特許 7251725 化学物質評価用のデバイス、および、化学物質評価方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-27

(45)【発行日】2023-04-04

(54)【発明の名称】化学物質評価用のデバイス、および、化学物質評価方法

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/34 20060101AFI20230328BHJP

   C12Q 1/02 20060101ALI20230328BHJP

【ＦＩ】

C12M1/34 Z

C12Q1/02

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2018562427

(86)(22)【出願日】2018-01-18

(86)【国際出願番号】 JP2018001356

(87)【国際公開番号】W WO2018135572

(87)【国際公開日】2018-07-26

【審査請求日】2020-12-10

(31)【優先権主張番号】P 2017006873

(32)【優先日】2017-01-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000190068

【氏名又は名称】伸晃化学株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】506218664

【氏名又は名称】公立大学法人名古屋市立大学

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【氏名又は名称】中西 基晴

(72)【発明者】

【氏名】松永 民秀

(72)【発明者】

【氏名】岩尾 岳洋

(72)【発明者】

【氏名】近藤 聡志

(72)【発明者】

【氏名】土井 淳史

(72)【発明者】

【氏名】西東 勲

【審査官】鈴木 崇之

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－２１０１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００７－５１０４２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／１１０７５４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／１２１８８６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／０６９８８５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００３／００８２６３２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００４－１２９５５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２３３２７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】青江 誠一郎，上部消化管機能と食物繊維，日本食物繊維学会誌，2006年，Vol. 10, No. 2，pp. 53-63

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ１２Ｍ １／００－３／１０

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＰｕｂＭｅｄ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

化学物質評価用のデバイスであって、
Ｎ個のコンパートメント（Ｎは２以上の整数）であって、第１のコンパートメントから第Ｎのコンパートメントまで連通して灌流液が流れることを可能にすると共に、前記Ｎ個のコンパートメントの少なくとも１つは細胞の培養を可能とし、前記Ｎ個のコンパートメントの前記少なくとも１つに評価用の化学物質が投入又は流入される、前記Ｎ個のコンパートメントと、
前記Ｎ個のコンパートメントのうちの隣り合う２つのコンパートメントを区画するＮ－１個の隔壁と
を備え、
前記Ｎ－１個の隔壁の各々は、各隔壁が区画する前記隣り合う２つのコンパートメントのうち上流側のコンパートメント内において、前記隣り合う２つのコンパートメントのうち下流側のコンパートメントに向かうに従って前記上流側のコンパートメントの底面から次第に壁高が高くなるように傾斜した平坦状の傾斜面を有し、
前記傾斜面は、該傾斜面の上端付近の、前記灌流液の液面レベルが表面張力によって上昇する部分が、鉛直壁と比べて水平方向に長くなるように形成される、
デバイス。

【請求項2】

化学物質評価用のデバイスであって、
Ｎ個のコンパートメント（Ｎは２以上の整数）であって、第１のコンパートメントから第Ｎのコンパートメントまで連通して灌流液が流れることを可能にすると共に、前記Ｎ個のコンパートメントの少なくとも１つは細胞の培養を可能とし、前記Ｎ個のコンパートメントの前記少なくとも１つに評価用の化学物質が投入又は流入される、前記Ｎ個のコンパートメントと、
前記Ｎ個のコンパートメントのうちの隣り合う２つのコンパートメントを区画するＮ－１個の隔壁と
を備え、
前記Ｎ－１個の隔壁の各々は、各隔壁が区画する前記隣り合う２つのコンパートメントのうち上流側のコンパートメント内において、前記隣り合う２つのコンパートメントのうち下流側のコンパートメントに向かうに従って壁高が高くなるように傾斜した傾斜面を有し、
前記傾斜面には、該傾斜面の頂部から前記上流側のコンパート面側に向けて延在する溝が形成されている
デバイス。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のデバイスであって、
前記Ｎ個のコンパートメントを覆うためのカバーを備える
デバイス。

【請求項4】

請求項３に記載のデバイスであって、
前記第１のコンパートメントを形成する壁部には、内部で細胞を培養可能な細胞培養容器を、該細胞培養容器が前記第１のコンパートメント内に挿入された状態で、支持するための支持構造が形成された
デバイス。

【請求項5】

請求項４に記載のデバイスであって、
前記カバーには、前記第１のコンパートメントに連通し、該第１のコンパートメントに灌流液を注入するための入口ポートが形成され、
前記入口ポートは、前記細胞培養容器が前記支持構造によって支持された状態において、前記第１のコンパートメントにおける前記細胞培養容器の外部の領域に連通するように形成された
デバイス。

【請求項6】

請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のデバイスであって、
前記第Ｎのコンパートメントを通る経路で前記灌流液を循環させるために、ポンプに接続するための循環入口ポートおよび循環出口ポートを備える
デバイス。

【請求項7】

請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のデバイスであって、
前記第２のコンパートメントは、前記第１のコンパートメントと並んで配置された
デバイス。

【請求項8】

化学物質評価用のキットであって、
請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載のデバイスを備え、
前記デバイスは、複数のデバイスを備え、
前記キットは、さらに、前記複数のデバイスの各々が並んだ状態で前記複数のデバイスの各々を収納するケースを備える
キット。

【請求項9】

請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のデバイスであって、
Ｎは３以上の整数である、
デバイス。

【請求項10】

請求項１ないし請求項７及び請求項９のいずれか一項に記載のデバイスであって、
前記Ｎ個のコンパートメントを形成する壁部には、内部で細胞を培養可能な細胞培養容器を、該細胞培養容器が前記Ｎ個のコンパートメント内にそれぞれ挿入された状態で、支持するための支持構造が形成された
デバイス。

【請求項11】

請求項１に記載のデバイスであって、
前記Ｎ個のコンパートメントの各々は、Ｍ個（Ｍは２以上の整数）のサブコンパートメントを備え、
前記隔壁は、（Ｎ－１）×Ｍ個の隔壁を備え、
前記Ｎ個のコンパートメントのうち隣り合う２つのコンパートメントのそれぞれのサブコンパートメントは、１対１の関係で連通し前記隔壁によって区画される
デバイス。

【請求項12】

化学物質の評価方法であって、
請求項１ないし請求項７および請求項９ないし請求項１１のいずれか一項に記載のデバイスの各コンパートメントに細胞を播種すること、
化学物質をいずれかのコンパートメントに適用すること、
各コンパートメントにおいて化学物質を評価すること、
を含む評価方法。

【請求項13】

化学物質の評価が、化学物質の体内動態評価、生体への効果の評価又は毒性評価である、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

各コンパートメントに異なる細胞を播種することを含む、請求項１２又は請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

単一又は複数のコンパートメントに異なる化学物質を適用することを含む、請求項１２ないし請求項１４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項16】

請求項１２ないし請求項１５のいずれか一項に記載の方法であって、
前記コンパートメント内の液体に食物繊維を添加することと、
前記コンパートメント内の前記食物繊維が添加された前記液体を撹拌することと
を含む方法。

【請求項17】

請求項１ないし請求項７および請求項９ないし請求項１１のいずれか一項に記載のデバイスに１又はそれ以上の臓器の細胞を適用した臓器モデル。

【請求項18】

請求項１ないし請求項７および請求項９ないし請求項１１のいずれか一項に記載のデバイス、あるいは、請求項１７の臓器モデルの、請求項１２ないし請求項１６のいずれか一項に記載の方法への使用。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、化学物質評価用のデバイス、および、化学物質評価方法に関する。

【背景技術】

【0002】

医薬品には様々な剤形が存在し、その投与ルートは多岐にわたっているが、経口製剤は臨床で最も使用されている投与剤形である。経口投与された化学物質は、主に小腸で吸収され、門脈、肝臓を経て全身循環系に入る。そのため、経口製剤は、小腸や肝臓での初回通過効果（吸収、代謝、排泄）を受けるため、バイオアベイラビリティの低下やその個体間変動が、化学物質療法上の重要な問題となる。したがって、開発候補物質の優先順位付けやヒトにおける化学物質動態を予測する際には、これら腸管および肝臓における初回通過効果を正確に予測することが重要である。このような化学物質動態を評価することができるデバイスとして、例えば、下記特許文献１，２に記載された細胞培養デバイスが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２００５－５０３１６９号公報

【文献】国際公開第９４／２８５０１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記特許文献１，２のデバイスでは、小腸や肝臓での初回通過効果を同時に評価することはできず、化学物質の代謝安定性や吸収性はインビトロ実験で別々に評価される。また、実験動物を用いたインビボ実験では、化学物質投与後の門脈血中、全身循環血中化学物質濃度の差から、小腸での吸収の程度や速度、肝通過率などを評価するＰＳ法などによる間接的な評価が行われているが、これらの方法は化学物質の動態的な種差の問題や倫理的な問題がある。かかる問題は、化学物質の小腸や肝臓での初回通過効果等の体内動態の評価に限らず、生体の複数の組織、臓器を経由する化学物質の生体への影響の評価（例えば、薬効・薬理等の効果の評価、毒性評価等）にも共通する。

【0005】

このようなことから、化学物質のより適切な評価のためのデバイスおよび方法が求められる。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、例えば、以下の形態として実現することが可能である。

【0007】

本発明の第１の形態によれば、化学物質評価用のデバイスが提供される。このデバイスは、第１のコンパートメントと、第１のコンパートメントに連通し、隔壁によって第１のコンパートメントから区画される第２のコンパートメントと、を備えている。

【0008】

かかる化学物質評価用のデバイスによれば、生体の複数の組織、臓器を経由する化学物質を好適に評価できる。例えば、このデバイスは、以下のように使用することができる。まず、第１のコンパートメント内および第２のコンパートメント内に培養細胞を配置する。次いで、第１のコンパートメントに灌流液が連続的に注入される。この灌流液は、第１のコンパートメント内を流れ、隔壁を越えて第２のコンパートメントに流入し、第２のコンパートメントから排出される。このようにして灌流液が流れる状態において、第１のコンパートメント内に、評価対象としての化学物質が投入される。そして、各コンパートメントに配置された細胞を観察したり、第１のコンパートメント内の灌流液、および、第２のコンパートメントから排出された灌流液をサンプリングして、所定項目の測定を行ったりすることによって、第１のコンパートメント内の細胞と第２のコンパートメント内の細胞とが同時に評価される。すなわち、第１のコンパートメント内の細胞と第２のコンパートメント内の細胞とについて、動物（本願においては、人を含む）の体に模した環境下で互いに関連付けられて評価され得る。第１および第２のコンパートメントに加えて、追加的なコンパートメントが設けられてもよい。

【0009】

本発明の第２の形態によれば、第１の形態において、デバイスは、第１のコンパートメントおよび第２のコンパートメントを覆うためのカバーを備える。かかる形態によれば、評価試験中にカバーを第１のコンパートメントおよび第２のコンパートメントに装着することによって、試験環境をクリーンな状態に容易に保つことができる。

【0010】

本発明の第３の形態によれば、第２の形態において、カバーには、カバーを貫通し、第１のコンパートメントおよび第２のコンパートメントの少なくとも一方に開口するサンプリング穴が形成されている。かかる形態によれば、第１のコンパートメントおよび第２のコンパートメントにカバーを装着した状態で、第１のコンパートメントおよび第２のコンパートメントを流れる灌流液を、サンプリング穴を介して容易にサンプリングすることができる。

【0011】

本発明の第４の形態によれば、第２又は第３の形態において、カバーには、カバーを貫通し、第１のコンパートメントに化学物質を投入するための化学物質投入口が形成されている。かかる形態によれば、第１のコンパートメントおよび第２のコンパートメントにカバーを装着した状態で、評価対象の化学物質を、化学物質投入口を介して容易に投入することができる。

【0012】

本発明の第５の形態によれば、第２ないし第４のいずれかの形態において、カバーには、第１のコンパートメントに連通し、第１のコンパートメントに灌流液を注入するための入口ポートが形成されている。かかる形態によれば、第１のコンパートメントおよび第２のコンパートメントにカバーを装着した状態で、入口を介して灌流液を第１のコンパートメントに容易に注入することができる。

【0013】

本発明の第６の形態によれば、第２ないし第５のいずれかの形態において、第１のコンパートメントを形成する壁部には、内部で細胞を培養可能な細胞培養容器を、細胞培養容器が第１のコンパートメント内に挿入された状態で、支持するための支持構造が形成されている。かかる形態によれば、第１のコンパートメント内に細胞培養容器を挿入することができる。つまり、第２のコンパートメント内に配置される細胞を当該第２のコンパートメント内で培養しつつ、第１のコンパートメント内に配置される細胞を、別の場所で、別の条件下で培養した後に、第１のコンパートメント内に配置することができる。また、第１のコンパートメントの底部にも細胞を培養する場合には、当該細胞と、細胞培養器で培養される細胞と、を別々の条件で培養することができる。

【0014】

本発明の第７の形態によれば、第５の形態を含む第６の形態において、入口ポートは、細胞培養容器が支持構造によって支持された状態において、第１のコンパートメントにおける細胞培養容器の外部の領域に連通するように形成される。かかる形態によれば、細胞培養容器としてトランスウェルを使用することができる。つまり、灌流液がトランスウェルの外部を流れる状態において、化学物質をトランスウェル内に投入し、トランスウェルの膜を通過した化学物質が灌流液に流入する環境下（例えば、小腸を模したモデルが該当する）で、評価を行うことができる。

【0015】

本発明の第８の形態によれば、第２ないし第７のいずれかの形態において、カバーは、透明部材から形成されている。かかる形態によれば、顕微鏡を用いて第１のコンパートメントおよび第２のコンパートメント内の細胞を観察することができる。

【0016】

本発明の第９の形態によれば、第１ないし第８のいずれかの形態において、第１のコンパートメントおよび第２のコンパートメントの各々の底部は、透明部材から形成されている。かかる形態によれば、顕微鏡を用いて第１のコンパートメントおよび第２のコンパートメント内の細胞を観察することができる。

【0017】

本発明の第１０の形態によれば、第１ないし第９のいずれかの形態において、隔壁は、第１のコンパートメント内において、第２のコンパートメントに向かうに従って壁高が高くなるように傾斜した傾斜面を有する。かかる形態によれば、第１のコンパートメントから隔壁を越えて第２のコンパートメント内に流入する灌流液の流れを緩やかにすることができる。その結果、灌流液の流れの緩急変動による灌流液内の化学物質の濃度変化を抑制することができる。

【0018】

本発明の第１１の形態によれば、第１０の形態において、傾斜面には、傾斜面の頂部から第１のコンパート面側に向けて延在する溝が形成されている。かかる形態によれば、毛細管現象によって、灌流液が溝内を通って第１のコンパートメントから第２のコンパートメントに少量ずつ移動することができる。したがって、灌流液が隔壁を越える際に脈流が生じることが抑制される。その結果、灌流液の脈流による灌流液内の化学物質の濃度変化を抑制することができる。

【0019】

本発明の第１２の形態によれば、第１ないし第１１のいずれかの形態において、第２のコンパートメントを通る経路で灌流液を循環させるために、ポンプに接続するための循環入口ポートおよび循環出口ポートを備えている。かかる形態によれば、入口ポートおよび出口ポートを介して灌流液を循環させることができる。したがって、動物の循環器系を模した環境下で、化学物質の長期的な影響を評価することができる。

【0020】

本発明の第１３の形態によれば、第１ないし第１２のいずれかの形態において、第２のコンパートメントは、第１のコンパートメントを少なくとも部分的に取り囲むように第１のコンパートメントの周囲に配置される。かかる形態によれば、第１および第２のコンパートメントをコンパクトに配置して、デバイスの縦および横の幅を小さくすることができる。

【0021】

本発明の第１４の形態によれば、第１ないし第１２のいずれかの形態において、第２のコンパートメントは、第１のコンパートメントと並んで配置される。かかる形態によれば、デバイスの縦および横の一方の幅を小さくすることができる。したがって、デバイスを複数並べて使用する場合に、複数のデバイスを短手方向に並べることによって、複数のデバイスをコンパクトに配置して、複数のデバイス全体の縦および横の幅を小さくすることができる。

【0022】

本発明の第１５の形態によれば、第１ないし第１４のいずれかの形態において、第２のコンパートメントは、排出口を備える。排出口は、Ｖ字状に形成された内側底面を備える。かかる形態によれば、排出口から排出される灌流液の排出箇所を限定することができる。

【0023】

本発明の第１６の形態によれば、第１５の形態において、排出口は、下流側の外縁部を備える。排出口の外側底面は、外縁部のところで突出している。かかる形態によれば、排出口から排出される灌流液が外側底面上を伝って第２のコンパートメント側に向けて進入することを抑制できる。

【0024】

本発明の第１７の形態によれば、化学物質評価用のキットが提供される。このキットは、第１ないし第１６のいずれかの形態のデバイスを備える。デバイスは、複数のデバイスを備えている。複数のデバイスの各々は、ベースを備えている。ベースの各々は、複数のデバイスが並んで配置されるときに隣り合うベース同士が係合可能な係合構造を備えている。かかる形態によれば、複数のデバイスを容易に固定的に並べて配置することができる。

【0025】

本発明の第１８の形態によれば、化学物質評価用のキットが提供される。このキットは、第１ないし第１６のいずれかのデバイスを備えている。このデバイスは、複数のデバイスを備えている。キットは、さらに、複数のデバイスの各々が並んだ状態で複数のデバイスの各々を収納するケースを備えている。かかる形態によれば、複数のデバイスを容易に固定的に並べて配置することができる。ケースは、デバイスの各コンパートメント底部位置に相当する部位を開放形にしてもよく、あるいは、ケース底部を透明部材から形成してもよい。

【0026】

本発明の第１９の形態によれば、化学物質評価用のデバイスが提供される。このデバイスは、直列に連通するＮ個（Ｎは３以上の整数）のコンパートメントと、Ｎ個のコンパートメントのうちの隣り合う２つのコンパートメントを区画するＮ－１個の隔壁と、を備えている。かかる形態によれば、第１の形態と同様の効果を奏する。第１９の形態に、第２ないし第１８の形態のいずれかを付加することも可能である。

【0027】

本発明の第２０の形態によれば、化学物質評価用のデバイスが提供される。このデバイスは、直列に連通するＮ個（Ｎは２以上の整数）のコンパートメントと、Ｎ個のコンパートメントのうちの隣り合う２つのコンパートメントを区画するＮ－１個の隔壁と、を備えている。Ｎ個のコンパートメントを形成する壁部には、内部で細胞を培養可能な細胞培養容器を、細胞培養容器がＮ個のコンパートメント内にそれぞれ挿入された状態で、支持するための支持構造が形成される。かかるデバイスによれば、Ｎ個のコンパートメントのうちの任意の数の任意の位置のコンパートメントに細胞培養容器を挿入して、所望の評価対象環境をモデル化することができる。また、細胞培養容器の挿入位置を変更することによって、評価対象環境を容易に変更することができるので、汎用性に優れている。

【0028】

本発明の第２１の形態によれば、第１の形態において、第１のコンパートメントは、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の第１のコンパートメントを備えている。隔壁は、Ｎ個の隔壁を備えている。第２のコンパートメントは、１対１の関係でＮ個の第１のコンパートメントにそれぞれ連通するＮ個の第２のコンパートメントであって、Ｎ個の隔壁によってＮ個の第１のコンパートメントからそれぞれ区画されるＮ個の第２のコンパートメントを備えている。かかる形態によれば、単一のデバイスにおいて、第１のコンパートメントおよび第２のコンパートメントの複数の対を確保することができる。

【0029】

本発明の第２２の形態によれば、第２１の形態において、Ｎ個の第１のコンパートメントおよびＮ個の第２のコンパートメントを覆うためのカバーを備えている。カバーは、Ｎ個の第１のコンパートメントおよびＮ個の第２のコンパートメントの少なくとも一方にそれぞれ開口するＮ個のサンプリング穴と、Ｎ個の第１のコンパートメントの各々に化学物質を投入するためのＮ個の化学物質投入口と、Ｎ個の第１のコンパートメントにそれぞれ連通し、Ｎ個の第１のコンパートメントに灌流液を注入するためのＮ個の入口ポートと、Ｎ個の第２のコンパートメントにそれぞれ連通し、Ｎ個の第２のコンパートメントから灌流液を排出するためのＮ個の出口ポートと、を備えている。かかる形態によれば、サンプリング穴、化学物質投入口、入口ポートおよび出口ポートにそれぞれ管を挿入することによって、灌流液の循環、化学物質の投入、および、灌流液のサンプリングを自動的に行うことができる。

【0030】

本発明の第２３の形態によれば、化学物質の評価方法が提供される。この方法は、第１ないし第１６および第１９ないし第２２のいずれかの形態のデバイスの各コンパートメントに細胞を播種すること、化学物質をいずれかのコンパートメントに適用すること、各コンパートメントにおいて化学物質を評価すること、を含む。

【0031】

本発明の第２４の形態によれば、第２３の形態において、化学物質の評価は、化学物質の体内動態評価、効果の評価又は毒性評価である。

【0032】

本発明の第２５の形態によれば、第２３又は第２４の形態において、化学物質の評価方法は、各コンパートメントに異なる細胞を播種することを含む。

【0033】

本発明の第２６の形態によれば、第２３ないし第２５のいずれかの形態において、化学物質の評価方法は、単一又は複数のコンパートメントに異なる化学物質を適用することを含む。

【0034】

本発明の第２７の形態によれば、第２３ないし第２６のいずれかの形態において、化学物質の評価方法は、コンパートメント内の液体に食物繊維を添加することと、コンパートメント内の食物繊維が添加された液体を撹拌することと、を含む。

【0035】

本発明の第２８の形態によれば、第１ないし第１６および第１９ないし第２２のいずれかの形態のデバイスに１又はそれ以上の臓器の細胞を適用した臓器モデル、を含む。

【0036】

本発明の第２９の形態によれば、第１ないし第１６および第１９ないし第２２のいずれかの形態のデバイス、あるいは、請求項２８の形態の臓器モデルの、第２３ないし２７のいずれかの形態の方法への使用、を含む。

【図面の簡単な説明】

【0037】

【図1】本発明の第１実施形態による化学物質評価用のデバイスの本体の斜視図である。

【図2】本発明の第１実施形態によるデバイスのカバーの斜視図である。

【図3】本体にカバーが装着されたデバイスの斜視図である。

【図4A】デバイスの上面図である。

【図4B】デバイスの断面図である。

【図5】デバイスを用いて評価試験を行う場合の手順を示す説明図である。

【図6】本発明の第２実施形態による複数の化学物質評価用のキットの斜視図である。

【図7】図６の本体の斜視図である。

【図8】図７の本体の内部を示す断面斜視図である。

【図9】本発明の第３実施形態による化学物質評価用のキットの斜視図である。

【図10】図９のキットの分解斜視図である。

【図11】本発明の第４実施形態による化学物質評価用のデバイスの分解斜視図である。

【図12】図１１のデバイスの斜視図である。

【図13】図１１のデバイスの本体の断面図である。

【図14A】臓器（腸管・肝臓）－モデル（ヒトＢ型肝炎ウイルスによる肝炎モデル）の一例である。

【図14B】臓器（腸管・肝臓）－モデル（ヒトＢ型肝炎ウイルスによる肝炎モデル）の一例である。

【図15A】臓器（脳（血液脳関門／中枢神経系））－モデルの一例である。

【図15B】臓器（脳（血液脳関門／中枢神経系））－モデルの一例である。

【図16】臓器（腸管・肝臓・脳（血液脳関門／中枢神経系））－モデルの一例である。

【図17】臓器（腸管・肝臓・脳（血液脳関門／中枢神経系））－モデルであって、腸内細菌叢又は薬物による破綻モデルの一例である。

【図18】臓器（腸管・肝臓・腎臓）－モデルの一例である。

【図19】小腸コンパートメントにおけるミダゾラムの透過量と代謝物の生成量を示す。

【図20】肝臓コンパートメントにおけるミダゾラムの透過量と代謝物の生成量を示す。

【図21】本発明の第５実施形態による化学物質評価用のデバイスの分解斜視図である。

【図22】本体にカバーが装着された状態の図２１のデバイスの斜視図である。

【図23】図２１のデバイスの断面図である。

【図24】図２２のデバイスの断面図である。

【図25】本発明の第６実施形態による化学物質評価用のデバイスの分解斜視図である。

【図26】本体にカバーが装着された状態の図２５のデバイスの斜視図である。

【図27】図２５の本体の斜視図である。

【図28】本発明の第７実施形態による化学物質評価用のデバイスの斜視図である。

【図29】図２８のデバイスの断面図である。

【図30】インサート内を撹拌する様子を示す断面図である。

【図31】インサート内を撹拌する様子を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0038】

Ａ．化学物質評価用のデバイス：
図１は、本発明の第１実施形態による化学物質評価用のデバイス２０の本体３０の斜視図である。本実施形態では、デバイス２０は、小腸細胞および肝臓細胞を使用した初回通過効果の評価試験に使用される。ただし、デバイス２０は、後述するように、種々の化学物質の生体への影響の評価（例えば、体内動態、効果、毒性の評価）にも使用することができる。本体３０は、第１のコンパートメント４０と、第２のコンパートメント５０と、隔壁６０と、ベース７０と、を備えている。第１のコンパートメント４０は、略円形に湾曲する壁部４１によって、その内側に形成されている。壁部４１の一部分は、渦巻き状に旋回しながら開口している。壁部４１の外側には、壁部４１と間隔を隔てて壁部４１の周囲を取り囲む壁部５１が形成されている。壁部４１と壁部５１とによって、それらの間に第２のコンパートメント５０が形成されている。つまり、第２のコンパートメント５０は、第１のコンパートメント４０を少なくとも部分的に取り囲むように配置されている。本実施形態では、第１のコンパートメント４０および第２のコンパートメント５０の底部は、透明部材から形成されている。

【0039】

第１のコンパートメント４０の壁部４１と第２のコンパートメント５０の壁部５１との間を延在するように隔壁６０が形成されている。この隔壁６０によって、単一のデバイス２０内において第１のコンパートメント４０と第２のコンパートメント５０とが区画される。隔壁６０は、壁部４１および壁部５１よりも低い壁高で形成されている。また、隔壁６０は、後述する壁部５２よりも高い壁高で形成されている。第１のコンパートメント４０と第２のコンパートメント５０とが隔壁６０を介して連通する（つまり、隔壁６０をオーバーフローすることのみによって連通する）ことによって、灌流液が流れる渦巻き状の流路が形成される。

【0040】

第１のコンパートメント４０には、インサート９０が挿入される。インサート９０は、その内部で細胞を培養可能な細胞培養容器であり、本実施形態では、市販のトランスウェルである。インサート９０の底部９１は、多孔性メンブレンフィルターから形成されている。この多孔性メンブレンフィルター上には、小腸細胞９６が配置される。インサート９０は、有底円筒形に形成されている。インサート９０の外面には、対向する一対の突出部９２が形成されている（図１では、一方のみ示されている）。

【0041】

第１のコンパートメント４０を形成する壁部４１の上端には、対向する一対のスリット４２が形成されている。スリット４２は、突出部９２が挿入される大きさに形成されている。スリット４２は、インサート９０が第１のコンパートメント４０内に挿入された状態で、インサート９０を支持するための支持構造として機能する。インサート９０がスリット４２によって支持された状態において、インサート９０の底部９１と、第１のコンパートメント４０の底面と、の間には、灌流液が流通するための僅かな隙間が形成される。この隙間は、細胞を培養するためにも利用され得る。

【0042】

また、第１のコンパートメント４０を形成する壁部４１の上端には、切欠部４４が形成される。切欠部４４は、略半円形に形成されており、その断面積は、第１のコンパートメント４０の底部に向かうに従って小さくなる。この切欠部４４は、スリット４２内で支持されるインサート９０の外部に位置している。

【0043】

隔壁６０は、壁部４１および壁部５１よりも低い壁高で形成されている。本実施形態では、隔壁６０は、第１のコンパートメント４０内において、第２のコンパートメント５０に向かうに従って壁高が高くなるように傾斜した傾斜面６１を有している。かかる構成によれば、傾斜面６１の上端付近の、表面張力によって液面レベルが上昇する部分が、鉛直壁と比べて水平方向に長くなる。よって、灌流液が第１のコンパートメント４０から隔壁６０をオーバーフローして第２のコンパートメント５０に僅かな量ずつ流入するように灌流液の量を調節することによって、第１のコンパートメント４０から隔壁６０を超えて第２のコンパートメント５０に流入する灌流液の流れを緩やかにすることができる。その結果、灌流液の流れの緩急変動に起因して生じる、第２のコンパートメント５０内での化学物質の濃度変化を抑制することができる。

【0044】

さらに、本実施形態では、傾斜面６１には、傾斜面６１の頂部から第１のコンパートメント４０側に向けて延在する溝６２が形成されている。かかる構成によれば、毛細管現象によって、灌流液が溝６２内を通って第１のコンパートメント４０から第２のコンパートメント５０に少量ずつ移動することができる。したがって、灌流液が隔壁６０を越える際に脈流が生じることが抑制される。その結果、第２のコンパートメント５０内での化学物質の濃度変化をさらに抑制することができる。本実施形態では、溝６２は、傾斜面６１の略中央に形成されているが、溝６２は、傾斜面６１の傾斜に沿って任意の場所から傾斜面６１の頂部まで形成されていてもよい。例えば、溝６２は、隔壁６０と、壁部４１又は壁部５１と、の接続部に形成されていてもよい。

【0045】

第２のコンパートメント５０の下流端には、壁部４１と壁部５１との間を延在する壁部５２が形成される。壁部５２は、壁部４１および壁部５１よりも低い壁高で形成されている。壁部５２よりも下流側には、灌流液の出口３１が形成されている。かかる第２のコンパートメント５０の底部には肝臓細胞９７が配置される。上述の壁部５２は、第２のコンパートメント５０内で細胞を培養する際に、第２のコンパートメント５０内に培地液を貯留するために設けられている。この壁部５２が形成されていない場合には、例えば、出口３１をシールによって塞ぐことで、第２のコンパートメント５０内に培地液が貯留されてもよい。この説明からも明らかなように、本願において、「コンパートメント」との用語は、細胞が配置される複数の領域であって、互いから区画された複数の領域を意味しており、各コンパートメントは、例えば、壁部５２が形成されていない場合の出口３１のように、その一部が開放されていてもよい。

【0046】

ベース７０は、壁部５１の外側において、壁部５１の基部から水平方向に延在している。ベース７０は、それぞれ２つの凸部７１と凹部７２とを備えている。この凸部７１および凹部７２は、相補的な形状を有している。凸部７１および凹部７２は、複数のデバイス２０が並べて配置される際に、隣り合うベース７０同士を係合させる。つまり、１つのベース７０の凸部７１は、隣り合う他の１つのベース７０の凹部７２と係合する。かかる構成によれば、複数のデバイス２０を容易に固定的に並べて配置することができる。

【0047】

デバイス２０は、さらに、第１のコンパートメント４０および第２のコンパートメント５０を覆うためのカバー８０を備えている。本実施形態では、カバー８０は、透明部材から形成されている。図２は、カバー８０の斜視図である。図示するように、カバー８０の上面には、当該上面を貫通するサンプリング穴８１が形成されている。本実施形態では、サンプリング穴８１は、第１のコンパートメント４０の直上に形成されており、第１のコンパートメント４０に開口している。サンプリング穴８１に代えて、又は、加えて、第２のコンパートメント５０に開口するサンプリング穴が形成されていてもよい。

【0048】

さらに、カバー８０の上面には、当該上面を貫通する化学物質投入口８２が形成されている。化学物質投入口８２は、評価対象の化学物質を第１のコンパートメント４０に投入するために設けられる。本実施形態では、化学物質投入口８２は、カバー８０の略中央に形成されており、その直下には、第１のコンパートメント４０、あるいは、インサート９０が位置する。このため、化学物質投入口８２から投入された化学物質は、インサート９０が設置されてない場合は第１のコンパートメント４０に、インサート９０が設置されている場合にはインサート９０内に投入される。さらに、カバー８０には、入口ポート８３が形成される。入口ポート８３は、第１のコンパートメント４０に灌流液を注入するために設けられる。入口ポート８３には、例えば、灌流液を供給するためのシリンジポンプが接続される。入口ポート８３の内部通路は、切欠部４４の直上で開口する。切欠部４４は、インサート９０の外部に位置しているので、入口ポート８３は、第１のコンパートメント４０におけるインサート９０の外部に連通する。つまり、入口ポート８３から供給される灌流液は、切欠部４４を介して、第１のコンパートメント４０内かつインサート９０の外部に供給される。かかるカバー８０は、図３に示すように、壁部５１上に載置される。

【0049】

かかるカバー８０によれば、評価試験中に試験環境（すなわち、第１のコンパートメント４０および第２のコンパートメント５０）をクリーンな状態に容易に保つことができる。しかも、サンプリング穴８１によって、灌流液を容易にサンプリングすることができる。さらに、化学物質投入口８２によって化学物質を容易に投入できるとともに、入口ポート８３によって灌流液を容易に注入することができる。

【0050】

図４Ａは、デバイス２０の上面図である。図４Ｂは、図４Ａの矢視角Ａ～Ｃに基づくデバイス２０の断面図であり、初回通過効果の評価試験時の様子を示している。入口ポート８３から連続的に注入される灌流液９５は、第１のコンパートメント４０に流入し、インサート９０の周囲およびインサート９０の底部９１の下方を流れて、隔壁６０を超えて、第２のコンパートメント５０に流入する。灌流液は、第２のコンパートメント５０では、第２のコンパートメント５０の底部に配置された肝臓細胞９７の上方を流れ、壁部５２を超えて、出口３１から排出される。また、化学物質投入口８２から投入された化学物質は、インサート９０内の培地液９８と混ざり、小腸細胞９６および底部９１（多孔性メンブレンフィルター）を透過して、第１のコンパートメント４０内の灌流液９５に移行する。そして、化学物質は、上述した灌流液９５の流れによって肝臓細胞９７上を流通して、肝臓細胞９７で代謝される。

【0051】

図５は、デバイス２０を用いて初回通過効果の評価試験を行う場合の手順を示す説明図である。この試験では、まず、本体３０の第２のコンパートメント５０に肝臓細胞９７を播いてカバー８０を被せて培養する（ステップＳ１１０）。次いで、インサート９０に小腸細胞９６を播いて、底部９１（多孔性メンブレンフィルター）の上面を覆うように培養する（ステップＳ１２０）。次いで、肝臓細胞９７を培養させた本体３０（より具体的には、第１のコンパートメント４０）に、小腸細胞９６を培養させたインサート９０を差し込む（ステップＳ１３０）。次いで、本体３０にカバー８０を被せて、入口ポート８３にシリンジポンプを接続する（ステップＳ１４０）。次いで、シリンジポンプを作動させ、一度、灌流液９５をデバイス２０全体（つまり、第１のコンパートメント４０および第２のコンパートメント５０全体）に流す（ステップＳ１５０）。そして、カバー８０の中心に形成された化学物質投入口８２から、インサート９０に化学物質を投入し、カバー８０を被せた状態で試験を実施する（ステップＳ１６０）。

【0052】

この試験では、サンプリング穴８１から灌流液９５をサンプリングして、化学物質成分がどの程度混入しているかを確認することができる。また、出口３１から排出される灌流液９５を経時的にサンプリングして、検査することができる。さらに、第１のコンパートメント４０および第２のコンパートメント５０の底部（透明部材）を介して、小腸細胞９６および肝臓細胞９７を顕微鏡で観察することができる。また、カバー８０（透明部材）を介して、小腸細胞９６および肝臓細胞９７を顕微鏡で観察することもできる。

【0053】

図６は、第２実施形態としての化学物質評価用のキット１０５の斜視図である。以下、キット１０５について、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。キット１０５は、複数の化学物質評価用のデバイス１２０を備えている。

【0054】

図７は、デバイス１２０の本体１３０およびインサート９０の斜視図である。図８は、本体１３０およびインサート９０の断面斜視図である。デバイス１２０は、その形状が第１実施形態のデバイス２０と異なっている。具体的には、図７に示すように、デバイス１２０は、略円筒形の壁部１４１によって形成された第１のコンパートメント１４０と、壁部１４１から連続する２つの矩形状の壁部１５１によって形成された第２のコンパートメント１５０とを備えている。つまり、本実施形態では、第１のコンパートメント１４０と第２のコンパートメント１５０とが並んで配置されている。第２のコンパートメント１５０は、円柱状の第１のコンパートメント１４０から延在する細長い形状を有している。図８に示すように第１のコンパートメント１４０と第２のコンパートメント１５０とは、第１実施形態と同様に、傾斜面１６１を有する隔壁１６０によって区画されている。また、第２のコンパートメント１５０の下流端には、壁部１５２が形成されている。壁部１５２が形成されていない場合には、図７に示すように、壁部１５２よりも下流側には、第２のコンパートメント１５０における細胞培養時に第２のコンパートメント１５０をシールするためのシール９３が取り付けられてもよい。

【0055】

本実施形態では、デバイス１２０は、カバーを備えていない。このため、図７に示すように、灌流液を注入するためにシリンジポンプに接続される入口ポート１４５が壁部１４１に形成されている。ただし、デバイス１２０は、第１実施例と同様のカバーを備えていてもよい。この場合、カバーは、入口ポートを備えていなくてもよい。入口ポート１４５は、図８に示すように、第１のコンパートメント１４０の内部と直接的に連通している。入口ポート１４５の下端は、隔壁１６０よりも高い位置にあってもよい。この場合、第１のコンパートメント１４０内の灌流液の水位は、入口ポート１４５よりも下方に位置することになる。このため、シリンジポンプから入口ポート１４５を介して第１のコンパートメント１４０内に供給される灌流液の流速が遅い場合であっても、第１のコンパートメント１４０内の灌流液と入口ポート１４５内の灌流液との間での化学物質の濃度勾配に起因して第１のコンパートメント１４０から入口ポート１４５へ化学物質が移行することを防止できる。また、壁部１４１には、第１実施形態と同様に、インサート９０を支持するための一対のスリット１４２が形成されている。

【0056】

壁部１５１の基部からベース１７０が延在している。ベース１７０は、壁部１４１の外径とほぼ同一の幅を有している。ベース１７０は、第１実施例と同様に、凸部１７１および凹部１７２を備えており、図６に示すように、複数のデバイス１２０を、第１のコンパートメント１４０と第２のコンパートメント１５０とが並ぶ方向と直交する方向に連結することができる。かかるキット１０５によれば、複数のデバイス１２０をコンパクトに並べて配置することができる。

【0057】

図９は、第３実施形態としての化学物質評価用のキット２０５の斜視図である。図１０は、キット２０５の分解斜視図である。以下、キット２０５について、第２実施形態と異なる点についてのみ説明する。キット２０５は、複数の化学物質評価用のデバイス２２０を備えている。図１０に示すようにデバイス２２０の本体２３０は、略直方体の外形を有しており、その中に、第２実施形態と同様に、略円筒形の第１のコンパートメント２４０と、細長い第２のコンパートメント２５０と、が並んで配置されている。第１のコンパートメント２４０には、インサート２９０が挿入される。インサート２９０は、その上縁部がフランジ状に形成されており、当該フランジ状部分が本体２３０の上面に載置される点のみが第１実施形態のインサート９０と異なっている。本体２３０には、第２実施形態と同様に、第１のコンパートメント２４０と直接的に連通する入口ポート２４５が形成されている。デバイス２２０は、カバーを備えていない。ただし、デバイス２２０は、第１実施例と同様のカバーを備えていてもよい。この場合、カバーは、入口ポートを備えていなくてもよい。

【0058】

キット２０５は、さらに、複数のデバイス２２０の各々を、それらが短手方向に並んだ状態で収納するケース１００を備えている。ケース１００は、１つの底部１０２と、複数のパーティション１０１と、を備えている。複数のパーティション１０１は、隣り合う２つのパーティション１０１の間にデバイス２２０を摺動的に挿入できるように離間されている。壁部１０３には、入口ポート２４５が挿入される貫通穴（図示省略）が形成されている。かかるキット２０５によれば、複数のデバイス２２０をコンパクトに並べて配置することができ、また、容易に固定的に並べて配置することができる。ケース１００の底部１０２は、細胞を観察できるように透明部材から形成されていてもよい。また、代替態様として、ケース１００は、底部１０２を備えていなくてもよい。つまり、デバイス２２０の各コンパートメントの底部位置に相当する部位は開放形であってもよい。かかる構成によっても各コンパートメント内の細胞を観察することができる。

【0059】

図１１は、第４実施形態としての化学物質評価用のデバイス３２０の分解斜視図である。図１２は、デバイス３２０の斜視図である。図１３は、デバイス３２０の本体３３０の断面図である。以下、デバイス３２０について、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。図１１に示すように、デバイス３２０の本体３３０は、略円筒形の壁部３４１と、壁部３４１の外側で壁部３４１を取り囲むように配置された略円筒形の壁部３５１とを備えている。壁部３４１の内部に第１のコンパートメント３４０が形成され、壁部３４１と壁部３５１との間に第２のコンパートメント３５０が、第１のコンパートメント３４０と同心状に形成されている。第１のコンパートメント３４０と第２のコンパートメント３５０とは、隔壁３６０によって区画されている。

【0060】

第２のコンパートメント３５０において、隔壁３６０の近傍には、第２のコンパートメント３５０の上流端と下流端とを仕切る仕切壁３５２が形成されている。図１３に示すように、壁部３５１には、灌流液を注入するための入口ポート３４５が形成されている。入口ポート３４５は、第２のコンパートメント３５０の下方を延在して、連通穴３４６を介して第１のコンパートメント３４０内に連通している。図１１に示すように、第２のコンパートメント３５０の下流端に対応する位置において、壁部３５１には、灌流液を排出するための排出口３５３が形成されている。入口ポート３４５から灌流液を連続的に供給すると、灌流液は、第１のコンパートメント３４０および第２のコンパートメント３５０を流れて、排出口３５３から排出される。

【0061】

壁部３５１には、さらに、第２のコンパートメント３５０を通る経路で灌流液を循環させるために、ポンプ（例えば、チューブポンプ）に接続するための循環入口ポート３５４および循環出口ポート３５５が形成されている。循環入口ポート３５４は、第２のコンパートメント３５０の上流端に対応する位置に形成されており、循環出口ポート３５５は、第２のコンパートメント３５０の下流端に対応する位置に形成されている。排出口３５３および循環出口ポート３５５の上流側には、壁部３５６が形成されている。この壁部３５６は、第２のコンパートメント３５０内で細胞を培養する際に、培地液を貯留するために設けられており、図７に示される壁部１５２に相当する。

【0062】

第１のコンパートメント３４０および第２のコンパートメント３５０に灌流液が一定量貯留された後、灌流液は、循環入口ポート３５４および循環出口ポート３５５を介して循環され得る。具体的には、まず、入口ポート３４５からの灌流液の供給を停止するとともに、排出口３５３が塞がれる。その後、循環出口ポート３５５を出た灌流液は、ポンプを介して、再度、循環入口ポート３５４から第２のコンパートメント３５０に流入する。それによって、灌流液は、第２のコンパートメント３５０を循環することになる。かかる構成によれば、動物の循環器系を模した環境下で、第２のコンパートメント３５０に配置された細胞に対する化学物質の長期的な影響を評価することができる。

【0063】

図１１に示すように、本実施形態では、カバー３８０は、サンプリング穴および化学物質投入口を有していない。このため、サンプリング時、および、化学物質投入時には、カバー３８０は取り外される。

【0064】

上述した諸実施形態において、インサートは必須ではなく、第１のコンパートメント内に直接的に細胞が配置されてもよい。また、デバイスは、第１のコンパートメントおよび第２のコンパートメントのうちの少なくとも一方は、並列的に区画された２つ以上のサブコンパートメントを備えていてもよい。この場合、コンパートメント同士を区画する隔壁は、サブコンパートメントごとに設けられてもよい。さらに、デバイスは、直列に連通する３つ以上のコンパートメントを備えていてもよい。この場合、３つ以上のコンパートメントのうちの隣り合う２つのコンパートメントは、それぞれ、隔壁によって区画される。３つ以上のコンパートメントのうちの少なくとも１つは、並列的に区画された２つ以上のサブコンパートメントを備えていてもよい。

【0065】

Ｂ．デバイスの使用態様
上述したデバイスは、複数あるコンパートメントに播種する細胞をヒトの臓器・組織を模して組み合わせることが可能であることから、例えば、経口初回通過効果（腸管上皮細胞－肝細胞）、血液脳関門（脳毛細血管内皮細胞－神経細胞）、血液胎盤関門（シンシチオトロホブラスト（栄養膜合胞体）層－胎児組織・未分化組織）、腸管（腸管上皮細胞）－肝臓（肝細胞）－血液脳関門（脳毛細血管内皮細胞－神経細胞）、腸管（腸管上皮細胞）－肝臓（肝細胞）－腎（腎臓尿細管上皮細胞）等のモデル化が可能である。

【0066】

本発明の一態様において、デバイスに、底面に多孔質メンブレンフィルターを有する、着脱可能な細胞培養容器（インサート）を装着してもよい。細胞培養容器中で細胞を培養することにより、好ましくは、多孔質メンブレンフィルター上（又は下）に細胞の膜（細胞シート）が形成される。細胞培養液、灌流液等の液体、および、液体に溶解又は縣濁した小分子（化学物質等）は、多孔質メンブレンフィルターを透過するが、細胞は多孔質メンブレンフィルターを透過しない。細胞シートにより化学物質と液体キャリヤーとを分離させることで、化学物質が細胞シートを透過し、液体キャリヤーに移行する化学物質動態を直接的に評価出来る。細胞シートからの化学物質透過は、小腸、脳血管関門、胎盤、肺、腎臓などにおける化学物質吸収・排泄に加え、化学物質代謝、化学物質相互作用、遺伝子多型の影響等を直接的に反映できる。

【0067】

（１）化学物質
デバイスに適用しうる化学物質の種類は特に限定されない。デバイスに適用しうる化学物質には、生体に適用される可能性がある任意の化学物質が含まれる。化学物質は、液体であってもよく、あるいは、細胞培養液、灌流液等に溶解又は縣濁可能な固体、半固体であってもよい。化学物質には、例えば、医薬品、香粧品（化粧品）、食品添加物、農薬、あるいはこれらの候補物質などが含まれる。化学物質は、化合物、核酸、ペプチド、タンパク質（抗体等）、金属などを含む。化学物質は、人工的に合成されたものであっても、微生物、植物、動物等より得られた天然由来のものであってもよい。

【0068】

デバイスに提供される化学物質は、生体に影響を及ぼしうる有効成分自体であってもよい。あるいは、デバイスに提供される化学物質は、有効成分の他に生体に適用するための、生体に適用可能な担体、ビヒクル等を含む、組成物、剤の態様であってもよい。担体およびビヒクルは、経口投与又は非経口投与（経皮投与、皮下投与、腹腔内投与等）のための医薬組成物の調製のために一般に用いられるものを使用可能である。適切な単位形態には、経口形態、例えば錠剤、軟又は硬のカプセル剤、サシェ剤中の散剤又は顆粒剤、および液剤、懸濁剤又は乳剤、並びに、非経口投与用の注射剤、点滴剤、パッチ剤、エアゾール剤、点眼剤、眼軟膏剤、軟膏剤、リニメント剤、リモナーデ剤、流エキス剤、ローション剤、経皮吸収型製剤、貼付剤等が含まれる。

【0069】

あるいは、例えば、細胞培養容器（インサート）デバイスに適用するものは、生体に影響を及ぼしうる有効成分としての化学物質自体ではなく、化学物質を産生する若しくは放出する物質、生物であってもよい。「化学物質を産生する若しくは放出する物質、生物」とは、例えば、非限定的に、腸内細菌、核酸（核酸医薬等）等が含まれる。「化学物質を産生する若しくは放出する物質、生物」は、灌流液により運ばれなくても、これらから産生／放出された有効成分（化学物質）が細胞培養液、灌流液に溶解又は縣濁して、運ばれる。本明細書においては、このような「有効成分を産生する若しくは放出する物質、生物」も含めて「化学物質」と呼称する場合がある。

【0070】

複数種の化学物質を、上記のデバイスに適用してもよい。例えば、複数種の化学物質を細胞培養容器に同時又は経時的に適用したものを、第１のコンパートメントに挿入してもよい。本明細書および特許請求の範囲において、「第１のコンパートメントに化学物質を適用する」との記載は、特に明示しない限り、細胞培養容器を第１のコンパートメントに挿入し、化学物質を細胞培養容器に適用することと、細胞培養容器を使用しない場合において化学物質を第１のコンパートメントに直接的に適用することと、の双方を含む。これにより、複数種の化学物質の組み合わせを同じ臓器・組織に同時又は経時的に投与した場合の生体への影響を調べることができる。あるいは、第１のコンパートメントに細胞培養容器を挿入して、化学物質を細胞培養容器に適用し、別の又は同じ化学物質を第２又はそれ以降のコンパートメントに適用してもよい。これらにより、複数種の化学物質の組み合わせ又は１種類の化学物質を、異なる臓器・組織に同時又は経時的に投与した場合の生体への影響を調べることができる。

【0071】

（２）細胞
上記のデバイスに適用しうる細胞の種類は、特に限定されない。デバイスに適用する細胞は、フィルター又は容器の底面若しくは壁面に付着する付着性細胞であってもよく、細胞培養液若しくは灌流液中に浮遊する浮遊細胞であってもよい。上記デバイスによれば、細胞を含むコンパートメントを連続的につなげることにより、より生体の臓器、組織の環境に近い状態を再現できる。評価をしたい臓器、組織の構成を再現するのに適した細胞を用いるのが好ましい。各臓器、組織のモデル細胞として確立している細胞株を用いることも可能である。例えば、非限定的に、腸管上皮細胞のモデル細胞としてＣａｃｏ－２細胞、肝細胞のモデル細胞としてＨｅｐＧ２細胞、神経細胞のモデル細胞としてＮＳＣ－３４細胞系（ＣＥＬＬｕｔｉｏｎｓ ＢＩＯＳＹＳＴＥＭＳ社製、コスモバイオ社販売）、脳毛細血管内皮細胞のモデル細胞として、ヒト不死化脳毛細血管内皮細胞、腎臓尿細管上皮細胞は遺伝子操作されたイヌ腎臓尿細管上皮細胞株（ＭＤＣＫ）を用いてもよい。あるいは、ヒト人工多能性幹細胞（ｉＰＳ細胞）から分化誘導した細胞、あるいはｉＰＳ細胞細胞から分化誘導して作製した３次元組織体（オルガノイドあるいはスフェロイド）を用いてもよい。血液胎盤関門（シンシチオトロホブラスト（栄養膜合胞体））のモデルは、例えば、ヒトの胎盤を用いて、例えば、Reproductive Biology and Endocrinology (2015) 13:71に記載のように調製することができる。遺伝子操作を施した細胞株を用いてもよい。

【0072】

細胞は、細胞培養容器に播種してもよい。細胞は、多孔質メンブレンフィルターを通過できず、かつ、灌流液によって運ばれることがない付着性細胞の場合、細胞培養器の多孔質メンブレンフィルターの上面に付着し、細胞シートを形成しうる。あるいは、細胞を第１のコンパートメントに播種してもよい。付着性細胞の場合、細胞培養器の多孔質メンブレンフィルターの下面又は第１のコンパートメントの容器の底面に細胞が付着して、細胞シートを形成しうる。本明細書および特許請求の範囲において、「第１のコンパートメントに細胞を播種する（配置する）」との記載は、特に明示しない限り、細胞を細胞培養容器に播種し、細胞培養容器を第１のコンパートメントに挿入することと、細胞を第１のコンパートメントに播種することと、の双方を含む。あるいは、細胞を第２又はそれ以降のコンパートメントに播種してもよい。

【0073】

細胞培養容器、コンパートメント毎に異なる種類の細胞を播種することができる。また、１つの容器又はコンパートメント中に２種類以上の細胞を播種してもよい。

【0074】

（３）細胞培養容器（インサート）
細胞培養容器（インサート）は、公知のものを使用可能である。例えば、Ｆａｌｃｏｎ社製のカルチャー インサート、ミリポア社製のミリセル セルカルチャーインサート等が含まれる。多孔質メンブレンフィルターは、好ましくはポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエステル又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、もしくはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の材質で形成されており、好ましくは直径約０．１μｍ～約１０．０μｍ、より好ましくは、約０．２μｍ～８．０μｍの穴が複数空いているものである。

【0075】

本発明は、上記デバイスに１又は１以上の臓器の細胞を適用した臓器モデルも含む。本発明は、上記デバイス又は上記臓器モデルの化学物質の評価方法への使用も含む。

【0076】

（４）臓器（腸管・肝臓）－モデル（ヒトＢ型肝炎ウイルスによる肝炎モデル）
上記のデバイスを用いたモデルの一態様として、臓器（腸管・肝臓）－モデル（ヒトＢ型肝炎ウイルスによる肝炎モデル）が含まれる。

【0077】

腸管上皮細胞は腸管免疫系に様々な形で関わっている。炎症性サイトカインや過酸化物などにより腸管上皮細胞層が傷害をうけると、その周囲の免疫細胞が活性化され、上皮層の修復や異物の排除が行われる。この免疫応答が過剰になると腸管組織に炎症を生じる。一方、腸管上皮細胞の炎症性サイトカイン産生は炎症反応の重要な要因の一つであり、免疫応答の初期段階を担っている。炎症性サイトカインは、免疫応答を自ら示すだけでなく、他の免疫担当細胞の応答を誘導する役割も担っている。

【0078】

経口投与された化学物質は、腸管上皮細胞から吸収され、門脈系の血管を介して、肝臓に運ばれる。門脈系の血管とは、腹部臓器の血液を集めて肝臓に入る血管であり、小腸の全部、盲腸、上行結腸、横行結腸からの上腸間膜静脈、下行結腸、Ｓ状結腸からの下腸間膜静脈、そして、脾臓からの脾静脈を含む。

【0079】

図１４Ａおよび図１４Ｂは、臓器（腸管・肝臓）－モデル（ヒトＢ型肝炎ウイルスによる肝炎モデル）の一例を示す。肝細胞がヒトＢ型肝炎ウイルス（ＨＢＶ）に感染して炎症を起こす状態のモデルである。細胞培養容器の多孔質メンブレンフィルター上に、ヒト腸管上皮細胞が細胞シートを形成している。細胞培養溶液中には、腸内細菌代謝産物（腸内細菌生産物質）、リポ多糖（ＬＰＳ）等が含まれている。炎症状態のため、灌流液中に、インターロイキン類（ＩＬｓ）、腫瘍壊死因子（ＴＮＦ）α、トランスフォーミング増殖因子（ＴＧＦ）β等の炎症性サイトカイン、および、白血球の一種である好中球が存在する。第１のコンパートメントからの灌流液が、第２のコンパートメントに供給される。第２のコンパートメントには、ヒト肝細胞およびマクロファージ（Ｍ１又はＭ２－Ｍφ）が存在する。マクロファージは白血球の１種で遊走性の食細胞である。第２のコンパートメントの肝細胞はＨＢＶに感染しており、どの様な条件が最も肝炎を起こしやすいかを評価できるモデルである。また、例えば、細胞培養溶液中に化学物質（例えば、医薬品候補物質）を添加することにより、化合物が腸管上皮細胞を通過し、肝細胞に感染しているＨＢＶへの影響を評価することができる。ＨＢＶの代わりにヒトＣ型肝炎ウイルス（ＨＣＶ）であってもよい。

【0080】

図１４Ａは、第１のコンパートメントと第２のコンパートメントの独立した組み合わせが複数ある態様である。第２のコンパートメントは、１つめの組み合わせ（図１４Ａの左）では、ヒト肝細胞がカプセル化されており、２つめの組み合わせ（図１４Ａの真ん中）では、ヒト肝細胞とマクロファージが各々別個にカプセル化されており、そして、３つめの組み合わせ（図１４Ａの右）では、ヒト肝細胞とマクロファージの双方がまとめてカプセル化あるいは共培養されている。カプセルとは、細胞は通り抜けできないがＨＢＶ、ＨＣＶあるいはタンパク質等は通り抜けできる膜である。

【0081】

図１４Ｂは、第２のコンパートメントが複数のサブコンパートを有する態様である。第１のコンパートメントからの灌流液が、並列的に区画された３つのサブコンパートメントを備える第２のコンパートメントに分かれて供給される。第２のコンパートメントの１つめのサブコンパートメントでは、ヒト肝細胞がカプセル化されており、２つめのサブコンパートメントでは、ヒト肝細胞とマクロファージが各々別個にカプセル化されており、そして、３つめのサブコンパートメントでは、ヒト肝細胞とマクロファージの双方がまとめてカプセル化あるいは共培養されている。

【0082】

（５）臓器（脳（血液脳関門／中枢神経系））－モデル
上記のデバイスは、臓器（脳（血液脳関門／中枢神経系））－モデルとしても利用可能である。

【0083】

血管周皮細胞（ペリサイト、ｐｅｒｉｃｙｔｅ）は、Ｒｏｕｇｅｔ細胞とも呼ばれ、中胚葉性の細胞で毛細血管壁を取り巻くように存在する。脳神経においては、血管周皮細胞（ペリサイト）は神経細胞、脳血管内皮細胞、アストロサイト（ａｓｔｒｏｃｙｔｅ）（星状膠細胞）（中枢神経系に存在するグリア細胞の１つ）等と共に神経血管単位（Ｎｅｕｒｏｖａｓｃｕｌａｒ ｕｎｉｔ、ＮＶＵ）を形成し、血管の成熟・安定化、脳血液関門の維持、虚血時の神経保護・修復等を担っていると考えられている。

【0084】

図１５Ａおよび図１５Ｂは、臓器（脳（血液脳関門／中枢神経系））－モデルの一例を示す。細胞培養容器の多孔質メンブレンフィルター上に、ヒト脳血管内皮細胞が細胞シートを形成している。第１のコンパートメントに含まれるヒトのペリサイトは、細胞培養容器の多孔質メンブレンフィルターの下面に付着し、細胞シートを形成している。ヒトのアストロサイトは、第１のコンパートメントの底面に付着し、細胞シートを形成している。化学物質が、第１のコンパートメントに添加される。第１のコンパートメントからの灌流液が、第２のコンパートメントに供給される。第２のコンパートメントには、ヒト神経細胞やグリア細胞が存在する。神経細胞はドーパミン産生細胞等であり、グリア細胞（神経膠細胞）は、ミクログリア（小膠細胞）、オリゴデンドロサイト（希突起グリア細胞）、アストロサイト（星状膠細胞）、上衣細胞、シュワン細胞等である。例えば、細胞培養溶液中に、化学物質を添加することにより、化学物質が、血管内皮細胞、ペリサイトを通過し、アストロサイトと接触する。化学物質又はその代謝物が、第２のコンパートメント中の脳（中枢神経系）モデルに到達し、神経細胞あるいはグリア細胞への影響を評価することができる。

【0085】

図１５Ａは、第１のコンパートメントと第２のコンパートメントの独立した組み合わせが複数ある態様である。第２のコンパートメントは、１つめの組み合わせ（図１５Ａの左）では、神経細胞が存在しており、２つめの組み合わせ（図１５Ａの真ん中）では、ヒトグリア細胞が存在しており、そして、３つめの組み合わせ（図１５Ａの右）では、ヒト神経細胞とグリア細胞の双方が存在して、共培養されている。

【0086】

図１５Ｂは、第２のコンパートメントが複数のサブコンパートを有する態様である。第１のコンパートメントからの灌流液が、並列的に区画された３つのサブコンパートメントを備える第２のコンパートメントに分かれて供給される。１つめのサブコンパートメントでは、神経細胞が存在しており、２つめのサブコンパートメントでは、ヒトグリア細胞が存在しており、そして、３つめのサブコンパートメントでは、ヒト神経細胞とグリア細胞の双方が存在して、共培養されている。

【0087】

（６）臓器（腸管・肝臓・脳（血液脳関門／中枢神経系））－モデル
上記のデバイスは、臓器（腸管・肝臓・脳（血液脳関門／中枢神経系））－モデルとしても利用可能である。

【0088】

図１６は、臓器（腸管・肝臓・脳（血液脳関門／中枢神経系））－モデルの一例を示す。この態様では、腸管モデル、肝臓モデル、血液脳関門モデルおよび中枢神経系モデルがタンデムに連通している。化学物質（例えば、医薬品候補物質）が、腸管上皮細胞、肝細胞、血液脳関門、中枢神経系に与える効果を評価する。細胞培養容器の多孔質メンブレンフィルター上に、ヒト腸管上皮細胞が細胞シートを形成している。化学物質が、第１のコンパートメントに添加される。化学物質は、腸管上皮細胞を介して、第１のコンパートメント中に入り、灌流液により運ばれる。腸管上皮細胞を経ることにより化学物質の全部又は一部が代謝されうる。第１のコンパートメントからの灌流液が、第２のコンパートメントに供給される。第２のコンパートメントは、肝臓モデルである。第２のコンパートメントには、ヒト肝細胞およびマクロファージ（Ｍ１又はＭ２－Ｍφ）が存在する。マクロファージは白血球の１種で遊走性の食細胞である。第３のコンパートメントは、血液脳関門のモデルである。細胞培養容器の多孔質メンブレンフィルター上に、ヒト脳血管内皮細胞が細胞シートを形成している。第３のコンパートメントに含まれるヒトのペリサイトは、細胞培養容器の多孔質メンブレンフィルターの下面に付着し、細胞シートを形成している。ヒトのアストロサイトは、第３のコンパートメントの底面に付着し、細胞シートを形成している。第４のコンパートメントは、中枢神経系のモデルである。第４のコンパートメントには、ヒト神経細胞が存在する。神経細胞はドーパミン産生細胞等である。化学物質の血液脳関門の透過や機能への影響を評価することができる。

【0089】

図１７は、臓器（腸管・肝臓・脳（血液脳関門／中枢神経系））－モデルであって、腸内細菌叢又は薬物による破綻モデルの一例である。図１６と同様に、腸管モデル、肝臓モデル、血液脳関門モデル、中枢神経系モデルがタンデムに連通している。本モデルは、腸内細菌（Ｉｎｔｅｓｔｉｎａｌ ｆｌｏｒａ）あるいは腸内細菌が増殖に伴い産生する物質（腸内細菌代謝産物又は腸内細菌生産物質）が、腸管、肝蔵、血液脳関門又は中枢神経系に与える効果を評価するモデルである。細胞培養容器の細胞培養液中に腸内細菌（乳酸桿菌、ビフィズス菌、大腸菌、ウェルシュ菌、ブドウ球菌等）が添加されている。あるいは腸内細菌産生物質（代謝産物、生産物質）、又は、腸管、肝蔵、血液脳関門若しくは中枢神経系の機能への影響を与える可能性のある薬物を添加してもよい。細胞培養溶液中には、リポ多糖（ＬＰＳ）等が含まれている。第１のコンパートメントの底面にヒト腸管上皮細胞が付着し、細胞シートを形成している。炎症状態のため、灌流液中に、インターロイキン類（ＩＬｓ）、腫瘍壊死因子（ＴＮＦ）α、トランスフォーミング増殖因子（ＴＧＦ）β等の炎症性サイトカイン、および、白血球の一種である好中球が存在する。第１のコンパートメントからの灌流液が、第２のコンパートメントに供給される。第１～第４のコンパートメントのその他の構成は、図１６に記載の態様と同様である。

【0090】

図１７のモデルは、腸内細菌が産生する物質あるいは薬物により、腸管、肝蔵、血液脳関門若しくは中枢神経系が障害された状態が再現されたモデルである。腸内細菌が産生する物質あるいは薬物による、腸管、肝臓、血液脳関門又は中枢神経系の機能への影響を評価することができる。

【0091】

（７）臓器（腸管・肝臓・腎臓）－モデル
上記のデバイスは、臓器（腸管・肝臓・腎臓）－モデルとしても利用可能である。

【0092】

図１８は、臓器（腸管・肝臓・腎臓）－モデルの一例である。この態様では、腸管モデル、肝臓モデルおよび腎臓モデルがタンデムに連通している。第１のコンパートメントの腸管モデル、および第２のコンパートメントの肝臓モデルは、図１６と同様である。第２のコンパートメントのヒト肝細胞により、化学物質はさらに代謝を受け、灌流液により第３のコンパートメントに運ばれる。第３のコンパートメントは、腎臓モデル（尿排泄）である。第３のコンパートメントに挿入される細胞培養容器の多孔質メンブレンフィルター上に、ヒト腎臓尿細管上皮細胞が細胞シートを形成している。第３のコンパートメントに挿入される細胞培養容器の下を化学物質およびその代謝物が移動する。移動の際に化学物質およびその代謝物の一部はヒト腎臓尿細管上皮細胞を経ることにより細胞培養容器内に移行する（尿細管排泄モデル）。あるいは、第３のコンパートメントに挿入される細胞培養容器に、第１のコンパートメントに添加される化学物質と同一又は異なる化学物質を添加してもよい（尿細管再吸収モデル）。

【0093】

（８）評価
上記のデバイスは、生体の組織、臓器により近い環境を提供するために、これを用いて、種々の化学物質の評価を行うことができる。化学物質の評価の内容は特に限定されない。医薬品、香粧品（化粧品）、食品添加物、農薬等の化学物質（その代謝産物を含む）の体内動態、生体に与える影響（生物学的活性を含む）、化学物質が生体から受ける影響など、化学物質を能動的若しくは受動的に生体に適用することによるあらゆる影響（生体内の単なる通過状況を含む）の評価を含む（本明細書において、「生体への影響の評価」と総称することがある）。非限定的に、化学物質の体内動態評価、医薬品の薬効・薬理などの効果の評価、毒性評価、食品添加物の生体へ与える効果・毒性の評価、あるいは、農薬の毒性評価等が含まれる。

【0094】

体内動態評価は、例えば、投与した化学物質又はその代謝物の各臓器、組織中の細胞（本発明のデバイス中の細胞シート、各コンパートメント）の透過量や透過率、などの動態を調べることによって行うことができる。
薬効・薬理評価は、例えば、化学物質が医薬品の場合に、投与する医薬品、対象とする組織、臓器、疾患等に応じて適宜公知の方法を用いて行うことができる。ＥＣ_５０、ＩＣ_５０等の数値によって効果の度合いを示すことができる。毒性評価は、医薬品の安全な投与量、投与期間等、化学質を安全に投与するために必要な評価で、適宜公知の方法を用いて行うことができる。
あるいは、食品添加物、農薬等が生体に取り込まれた場合の好ましくない影響（毒性）の評価も含まれる。これらも、適宜公知の方法を用いて行うことができる。

【実施例】

【0095】

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。当業者は本明細書の記載に基づいて容易に本発明に修飾・変更を加えることができ、それらは本発明の技術的範囲に含まれる。

【0096】

実施例１：化学物質の初回通過効果の評価
本実施例では、小腸上皮細胞と肝細胞を各々別のコンパートメントに播種し、各コンパートメントを流路系でつなげたデバイスを用い、化学物質の初回通過効果の評価を行った。図１に記載のデバイスに小腸上皮細胞のモデル細胞としてＣａｃｏ－２細胞、肝細胞のモデル細胞としてＨｅｐＧ２細胞にＣＹＰ３Ａ４が過剰発現するように遺伝子操作されたＨｅｐＧ２－ＣＹＰ３Ａ４細胞を播種し、化学物質の初回通過効果（吸収、代謝）を２種類の細胞（小腸上皮細胞および肝細胞）について同時に評価した。

【0097】

（１）細胞
Ｃａｃｏ－２細胞は理化学研究所バイオソースセンター（茨城）より入手した。ＨｅｐＧ２－ＣＹＰ３Ａ４細胞は国立研究開発法人 医薬基盤・健康・栄養研究所 ＪＣＲＢ 細胞バンク（大阪）より入手した。

【0098】

（２）細胞培養培地
１０％ウシ胎仔血清（ＦＢＳ）、２ｍｍｏｌ／ＬのＬ－グルタミン（Ｌ－Ｇｌｕ）、１％非必須アミノ酸（ＮＥＡＡ）、１００ｕｎｉｔｓ／ｍＬペニシリンＧ、１００μｇ／ｍＬのストレプトマイシンを含むダルベッコ改変イーグル培地（ＤＭＥＭ）を用いた。

【0099】

（３）細胞の培養
ａ）Ｃａｃｏ－２細胞
ｉ）多孔性メンブレンフィルターの内側（ａｐｉｃａｌ側）に、細胞懸濁液を０．５－５×１０５ｃｅｌｌｓ／ｃｍ２（例：０．６×１０５ｃｅｌｌｓ／ｃｍ２）の密度で０．４ｍＬ添加した。
ｉｉ）多孔性メンブレンフィルターの外側（ｂａｓａｌ側）に培地を０．８ｍＬ添加した。
ｉｉｉ）炭酸ガス培養器（３７℃、５％ ＣＯ２、加湿条件下）内でおよそ３週間培養した。適宜、ａｐｉｃａｌ側、およびｂａｓａｌ側の培地交換を行った。
試験に供する前に、電気抵抗測定装置を用いて単層膜の電気抵抗を測定した。試験には１００－８００Ω×ｃｍ２の電気抵抗値を示す単層膜を使用した。
ｂ）ＨｅｐＧ２－ＣＹＰ３Ａ４細胞
ｉ）デバイスに１．０×１０６ｃｅｌｌｓの細胞を播種した。
ｉｉ）炭酸ガス培養器（３７℃、５％ ＣＯ２、加湿条件下）内で培養した。
ｉｉｉ）適宜、培地交換を行い、デバイスの培養面に対して１００％コンフルエントになった時点で試験に供した。

【0100】

（４）基質溶液の調製
ミダゾラム（Ｍｉｄａｚｏｌａｍ）（ベンゾジアゼピン系の麻酔導入薬）をメタノールに溶解し、１０ｍｇ／ｍＬに調製した。さらにＨＢＳＳで希釈することで６２．５μｇ／ｍＬの基質溶液を調製した。

【0101】

（５）灌流試験
各操作は４０℃設定したホットプレート上で実施した。
（ｉ）ＨＢＳＳ（ｐＨ７．４）、および試験溶液を恒温槽（３７℃）内で加温した。
（ｉｉ）Ｃａｃｏ－２単層膜を調製したプレートのａｐｉｃａｌ側とｂａｓａｌ側の培地を吸引除去した。
（ｉｉｉ）ＨＢＳＳをａｐｉｃａｌ側に０．４ｍＬ、ｂａｓａｌ側に０．８ｍＬ添加して洗浄し、残ったＨＢＳＳを吸引除去した。
（ｉｖ）ＨＢＳＳをａｐｉｃａｌ側に０．０６ｍＬ添加し、インサートをデバイスに移した。
（ｖ）１０分間、１０ｍＬ／ｈｒの流速でデバイスにＨＢＳＳを予備灌流した。
（ｖｉ）５分間、０．５ｍＬ／ｈｒの流速でデバイスにＨＢＳＳを予備灌流した。
（ｖｉｉ）インサートに基質溶液を２４０μＬ添加し、本灌流を開始した。
（ｖｉｉｉ）３０分ごとに小腸コンパートメント、および肝臓コンパートメントより１８０分間サンプリングを行った。

【0102】

（６）定量
ＬＣ－ＭＳ－ＭＳを用い、ミダゾラム、およびその代謝物（１－ヒドロキシミダゾラム、４－ヒドロキシミダゾラム）の定量を行った。

【0103】

結果
小腸コンパートメントにおいて、Ｃａｃｏ－２細胞単層膜を透過したミダゾラムの継時的な透過量の増大が認められた。また、代謝物である１－ヒドロキシミダゾラムの生成が確認された（図１９）。肝臓コンパートメントにおいてもミダゾラムの継時的な透過量の増大が認められ、それに伴い代謝物である１－ヒドロキシミダゾラム、および４－ヒドロキシミダゾラムの生成が確認された（図２０）。

【0104】

上記のデバイスにより、腸管上皮細胞のモデル細胞と肝細胞のモデル細胞を同時に用いることで、従来の方法では不可能であった化学物質の腸管からの吸収と代謝、肝臓での代謝を同時にかつ簡便に評価することが可能となった。本実施例では腸管上皮細胞のモデル細胞と肝細胞のモデル細胞を用いたが、その他の臓器モデル細胞をさらに用いることで、吸収や代謝に加え、薬効・薬理や毒性についても評価可能である。また、動物実験の代替法としての利用も可能であり、動物愛護にも貢献可能である。

【0105】

Ｃ．デバイスの他の態様：
図２１は、本発明の第５実施形態による化学物質評価用のデバイス４２０の分解斜視図である。図２２は、デバイス４２０の斜視図であり、本体４３０にカバー４８０が装着された状態を示している。図２３は、図２１の断面図であり、図２４は、図２２の断面図である。以下、デバイス４２０について、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。図２１に示すように、デバイス４２０の本体４３０は、略直方体の外形を有している。本体４３０は、複数の第１のコンパートメント４４０と、１対１の関係で複数の第１のコンパートメント４４０にそれぞれ連通する複数の第２のコンパートメント４５０と、を備えている。第１のコンパートメント４４０および第２のコンパートメント４５０の形状は、第２実施形態と同様である。この第１のコンパートメント４４０および第２のコンパートメント４５０の対は、本体４３０の長手方向に複数（図示する例では１２個）並んで配置されている。第１のコンパートメント４４０の各々には、インサート２９０（第３実施形態参照）が挿入される。

【0106】

図２３および図２４に示すように、第１のコンパートメント４４０と第２のコンパートメント４５０とは、第２実施例と同様に、傾斜面４６１を有する隔壁４６０によって区画されている。また、第２実施例と同様に、第２のコンパートメント４５０の下流端には、壁部４５２が形成されている。

【0107】

カバー４８０は、本体４３０全体を覆う大きさを有している。カバー４８０には、第１のコンパートメント４４０および第２のコンパートメント４５０の対と同数のサンプリング穴４８１、化学物質投入口４８２および入口ポート４８３が形成されている。サンプリング穴４８１、化学物質投入口４８２および入口ポート４８３の機能は、第1実施形態におけるサンプリング穴８１、化学物質投入口８２および入口ポート８３の機能と同じである。

【0108】

カバー４８０には、さらに、第１のコンパートメント４４０および第２のコンパートメント４５０の対と同数の出口ポート４８４が形成されている。出口ポート４８４は、灌流液を排出するために形成されている。出口ポート４８４は、本体４３０のうちの壁部４５２よりも下流側の領域に対応する位置に配置されている。

【0109】

かかるデバイス４２０では、サンプリング穴４８１、化学物質投入口４８２、入口ポート４８３および出口ポート４８４にそれぞれ管を挿入することによって、灌流液の循環、化学物質の投入、および、灌流液のサンプリングを自動的に行うことができる。しかも、単一のデバイス４２０において、第１のコンパートメント４４０および第２のコンパートメント４５０の多数の対をコンパクトにレイアウトすることができる。

【0110】

図２５は、本発明の第６実施形態による化学物質評価用のデバイス５２０の分解斜視図である。図２６は、デバイス５２０の斜視図であり、本体５３０にカバー５８０が装着された状態を示している。図２７は、デバイス５２０の本体５３０の斜視図である。以下、デバイス５２０について、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。図２５に示すように、デバイス５２０のカバー５８０は、第１実施形態と同様に、サンプリング穴５８１と化学物質投入口５８２とを有している。入口ポート５８３は、カバー５８０の側方からカバー５８０を貫通するように延在している。デバイス５２０の本体５３０は、第１実施形態と同様に、壁部５４１，５５１によって形成される第１のコンパートメント５４０および第２のコンパートメント５５０を備えている。また、壁部５４１には、第１実施形態と同様に、スリット５４２が形成されている。壁部５４１には、切欠部５４４が形成されている。切欠部５４４の位置は、入口ポート５８３の内部通路が切欠部５４４の直上で開口するように設定されている。

【0111】

図２５に示すように、第２のコンパートメント５５０の排出口５３１は、側方（水平方向）に向けて開口している。この排出口５３１は、内側底面５３２を備えている。内側底面５３２は、Ｖ字状に形成されている。このため、内側底面５３２には、Ｖ字状溝５３３が形成されている。かかる構成によれば、排出口５３１から排出される灌流液の排出箇所をＶ字状溝５３３の底部付近に限定することができる。

【0112】

図２７に示すように、排出口５３１は、外側底面５３５を備えている。外側底面５３５は、排出口５３１の下流側の（つまり、最も下流側に位置する）外縁部５３４のところで下方に向けて突出している。かかる構成によれば、排出口５３１から排出される灌流液が外側底面５３５上を伝って第２のコンパートメント５５０側（本体５３０の中心側）に向けて進入することを抑制できる。

【0113】

図２８は、本発明の第７実施形態による化学物質評価用のデバイス６２０の斜視図であり、デバイス６２０を組み立てる手順を示している。図２９は、デバイス６２０の断面図である。図２８に示すように、デバイス６２０の本体６３０は、直列に連通する３つのコンパートメント６４０，６５０，６５５と、ベース６７０と、を備えている。図２９に示すように、コンパートメント６４０，６５０，６５５は、隔壁６６０，６６５によって区画されている。本体６３０を形成する壁部には、各コンパートメント６４０，６５０，６５５のために、インサート９０を支持するためのスリット６４２がそれぞれ形成されている。入口ポート６４５が、コンパートメント６４０，６５０，６５５のうちの最上流のコンパートメント６４０に接続されている。コンパートメント６４０，６５０，６５５のうちの最下流のコンパートメント６５５には、壁部６６７が形成され、その下流側には、出口６３１が形成されている。出口６３１には、シール６９３が取り付けられてもよい。

【0114】

カバー６８０は、本体６３０に追従した形状を有しており、コンパートメント６４０，６５０，６５５を覆う大きさを有している。カバー６８０には、各コンパートメント６４０，６５０，６５５に対応する位置に、化学物質投入口６８２が形成されている。化学物質投入口６８２に加えて、または代えて、サンプリング穴が形成されていてもよい。

【0115】

かかるデバイス６２０によれば、３つのコンパートメント６４０，６５０，６５５のうちの任意の数の任意の位置のコンパートメント（図示する例では、コンパートメント６４０，６５５）にインサート９０を挿入して、所望の評価対象環境をモデル化することができる。また、インサート９０の挿入位置を変更することによって、評価対象環境を容易に変更することができるので、汎用性に優れている。コンパートメントの数は、３つに限らず、２以上の任意の数であってもよい。

【0116】

上述したデバイスの使用態様において、コンパートメント内の液体には、食物繊維が添加されてもよい。そして、コンパートメント内の食物繊維が添加された液体は撹拌されてもよい。これによって、コンパートメント内の細胞を食物繊維で刺激することができる。

【0117】

図３０および図３１は、第１のコンパートメント４０内に配置されたインサート９０内を撹拌する様子を示す断面図である。図３０および図３１では、第１実施例のデバイス２０が例示的に使用されている。培地液９８には、食物繊維が予め添加されている。図３０では、インサート９０内に、多数の孔部を有する容器７９０（例えば、メッシュであってもよい）が配置されている。容器７９０内には、回転子７９５が挿入されている。この例では、スターラ（図示せず）によって回転子７９５を容器７９０内で回転させることによって、培地液９８を撹拌することができる。図３１では、容器７９０および回転子７９５に代えて、スポイド８９０が使用される。スポイド８９０は、化学物質投入口８２を介して挿入される。スポイド８９０によって、培地液９８を吸入し、その後、戻す（排出する）動作を繰り返すことによって、培地液９８を撹拌することができる。

【0118】

以上説明した本発明の種々の実施形態によれば、デバイスは、複数の領域（複数のコンパートメント）を備えており、各領域が液相（液体）で連通することができる連通部（流路）が形成される。これらの各領域では、細胞培養が可能である。各領域の細胞培養は、単一細胞種の培養であってもよく、あるいは、複数種細胞の共培養であってもよい。各領域は、細胞培養可能な表面処理（表面親水化、細胞接着因子塗布等）がなされていてもよい。表面処理の種類は、各領域間で同じであってもよく、あるいは、異なっていてもよい。各領域、または、連通部の一部は、細胞透過不可、かつ、液性因子透過可能である。細胞透過不可、かつ、液性因子透過可能である領域は、細胞培養面（細胞接着面）として使用することができる。

【0119】

また、連通部には、一方向の液体の流れが形成される。液体の流れは、重力によって発生されてもよく（そのための勾配が形成されていてもよい）、あるいは、送液デバイスによって発生されてもよい。液体の流れは環流であってもよい。液体は培養液である事が好ましい。

【0120】

上述のデバイスによれば、複数種の細胞を同じ培養系において、同時かつ細胞同士を分離し培養することができる。また、複数種の細胞が生体の物質の流れに関わる順に並ぶように、各コンパートメントに細胞を播種することができる。例えば、液体が流れる方向の上流側から見て、腸管細胞、肝細胞の順、血液脳関門、神経細胞の順、肝細胞、尿管細胞の順、に各コンパートメントに播種してもよい。さらに、これらの組合せにおいて、中間に血管内皮細胞の領域を設けることも可能である。

【0121】

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、上記した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれる。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、又は、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、又は、省略が可能である。

【産業上の利用可能性】

【0122】

本発明の諸実施形態によるデバイスおよびデバイス用いた方法は、化学物質の体内動態、効果、毒性などの生体への影響をインビトロでより正確に評価することを可能にするものであり、化学物質の吸収・排泄、代謝、安全性、薬理作用および製剤（ＤＤＳ）などの研究に有用である。また、医薬品以外にも、例えば化粧品に関し動物実験を用いて実験したものは販売できない地域・国（欧州等）もある。さらに、農薬や食物添加物では、ヒトに対する毒性実験（安全性試験）ができない。このような場合にも、ヒトや動物を模倣したモデル系のニーズがある。本発明の諸実施形態によるデバイスおよび方法は、（１）安価で簡便である、（２）利便性、操作性に優れている、（３）汎用性が高く、応用性に優れている、（４）培養条件が異なる細胞での評価ができる、（５）細胞のコンタミネーションが発生し難い、などの特徴がある。

【符号の説明】

【0123】

２０，１２０，２２０，３２０，４２０，５２０，６２０…デバイス
３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０…本体
３１，６３１…出口
４０，１４０，２４０，３４０，４４０，５４０…第１のコンパートメント
４１，１４１，３４１，５４１…壁部
４２，１４２，５４２，６４２…スリット
４４，５４４…切欠部
５０，１５０，２５０，３５０，４５０，５５０…第２のコンパートメント
５１，５２，１５１，１５２，３５１，３５６，４５２…壁部
６０，１６０，３６０，４６０，６６０，６６５…隔壁
６１，１６１，４６１…傾斜面
６２…溝
７０，１７０，６７０…ベース
７１，１７１…凸部
７２，１７２…凹部
８０，３８０，４８０，５８０，６８０…カバー
８１，４８１，５８１…サンプリング穴
８２，４８２，５８２，６８２…化学物質投入口
８３，４８３，５８３，６４５…入口ポート
９０，２９０…インサート
９１…底部
９２…突出部
９３，６９３…シール
９５…灌流液
９６…小腸細胞
９７…肝臓細胞
９８…培地液
１００…ケース
１０１…パーティション
１０２…底部
１０３…壁部
１０５，２０５…キット
１４５，２４５，３４５…入口ポート
３４６…連通穴
３５２…仕切壁
３５３…排出口
３５４…循環入口ポート
３５５…循環出口ポート
４８４…出口ポート
５３１…排出口
５３２…内側底面
５３３…Ｖ字状溝
５３４…外縁部
５３５…外側底面
６４０，６５０，６５５…コンパートメント
６６７…壁部
７９０…容器
７９５…回転子
８９０…スポイド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14A】

【図14B】

【図15A】

【図15B】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】