JPH08163996A - 動物細胞毒性試験方法 - Google Patents

動物細胞毒性試験方法

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JPH08163996A
JPH08163996A JP6308915A JP30891594A JPH08163996A JP H08163996 A JPH08163996 A JP H08163996A JP 6308915 A JP6308915 A JP 6308915A JP 30891594 A JP30891594 A JP 30891594A JP H08163996 A JPH08163996 A JP H08163996A
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JP
Japan
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collagen
animal
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function
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JP6308915A
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English (en)
Inventor
Ryoichi Awata
僚一 粟田
Makoto Takashina
誠 高階
Katsuyuki Ogo
克幸 小郷
Naoki Niihara
直樹 新原
Hiroto Nakajima
裕人 中嶋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Bakelite Co Ltd
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Bakelite Co Ltd
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 培養される動物細胞の機能を高めて、生体内
と類似の環境に保つことにより、多数の実験動物を使う
ことなく、経済的に、効率良く、化学物質や医薬品の安
全性、毒性の評価をすることのできる試験方法を提供す
る。 【構成】 テロペプチドを除去し、もしくは還元剤で処
理したタイプIコラーゲンをゲル化してなるコラーゲン
ゲル上で、動物細胞を一定期間培養した後、被検物質を
添加して一定時間後に動物細胞の機能を測定(急性毒性
試験)し、あるいは、低濃度の被検物質を定期的に繰り
返し添加しながら培養を続け、動物細胞の機能の経時変
化を測定(慢性毒性試験)する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、培養される動物細胞の
機能を高めて、生体内と類似の環境に保つことにより、
従来動物で行われている新規の化学物質や医薬品の毒性
試験や安全性試験を、経済的に、効率良く、かつ再現性
良く行う動物細胞毒性試験方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、新規の化学物質や医薬品の安全性
・毒性試験は動物の個体を使って行われてきているが、
検査結果の定量化が困難、因果関係の判定が困難等の欠
点に加えて、一種類の物質に多数の動物個体を必要とす
ることから、動物愛護の観点からも動物実験に替わる方
法が求められている。動物実験代替法は、使用する実験
動物の数を削減し、動物の飼育に伴う経済的な負担を軽
減すると共に、合理的で簡便な安全性・毒性評価法を開
発することを目的としている。
【0003】動物実験代替法の一つとして、動物細胞を
体外に取り出して培養する方法が考えられているが、単
層培養方法では生体内の機能が直ぐに失われ、また細胞
自体もすぐに死んでしまい、毒性の判定が困難であり、
動物実験の代替法としては不十分である。
【0004】また、主として初代培養肝細胞について、
生体内と類似の環境を保つための三次元培養法として、
スフェロイド培養法(日本動物実験代替法学会第5回大
会要旨集p30〜33( '91))や、マトリゲル培養
法(日本動物実験代替法学会第5回大会要旨集p38〜
41( '91))を利用した代替法も行われてきてい
る。しかしながら、スフェロイド培養法の場合、2〜3
週間以上の長期培養によるスフェロイド中心部の細胞壊
死や、内部の細胞への物質の浸透性に問題がある。ま
た、マトリゲル培養法の場合、マトリゲルの構成物が完
全には解明されておらず、添加した被検物質単独の効果
なのか明確でない部分がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者ら
は、以上のような従来技術の問題点を解決するために、
以前に提案した動物細胞培養方法、即ち、基質材料とし
てテロペプチドを取り除いたタイプIコラーゲンを使用
すると共に、培地中に特定の物質を添加する方法(特開
平3−4780号公報)や、還元剤で処理したタイプI
コラーゲンを使用する方法(特願平5−78585号)
を用いて、培養動物細胞を生体内と類似の環境に保った
後、培地中に被検物質を添加して動物細胞の機能を評価
することにより、安全性・毒性試験評価に利用できるこ
とを見い出し、本発明を完成するに至った。
【0006】即ち、本発明の目的は、テロペプチドを取
り除いたタイプIコラーゲン、もしくは還元剤で処理さ
れたタイプIコラーゲンをゲル化してなるコラーゲンゲ
ルを培養用基質材料として使用する動物細胞毒性試験方
法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するために鋭意検討した結果、本発明を完成する
に至ったものである。即ち、本発明は、タイプIコラー
ゲン、特にテロペプチドを取り除いたタイプIコラーゲ
ン、もしくは還元剤で処理されたタイプIコラーゲンを
ゲル化してなるコラーゲンゲルを培養用基質材料として
使用することを特徴とする動物細胞毒性試験方法であ
り、さらには、初代培養肝細胞を対象とする動物細胞毒
性試験方法である。
【0008】以下、本発明を詳細に説明する。本発明に
使用される動物細胞培養用基質材料の主成分として使用
されるタイプIコラーゲンとしては、その由来として仔
牛真皮、ブタ皮膚やラット尾腱等があるが、特に、由来
動物種や由来組織に限定されるものではなく、適宜のタ
イプIコラーゲンを使用することができる。
【0009】テロペプチドを取り除く方法としては、生
体由来の酵素であるペプシンを使用する方法がある。ま
た、還元剤処理に使用できる還元剤としては、水素化ホ
ウ素ナトリウム等の水溶液で利用できるものであって、
エステルやアミド(ペプチド結合)の還元は起こさず、
アルデヒド基の還元を起こすものは全て使用可能であ
り、このような作用を有するものであればその種類を問
わず、適宜のものを使用することが出来る。
【0010】本発明に使用される動物細胞培養用基質材
料は、テロペプチドを取り除いたタイプIコラーゲン、
または還元剤で処理されたコラーゲンを主成分として含
有するものであり、当該コラーゲンを単独使用するも
の、もしくは適宜の他の基質材料を共存せしめたものの
いずれであっても使用することが可能であり、その主要
成分であるコラーゲンをゲル化させて、コラーゲンゲル
の状態で細胞培養基質として使用することを特徴とする
ものである。
【0011】ゲル形成の方法は、テロペプチドを取り除
いたタイプIコラーゲン、または還元剤で処理されたタ
イプIコラーゲンを主成分とする、所望濃度のコラーゲ
ン溶液を調整し、当該溶液をリン酸緩衝液、Hepes
(N−〔2ヒドロキシエチル〕ピペラジン−N′−〔2
エタンスルホン酸〕)水酸化ナトリウム水溶液等を用い
て中性にし、20℃以上、望ましくは37℃で静置する
と、数時間でゲル化する。得られたゲルをリン酸緩衝液
や培養液で十分洗浄したものを細胞培養基質材料に用い
るが、これを長期に保存する場合は、ゲル化する前の溶
液状態で、約4℃で保管することにより長期保存するこ
とが出来る。
【0012】本発明に使用される動物細胞培養用基質材
料を使用して、動物細胞を培養する方法は、細胞をコラ
ーゲンゲルの上に播くだけでよく、播種後、数時間〜1
日で細胞はコラーゲンゲルの上面に接着する。動物細胞
については、肝細胞、乳腺細胞、腎臓細胞、その他適宜
の動物細胞に適用可能であり、その種類は特に限定され
るものではない。
【0013】これらの動物細胞をコラーゲンゲル上で定
期的に培地交換を繰り返して、3〜14日間、好ましく
は7〜14日間培養して生体内と類似の環境に保った
後、培地中に被検物質を添加して動物細胞の機能を測定
することにより、各種の毒性試験評価を行うことが可能
となる。培地交換の間隔としては1〜4日毎、短い方が
好ましいが、作業量の点から通常は2〜3日毎に行う。
また、培養を行う期間は特に限定する必要はなく、3日
程度でも使用可能であるが、動物細胞機能は1〜2週間
の間が比較的安定しており好ましい。2週間を過ぎると
細胞の機能の安定性がやや低下して来る。
【0014】被検物質の急性毒性の評価は、培地中に被
検物質を1回だけ添加し、一定時間経過後に動物細胞の
機能を測定することにより可能となる。細胞機能の特性
(種類)によっては、被検物質の添加から1時間程度で
変化が現れるものもあるが、通常は1〜4日経過後に測
定するのがよい。また、被検物質の慢性毒性の評価は、
被検物質を比較的低濃度で添加した培地を用いて、定期
的に培地交換を繰り返しながら培養を続け、1〜2ケ月
以上の長期間に亘って動物細胞の機能の経時変化を測定
することにより可能となる。測定を続ける期間は特に限
定されるものではないが、動物細胞の機能が必要なレベ
ルに保たれる期間が限度となる。
【0015】その他にも、例えば、癌原性の評価は、慢
性毒性評価の場合と同様に低濃度の被検物質を培地中に
添加し続けた後、発癌マーカー酵素等の細胞内発現の有
無を見ることにより可能となる。さらに、肝細胞の代謝
機能を応用して、被検物質の肝細胞による代謝後の、各
種動物細胞に対する毒性評価を行うことも可能である。
【0016】
【実施例】以下、実施例により本発明について更に具体
的に説明する。 コラーゲンゲル培養床の調整 仔牛真皮よりPH3の塩酸で溶出した、テロペプチドを
有するタイプIコラーゲン(無処理コラーゲン)0.3
%溶液(PH3)と、ペプシン3%溶液(PH3)と
を、9:1の割合で混合し、4℃で約1日間攪拌を行っ
た。この反応溶液に10倍濃度のリン酸緩衝生理食塩水
と再構成用緩衝液(2.2%NaHCO3、4.77%
Hepes、0.05%NaOH溶液)を8:1:1の
割合で混合し、37℃に加温して約1日放置し、コラー
ゲンをゲル化させた後、遠心分離にてコラーゲンゲルの
みを分離し、1mM(ミリモル)塩酸に溶解させてペプ
シン処理コラーゲン溶液を得た。
【0017】同じく、仔牛真皮よりPH3の塩酸で溶出
したテロペプチドを有するタイプIコラーゲン0.3%
溶液(PH3)と、10倍濃度のリン酸緩衝生理食塩水
と1%水素化ホウ素ナトリウム水溶液とを10:12:
1の割合で混合し、4℃で約1日間攪拌を行った。その
後、37℃に加温して約1日放置し、コラーゲンをゲル
化させた後、遠心分離にてコラーゲンゲルのみを分離
し、1mM塩酸に溶解させ還元処理コラーゲン溶液を得
た。
【0018】得られたペプシン処理コラーゲン、還元処
理コラーゲン、および元の無処理コラーゲン0.3%溶
液(PH3)に、それぞれ10倍濃度のリン酸緩衝生理
食塩水と再構成用緩衝液(2.2%NaHCO3 、4.
77%Hepes、0.05%NaOH溶液)とを8:
1:1の割合で混合し、プラスチック培養皿の底面に1
ないし2mmの厚さに敷いた後、37℃インキュベータ
中でゲル化させた。得られた各コラーゲンゲルを、L−
15培地で洗浄し培養に用いた。
【0019】動物細胞の培養 肝細胞をラットよりコラゲナーゼ灌流法にて分離し、上
記コラーゲンゲル上に5×105/cm2の濃度で播種
し、37℃、5%炭酸ガスインキュベータ内で培養し
た。培養液はL−15培地に、牛胎児血清10%、イン
シュリン10-7M、デキサメサゾン10-7M、EGF
(Epidemal Growth Factor)10ng/ml、プロリ
ン30μg/ml、およびジメチルスルフォキシド2%
を加えたものを用い、ゲル層の上面に1ないし2mm以
上の高さまで培養液を加え、2〜3日毎に培地交換をし
ながら培養を続けた。
【0020】動物細胞毒性試験 [実施例1] 急性毒性試験 培養15日目に肝毒性物質である四塩化炭素(0〜90
mM)、およびジメチルニトロソアミン(0〜0.5m
M)をそれぞれ培地中に添加し、約24時間後に、肝細
胞機能として培地中に分泌されたアルブミン濃度を、ま
た、肝細胞膜の障害度の指標として細胞内から培地中へ
漏出するLDH酵素活性の割合をそれぞれ測定した。
【0021】アルブミン分泌量については、図1に示す
とおり、ペプシン処理、および還元処理コラーゲンゲル
上では、肝毒性物質である四塩化炭素、ジメチルニトロ
ソアミンの添加量に応じて低下しているのに対して、無
処理コラーゲンゲル上では、無添加の状態で既に機能が
低下しており、肝毒性物質の添加の影響を評価すること
が出来なかった。
【0022】LDH遊離率については、図2に示すとお
り、ペプシン処理、および還元処理コラーゲンゲル上で
は、四塩化炭素、ジメチルニトロソアミンの添加量に応
じて増大しているのに対して、無処理コラーゲンゲル上
では、無添加の状態で既に細胞膜がかなり障害されてお
り、肝毒性物質の添加の影響を評価することが出来なか
った。
【0023】[実施例2] 慢性毒性試験 培養7日目より培地交換毎(2〜3日毎)に、肝毒性物
質としてジメチルニトロソアミンを比較的低濃度(0.
05mM)で培地中に添加し続けて、約2ケ月間培養
し、肝細胞機能としてアルブミン分泌量を測定した。比
較例として、ジメチルニトロソアミンを添加せずに培養
を続ける実験も行った。
【0024】結果は、図3に示すとおり、ペプシン処
理、および還元処理コラーゲンゲル上での培養において
は、培養2週間目以降、ジメチルニトロソアミンを添加
した実験でアルブミン分泌量の低下が認められたのに対
して、無処理コラーゲンゲル上では、ジメチルニトロソ
アミン添加の有無にかかわらず2週間目以降機能が低下
し、添加の影響を長期間に亘って評価することが出来な
かった。
【0025】以上のごとく、ペプシン処理、および還元
処理コラーゲンゲル上で培養した動物細胞に、毒性物質
を約24時間接触させることにより急性毒性の評価がで
き、また、低濃度の毒性物質を長期に亘って継続して添
加することによる影響、即ち慢性毒性を評価することが
でき、動物実験に代替して急性毒性および慢性毒性の評
価試験に応用できる可能性が確認された。
【0026】
【発明の効果】本発明の方法によれば、多数の実験動物
を犠牲にすることなく、化学物質や医薬品の安全性、毒
性試験を行うことができ、多数の実験動物の飼育のため
の経済的な負担を軽減すると共に、合理的で簡便な安全
性、毒性の評価方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の急性毒性試験における、アルブミン
分泌量に対する四塩化炭素およびジメチルニトロソアミ
ン添加量の影響を示す図である。
【図2】実施例1の急性毒性試験における、LDH酵素
遊離率に対する四塩化炭素およびジメチルニトロソアミ
ン添加量の影響を示す図である。
【図3】実施例2の慢性毒性試験における、アルブミン
分泌量の経時変化を示す図で、(a)は培養7日目より
ジメチルニトロソアミン0.05mMを添加し続けた場
合、(b)はジメチルニトロソアミンを添加しない比較
例の図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小郷 克幸 横浜市栄区田谷町1番地 住友電気工業株 式会社横浜製作所内 (72)発明者 新原 直樹 横浜市栄区田谷町1番地 住友電気工業株 式会社横浜製作所内 (72)発明者 中嶋 裕人 横浜市栄区田谷町1番地 住友電気工業株 式会社横浜製作所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 タイプIコラーゲンをゲル化してなるコ
    ラーゲンゲル(培養用基質)上に動物細胞を播種し、定
    期的に培地交換を繰り返して一定期間培養した後、培地
    中に被検物質を添加し、一定時間経過後に動物細胞の機
    能を測定することを特徴とする動物細胞毒性試験方法。
  2. 【請求項2】 タイプIコラーゲンをゲル化してなるコ
    ラーゲンゲル(培養用基質)上に動物細胞を播種し、定
    期的に培地交換を繰り返して一定期間培養した後、さら
    に、低濃度の被検物質を添加した培地を用いて、定期的
    に培地交換を繰り返しながら培養を続け、動物細胞の機
    能の経時変化を測定することを特徴とする動物細胞毒性
    試験方法。
  3. 【請求項3】 タイプIコラーゲンが、テロペプチドを
    取り除いたタイプIコラーゲン、もしくは還元剤で処理
    されたタイプIコラーゲンであることを特徴とする、請
    求項1もしくは請求項2記載の動物細胞毒性試験方法。
  4. 【請求項4】 初代培養肝細胞を毒性試験の対象とする
    ことを特徴とする、請求項1ないし請求項3のいずれか
    に記載の動物細胞毒性試験方法。
JP6308915A 1994-12-13 1994-12-13 動物細胞毒性試験方法 Pending JPH08163996A (ja)

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