されるように、支持体材
料周囲の温度を37°Cから5℃に下げることで接触角
が減少しており、これは、被覆されたN−イソプロピル
アクリルアミド、N、N−ジエチルアクリルアミド、N
−n−プロピルアクリルアミド、またはN〜エトキシエ
チルアクリルアミド重合物により、支持体材料表面が疎
水性から親水性へと変化していることを示している。こ
のような材料を使用した実施例1.2.3.4.5.6
の場合、表−1に示されるように、培養温度を低下させ
ると付着細胞は培養支持体から良好に剥離し、回収する
ことが可能であった。
一方、比較例Iのように表面処理を施さない場合は、表
−2に示されるように周りの温度を下げても接触角はほ
とんど変化せず、支持体材料表面は疎水性のままであっ
た。この支持体材料では表1に示されるように、培養温
度を低下させても付着細胞の剥離現象は、観察されず本
発明による細胞培養支持体材料として不十分な性能であ
ることが分かる。
さらに、比較例2のように細胞付着性基材表面全体にポ
リマーを被覆し、細胞付着性物質が全く被覆されなかっ
た場合においては表−1で示す通り、細胞は付着せず、
細胞培養支持体材料としては不十分な性能であることが
分かる。
実施例7 実施例1で得られた剥離細胞の損傷度合を確認するため
、これを遠心分離(600G、5分)より回収し、得ら
れた2X10’個の細胞をベクトン・ディキンソン・ラ
ブウェア社製ファルコン3002ペトリディッシ二上で
再び培養させた。細胞の培養は実施例1と同様の方法を
採用した。結果を表−3に示す。
比較例3 比較例1で培養した付着細胞を0.05%トリプシン−
〇、02%EDTAで処理し、剥離させた細胞の損傷度
合を確認するためこれを遠心分離(600G、5分)す
ることにより回収し、得られた2X105個の細胞をベ
クトン・ディキンソン・ラブウェア社製ファルコン30
02ベトリゾイノシュ上で再び培養させた。培養は、実
施例1と同様な方法を採用した。結果を表 表−3 3に示す。
実施例7および比較例3の結果から剥離回収細胞の損傷
度合については、表−3に示されるように、実施例7で
は培養開始時の10倍まで再増殖させることが可能であ
るが、比較例3では5倍までしか再増殖させることがで
きなかった。このことは、本発明の剥離回収細胞は従来
のそれよりも損傷度が小さいことを意味する。
(発明の効果) 本発明は低温処理という簡便な操作で不純物等を全く混
入させることなく、しがも従来の方法と比較すると細胞
機能を十分に保持しながら、培養・回収の繰り返し操作
を行うことができる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)水に対する臨界溶解温度が0〜80℃の範囲にあ
    るホモポリマー若しくはコポリマーで覆われた基材表面
    上に更に細胞付着性物質を被覆してなることを特徴とす
    る細胞培養支持体材料。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006223106A (ja) * 2005-02-15 2006-08-31 Fuji Photo Film Co Ltd 細胞培養担体

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006223106A (ja) * 2005-02-15 2006-08-31 Fuji Photo Film Co Ltd 細胞培養担体

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