JP3412364B2 - 細胞培養装置及び細胞培養方法 - Google Patents

細胞培養装置及び細胞培養方法

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  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、細胞の培養装置及
び方法に関するものである。更に詳しくは、筒状体内に
収容された中空糸収束体を有するガス供給装置と、筒状
培養槽内に中空糸を有する細胞培養槽と、培地交換装置
と、ポンプと、フィルターとからなる細胞培養装置及び
該装置を用いる細胞培養方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来細胞培養には、構造が簡単で、培養
条件のコントロールが容易なバッチ式の培養装置が用い
られていた。このバッチ式の培養装置は一定量の培地を
用いて培養を行うため、培地に含まれる培養ガス及び栄
養物が制限される。この装置を用いて培養を行うと細胞
の増殖速度は、ある程度のところで低下しやがて停止す
る。そこで、細胞の連続培養を行うため、新たな培地を
培養槽中に供給しつつ、老廃物を含む古い培地を培養槽
外へ排出する細胞培養装置が見出された。すなわち、栄
養物及びガスを含む培地(以下、循環培地と記す。)
を、培養細胞を含む培地(以下増殖培地と記す。)と膜
によって隔てて循環し、増殖培地へ膜面を介して培養ガ
スと栄養物を供給し、この培地から不用ガスと老廃物の
回収を行うものである。
【0003】この細胞培養装置では、細胞培養の効率が
培養槽を仕切る膜の表面積に影響されるため、細胞培養
を行うに当っては膜の表面積が大きい方が都合がよい。
このため、膜を中空糸状に成形し、複数の中空糸が培養
槽を貫通した構造をとっていた。
【0004】中空糸を用いた細胞培養装置では、例えば
培養細胞は少量の増殖培地と共に中空糸の外側にあり、
循環培地が中空糸の内側を通過する。この循環培地は細
胞の増殖に必要なガス及び培養液を増殖培地に供給し、
不用になったガス及び老廃物を中空糸の膜を通じて交換
するため、培養細胞が循環培地から分離されていなが
ら、連続して培養することが可能となった。この循環培
地は、細胞の増殖に必要な充分なガス及び培養液を含ん
でいなければならない。そこで従来循環培地へガスを供
給する手段として、例えば酸素ガス、窒素ガス、炭酸ガ
ス、空気又はこれらの混合ガス等を循環培地中にノズル
等を用いて気泡として吹き込む方法が行われていた。又
循環培地への培養液の供給は、循環中に古い培地を除去
するとともに新鮮な培地を加えて行い、一定の培養条件
を保持していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、循環培
地へガスをノズルで吹込む方法は、ガス供給の効率が低
く培養に必要な充分なガスの導入ができず、循環培地を
常に一定の培養条件で維持することが難しかった。また
吹き込まれるガスは、循環培地中含まれる高分子物質等
の影響により発泡し易く、培地がガスを供給する槽から
溢れだしたり、ガスが微細な気泡となって循環培地中に
残留することがあった。この残留した気泡は培地中を循
環し、中空糸を用いた細胞培養槽内を通過する際に中空
糸内壁に付着して滞留し、中空糸と循環培地との接触を
妨げたり、甚だしいときは循環培地が中空糸内を通過す
ることを妨げることがあった。この結果培養培地へのガ
ス及び培養液の供給又は培養培地からの不用ガス及び老
廃物の除去が滞り、培養効率が低下して細胞の増殖速度
が低くなったり、最悪の事態として細胞が死滅する等の
問題があった。
【0006】そこで、循環培地中に気泡を発生させるこ
となく効率良くガス供給を行い細胞培養を行う装置が望
まれていた。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意研究の
結果、筒状体内に収容された中空糸収束体を有するガス
供給装置と、筒状培養槽内に中空糸を有する細胞培養槽
と、培地交換装置と、ポンプと、フィルターとからなる
細胞培養装置を見出し本発明を完成するに至った。
【0008】すなわち本発明は、筒状体内に収容された
中空糸収束体を有するガス供給装置と、筒状培養槽内に
中空糸を有する細胞培養槽と、培地交換装置と、ポンプ
、フィルターとを循環経路を形成するように結合し、
この経路内に培養液及びガスを含む循環培地を循環して
細胞培養を行う装置を提供するものである。
【0009】以下、本発明の細胞培養装置の各部につい
て詳細に説明する。
【0010】(ガス供給装置)本発明の細胞培養装置に
用いられるガス供給装置は、前記循環経路を流通する循
環培地に培養のためのガスを供給する機能を有するもの
であり、多孔質の中空糸により循環培地に培養ガスを供
給するものである。
【0011】前記ガス供給装置は、循環培地を受容する
筒状体、該筒状体内部に収容され、ガス供給を行う中空
糸収束体から構成される。さらにガス供給装置には、圧
縮されたガス例えば酸素ガス、窒素ガス、炭酸ガス、空
気又はこれらの混合ガスを貯留するボンベの他、さらに
培養ガスの流量を調節する調圧器、ガスの混合装置等を
付加して用いる。この筒状体は円柱、角柱等の筒状であ
り、プラスチック、ガラス、各種金属(ステンレス)等
の材質を用いて製造することができる。この材質の中で
も取扱いが容易であり、加工性がよく、内部確認の容易
なプラスチック製の筒状体を用いることが好ましい。
【0012】筒状体内に収容された中空糸収束体は、こ
の両端が中空糸支持部材で保持され、さらに筒状体の蓋
体を貫通して筒状体の外部に導き出されて、末端が前記
ガスボンべに結合されている。この中空糸収束体は、多
孔質中空糸より構成される。この多孔質中空糸の細孔
は、0.01μm〜1.0μmのものを用いることがで
きるが、気泡を生ずることなく効率よくガスを循環培地
に供給するためには、0.03μm〜0.4μmの大き
さの孔を有する中空糸を用いることが好ましい。またこ
の中空糸は、ガス供給装置の容量、多孔質中空糸の本数
等により用いる中空糸の内径を変えることができる。ま
た中空糸の長さは、内径と同様にガス供給装置等の細胞
培養装置の各種条件により適宜変えることができる。
【0013】また、この中空糸は、例えばポリプロピレ
ン、セルロースジアセテート、シリコン、ポリエチレン
等の高分子化合物の材料を用いて製造された多孔性膜、
緻密膜から製造することができる。これらの中空糸は市
販される各種多孔質の中空糸を用いることができる。中
空糸には外部のボンベ等からガスが吹き込まれて圧が高
くなるため、材質及び膜の厚さを選択して用いることが
できる。膜の厚さは限定されないが、通常20μm〜1
00μmのものを用いることが好ましい。
【0014】(細胞培養槽)細胞培養槽は前記ガス供給
装置と連結されており、ガス供給装置からガスの供給を
受けた循環培地が供給される。この細胞培養槽は、筒状
培養槽と、筒状培養槽の内部に収容され循環培地が通過
する複数の中空糸と、この中空糸の支持部材等から構成
される。
【0015】この培養槽は、前記ガス供給装置で用いた
筒状体と同様な材質及び構造により構成される。この筒
状培養槽の大きさは、細胞培養の量、培養細胞に種類、
その他の細胞培養条件により変更することができる。
【0016】また中空糸は、細胞培養に用いる多孔質の
各種中空糸であり、例えばポリプロピレン、セルロース
ジアセテート、シリコーンゴム等の高分子化合物の材料
により製造される。この中空糸の細孔は培養細胞の種
類、培養生産物の分子量により選択して用いることがで
きるが、通常0.05μm〜0.15μmであることが
好ましい。筒状培養槽の内部に収容される中空糸は、複
数の中空糸を束ねて用いることができ、この時の中空糸
の数、直径、長さ等は筒状培養槽の容量により変更する
ことができる。さらに中空糸の両端は、中空糸支持部材
で保持されており増殖培地が中空糸の外側の培養槽内に
封じられている。
【0017】この筒状培養槽内には培養細胞と増殖培地
を含み、中空糸を通過する循環培地から培養液と培養ガ
スの供給を受け、老廃物と不用ガスを除去することによ
り培養槽中の細胞を培養することができる。中空糸を通
過した循環培地は、老廃物と不用ガスを含み排出口から
排出され培地交換装置に回収する。この増殖培地及び循
環培地は、細胞培養に必要な栄養物として例えばアミノ
酸類、ビタミン類、無機塩類、グルコース等の糖類を含
む無血清培地、さらに牛胎児血清等の血清を添加した血
清添加培地を用いることができる。
【0018】さらに細胞培養槽には、培養後増殖培地か
ら培養細胞又は培養生成物を取り出すための2以上の取
り出し口を付設することが連続培養を行う上で好まし
い。またこの培養槽は細胞の培養条件を一定にするため
恒温槽等に入れ培養温度を保ち行うことができる。
【0019】(培地交換装置)培地交換装置は前記細胞
培養槽と連結され、細胞培養槽を通過した循環培地を貯
留するための装置である。この培地交換装置は、循環培
地が流入する流入口と循環培地が排出させる排出口を有
するリザーバー、老廃物を含む培地を排出する培地排出
弁、新鮮な循環培地を供給するための培地供給弁等を付
設し構成される。さらに供給された新鮮な培養培地をリ
ザーバー中で混合するための攪拌装置を付加することが
できる。
【0020】さらに培地交換装置のリザーバーは、二重
構造をもち培養温度に調節した循環液を二重構造内部に
循環させて、循環培地を培養温度に保つことが効率良く
培養を行う上で好ましい。
【0021】以上の培地交換装置を通過した循環培地は
循環培地を送るためのポンプを経てガス供給装置に送ら
れて循環経路が構成される。循環培地を送液するための
ポンプとしては、例えばマグネットギアポンプ、ペリス
タポンプ等を用いることができる。さらにこの経路に
は、培地中の不溶物あるいは気泡を取り除くためのフィ
ルター、循環培地中の必須成分のモニター及び循環培地
の流量、温度、pH、溶存酸素量、溶存二酸化炭素量等
の培養条件を制御するためのコントロール装置を付加し
用いることができる。前記ポンプ、フィルター及びコン
トロール装置は循環経路のいかなる場所に設置すること
もできる。これらの循環経路の各装置は、例えばプラス
チック製、シリコンゴム製、テフロン製等のチューブに
より連結することができる。
【0022】本発明の培養装置では、動物細胞、微生物
細胞又は植物細胞を培養することができ、例えば付着依
存性細胞、浮遊性細胞、正常細胞・腫瘍細胞、繊維芽細
胞、上皮細胞の各種細胞の増殖を行うことができる。動
物細胞としては、脊椎動物、無脊椎動物、原生動物等の
各種細胞を挙げることができる。微生物細胞としては、
細菌、酵母、放線菌等を挙げることができる。一般に動
物細胞の培養には、酸素含有ガス、植物細胞の培養には
炭酸ガス含有ガスを用いて行うことができる。
【0023】
【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明する。
【0024】実施例 本発明の細胞培養装置は、図1に示す装置の構成図の通
りガス供給装置1、細胞培養槽2、培地交換装置3及び
ポンプ4が循環経路を形成するように連結し構成されて
いる。さらにこの経路には、循環培地中の不溶物及び気
泡を除去するためのフィルター5、コントロール装置6
が接続されている。
【0025】ガス供給装置1は透明のプラスチック製の
筒状体、その筒状体内部に収容されたポリプロピレン製
の中空糸収束体及び中空糸支持部材から構成される。こ
のガス供給装置1には、ガス導入口7に圧調節装置と混
合装置のついた酸素ガスボンベ、窒素ガスボンベ及び炭
酸ガスボンベから構成される培養ガス供給装置(図示せ
ず)から培養ガスを筒状体頂部に設けられた中空糸収束
体の末端に付設したガス導入口7より装置内に導入し、
中空糸に充満させ中空糸膜を通過して循環培地導入口1
6から導入された循環培地にガスを供給する。一方、余
剰のガスはもう一方の中空糸収束体の末端に付設したガ
ス排出弁8から排出される。この中空糸収束体は多孔質
ポリプロピレンで構成され、培養のためのガスは、酸素
ガス、窒素ガス及び炭酸ガスを混合し、0.2〜0.5
Kg/cm2 の圧力でガス導入口7に付属したガス導入
チューブから供給される。
【0026】ガスの供給を受けた循環培地は、続いて培
養条件を管理するためのコントロール装置6を経由して
細胞培養槽2に送られる。このコントロール装置6には
細胞培養装置の各部に接続された各種センサーから得ら
れる培養の情報が入力され培養条件が制御される。
【0027】細胞培養槽2は、ガス供給装置1で培養ガ
スの供給を受けた循環培地が導入される筒状培養槽内に
中空糸を有する細胞培養槽である。この培養槽は、循環
培地が導入される導入口9、中空糸、循環培地が排出さ
れる排出口10より構成される。さらに培養槽へ、培養
培地、培養細胞等を導入し、さらに培養培地からの培養
物を取り出すための弁11及び12を付加することがで
きる。この細胞培養槽は、概ね長さ25cm、直径5c
mの円筒状であり、筒状培養槽には増殖培地を0.2リ
ットルを含み、モノクローナル抗体を産生するハイブリ
ドーマを培養することができる。
【0028】細胞培養槽の中空糸は、ポリプロピレンで
構成され内径200μm、長さ15cmの多孔質中空糸
を約1000本束ねて構成されている。この中空糸の両
末端はそれぞれ一か所にまとめられて導入口9及び排出
口10を構成する。
【0029】培養に用いた循環培地は培地導入口13を
通り、培地交換装置3に送られる。培地交換装置には、
新鮮な循環培地を供給するための培地供給弁14及び循
環培地を排出するための培地排出弁15を有する。培地
交換装置3にはさらに培地を混合するための攪拌装置を
付加することが好ましい。更に循環培地の温度を制御す
るため培地交換装置を恒温槽で保持することができる。
さらに細胞培養装置に用いられるポンプ4はマグネット
ギアポンプを用いることができる。またさらに循環培地
の経路には40μmの細孔を有するフィルター5を付加
して構成される。
【0030】
【発明の効果】本発明の細胞培養装置では、従来のノズ
ルによるガス供給方法に比べ、効率よく培養のためのガ
スを循環培地に供給することができる。この装置を用い
ると長期間効率よく細胞を培養できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の細胞培養装置の構成図である。
【符号の説明】
1 ガス供給装置 2 細胞培養槽 3 培地交換装置 4 ポンプ 5 フィルター 6 コントロール装置 7 ガス導入口 8 ガス排出弁 9、16 循環培地導入口 10、17 循環培地排出口 11、12 弁 13 循環培地導入口 14 培地供給弁 15 培地排出弁

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 筒状体内に収容された中空糸収束体を有
    するガス供給装置と、筒状培養槽内に中空糸を有する細
    胞培養槽と、培地交換装置と、ポンプと、フィルターと
    からなる細胞培養装置。
  2. 【請求項2】 ガスが酸素ガス、窒素ガス及び炭酸ガス
    の混合ガスであることを特徴とする請求項1記載の細胞
    培養装置。
  3. 【請求項3】 筒状体内に収容された中空糸収束体を有
    するガス供給装置と、筒状培養槽内に中空糸を有する細
    胞培養槽と、培地交換装置と、ポンプと、フィルターと
    を循環経路を形成して結合し、該循環経路内に培養液及
    びガスを含む循環培地を循環し、細胞培養槽で培養を行
    うことを特徴とする細胞培養方法。
  4. 【請求項4】 ガスが酸素ガス、窒素ガス及び炭酸ガス
    の混合ガスであることを特徴とする請求項3記載の細胞
    培養方法。
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