JP2644358B2 - 細胞の培養方法 - Google Patents

細胞の培養方法

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Description

【発明の詳細な説明】 (a)産業上の利用分野 本発明は動植物細胞の培養方法に関するものである。
更に詳しくは、細胞をサスペンジョン状態で培養する方
法において、培養液中に該培養液と実質的に混和しない
溶媒を共存させた場合に培養液中の細胞のロスを低減さ
せる方法に関するものである。
(b)従来技術 細胞の培養技術は、例えばウイルス,ワクチン,モノ
クローナル抗体,インターフェロンなどの抗ウイルス剤
或いはホルモンなどの生理活性物質の製造にとって重要
である。
従来、細胞培養は一般にシャーレ,試験管,培養びん
などを用いて実験室的規模で行なわれている。
一方、近年、細胞の大量培養法及びそのための装置と
して、いくつかの提案がなされている。これらの提案
は、大きく分けて付着培養と浮遊培養との2つの方式に
分類されるが、これらの方式は培養される細胞の特性に
よっていずれかに決められる。
本発明はサスペンジョン状態で付着培養又は浮遊培養
を行う方式における改良方法に関する。
一方、細胞の培養においては、通常酸素(O2)の供給
を必要とし、そのためサスペンジョン液の液面の気相部
から酸素含有ガスを溶解されて供給する方法、又はサス
ペンジョン液中へ酸素含有ガスを吹込んで供給する方法
などがとられている。
しかし、細胞培養を工業的規模,就中の酸素供給方法
は、いずれも不適当である。すなわちサスペンジョン液
面の自由表面から酸素を供給する場合は、サスペンショ
ン液量が増大するとそれと共に液表面の面積を増加させ
ることが出来ず、工業的規模では、酸素の供給不足を避
けることは不可能に近い。
またサスペンジョン液中へ酸素含有ガスを吸込んで供
給する場合には、発泡によって液面が上昇し、時には操
作を継続することさえ困難となる。さらにこの方式は、
気泡と接触することによって死滅乃至増殖活性が弱まる
細胞には採用し難いし、また気泡によって分離現象が起
きる細胞(例えば或る種の植物細胞)にも同様に用いる
ことは出来ない。
これらの前記方法の欠点を克服する方法として、酸素
を溶解させた過フッ素化合物(PERFLUOROCHEMICALS)を
培養液中に供給することにより酸素の供給を行なうとい
う方法が提案されている(BIO/TECHNOLOGY Vol.2 No.1
0 p713−724 1989)。また、過フッ素化合物に限ら
ず、他の非親水性有機溶媒も水系溶媒系に酸素を供給す
る方法として有用であることが知られている(Biotechn
ol.Bioeng.Vol.17 p815−826 1975)。しかし、水と実
質的に混和しないこれらの溶媒を水系培養系に共存させ
て撹拌培養を行なった場合、水系培養液と非親水性溶媒
とのある程度のエマルジョン化は避けられず、このエマ
ルジョン中に細胞がとり込まれ、水系溶媒液中の細胞密
度が減少するという欠点がある。この欠点は水系培養液
が無血清培地である場合に特に顕著である。また、この
欠点は非親水性溶媒を酸素供給以外の目的で水系培養液
中に存在させた場合にも同様である。
(c)発明の目的 本発明の目的は、非親水性溶媒を水系培養液と共存さ
せた場合について前記した問題点を解消することにあ
る。本発明者は培養系中にある種のポリマーを存在せし
めることによって細胞のエマルジョンへの取込みが抑制
されることを発見し本発明に到った。
(d)発明の構成 すなわち、本発明は細胞を培養液及び該培養液と実質
的に混和しない溶媒とからなる培養系中で撹拌培養する
際に、該培養系中にポリビニル系化合物,ポリグリコー
ル系化合物及びセルロース誘導体から成る群より選ばれ
た少なくとも一種の化合物を存在させることを特徴とす
る細胞の培養方法である。
かかる本発明によれば、非親水性溶媒を水系培養系に
共存させて撹拌培養を行なった場合にも水系培養液と非
親水性溶媒とのエマルジョンへの細胞の取込みによる細
胞のロスは最小限に抑えられ、動植物細胞を効果的に高
密度で生育させることが可能となる。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の細胞培養方法はサスペンジョン状態で細胞を
培養する方法に適用されるが、サスペンジョン状態と
は、水性培養液中で細胞それ自体が浮遊しながら、或い
は細胞が微小担体(マイクロキャリアー)に担持されて
浮遊しながら、またマイクロカプセル中で細胞が生育さ
れるような種々の浮遊培養をいう。特に本発明は、細胞
自体を浮遊させながら培養する方式に有利に用いられ
る。また、培養方式はバッチ(回分)、フェドバッチ
(半回分)、パーフュージョン(潅流)方式のいずれに
も適用されるが殊にパーフュージョン方式に有利に用い
られる。ここで、パーフュージョン方式とは、一般に新
しい培養液を培養槽中へ供給しつつ、生育阻害物質を含
んだ古い培養液を培養槽外へ排出しながら培養する方式
である。この方式を用いて培養するに当って重要なこと
の1つは、サスペンジョン液中の生細胞と前記古い培養
液とを効率よく分離し、古い培養液を培養槽外へ取り出
し、培養槽内の細胞の生育環境を最適条件下に維持する
ことである。また、ここでサスペンジョン液中から分離
され、培養槽外へ取り出された古い培養液は、膜による
分離法、或いは吸着による分離法などにより、その中に
含まれる生育阻害物質を除去し、更に必要により産生さ
れた有用物質を分画された後、培養に必要な添加成分を
新たに加えることにより、新しい培養液としてて再使用
することができる。
本発明の培養方法において、培養する細胞は動物細
胞、植物細胞いずれであっても良く天然のものであって
もまた人為的或いは遺伝子操作によって変成された細胞
であっても良い。本発明は特に動物細胞に有利に適用さ
れ、浮遊性細胞であっても接着性細胞であっても良い。
例えば、細胞としてIL−2−の如きリンホカインを産
生するリンパ球由来の細胞であってもよく、インターフ
ェロン(IFN)の如き有用な生理活性物質を産生する2
倍体細胞であってもよい。さらに種々のモノクローナル
抗体を産生する細胞であってもよく、遺伝子導入により
生理活性物質を産生するようになった細胞でも良い。
サスペンジョン培養に用いられる培養液は実質的に水
よりなる水性培養液である。該水性培養液は、動物細胞
の培養に通常使用される各種添加物例えば種々の無機
塩,ビタミン類,補酵素,ブドウ等,アミノ酸,抗生物
質,成長促進因子などを含有している。
また培養液には血清を加えることもできるが、血清を
用いない所謂無血清培地を培養液として使用することも
できる。本発明は無血清培地に好適に適用される。
本発明の培養方法において使用される非親水性溶媒と
しては培養液と実質的に混和せず、細胞の生育を実質的
に阻害しないものなら何でも良い。かかる溶媒としては
フルオロカーボン、あるいはイソオクタン,ヘキサン,
ヘプタンなどのパラフィン類などが挙げられる。これら
は単独でも二種以上の混合物でも使用され得る。本発明
においては殊にフルオロカーボンが好適に使用される。
かかるフルオロカーボンとしては、常温で液体である
ものが有利であり、市販されているものが広く利用でき
る。例えば各種熱媒体,電気絶縁材料として使用されて
いるフルオロカーボン,人工血液として使用されている
種々のフルオロカーボンが使用できる。その具体例とし
ては、例えば炭素数8以上のパーフルオロアルカン類,
パーフルオロシクロアルカン類(例えば、パーフルオロ
デカリン,パーフルオロメチルデカリン,炭素数3〜5
のアルキル置換基を有するパーフルオロアルキルシクロ
ヘキサン),炭素数5〜7のアルキル置換基を有するパ
ーフルオロアルキルテトラヒドロフラン類,炭素数4〜
6のアルキル置換基を有するパーフルオロアルキルテト
ラヒドロピラン類,パーフルオロアダマンタン類(例え
ばパーフルオロアダマンタン,パーフルオロメチルアダ
マンタン,パーフルオロジメチルアダマンタン,パーフ
ルオロジメチルエチルアダマンタン,パーフルオロジメ
チルアダマンタンなど)が挙げられる。前記フルオロカ
ーボンは、種々の基、例えば第3級アミノ基を含有した
ものであってもよい。
これらは一種でも二種以上の混合物でも使用される。
さらに住友スリーエム(株)より発売されている種々の
フロリナート(Fluorinert)であってもよい。
前記したフルオロカーボンは単に例示のために挙げた
のであって本発明方法の実施を妨げない限り他のフルオ
ロカーボンであっても何等差支えない。
本発明において使用される培養系に添加するポリマー
としてはポリビニル系化合物、ポリグリコール系化合物
及びセルロース誘導体から選ばれる化合物が挙げられ
る。
ポリビニル系化合物として下記式[I]で表わされる
化合物が挙げられる。
上記の化合物の具体例として、ポリビニルピロリド
ン,ポリビニルアルコール,ポリビニルエーテル(ポリ
メチルビニルエーテル)等がある。
ポリグリコール系化合物として下記式[II]又は[II
I]で表わされる化合物が挙げられる。またこれらの混
合物、共重合体も使用することができる。
上記化合物の具体例として、ポリエチレングリコー
ル,ポリプロピレングリコール又はこれらのエーテル,
エステルが挙げられる。すなわち、ポリエチレングリコ
ールセチルエーテル,ポリエチレングリコールドデシル
エーテル,ポリエチレングリコールノニルフェニルエー
テル,ポリエチレングリコールオレイルエーテル,ポリ
エチレングリコールステアレート[HO(CH2CH2O)mOCC
17H35],ポリプロピレングリコールセチルエーテル,
ポリプロピレングリコールドデシルエーテル,ポリプロ
ピレングリコールノニルフェニルエーテル等がある。
セルロース誘導体は、セルロース中の水酸基の少なく
とも一部に−OR5で表わされる置換基が結合したものでR
5として炭素数1〜3のアルキル基、ヒドロキシエチル
基[−CH2CH2OH]などが挙げられる。尚−OR5はセルロ
ース中のすべての水酸基に結合している必要はなく一部
でもよい。
上記に記載の培養系添加用ポリマーの分子量の範囲は
特に制限はないが、一般に100〜5,000,000のものが用い
られる。
培養液中への添加濃度は0.001g/〜100g/,好まし
くは0.1g/〜10g/加えるの有利である。
(e)発明の効果 かくして、本発明方法によれば動植物細胞を培養する
系において、水性培養液と実質的に混和しない溶媒を培
養系中に共存させて撹拌培養を行ない際に水と溶媒との
エマルジョンへの細胞の巻込みが最小限に抑制され、細
胞を高密度に増殖維持することが可能となる。
(f)実施例 以下、実施例を掲げて本発明を詳述する。
参考例1 培養系のモデル実験として以下のような実験を行なっ
た。
(1) 実験方法 プラスチック製遠心管(CORNING 25319,15ml)にポ
リビニルピロリドンK30(和光純薬,MW40,000)0.1%(w
/w)及びマウス・ヒトハイブリドーマX87株1×106cell
s/mlを含む培養液4mlを入れ、これにフルオロカーボン
(3M社製フロリナートFC−10)1mlを加え、天地を逆に
し、元に戻すことを繰り返し撹拌した。撹拌後培養液層
中の生細胞密度を計数し、以下の式により細胞保存率を
算出した。
比較としてポリビニルピロリドンを含まない培養液を
用いて同様に実験を行なった。培養液は以下に示すもの
(IRES−eRDF)を用いた。
(培養液) 基礎培地として、RPMI1640培地,ハム−F12培地及び
ダルベッコ変報イーグル培地を2:1:1で混合したものに
アミノ酸,グリコース等をさらに増強したもの(以下、
e−RDFと称する)を用い、増殖因子としてインスリ
ン,トランスフェリン,エタノールアミン,亜セレン酸
(ITES)を加えた。インスリンの添加量は9μg/ml,ト
ランスフェリンは10μg/ml,エタノールアミンは10μm,
亜セレン酸は20nMであった。
(2) 実験結果 撹拌回数と細胞保存率の関係を第1表に示す。
参考例2 ポリビニルピロリドンの濃度を種々に変えて撹拌回数
を100回とした以外は実施例1と同様に実験を行なっ
た。実験結果を第2表に示す。
参考例3 疎水性溶媒の種類を種々に変えて撹拌回数を100回と
した以外は実験例1と同様に実験を行なった。実験結果
を第3表に示す。
参考例4 添加ポリマーを種々に変えて撹拌回数を100回とした
以外は実施例1と同様に実験を行なった。実験結果を第
4表に示す。
参考例5 細胞にBHK株を用い、撹拌回数を100回とした以外は実
施例1と同様に実験を行なった。実験結果を第5表に示
す。
実施例 (実験装置) 本実験用いた装置のフローチャートを第1図に示す。
培養装置としては内筒外径90mmφ、外筒内径130mmφの
ガラス製重力沈降型潅流培養槽を用いた。正味の培養容
積(細胞が存在する部分の容積)は約1.6であった。
培養槽にはテフロン製のパドル型撹拌翼が設けられてい
る。酸素を含有したフルオロカーボンは培養槽上部より
液適状で供給した。フルオロカーボンは培養液と分離し
て培養槽槽底に溜る。このフルオロカーボンをポンプに
より酸素吸収塔へ送入した。酸素を吸収したフルオロカ
ーボンは吸収塔の内筒から溢流して倍層槽に流入し循環
使用された。
(細 胞) マウス・ヒト・ハイブリドーマX87株を用いた。
(培 地) ITES−eRDF+0.1%(w/v)ポリビニルピロリドンK30
を用いた。
(培養方法) 37℃の恒温水槽中に設置された培養槽に濾過滅菌した
フルオロカーボン(3M社製、フロリナートEC−40)を仕
込み、槽底に溜ったフルオロカーボンをポンプで酸素吸
収塔へ送液した。酸素吸収塔からフルオロカーボンが溢
流して培養槽に還留している状態になった時点で、培養
槽底部のフルオロカーボンの自由表面が培養槽内筒の下
端から約1cm下の位置になるようにフルオロカーボンの
仕込み量を調整した。フルオロカーボン送液ポンプを停
止し、濾過滅菌した培地を培養槽に仕込んだ。次いでCO
2インキュベーターで静置培養してられた細胞を播種
し、撹拌速度30rpmで撹拌を行った。溶存酸素コントロ
ーラーとフルオロカーボン送液ポンプを連動し、コント
ロール点を3ppmに設定した。培養初期には酸素吸収塔に
5%CO2含有空気を通気したが、酸素消費が激しくなっ
た時点で純酸素に切り換えた。実験データに記載した条
件で、細胞と分離された培養液を沈降ゾーン(培養槽の
外筒と内筒で囲まれた部分)から培養系外に取り出し
た。同時に培養槽の液位が一定になるように新培地を送
入することによって潅流培養を行った。
培地潅流速度は1.6/dayで開始し、細胞密度の増加
に従って3.2/dayまで増加させた。
(実験結果) 培養結果を第6表に示す。
(比較例) 培地にポリビニルピロリドンを含まないITES−eRDFを
用いた以外は実施例6と同様に行なった。
(培養結果) 培養結果を第7表に示す。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例で使用した培養装置の概略図を示す。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】動物細胞または植物細胞をサスペンジョン
    状態で培養するに際し、 (a)該細胞の培養に適した培地にポリビニル系化合
    物、ポリグリコール系化合物、およびセルロース誘導体
    から成る群より選ばれた少なくとも一種の化合物を添加
    して調製した培養液中において該細胞をサスペンジョン
    状態とするとともに、 (b)該培養液に該培養液と実質的に混和しない溶媒を
    加えて二層を形成させ、 (c)かかる二層状態を実質的に破壊せず、しかも細胞
    のサスペンジョン状態を維持しうる程度の撹拌を行うこ
    とを特徴とする、細胞培養方法。
  2. 【請求項2】ポリビニル系化合物、ポリグリコール系化
    合物、およびセルロース誘導体から成る群より選ばれた
    少なくとも一種の化合物が、ポリビニルピロリドン、ポ
    リビニルアルコール、ポリメチルビニルエーテル、ポリ
    エチレングリコール、プルロニックF68、メチルセルロ
    ース、およびヒドロキシエチルセルロースから成る群よ
    り選ばれた少なくとも一種の化合物である、請求項1に
    記載の細胞培養方法。
  3. 【請求項3】細胞の培養に適した培地が実質的に血清を
    含まない培地である請求項1または請求項2に記載の細
    胞培養方法。
  4. 【請求項4】培養液と実質的に混和しない溶媒がフルオ
    ロカーボンである請求項1から請求項3のいずれかに記
    載の細胞培養方法。
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