JPH10108666A - 中空糸型培養器 - Google Patents
中空糸型培養器Info
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- JPH10108666A JPH10108666A JP8281546A JP28154696A JPH10108666A JP H10108666 A JPH10108666 A JP H10108666A JP 8281546 A JP8281546 A JP 8281546A JP 28154696 A JP28154696 A JP 28154696A JP H10108666 A JPH10108666 A JP H10108666A
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- hollow fiber
- incubator
- header
- fiber type
- cells
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M25/00—Means for supporting, enclosing or fixing the microorganisms, e.g. immunocoatings
- C12M25/10—Hollow fibers or tubes
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- Health & Medical Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
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- Immunology (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 大型の培養器であっても、培養器本体での片
流れの少ない中空糸型培養器を提供する。 【解決手段】 培養器本体の少なくとも一端に、円盤状
の内部空間を形成するヘッダーの設けられた中空糸型培
養器において、該ヘッダーの内面が培養器本体側ストレ
ート部７とノズルストレート部８とをアール部９にて連
続化したものであり、該ヘッダーの該培養器本体側の内
径をＤ（ｍｍ）、該ヘッダーのノズルの最小内径をｄ
（ｍｍ）、該ヘッダーのアール部曲率半径をＲ（ｍ
ｍ）、該ヘッダーの円盤状の内部空間の高さをＨ（ｍ
ｍ）、該中空糸型培養器の中空糸外側膜面積をＳ（ｃｍ
2）、中空糸外容積をＶ（ｍｌ）としたとき、Ｓ≧５０
００またはＶ≧６０であって、Ｓ1/2／２０＜ｄ又はＶ
1/3＜ｄ、かつ（Ｄ−ｄ）／８≦Ｒ≦（Ｄ−ｄ）／２又
はＤ／１０≦Ｈであることを特徴とする中空糸型培養
器。
流れの少ない中空糸型培養器を提供する。 【解決手段】 培養器本体の少なくとも一端に、円盤状
の内部空間を形成するヘッダーの設けられた中空糸型培
養器において、該ヘッダーの内面が培養器本体側ストレ
ート部７とノズルストレート部８とをアール部９にて連
続化したものであり、該ヘッダーの該培養器本体側の内
径をＤ（ｍｍ）、該ヘッダーのノズルの最小内径をｄ
（ｍｍ）、該ヘッダーのアール部曲率半径をＲ（ｍ
ｍ）、該ヘッダーの円盤状の内部空間の高さをＨ（ｍ
ｍ）、該中空糸型培養器の中空糸外側膜面積をＳ（ｃｍ
2）、中空糸外容積をＶ（ｍｌ）としたとき、Ｓ≧５０
００またはＶ≧６０であって、Ｓ1/2／２０＜ｄ又はＶ
1/3＜ｄ、かつ（Ｄ−ｄ）／８≦Ｒ≦（Ｄ−ｄ）／２又
はＤ／１０≦Ｈであることを特徴とする中空糸型培養
器。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、細胞の培養に関す
るものである。更に詳しくは、有用物質生産を目的とし
た動物細胞の大量培養に好適な中空糸型培養器に関する
ものである。
るものである。更に詳しくは、有用物質生産を目的とし
た動物細胞の大量培養に好適な中空糸型培養器に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】中空糸型培養器は、動物細胞を生体に近
い環境で培養することを目的にＫｎａｚｅｋ等によって
開発された（Ｋｎａｚｅｋ ｅｔ．ａｌ．１９７２．Ｓ
ｃｉｅｎｃｅ１７８：６５−６７）。中空糸型培養器で
は、中空糸内部を流れる培養液と中空糸外側に成育する
細胞との間で中空糸壁面を介した物質交換が連続的かつ
効果的に行われる。また、中空糸型培養器は付着性細胞
にとっては細胞生育に必要不可欠な細胞の付着する面
を、中空糸外膜面として、限られた容積内に多く確保す
る。このため、中空糸型培養器を用いれば、動物細胞を
１〜５×１０8個／ｍｌの高密度で培養することが可能
である。通常、動物細胞の到達密度はシャーレやフラス
コを利用した静置培養では１０6個／ｍｌレベル、条件
のよく検討された潅流培養等でも１０7個／ｍｌレベル
に過ぎない。高密度培養は、培養システムの小型化、省
力化に寄与するところが大きい。
い環境で培養することを目的にＫｎａｚｅｋ等によって
開発された（Ｋｎａｚｅｋ ｅｔ．ａｌ．１９７２．Ｓ
ｃｉｅｎｃｅ１７８：６５−６７）。中空糸型培養器で
は、中空糸内部を流れる培養液と中空糸外側に成育する
細胞との間で中空糸壁面を介した物質交換が連続的かつ
効果的に行われる。また、中空糸型培養器は付着性細胞
にとっては細胞生育に必要不可欠な細胞の付着する面
を、中空糸外膜面として、限られた容積内に多く確保す
る。このため、中空糸型培養器を用いれば、動物細胞を
１〜５×１０8個／ｍｌの高密度で培養することが可能
である。通常、動物細胞の到達密度はシャーレやフラス
コを利用した静置培養では１０6個／ｍｌレベル、条件
のよく検討された潅流培養等でも１０7個／ｍｌレベル
に過ぎない。高密度培養は、培養システムの小型化、省
力化に寄与するところが大きい。
【０００３】そのため、中空糸型培養器は有用物質の工
業生産を目的とするような、動物細胞の大量培養を行う
際には非常に有力な手段であると考えられていた。しか
しながら、中空糸型培養器を用いた動物細胞の大量培養
はいまだ十分実用化には至っていない。その理由は中空
糸型培養器には、大きな欠点が内在したからである。そ
の欠点とは、大型の中空糸型培養器では、培養器本体内
各所で培養環境が不均一となることである。中空糸型培
養器を有効に用いるためには、培養器本体内全体を培養
に最適な環境に均一化することが必要である。
業生産を目的とするような、動物細胞の大量培養を行う
際には非常に有力な手段であると考えられていた。しか
しながら、中空糸型培養器を用いた動物細胞の大量培養
はいまだ十分実用化には至っていない。その理由は中空
糸型培養器には、大きな欠点が内在したからである。そ
の欠点とは、大型の中空糸型培養器では、培養器本体内
各所で培養環境が不均一となることである。中空糸型培
養器を有効に用いるためには、培養器本体内全体を培養
に最適な環境に均一化することが必要である。
【０００４】中空糸型培養器は、通常、中空糸束を円筒
形の容器に収容した形態をしており、円筒の両端にヘッ
ダーといわれる構造をもつ。培養液は一端のヘッダーの
ノズル（培養液入口側）から供給し、もう一方のヘッダ
ーのノズル（培養液出口側）へ排出する。培養環境の不
均一は、培養器縦方向（培養液入口側から培養液出口側
へ向かう方向）と、円周方向（培養器中心から培養器円
周に向かう方向）の２方向に生じる。前者に関しては、
濃度勾配という形で現れる。即ち、培養液中の、酸素、
グルコース、アミノ酸等の細胞によって消費される物質
の濃度は、培養液入口側で高く出口側に行くにしたがっ
て低くなる。また、二酸化炭素、乳酸、アンモニア等の
細胞の排出する老廃物、分泌物の濃度は、培養液入口側
では低く出口側に行くにしたがって高くなる。この培養
器縦方向の不均一は効率的に培養を行うためには非常に
大きな問題であると思われたが、培養期間中に培養液の
流れ方向を適宜逆転させることで容易に解決可能であっ
た。一方、培養環境の円周方向の不均一は、培養器本体
内に収容された中空糸束の中心部に位置する中空糸には
培養液が速く流れ、周辺部に位置する中空糸には遅く流
れる、いわゆる片流れに起因するものである。片流れを
低減させるためには、中空糸型培養器の構造を最適化す
ることが必要である。ところが、従来の中空糸難培養器
のヘッダーは、中空糸型血液等処理器（血液透析器、血
漿分離器、人工肺、等）に倣って設計されてきた。又
は、中空糸型血液等処理器のヘッダーが中空糸型培養器
に転用されてきた。中空糸型血液等処理器の場合、内部
を流れる液は物理的ストレスに脆弱な血液細胞成分を含
み、比較的粘度の高い血液や血漿である。そのため、多
くのヘッダーは、容器本体での片流れを減少させるとい
う観点からよりはむしろ、ヘッダー内での凝固や残血の
低減を目的に、ヘッダー内での液流れのよどみをなくす
という観点から設計されていた（特開平４−３０５２２
９）。また、中空糸型血液等処理器の内部を流れる液の
流速は５０〜２００ｍｌ／分であるから、ヘッダーは処
理器本体での片流れを流速５０〜２００ｍｌ／分の条件
下での低減に配慮した設計であった（特開平８−５７２
６６）。ところが中空糸型培養器の場合、内部を流れる
液は培養液であり、血球のような物理的ストレスに対し
て脆弱な成分は含まれない。また、ほぼ完全な水溶液で
あって血液や血漿に比較し粘度は低い。更に培養液の流
速は、培養する細胞数にほぼ比例するので、大型の中空
糸型培養器において大量の細胞を培養する際は、２００
ｍｌ／分以上、細胞の種類によっては１０００ｍｌ／分
以上である。中空糸型培養器の内部で生じる片流れは、
実験室レベルで用いる小型のものではほとんど問題とな
らない。しかしながら、スケールアップした工業レベル
で用いる大型のものにおいては無視できぬものである。
現在までの中空糸型培養器では、培養条件をいかに検討
しようとも、小型のものにおける中空糸膜面積当たりの
培養性能（維持細胞数、物理生産量）に比較すると大型
のものにおけるそれは著しく低く、期待どおりのスケー
ルアップができないという残念な結果に終わっていた。
形の容器に収容した形態をしており、円筒の両端にヘッ
ダーといわれる構造をもつ。培養液は一端のヘッダーの
ノズル（培養液入口側）から供給し、もう一方のヘッダ
ーのノズル（培養液出口側）へ排出する。培養環境の不
均一は、培養器縦方向（培養液入口側から培養液出口側
へ向かう方向）と、円周方向（培養器中心から培養器円
周に向かう方向）の２方向に生じる。前者に関しては、
濃度勾配という形で現れる。即ち、培養液中の、酸素、
グルコース、アミノ酸等の細胞によって消費される物質
の濃度は、培養液入口側で高く出口側に行くにしたがっ
て低くなる。また、二酸化炭素、乳酸、アンモニア等の
細胞の排出する老廃物、分泌物の濃度は、培養液入口側
では低く出口側に行くにしたがって高くなる。この培養
器縦方向の不均一は効率的に培養を行うためには非常に
大きな問題であると思われたが、培養期間中に培養液の
流れ方向を適宜逆転させることで容易に解決可能であっ
た。一方、培養環境の円周方向の不均一は、培養器本体
内に収容された中空糸束の中心部に位置する中空糸には
培養液が速く流れ、周辺部に位置する中空糸には遅く流
れる、いわゆる片流れに起因するものである。片流れを
低減させるためには、中空糸型培養器の構造を最適化す
ることが必要である。ところが、従来の中空糸難培養器
のヘッダーは、中空糸型血液等処理器（血液透析器、血
漿分離器、人工肺、等）に倣って設計されてきた。又
は、中空糸型血液等処理器のヘッダーが中空糸型培養器
に転用されてきた。中空糸型血液等処理器の場合、内部
を流れる液は物理的ストレスに脆弱な血液細胞成分を含
み、比較的粘度の高い血液や血漿である。そのため、多
くのヘッダーは、容器本体での片流れを減少させるとい
う観点からよりはむしろ、ヘッダー内での凝固や残血の
低減を目的に、ヘッダー内での液流れのよどみをなくす
という観点から設計されていた（特開平４−３０５２２
９）。また、中空糸型血液等処理器の内部を流れる液の
流速は５０〜２００ｍｌ／分であるから、ヘッダーは処
理器本体での片流れを流速５０〜２００ｍｌ／分の条件
下での低減に配慮した設計であった（特開平８−５７２
６６）。ところが中空糸型培養器の場合、内部を流れる
液は培養液であり、血球のような物理的ストレスに対し
て脆弱な成分は含まれない。また、ほぼ完全な水溶液で
あって血液や血漿に比較し粘度は低い。更に培養液の流
速は、培養する細胞数にほぼ比例するので、大型の中空
糸型培養器において大量の細胞を培養する際は、２００
ｍｌ／分以上、細胞の種類によっては１０００ｍｌ／分
以上である。中空糸型培養器の内部で生じる片流れは、
実験室レベルで用いる小型のものではほとんど問題とな
らない。しかしながら、スケールアップした工業レベル
で用いる大型のものにおいては無視できぬものである。
現在までの中空糸型培養器では、培養条件をいかに検討
しようとも、小型のものにおける中空糸膜面積当たりの
培養性能（維持細胞数、物理生産量）に比較すると大型
のものにおけるそれは著しく低く、期待どおりのスケー
ルアップができないという残念な結果に終わっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、培養
性能の極めて高い大型の中空糸型培養器を提供すること
にある。具体的には、大型の培養器であっても培養器本
体内での片流れの少ない中空糸型培養器を提供すること
にある。
性能の極めて高い大型の中空糸型培養器を提供すること
にある。具体的には、大型の培養器であっても培養器本
体内での片流れの少ない中空糸型培養器を提供すること
にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに鋭意検討した結果、大型の培養器であっても特定の
構造を有するヘッダーを使用することにより、上記目的
を達成できることを見出し、本発明を成すに至った。即
ち本発明は、中空糸型培養器であって、中空糸束が円筒
形の容器に収容されてなる培養器本体の少なくとも一端
に、円盤状の内部空間を形成するヘッダーの設けられた
中空糸型培養器において、該ヘッダーの内面が培養器本
体側ストレート部とノズルストレート部とをアール部に
て連続化したものであり、該ヘッダーの該培養器本体側
の内径をＤ（ｍｍ）、該ヘッダーのノズルの最小内径を
ｄ（ｍｍ）、該ヘッダーのアール部曲率半径をＲ（ｍ
ｍ）、該ヘッダーの円盤状の内部空間の高さをＨ（ｍ
ｍ）、該中空糸型培養器の中空糸外側膜面積をＳ（ｃｍ
2）、中空糸外容積をＶ（ｍｌ）とした時、Ｓ≧５００
０またはＶ≧６０であって、Ｓ1/2／２０＜ｄ又はＶ1/3
＜ｄ、かつ（Ｄ−ｄ）／８≦Ｒ≦（Ｄ−ｄ）／２又はＤ
／１０≦Ｈであることを特徴とする中空糸型培養器であ
る。図１は本発明でいう中空糸型培養器の１例を示すも
ので、ヘッダー１及び２、中空糸３の束を収容した培養
器本体４、中空糸の両端を容器本体内部に接着保持する
接着部５及び６からなる。ヘッダー１及び２にはそれぞ
れ、培養液を導入又は排出するためのノズル１ａ、２ａ
が、培養器本体４には細胞を添加又は採取若しくは培養
液等を添加又は採取するための添加口４ａ、４ｂが設け
られている。培養器本体及びヘッダーの材質としては、
通常用いられる、ポリプロピレン、ポリカーボネイト、
ポリメタクリレート、スチレンブタジエン共重合体等が
本発明においても用いられる。
めに鋭意検討した結果、大型の培養器であっても特定の
構造を有するヘッダーを使用することにより、上記目的
を達成できることを見出し、本発明を成すに至った。即
ち本発明は、中空糸型培養器であって、中空糸束が円筒
形の容器に収容されてなる培養器本体の少なくとも一端
に、円盤状の内部空間を形成するヘッダーの設けられた
中空糸型培養器において、該ヘッダーの内面が培養器本
体側ストレート部とノズルストレート部とをアール部に
て連続化したものであり、該ヘッダーの該培養器本体側
の内径をＤ（ｍｍ）、該ヘッダーのノズルの最小内径を
ｄ（ｍｍ）、該ヘッダーのアール部曲率半径をＲ（ｍ
ｍ）、該ヘッダーの円盤状の内部空間の高さをＨ（ｍ
ｍ）、該中空糸型培養器の中空糸外側膜面積をＳ（ｃｍ
2）、中空糸外容積をＶ（ｍｌ）とした時、Ｓ≧５００
０またはＶ≧６０であって、Ｓ1/2／２０＜ｄ又はＶ1/3
＜ｄ、かつ（Ｄ−ｄ）／８≦Ｒ≦（Ｄ−ｄ）／２又はＤ
／１０≦Ｈであることを特徴とする中空糸型培養器であ
る。図１は本発明でいう中空糸型培養器の１例を示すも
ので、ヘッダー１及び２、中空糸３の束を収容した培養
器本体４、中空糸の両端を容器本体内部に接着保持する
接着部５及び６からなる。ヘッダー１及び２にはそれぞ
れ、培養液を導入又は排出するためのノズル１ａ、２ａ
が、培養器本体４には細胞を添加又は採取若しくは培養
液等を添加又は採取するための添加口４ａ、４ｂが設け
られている。培養器本体及びヘッダーの材質としては、
通常用いられる、ポリプロピレン、ポリカーボネイト、
ポリメタクリレート、スチレンブタジエン共重合体等が
本発明においても用いられる。
【０００７】本発明でいう中空糸とは、物質透過性を有
する中空繊維状の膜であって、素材としては、通常用い
られる、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、
再生セルロース、セルロースアセテート、ポリスルフォ
ン、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン等が用いられ
る。疎水性材料、親水性材料いずれも使用可能である。
膜そのものでも良く、親水性、細胞親和性、抗血栓性等
をもつ物質をコーティングした膜でも良い。またグラフ
ト重合や化学的結合等によって表面改質した膜でも良
い。本発明でいう中空糸外側膜面積とは、中空糸型培養
器の容器本体に収容されている中空糸の物質交換に有効
な部分、即ち両側の接着部の間（この部分の長さを有効
長という）の中空糸の外側の膜面積の合計であり、下記
の式で与えられる。 （中空糸外側膜面積）＝（中空糸外径）×π×（中空糸
有効長）×（中空糸本数） 本発明でいう中空糸外容積とは、培養器本体の、中空糸
部分を除いた部分の容積であり、いわゆるＥＣＳ（ｅｘ
ｔｒａ−ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｓｐａｃｅ）容積といわ
れるものである。本体が円筒形の場合にあっては下記の
式で与えられる。 （中空糸外容積）＝（本体の内半径）2×π×（中空糸
有効長）−（中空糸外半径）2×π×（中空糸有効長）
×（中空糸本数） 本発明はＳ≧５０００またはＶ≧６０である大型の培養
器を対象とする。本発明に係る中空糸型培養器で培養す
る細胞は、主には動物細胞であり、付着性、浮遊性、い
ずれも含む。例としては、Ｈｅｌａ（ヒト子宮頸部癌由
来細胞）、Ｂａｌｂ３Ｔ３（マウス胎仔由来細胞）、Ｌ
９２９（マウス総合組織由来細胞）、ＢＧＭ（アフリカ
ミドリザル腎由来細胞）、Ｖｅｒｏ（アフリカミドリザ
ル腎由来細胞）、ＢＨＫ（新生仔シリアンハムスター腎
由来細胞）、ＣＨＯ（チャイニーズハムスター卵巣由来
細胞）、それらに遺伝子を導入した細胞、ハイブリドー
マ等が挙げられる。また、株細胞には限らず、肝細胞、
膵細胞等の初代培養細胞、血液幹細胞、前駆細胞、リン
パ球、Ｔ細胞、Ｂ細胞等の血液由来細胞も含む。これら
の細胞に遺伝子を導入した細胞、適当な液性因子を与え
て賦活化した細胞等も含む。更に、本発明に係る中空糸
型培養器はいずれの動物細胞の培養にも効果的である
が、有用物質生産を目的とした動物細胞培養に特に適す
る。この例としては、遺伝子を導入した動物細胞による
医薬品、診断薬等の生産、ウイルス感染さえた動物細胞
によるワクチン用ウイルスの生産、ハイブリドーマによ
る抗体生産が挙げられる。
する中空繊維状の膜であって、素材としては、通常用い
られる、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、
再生セルロース、セルロースアセテート、ポリスルフォ
ン、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン等が用いられ
る。疎水性材料、親水性材料いずれも使用可能である。
膜そのものでも良く、親水性、細胞親和性、抗血栓性等
をもつ物質をコーティングした膜でも良い。またグラフ
ト重合や化学的結合等によって表面改質した膜でも良
い。本発明でいう中空糸外側膜面積とは、中空糸型培養
器の容器本体に収容されている中空糸の物質交換に有効
な部分、即ち両側の接着部の間（この部分の長さを有効
長という）の中空糸の外側の膜面積の合計であり、下記
の式で与えられる。 （中空糸外側膜面積）＝（中空糸外径）×π×（中空糸
有効長）×（中空糸本数） 本発明でいう中空糸外容積とは、培養器本体の、中空糸
部分を除いた部分の容積であり、いわゆるＥＣＳ（ｅｘ
ｔｒａ−ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｓｐａｃｅ）容積といわ
れるものである。本体が円筒形の場合にあっては下記の
式で与えられる。 （中空糸外容積）＝（本体の内半径）2×π×（中空糸
有効長）−（中空糸外半径）2×π×（中空糸有効長）
×（中空糸本数） 本発明はＳ≧５０００またはＶ≧６０である大型の培養
器を対象とする。本発明に係る中空糸型培養器で培養す
る細胞は、主には動物細胞であり、付着性、浮遊性、い
ずれも含む。例としては、Ｈｅｌａ（ヒト子宮頸部癌由
来細胞）、Ｂａｌｂ３Ｔ３（マウス胎仔由来細胞）、Ｌ
９２９（マウス総合組織由来細胞）、ＢＧＭ（アフリカ
ミドリザル腎由来細胞）、Ｖｅｒｏ（アフリカミドリザ
ル腎由来細胞）、ＢＨＫ（新生仔シリアンハムスター腎
由来細胞）、ＣＨＯ（チャイニーズハムスター卵巣由来
細胞）、それらに遺伝子を導入した細胞、ハイブリドー
マ等が挙げられる。また、株細胞には限らず、肝細胞、
膵細胞等の初代培養細胞、血液幹細胞、前駆細胞、リン
パ球、Ｔ細胞、Ｂ細胞等の血液由来細胞も含む。これら
の細胞に遺伝子を導入した細胞、適当な液性因子を与え
て賦活化した細胞等も含む。更に、本発明に係る中空糸
型培養器はいずれの動物細胞の培養にも効果的である
が、有用物質生産を目的とした動物細胞培養に特に適す
る。この例としては、遺伝子を導入した動物細胞による
医薬品、診断薬等の生産、ウイルス感染さえた動物細胞
によるワクチン用ウイルスの生産、ハイブリドーマによ
る抗体生産が挙げられる。
【０００８】本発明に係る中空糸型培養器のヘッダーの
構造は、図２におけるヘッダーの内面の培養器本体側ス
トレート部７とノズルストレート部８とをアール部９に
て連続化したものであり、培養器本体側開口部１０の内
径をＤ、ノズル１１の最小内径をｄ、アール部９の曲率
半径をＲ、円盤状の内部空間の高さをＨとした時、ｄ、
Ｒ、Ｈに特徴を有する。ｄの値が小さいと、培養液を高
流速で流したときに培養液の流れが中心に偏り、周辺部
の流量が小さくなってしまう。従って、ｄはＳ≧５００
０又は、Ｖ≧６０の大型培養器にあっては、Ｓ1/2／２
０＜ｄであることが必要である。ｄがこれより小さい値
をとるときには高流速において培養器内部で培養液の片
流れが生じるので好ましくない。また、ノズルをサニタ
リーフェルール形状にするなど、規格に準拠した構造に
することも中空糸型培養器の培養システムへの組み込み
を容易にしたり、培養期間中の無菌性保持や保守を容易
にする等の点から効果的である。Ｒの値が小さいと、培
養液を高流速で流したときに、培養液の中空糸束への均
等分配が行われなくなってしまう。従って、Ｒは、Ｓ
≧５０００又は、Ｖ≧６０の大型培養器にあっては、
（Ｄ−ｄ）／８≦Ｒ≦（Ｄ−ｄ）／２、好ましくは、
（Ｄ−ｄ）／３．５≦Ｒ≦（Ｄ−ｄ）／２であることが
必要である。Ｒがこの範囲未満の値をとるときには高流
速において培養器内部で培養液の片流れが生じるので好
ましくない。又、Ｒの値がこの範囲を超えると、ヘッダ
ー内の液流れのよどみが起こりやすくなることから、そ
の上限は（Ｄ−ｄ）／２であることが好ましい。また、
Ｒ＜（Ｄ−ｄ）／８であっても、ＨがＤ／１０≦Ｈを満
たせば、更に好ましくはＤ／４．５４≦Ｈを満たせば、
（Ｄ−ｄ）／８≦Ｒ≦（Ｄ−ｄ）／２である場合と同様
の効果が得られる。本発明の中空糸型培養器は、大型で
あって、培養液の流速が大きい時でも培養器の本体での
片流れをほとんど生じさせない。そのため、培養器全体
に高密度に細胞を維持することが可能である。
構造は、図２におけるヘッダーの内面の培養器本体側ス
トレート部７とノズルストレート部８とをアール部９に
て連続化したものであり、培養器本体側開口部１０の内
径をＤ、ノズル１１の最小内径をｄ、アール部９の曲率
半径をＲ、円盤状の内部空間の高さをＨとした時、ｄ、
Ｒ、Ｈに特徴を有する。ｄの値が小さいと、培養液を高
流速で流したときに培養液の流れが中心に偏り、周辺部
の流量が小さくなってしまう。従って、ｄはＳ≧５００
０又は、Ｖ≧６０の大型培養器にあっては、Ｓ1/2／２
０＜ｄであることが必要である。ｄがこれより小さい値
をとるときには高流速において培養器内部で培養液の片
流れが生じるので好ましくない。また、ノズルをサニタ
リーフェルール形状にするなど、規格に準拠した構造に
することも中空糸型培養器の培養システムへの組み込み
を容易にしたり、培養期間中の無菌性保持や保守を容易
にする等の点から効果的である。Ｒの値が小さいと、培
養液を高流速で流したときに、培養液の中空糸束への均
等分配が行われなくなってしまう。従って、Ｒは、Ｓ
≧５０００又は、Ｖ≧６０の大型培養器にあっては、
（Ｄ−ｄ）／８≦Ｒ≦（Ｄ−ｄ）／２、好ましくは、
（Ｄ−ｄ）／３．５≦Ｒ≦（Ｄ−ｄ）／２であることが
必要である。Ｒがこの範囲未満の値をとるときには高流
速において培養器内部で培養液の片流れが生じるので好
ましくない。又、Ｒの値がこの範囲を超えると、ヘッダ
ー内の液流れのよどみが起こりやすくなることから、そ
の上限は（Ｄ−ｄ）／２であることが好ましい。また、
Ｒ＜（Ｄ−ｄ）／８であっても、ＨがＤ／１０≦Ｈを満
たせば、更に好ましくはＤ／４．５４≦Ｈを満たせば、
（Ｄ−ｄ）／８≦Ｒ≦（Ｄ−ｄ）／２である場合と同様
の効果が得られる。本発明の中空糸型培養器は、大型で
あって、培養液の流速が大きい時でも培養器の本体での
片流れをほとんど生じさせない。そのため、培養器全体
に高密度に細胞を維持することが可能である。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例を用いて詳
細に説明する。
細に説明する。
【実施例】親水化材をコートしたポリエチレン製中空糸
（内径３４０μｍ、膜厚５０μｍ）６６００本を、両端
内径５２ｍｍの円筒形のポリカーボネイトの容器に収容
し、中空糸両端をウレタンにて容器内側に接着保持する
ことにより、中空糸有効長２２０ｍｍ、中空糸外膜面積
２．０ｍ2、中空糸外容積２４６ｍｌなる培養器本体を
作製した。この両端にヘッダーを配し、中空糸型培養器
を得、流れの可視化試験を行った。流れの可視化試験と
は、次のようなものである。培養器両端のヘッダーノズ
ルにそれぞれ適当な長さのチューブを装着し、６０℃に
保った１．５％の透明な寒天溶液を所定の流速で流し
た。次に、墨汁等で適当に着色した寒天溶液に切替え、
所定の流速で流した。培養器本体の１／３まで着色寒天
溶液が流れたところでポンプを止め、すばやく培養器全
体を冷水につけるなどして、急冷した。寒天溶液が完全
に固化した後、培養器を縦方向に、円筒中心を通る軸を
含む面で２つに切断し、断面の着色寒天の長さ（侵入
長）を測定した。周辺部侵入長の中心部侵入長に対する
比（以下、周辺部侵入長比（％）という）で表した。
（内径３４０μｍ、膜厚５０μｍ）６６００本を、両端
内径５２ｍｍの円筒形のポリカーボネイトの容器に収容
し、中空糸両端をウレタンにて容器内側に接着保持する
ことにより、中空糸有効長２２０ｍｍ、中空糸外膜面積
２．０ｍ2、中空糸外容積２４６ｍｌなる培養器本体を
作製した。この両端にヘッダーを配し、中空糸型培養器
を得、流れの可視化試験を行った。流れの可視化試験と
は、次のようなものである。培養器両端のヘッダーノズ
ルにそれぞれ適当な長さのチューブを装着し、６０℃に
保った１．５％の透明な寒天溶液を所定の流速で流し
た。次に、墨汁等で適当に着色した寒天溶液に切替え、
所定の流速で流した。培養器本体の１／３まで着色寒天
溶液が流れたところでポンプを止め、すばやく培養器全
体を冷水につけるなどして、急冷した。寒天溶液が完全
に固化した後、培養器を縦方向に、円筒中心を通る軸を
含む面で２つに切断し、断面の着色寒天の長さ（侵入
長）を測定した。周辺部侵入長の中心部侵入長に対する
比（以下、周辺部侵入長比（％）という）で表した。
【００１０】
【実施例１】先述の中空糸型培養器本体両端に、図２に
示されたヘッダーで、Ｄを５２（ｍｍ）、ｄを８（ｍ
ｍ）、Ｒを１２（ｍｍ）、Ｈを５（ｍｍ）としたものを
装着し、流れの可視化試験を実施した。流速５００ｍｌ
／分においては、周辺部侵入長比は７９．６％であっ
た。
示されたヘッダーで、Ｄを５２（ｍｍ）、ｄを８（ｍ
ｍ）、Ｒを１２（ｍｍ）、Ｈを５（ｍｍ）としたものを
装着し、流れの可視化試験を実施した。流速５００ｍｌ
／分においては、周辺部侵入長比は７９．６％であっ
た。
【００１１】
【実施例２】先述の中空糸型培養器本体両端に、図２に
示されたヘッダーで、Ｄを５２（ｍｍ）、ｄを８（ｍ
ｍ）、Ｒを２１（ｍｍ）、Ｈを５（ｍｍ）としたものを
装着し、流れの可視化試験を実施した。流速５００ｍｌ
／分においては、周辺部侵入長比は１０３．０％であ
り、片流れはほとんど生じていなかった。また、流速１
５００ｍｌ／分においては、９０．０％であり、片流れ
はほとんど生じていなかった。
示されたヘッダーで、Ｄを５２（ｍｍ）、ｄを８（ｍ
ｍ）、Ｒを２１（ｍｍ）、Ｈを５（ｍｍ）としたものを
装着し、流れの可視化試験を実施した。流速５００ｍｌ
／分においては、周辺部侵入長比は１０３．０％であ
り、片流れはほとんど生じていなかった。また、流速１
５００ｍｌ／分においては、９０．０％であり、片流れ
はほとんど生じていなかった。
【００１２】
【実施例３】先述の中空糸型培養器本体両端に、図２に
示されたヘッダーで、Ｄを５２（ｍｍ）、ｄを８（ｍ
ｍ）、Ｒを５（ｍｍ）、Ｈを１２（ｍｍ）としたものを
装着し、流れの可視化試験を実施した。流速５００ｍｌ
／分においては、８０．１％であった。
示されたヘッダーで、Ｄを５２（ｍｍ）、ｄを８（ｍ
ｍ）、Ｒを５（ｍｍ）、Ｈを１２（ｍｍ）としたものを
装着し、流れの可視化試験を実施した。流速５００ｍｌ
／分においては、８０．１％であった。
【００１３】
【比較例１】先述の中空糸型培養器本体両端に、図２に
示されたヘッダーで、Ｄを５２（ｍｍ）、ｄを８（ｍ
ｍ）、Ｒを５（ｍｍ）、Ｈを５（ｍｍ）としたものを装
着し、流れの可視化試験を実施した。流速５００ｍｌ／
分においては、６６．９％となり片流れは顕著であっ
た。実施例１〜３及び比較例１の流れ試験結果を表１
に、各パラメーター計算結果を表２にまとめた。 判定基準は、周辺部流速比が７０％未満を×、 ７０％以上９０％未満を○、９０％以上を◎とした。
示されたヘッダーで、Ｄを５２（ｍｍ）、ｄを８（ｍ
ｍ）、Ｒを５（ｍｍ）、Ｈを５（ｍｍ）としたものを装
着し、流れの可視化試験を実施した。流速５００ｍｌ／
分においては、６６．９％となり片流れは顕著であっ
た。実施例１〜３及び比較例１の流れ試験結果を表１
に、各パラメーター計算結果を表２にまとめた。 判定基準は、周辺部流速比が７０％未満を×、 ７０％以上９０％未満を○、９０％以上を◎とした。
【００１４】
【表２】
【００１５】
【発明の効果】本発明の中空糸型培養器を用いると、大
型培養器において培養液を高流速で流しても培養器本体
での片流れがほとんど生じない。このため、培養器の中
心に維持されている細胞と培養器周辺部に維持されてい
る細胞に均質な培養条件を提供でき、大型の培養器にお
いても培養器全体が有効に利用可能となる。従って、中
空糸型培養器による動物細胞の高密度培養のスケールア
ップが達成でき、動物細胞の効率的な大量培養が可能と
なった。
型培養器において培養液を高流速で流しても培養器本体
での片流れがほとんど生じない。このため、培養器の中
心に維持されている細胞と培養器周辺部に維持されてい
る細胞に均質な培養条件を提供でき、大型の培養器にお
いても培養器全体が有効に利用可能となる。従って、中
空糸型培養器による動物細胞の高密度培養のスケールア
ップが達成でき、動物細胞の効率的な大量培養が可能と
なった。
【図１】本発明の中空糸型培養器の一例を示す模式図で
ある。
ある。
【図２】本発明の中空糸型培養器に用いられるヘッダー
の一例を示す断面模式図である。
の一例を示す断面模式図である。
１，２ ヘッダー １ａ，２ａ ノズル ３ 中空糸 ４ 培養器本体 ４ａ，４ｂ 添加口 ５，６ 接着部 ７ 容器本体側ストレート部 ８ ノズルストレート部 ９ アール部 １０ 培養器本体側開口部 １１ ノズル
Claims (1)
- 【請求項１】 中空糸型培養器であって、中空糸束が円
筒形の容器に収容されてなる培養器本体の少なくとも一
端に、円盤状の内部空間を形成するヘッダーの設けられ
た中空糸型培養器において、該ヘッダーの内面が培養器
本体側ストレート部とノズルストレート部とをアール部
にて連続化したものであり、該ヘッダーの該培養器本体
側の内径をＤ（ｍｍ）、該ヘッダーのノズルの最小内径
をｄ（ｍｍ）、該ヘッダーのアール部曲率半径をＲ（ｍ
ｍ）、該ヘッダーの円盤状の内部空間の高さをＨ（ｍ
ｍ）、該中空糸型培養器の中空糸外側膜面積をＳ（ｃｍ
2）、中空糸外容積をＶ（ｍｌ）とした時、Ｓ≧５００
０またはＶ≧６０であって、Ｓ1/2／２０＜ｄ又はＶ1/3
＜ｄ、かつ（Ｄ−ｄ）／８≦Ｒ≦（Ｄ−ｄ）／２又はＤ
／１０≦Ｈであることを特徴とする中空糸型培養器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8281546A JPH10108666A (ja) | 1996-10-04 | 1996-10-04 | 中空糸型培養器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8281546A JPH10108666A (ja) | 1996-10-04 | 1996-10-04 | 中空糸型培養器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10108666A true JPH10108666A (ja) | 1998-04-28 |
Family
ID=17640692
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8281546A Pending JPH10108666A (ja) | 1996-10-04 | 1996-10-04 | 中空糸型培養器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10108666A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002253932A (ja) * | 2001-02-27 | 2002-09-10 | Kyocera Corp | フィルタモジュール |
| JP2002292252A (ja) * | 2001-03-29 | 2002-10-08 | Kyocera Corp | フィルタモジュール |
| JP2003071253A (ja) * | 2001-09-03 | 2003-03-11 | Toray Ind Inc | 中空糸モジュール |
| JP2005514718A (ja) * | 2001-07-26 | 2005-05-19 | ハンディラブ・インコーポレーテッド | マイクロフルイディック処理方法及びシステム |
| JP2009543565A (ja) * | 2006-07-14 | 2009-12-10 | ディーエスエム アイピー アセッツ ビー．ブイ． | 細胞を培養する改善された方法 |
-
1996
- 1996-10-04 JP JP8281546A patent/JPH10108666A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002253932A (ja) * | 2001-02-27 | 2002-09-10 | Kyocera Corp | フィルタモジュール |
| JP4522004B2 (ja) * | 2001-02-27 | 2010-08-11 | 京セラ株式会社 | フィルタモジュール |
| JP2002292252A (ja) * | 2001-03-29 | 2002-10-08 | Kyocera Corp | フィルタモジュール |
| JP2005514718A (ja) * | 2001-07-26 | 2005-05-19 | ハンディラブ・インコーポレーテッド | マイクロフルイディック処理方法及びシステム |
| JP2003071253A (ja) * | 2001-09-03 | 2003-03-11 | Toray Ind Inc | 中空糸モジュール |
| JP2009543565A (ja) * | 2006-07-14 | 2009-12-10 | ディーエスエム アイピー アセッツ ビー．ブイ． | 細胞を培養する改善された方法 |
| US8222001B2 (en) | 2006-07-14 | 2012-07-17 | Dsm Ip Assets B.V. | Process for the culturing of cells |
| US8440458B2 (en) | 2006-07-14 | 2013-05-14 | Dsm Ip Assets B.V. | Process for the culturing of cells |
| US9469865B2 (en) | 2006-07-14 | 2016-10-18 | Dpx Holdings B.V. | Process for the culturing of cells |
| US9670520B2 (en) | 2006-07-14 | 2017-06-06 | Patheon Holdings | B.V. | Process for the culturing of cells |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040618 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050816 |