JPH0463584A

JPH0463584A - バイオリアクター装置

Info

Publication number: JPH0463584A
Application number: JP2172178A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Matsuo; 繁松尾; Masato Nishimura; 正人西村
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1990-06-29
Filing date: 1990-06-29
Publication date: 1992-02-28
Anticipated expiration: 2010-04-05
Also published as: US5376548A; JPH0728722B2

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　バイオリアクター装置に関するものであり、
特に各種の動物細胞を例えば不織布のごとき多孔性材料
からなる担体上に高倍率、高密度に培養して固定させ、
これを用いて該動物細胞等の生体から例えば人体治療用
ワクチン、インターフェロン、癌抗原、ホルモン、細胞
増殖因子、リンホカイン、各種酵素類などの代謝生成物
質を生成せしめ、それにより種々の有用な生理活性物質
を選択的にかつ連続的、効率的に製造することができる
バイオリアクター装置に関するものである。

〔従来技術〕

ヒト免疫系の化学仲介物質やヒト型酵素などの種々のヒ
ト細胞が産出する有用な物質を生体外（ｉｎ　ｖｉｔｒ
ｏ）で生産し、これを医薬品として実用化するためには
、各種の動物細胞の大量培養技術を確立し、高性能バイ
オリアクター装置を開発することが必要である。

従来、動物細胞の培養方法としては　細胞を水溶液中に
浮遊させた状態で増殖させる”浮遊増殖法”、細胞を径
２００μｍ位の多孔性マイクロビーズに吸着・固定化し
、これを懸濁状態で増殖させる”マイクロキャリア増殖
法”、細胞を適当な非孔性担体及び／あるいは多孔性担
体（例えば多孔性膜、中空糸、不織布、等）上に担持し
て増殖させる”付着担持増殖法”などが行われている。

そして特開昭５９−５９１８７号公報には付着担持増殖
法を実施する培養装置について開示されているが、装置
の培養容器（支持体収容室）に収容、充填された各種形
状の培養支持体に動物細胞を付着、増殖させ、この容器
内に培養液を散布、供給する旨記載されている。また特
開昭５６−４２５８４号公報には培養容器内に中空糸を
装填し、この容器壁と中空糸外面との間の空間に浮遊性
細胞を充填し、この中空糸内部より培養液を供給する方
式の培養装置が開示されている。さらに特開昭６４−３
４２７６号公報には付着担持増殖法を実施する材料とし
て特定の極細繊維からなる不織布を細胞培養床の担体と
して用いられ、それをプラスチックシャーレ内に配置し
て動物細胞を培養することが開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、これら従来の浮遊増殖法やマイクロキャ
リア増殖法では　浮遊あるいは懸濁させる動物細胞の濃
度は　高々１０ｇ／ｆｆ程度が限界であり、また基質溶
液の濃度も基質阻害や浸透圧のためにあまり高くするこ
とができず、かつ液媒の流動と共に液中の細胞は　互い
に接触、衝突、磨耗、等々によって細胞にかかるシェア
（歪み）も大きく、細胞は　失活あるいは死滅し、また
マイクロキャリア増殖法においては　細胞がマイクロビ
ーズから剥離、脱落することが多かった。さらに付着担
持増殖法においては　動物細胞培養のための培養液や基
質溶液の連続的な循環、交換及び必要な酸素の供給を容
易に行うことができず、かつ細胞と培養液や基質溶液と
の接触も不均一、不十分かつ非効率的であり、また代謝
生成物を連続的に分離し、系外へ取り出すことができず
、その結果　細胞には局所的に基質過多、基質不足によ
る栄養偏重障害や代謝生成物の蓄積による培養環境障害
が生じ、到底動物細胞を容積あたり高倍率、高密度に培
養・増殖させることができなかった。

また、高効率での代謝生成物の生産も不可能であった。

さらに各方法を実施する装置も　未だこのような課題（
問題点）を解決したものはなかった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者は　上述したごとき従来技術における諸課題を
解決すべく鋭意研究した結果、本発明をなすに至ったも
のである。即ち、本発明は　内部に動物細胞を含む液体
を供給し得る流路（供給流路Ａ）、内部に培養液及び基
質溶液を供給し得る流路（供給流路Ｂ）、内部より浮遊
した動物細胞を含む液体を排出し得る流路（排出流路ａ
）及び内部より培養液や基質溶液の残部及び動物細胞の
生成物質を含む溶液を排出し得る流路（排出流路ｂ）を
備えた密封可能な容器、多孔性担体及び該担体上に施さ
れた培養床からなり、該容器の内部において該供給路の
各々から供給された液体が流れつつ接触した後、該排出
流路の各々に導かれるように配置された動物細胞培養基
体、及び該容器の内部に排出流路すを横断して配置され
、該流路すに排出される液体を濾過するための精密濾過
膜からなることを特徴とするバイオリアクター装置であ
り、特に該多孔性担体は　不織布であり、該動物細胞培
養基体は　該容器内に供給されたすべての基質溶液が透
過するように配置され、かつ該基体が皮膜状のものの場
合、渦巻き状あるいは多数枚が積層状に配置されており
、該培養基体には動物細胞が付着、培養されており、該
容器内に供給される液体は　動物細胞の培養に必要な栄
養源を含み、あるいは培養された動物細胞に作用して所
期の代謝生成物を生成させるための基質を含み、動物細
胞の培養と活性の維持に必要かつ十分な酸素を含み、さ
らに該容器から排出される液体は培養されている動物細
胞が生成した物質を含むことを特徴とする。

以下、本発明を詳細にかつ具体的に説明する。

まず、本発明における密封可能な容器について説明する
と、これは　本発明のバイオリアクター装置の外殻部材
であり、動物細胞を培養し、培養された動物細胞に目的
の有用物質を生成させるための容器である。当該容器の
素材として好ましいものは　例えばステンレス鋼、セラ
ミックスや硬質ガラス等の窯業製品、加熱蒸気による処
理が可能な、例えばポリカーボネート、ポリスルホン、
ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトンの
ごとき耐熱性高分子などである。特に培養実施中に内部
を観察し得ることを望む場合には透明な材料でつくられ
ていることが好ましい。この容器の内部構造は　後述す
る動物細胞培養基体の材質や膜強度あるいは配置の形態
によって種々多様である。そして当該容器は　その内部
に所要の部材を設置、内蔵し得るために、少なくとも２
分割された部材であり、後記の所要の内部部材を設置し
た後には、流路を除く他の部分は　液漏れをせぬよう完
全に密封される。この容器には　その内部に動物細胞含
む液体を供給するための流路（供給流路Ａ）と動物細胞
を培養するための栄養源を含む培養液及び基質溶液を供
給し得る流路（供給流路Ｂ）、内部より浮遊した動物細
胞を含む液体を排出し得る流路（排出流路ａ）及び内部
より培養液等を含む液体や基質残部及び動物細胞の代謝
生成物質を含む溶液を排出し得る流路（排出流路ｂ）が
備えられている。このように、容器には　動物細胞を供
給、排出する流路の系と培養液及び基質溶液を供給、排
出する流路の系がある。

そして後述のように容器内に液体を送液する場合できる
だけ液中に気泡が含まれないようにするために、通常は
　各系において供給流路は　比較的低い位置に配置され
、排出流路は　比較的高い位置に配置される。各流路は
　容器壁を貫通する孔とこれに装着された接続管によっ
て構成させることができる。この接続管は　いずれも例
えばステンレス鋼、セラミックスや硬質ガラス等の窯業
製品、加熱蒸気による処理が可能な、例えばポリカーボ
ネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエ
ーテルエーテルケトンのごとき耐熱性高分子などの筒状
体、管状体等により形成され、前記の容器壁の孔に液漏
れせぬように、例えば各種のパツキンを介在させ、ねじ
込みやポル１へ締め等により接続される。勿論、この接
続管は　容器と一体に形成されたものであってもよい。

各供給路の他端は　それぞれ所要の液体を貯えた貯液槽
に接続される。

上記容器の内部には　多孔性担体及び該担体上に施され
た培養床からなる動物細胞培養基体が上記の各供給路か
ら供給された液体が流れつつ接触した後、上記の各排出
路に導かれるように配置される。多孔性担体は　後述の
動物細胞を培養するための培養床を所要の形態に形成さ
せて担持する構造材料であり、その基本的性能としては
　バイオリアクター装置として容器に供給される培養液
や基質溶液に対して不活性であり、また培養液に浸漬さ
れた状態で所要の自己支持性と強度を示し、また後述の
培養床を施すことができることが必要である。この担体
は　無数の貫通した微細孔を有するので、実質的には極
めて大きな表面を有し、かつ袋小路の流路も少ないので
、その表面に極めて多数の動物細胞を高密度に増殖させ
ることができる。そのため、動物細胞を一度に大量に培
養することができ、培養基体の単位面積及び時間あたり
の動物細胞が生成する有用物質の生成量を著しく向上さ
せることができる。またこの担体が皮膜状の場合には　
柔軟性に富み、当該担体を容器の形態に応じて折り曲げ
たり、巻回したりして容器内に内蔵させることができる
。このような多孔性担体として好ましい材料としては　
例えば皮膜状をなす微細孔膜、不織布、フェルト、スポ
ンジシートなどがあり、また多孔質材料により微小な通
気性孔隙をハニカム様に構成した多孔質構造体、網状体
を積み重ねた構造体、異形の多孔質棒状体あるいは多孔
質線状体、球形あるいは異形の多孔質ビーズまたは多孔
質ペレット様物の充填体、多孔質管状体の充填体、多孔
質管状体の組合せ体などがあり、最も好ましくは　各種
の不織布である。

いずれのものも比表面積が大きく、多数の微小な貫通孔
を有する多孔性構造のものである。好ましい担体である
不織布には　ポリエステル系、ナイロン系、ポリウレタ
ン系の繊維素材によるものがあり、繊維の充填密度とし
ては　約１０〜ｔｓｏ、ｇ／ｄの範囲のものが好ましい
。不織布の厚さは　内部への培養床の塗布、不織布内部
での動物細胞の培養のための培地や栄養源の供給、拡散
等の効率から５ｍｍ以下であることが望ましい。

上記の多孔性担体には　培養床が施される。培養床は　
該動物細胞に対して高い親和性と接着性を有し、動物細
胞を培養床に接着・固定すると共に高倍率、高密度で培
養するに適したものであることが必要である。そして培
養床として好ましい素材は　動物細胞に対して親和性と
接着性とを有する各種の親水性の天然及び合成高分子物
質であり、最も好ましくはアテロコラーゲン、光架橋反
応基を有するポリビニルアルコール、ポリペプチド等で
ある。これらの素材を用いて培養床を多孔性担体上に施
すには　担体を培養床を形成する物質の水溶液中に浸漬
した後、過剰の水溶液を絞り取り、乾燥した後、これを
不溶化処理する。例えばアテロコラーゲンを適当な濃度
の水溶液で塗布した後、アンモニア及び燐酸緩衝液で処
理してゲル化させた後、風乾し、次いで紫外線照射やゲ
ルタールアルデヒド、ヘキサメチレンジイソシアネート
、水素化はう酸ナトリウム、エポキシ基架橋剤等を用い
て反応させ、アテロコラーゲンに架橋構造を導入して不
溶化する。また光架橋反応基としてスチルバゾリウム基
を有するポリビニルアルコールは　１〜１０重量％水溶
液を用いて不織布に塗布した後、温度７０°Ｃにて乾燥
させ、適当な時間紫外線を照射して架橋、不溶化する。

特に光架橋ポリビニルアルコール培地は　十の表面電位
を有していて、−の電位を有する動物細胞に対しては静
電的な親和性も大きく、かつ動物細胞の生理機能を阻害
することもないので、動物細胞の接着・固定化のための
培地として優れている。いずれの場合も水溶液として使
用され、塗布が可能であることも優れた特長である。培
養床を形成する塗布物質は　塗布膜を形成可能な程度の
分子量を有するならば使用可能であるが、１万以上から
１００万位の範囲のものが多い。培養床の厚さは　−船
釣には約１０〜ｌ、　０００μｍ程度である。

このように調製された動物細胞培養基体は　容器の内部
において各々の供給流路から供給された液体が流れつつ
接触した後、各々の排出流路に導かれるように配置され
る。この際、供給した液体が効率的かつ効果的に流れる
ように配置されることが重要である。この配置の具体的
な形態としては　容器内に供給された液体が当該培養基
体を透過するように配置されていてもよく、あるいは当
該培養膜に沿って流れていくように配置されていてもよ
い。また動物細胞培養基体が皮膜状のものの場合には　
その配置の向きについては水平に配置してもよく、ある
いは垂直に配置してもよい。

しかし、培養膜を水平の向きに配置した場合には動物細
胞が培養膜に完全に付着せずあるいは剥離しても落下す
ることはなく、そのまま培養、増殖させることができる
ので、動物細胞を培養膜上に高密度に固定化させること
ができる。さらに供給流路ａを複数とし、容器内におい
て供給する液体を培養膜間ごとに異ならせて流動、供給
することも可能である。また動物細胞培養膜は　容器内
において渦巻き状に重ねて配置されたり、容器内におい
て多数枚のシートが重ねられであるいは１枚のシートが
折り畳まれて積層して配置されていてもよい。このよう
に容器内に動物細胞培養膜が積層型あるいは渦巻き型に
配置される場合、各膜間に隔離材を配置して、積層する
各培養膜を微小な間隔をおいて配置し、外容器内に供給
される動物細胞や培養液の供給流路を形成する。この時
、動物細胞の供給と培養基体への付着、固定に適した間
隔を形成させるために間隔、つまり隔離材の厚さは　０
．２〜２ｍｍ程度がよい。その結果、供給流路Ａより供
給する動物細胞を含む液体の流動、拡散を迅速かつ一様
にし、動物細胞を培養床全面に迅速かつ一様に分布させ
ることができ、また培養膜を透過する培養液を隔離材が
存在する間隙でさらに拡散、混合させて成分の均一化が
はかれるなどの効果がある。隔離材は　粗大な間隙や孔
を有する材料であればよく、例えば粗大孔径の多孔性フ
ィルムやネットなどの形態が好ましいものである。

後述する具体例において示されているように、培養基体
と隔離材の両端を支持するために粗大多孔性支持板が使
用されるが、この支持板は　培養基体と隔離材の両端を
支持すると共に、容器に供給される動物細胞を支持板全
面から供給し、分布させる機能を有する。従って供給さ
れる動物細胞が　その流動によって磨耗したり損傷を受
けたりしないように、支持板の孔隙は５０〜２００　μ
ｍ程度の連続貫通孔であることが必要である。これら多
孔性支持板の材料は　硬性であるかあるいは弾性が比較
的大きな素材であることが好ましい。

後述のごとく各供給路から供給される液体が上記の動物
細胞培養基体に接触した後、各々の排出流路すに導かれ
る途中には　その流路すを横断して精密濾過膜が配置さ
れる。精密濾過膜の形態としては平膜状、プリーツ状、
管状、中空糸状、微細孔管状等がある。そして精密濾過
膜は　供給当初からあるいは培養基体に付着したものの
その後脱落して浮遊している動物細胞や培地を容器外に
流出させぬようにすると共に、動物細胞が生成した有用
物質のみを濾過し、これを容器外に連続的に排出させる
ことができる。このように精密濾過膜６は　排出流路す
を横断して配置されており、排出される液体の圧力を受
けるので、精密濾過膜が液体の送液操作中に外れること
がないようにその固定には十分配慮する必要がある。例
えば後述の実施例１におけるがごとく、精密濾過膜６を
部材１３及び同１４とそれぞれ側部壁１２の間に配置し
て各部材１３．１４と側部壁１２とを結合すると同時に
精密濾過膜６を挟圧して取付けたり、あるいは精密濾過
膜６を枠体に強く固定し、これを嵌め込むことにより容
器１内に設置する。この精密濾過膜としては　やはり蒸
気滅菌処理に耐性を有する材料によってつくられたもの
であり、例えばポリスルホン、ポリエーテルスルホン、
ポリ弗化ビニリデン、ナイロン等からなる１〜数ＩＯμ
ｍ程度の微細な孔径を有する例えば平膜、プリーツ膜、
管状膜、中空糸膜、微細管状膜等のごとき多孔性の膜で
あり、蛋白質の吸着性が低く、膜汚染が少なく、目づま
りし難いものが好ましい。また精密濾過膜の市販品とし
テ４ｔ　”　Ｐ　Ｓ　Ｅ−２０”、”Ｐ　Ｓ　Ｅ　−４
５”。

”　Ｐ　Ｓ　Ｅ　−８０”、”Ｐ　Ｓ　Ｅ−２００”（
いずれも商品名：富士写真フィルム■製）などがあり、
本発明の装置に利用することができる。

前述したごとく、動物細胞培養基体として皮膜状のもの
を用い、渦巻き状に巻回した態様の場合には　容器を例
えば円筒状とした容器とし、この円筒状容器を回転させ
て容器内に供給した各種の液体の流動、拡散、均一化を
より良くした装置とすることができる。

上記のように構成された本発明になるバイオリアクター
装置を用いて動物細胞を培養するにはまず容器自体を加
熱し、あるいは容器内に高温の水蒸気や熱水、適当な濃
度のアルコール水、あるいはエチレンオキシドガス等に
よる殺菌性ガスを導入し、所望により循環させることに
より、さらに紫外線やγ線等の放射線を照射することに
より容器内を滅菌処理あるいは殺菌処理する。この処理
において容器もしくは処理媒体を加熱する場合は　約１
２０〜１３０°Ｃ程度の温度に加熱し、約５〜３０分程
度処理する。

容器の滅菌処理を終えた後、供給流路への供給管を動物
細胞を含む液体を収容したタンクに接続し、排出流路ａ
の排出管は　その収容容器あるいは還流する場合は前記
タンクに接続する。また供給流路Ｂの供給管は　培養液
や基質溶液を収容したタンクに接続し、排出流路すの排
出管は　排出液の収容容器に接続する。

続いて、供給流路Ａの供給管から動物細胞を含む液体を
供給する。供給された液体は　容器内に充満し、内部に
配置した動物細胞培養基体に浸透する。その結果、培養
基体の培養床には　動物細胞が付着する。動物細胞の培
養床への付着の密度を高めるために、上記液体を再び供
給流路Ａから導入し、容器−タンク間を循環させること
ができる。

本発明の装置に使用される動物細胞としては特に限定さ
れることはないが、例えばＴ細胞、Ｂ細胞、キラー細胞
、ヒト腫瘍細胞、繊維芽細胞、リンパ芽球細胞、ＥＢウ
ィルス変異細胞などがある。これらの成分は　例えば水
等の液媒に対して各々（動物細胞）１〜１．００ｍ　ｇ
　／　１２程度の濃度に混合、分散される。この動物細
胞を含む液体にはその他培地として例えば各種アミノ酸
、ビタミン類、各種糖類が添加されてもよい。

培養基体への動物細胞の供給・付着を終了した後、直ち
に供給流路Ｂの供給管から動物細胞用培養液及び基質溶
液を供給する。これらの培養液及び基質溶液は　容器内
に拡散、流動し、培養基体上の動物細胞と接触し、その
成長・増殖に寄与する。

また培養液は、動物細胞の成長・培養に必要な栄養源を
主成分とし、この栄養源としては　例えば各種の必須ア
ミノ酸、各種ビタミン類、グルコース等の糖類、血清の
成分などである。これらの栄養源は　凡そ１〜１００ｇ
／ｎ程度の濃度の水溶液とされる。また基質は　所望の
代謝生成物を生成させる原料に相当するもので、動物細
胞の種類と基質を特定することにより選択的に特定の代
謝生成物を生成させることができる。この基質の例とし
ては　例えば必須アミノ酸、各種ビタミン類、グルコー
ス等の糖類、血清の成分などがある。培養液成分と基質
とは　物質的に同一のものもあるか、培養液成分は　動
物細胞の増殖時に、またその増殖のために供給されるも
のであり、基質は増殖・成長した動物細胞に供給して代
謝生成物を生成させるためのものである点で両者は相違
する。

そして基質溶液は　上記の各成分を凡そ１〜１００ｇ／
（ｌ程度の濃度の水溶液として調製される。

動物細胞を含む液体、培養液及び基質溶液の供給流量は
　凡そ１〜１００ｍｆｆ／分程度であり、動物細胞の培
養床への付着の容易さ、増殖の速度及び程度等により適
宜供給流量を調節する。また支障のない限り、これらの
液体は　容器−タンク間を適宜循環させて再使用するこ
とができる。

動物細胞を成育させるには　供給する液体中に溶存酸素
を含ませておくことが望ましい。最も望ましくは酸素が
飽和した状態であるが、通常その濃度は凡そ１０ｍｇ／
ｌである。溶存酸素は容器中に供給するいかなる液体に
存在させてもよい。また液体中には　その他の所要成分
を含ませておくことができる。

このようにして培養液に付着させた動物細胞に連続的に
培養液を供給し、その操作において絶えず浸透圧、溶存
酸素量、ｐＨ１液温、基質溶液の濃度、生成する代謝生
成物の濃度等を動物細胞の培養に適した至適範囲に制御
することによって、動物細胞を高倍率、高密度に培養す
ることができる。

以上のごとき操作により増殖した動物細胞は基質と反応
して代謝生成物を生成する。生成物は前述のごとく精密
濾過膜を通して排出流路すより排出、収容される。その
後、生成物は　排出液より抽出され、精製されて有用な
物質となる。この生成物は　動物細胞とそれに与える基
質により異なるが、例えば治療用ワクチン、インクフェ
ロン、モノクロナール抗体、癌抗原、ホルモン、細胞増
殖因子、リンホカイン、各種の酵素などがある。

〔実施例〕以下、本発明を図面に示された実施例に基づいてより具
体的に説明する。なお、各図においては同一（機能）の
部材には同じ番号を付しである。

英」１舛−」− 第１図は　本発明の一実施例である動物細胞培養膜を積
層して用いたバイオリアクター装置の概要を示す断面図
である。図において、容器１は側部壁１１及び１２、下
部壁１３及び上部壁１４（その他、図示されていない前
後の側部壁がある。）からなり、各々は　図示されてい
るごとく各部が組合せ結合されて容器１を形成する。各
部の所望の位置に、これを貫通する孔１１１．１２１．
１３１．１４１と接続管２１、２２．２３．２４からな
る液体流路が形成されている。

本例において、２３は　容器ｌ内に動物細胞等を含む液
状物を供給するための供給流路Ａ、２４は　流路２３か
ら供給された液状物を廃棄しあるいは再び系内に循環さ
せるために容器１外へ排出するための排出流路ａ、２１
は　容器内に保持されている動物細胞に与えるべき栄養
源を含む培養液等を含む液状物を供給するための供給流
路Ｂ、２２は供給流路２１から供給された液体を廃棄し
あるいは再び流路２２から供給して系内を循環させるた
めに容器１外へ排出し、あるいは動物細胞が生成した代
謝生成物を含む液体を容器１外へ排出し、生成物を回収
するための排出流路すである。

容器１の各壁部材１１．１２の内側には　各々凹部１１
２及び１２２が設けられており、凹部１１２は　流路２
１から供給する液体の液溜まりとなり、供給流路Ｂの液
体の流れを拡大させ、また凹部１２２は流路２２から排
出される液体の液溜まりとなり、液体の流れを排出流路
すへ誘導し、いずれも各々液体の液流効率を高めること
ができる。図示されている装置においては、側部壁１１
及び１２（さらに前後の側部壁）の上部及び下部には　
下部壁１３及び土部壁１４が鋲止めあるいは螺子止めに
より組合せ結合されて容器１の外郭を形成する。容器内
部において、下部壁１３の内面に接して粗大多孔性支持
板３３が、また上部壁１４の内面に接して粗大多孔性支
持板３４が、さらに上記の側部壁１１に接する面には　
粗大多孔性支持板３１が配置されている。

上述のごとく、粗大多孔性板３１．３３．３４に囲まれ
た空間には動物細胞培養膜４とシート状隔離材５が順次
繰り返し積層して充填される。そして積層の最外層と容
器の壁部材１２との間には　精密濾過膜６が配置される
。精密濾過膜６には　その孔径が微小であることや培養
中の目づまりのためにかなり大きな液圧がかかるので、
例えば図示されているごとく、精密濾過膜６を容器壁部
材１２と１３、及び同１２と１４の間で挟圧するように
強く固定する必要がある。

以上のごとく、容器内の部材を配置し、容器壁部材を組
合わせ結合した後、供給流路Ａ〜排出流路Ｂ、さらに供
給流路ａ〜排出流路すに高温の蒸気を約３０分間通して
滅菌処理を施す。続いて容器ｌには供給流路Ａより所期
の代謝生成物を得べく特定の動物細胞を約１ｇ／ｌ含む
水溶液を供給した。この細胞含有水は　供給管２３より
容器１の中に入り粗大多孔性板３４に至って全面に拡大
し、容器１内の隔離板５の間を進行し、容器１内を満た
すと共に、培養膜４の孔隙組織中にも浸透した。

そして水中の動物細胞は　培養膜の組織表面に沈降し付
着した。細胞含有水の供給と共に、この沈着量は　増大
した。この動物細胞の十分な沈着に要する時間は３０〜
６０分程度であった。

動物細胞の十分な沈着を確認した後、供給流路Ａからの
動物細胞含有液の供給を中止し、供給流路Ｂから培養液
の供給を開始した。培養液の供給流量は　約１０１／日
であった。

培養液の容器１への供給に伴い、容器１内の動物細胞含
有液は　培養液によって置換されてゆき、その供給開始
約３０分後には全て置換された。そして培養液の供給は
　その後約２４時間程度続けられ、容器１内において動
物細胞は　順調に増殖し、本発明のバイオリアクター装
置において動物細胞を高倍率、高密度に培養、固定化す
ることができた。

次いで所定の基質を１〜３日間供給して所望の量比の代
謝生成物が生成された。

実衡桝蛮第２図は　本発明の他の実施態様である動物細胞培養膜
を渦巻き状に用いたバイオリアクター装置の概要を示す
断面図である。本例の装置の容器１は　第１図に示され
ている実施例１のものとは異なり管状を呈する壁材ＩＯ
１下部壁材１３、上部壁材１４からなり、容器１内にお
いて供給流路Ａ　（２３）排出流路ａ（２４）、供給流
路Ｂ（２１）−排出流路ｂ（２２）の流路系統があるこ
とは　前例（第１図）の装置と同様である。また第２図
で示されている本例装置においては　前例の装置におい
て側部壁材１２に備えられていた排出流路ｂ　（２２）
は　上部壁材１４に備えられている。そして容器内部の
中央には側部に多数の細孔を有し、底部を有する容器様
の中空管７が配置され、その上端は　上部壁材１４の中
央部で、内部に排出流路すを含む位置に結合、固定され
ている。つまり、中空管７は　上部壁材１４に宙吊りに
された形態になっているのである。

この中空管７の側面すべての外周には　精密濾過膜６が
巻回、被覆されており、さらにその外周には　培養膜４
とシート状隔離材５とが重ねて巻回されている。そして
この渦巻き体は　容器１の内部に充填された状態となり
、その上端及び下端の外周には　Ｏ−リング８が嵌合さ
れ、それによってその渦巻き体が容器１の内部に固定さ
れる。Ｏリング８によって形成される側部管状壁１０と
この巻回体との間隙は　前例における壁材の凹部工１２
．１２２と同様な機能を果たす空間である。下部壁材１
３上には　前例の装置と同様に粗大多孔性板３３が配置
され、上部壁材１４の内側面にも粗大多孔性板３４が配
置される。この巻回体の両端は　上記の両多孔性板によ
り容器１内で密にかつ堅固に固定される。　上記のごと
くセットされた本発明になる装置に　前例と同様に供給
流路Ａ〜排出流路Ｂ、さらに供給流路ａ〜排出流路すに
高温の蒸気を約３０分間通して滅菌処理を施した。続い
て容器１には供給流路Ａより所期の代謝生成物を得べく
特定の動物細胞を約１ｇ／ｊ２含む水溶液を供給した。

この細胞含有水は　供給管２３より容器１の中に入り粗
大多孔性板３４に至って全面に拡大し、容器１内の隔離
材５の間を進行し、容器１内を満たすと共に、培養膜４
の孔隙組織中にも浸透した。

そして水中の動物細胞は　培養膜の組織表面に沈降し付
着した。細胞含有水の供給と共に、この沈着量は増大し
た。この動物細胞の十分な沈着に要する時間は約３０〜
６０分程度であった。

動物細胞の十分な沈着を確認した後、供給流路へからの
動物細胞含有液の供給を中止し、供給流路Ｂから培養液
の供給を開始した。培養液の供給流量は　約１０！！／
日であった。

〔発明の効果〕

本発明のバイオリアクター装置によれば、動物細胞が　
容器内部に配置された培養基体上に高倍率かつ高密度に
一付着し、液循環培養方式によって培養されるので、培
養液の供給と交換が自動的に行われて容易であり、かつ
絶えず浸透圧、溶存酵素、ｐＨ１温度及び基質と代謝生
成物の濃度を細胞の培養に適した至適範囲に制御するこ
とによって動物細胞の効率よい代謝反応が可能である、
また動物細胞、培養液、基質、その他必要な物質を培養
床担体に対して平行にあるいは直角に供給することがで
きるので、それらを動物細胞と効率よく接触させること
ができ、動物細胞は　担体に付着固定され、動物細胞同
士や担体相互間の接触もないので、細胞にかかるシェア
ストレスも少なく、細胞の不活性化も起こりにくい、さ
らに生成される代謝物質は　精密濾過膜を通して連続的
に系外に取り出されるので動物細胞には代謝生成物によ
る阻害はなく、容器内において動物細胞に効率よい代謝
反応を進行せしめることができるという効果が奏せられ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は　本発明の一実施例である培養膜を積層型に装
填したバイオリアクター装置の断面図、第２図は　本発
明の他の実施例である培養膜を渦巻き型に装填したバイ
オリアクター装置の断面図である。各図中、１：容器、１０．１１．１２：容器の側部壁、
１３：下部壁、１４：上部壁、２：流路、２１：供給流
路Ａの接続管、２２：排出流路ａの接続管、２３：供給
流路Ｂの接続管、２４：排出流路すの接続管、３：粗大
多孔性板、４：動物細胞培養基体、５：隔離材、６：精
密濾過膜、７：中空管、８：０−リング、を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内部に動物細胞を含む液体を供給し得る流路（供
給流路Ａ）、内部に培養液及び基質溶液を供給し得る流
路（供給流路Ｂ）、内部より浮遊した動物細胞を含む液
体を排出し得る流路（排出流路ａ）及び内部より培養液
や基質溶液の残部及び動物細胞の代謝生成物質を含む溶
液を排出し得る流路（排出流路ｂ）を備えた密封可能な
容器、多孔性担体と該担体上に施された培養床からなり
、該容器の内部において該供給路の各々から供給された
液体が流れつつ接触した後、該排出路の各々に導かれる
ように配置された動物細胞培養基体、及び該容器の内部
に排出流路ｂを横断して配置され、該流路ｂに排出され
る液体を濾過するための精密濾過膜からなることを特徴
とするバイオリアクター装置。
（２）該多孔性担体は不織布であることを特徴とするバ
イオリアクター装置。
（３）該動物細胞培養基体は該容器内に供給されたすべ
ての基質溶液が透過するように配置されていることを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載のバイオリアクタ
ー装置。
（４）該動物細胞培養基体は皮膜状をなし、該容器内に
おいて渦巻き状に配置されていることを特徴とする特許
請求の範囲第３項に記載のバイオリアクター装置。
（５）該動物細胞培養基体は皮膜状をなし、該容器内に
おいて多数枚が積層して配置されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第３項に記載のバイオリアクター装置
。
（６）該動物細胞培養基体には動物細胞が付着、培養さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
のバイオリアクター装置。
（７）該容器内に供給される液体は動物細胞の培養に必
要な栄養源を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１
項に記載のバイオリアクター装置。
（８）該容器内に供給される液体は培養された動物細胞
に作用して所期の代謝生成物質を生成させるための基質
を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
バイオリアクター装置。
（９）該容器内に供給される液体は動物細胞の培養と活
性の維持に必要かつ十分な酸素を含むことを特徴とする
特許請求の範囲第１項に記載のバイオリアクター装置。
（１０）該容器から排出される液体は培養されている動
物細胞が生成した代謝生成物質を含むことを特徴とする
特許請求の範囲第１項に記載のバイオリアクター装置。