JPS59175877A - 培養方法および培養システム - Google Patents

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】 発明の技術分野 本発明は培養液に懸濁した動物のｉｉ、ｌｆｌ胞および
寄生生物（ｉｉ１１物の細胞と相補状態ですなわち動物
細胞の環境にのみ存在し得る生物）を培養および処理す
る方法およびそのためのシスに関する。より詳細には、
本発明は細胞または寄生生物を含有する培養液を膜の一
方の側に、そして処理液を膜の他方の側に別々かつ独立
的に流すととりこよって細胞および生物を培養および処
理する方法およびシステムに関する。さらに詳細には、
本発明は互いに平行関係をなして耐漏れ件ハウジング内
に支持された一連の異なる膜の継続的使用によって培養
液に懸濁した細胞および寄生生物を培養および処理する
のに有用な方法およびシステムに関する。上記ハウジン
グは膜用の一連の分離隔室全形成している。細胞または
寄生生物を含有する流体は一連の分離隔室に独立的に流
す一方、曲の流体すなわちブスは細胞含有流体が流ね、
ている隔室に瞬接（〜た別の隔室に独立的に流すことが
できる。本発明によね、ば、双筒システムＩ−ｉ細胞ま
たは寄生生物を含有するｔ＠養液流を膜の一方の側にそ
して処理液流′ｆｒ膜の他方の側に流すことによって達
成される。

従来技術の説明 従来、細胞の培養はパッチ法呼たは連続流法のいずれか
で行なわれていた。

パッチ法においては、培養液に懸濁した細胞はタンクな
どの容器で培養が行なわれている。細胞の洗浄および細
胞への栄養分の供給を容易にするのに培養液の１拌を行
なってもよい。遠心作用を行使すると、洗浄サイクルま
だは栄養分の交替を行うにつれて、細胞は遠心力によっ
て容器５− の外壁に泪って保持されるようになる。遠心力を低下さ
せると、細胞は流体中（この流体が培養液、栄養分また
は洗浄液であるかどうかいずれにしろ）に分散すること
ができる。容器内で、細胞はがスを吹込むことによって
曝気することができる。

連続流法では、培養液に懸濁した細胞はポンピイングに
よって閉鎖ループすなわち流路を循猿享れる。ルーツに
泪った数段階で、細胞は培養液への栄養分の供給および
恐らく培養液の曝気食堂ける。培養液から廃棄生成物を
除去するのにフィルターを用いることができる。

・ぐツナ法か連続流法かいずれを使用するにせよ、細胞
は洗浄、栄養分の添加、廃棄生成物の除去および曝気の
種々のサイクルを行なうに際し、連続的器具操作または
攪ｎ？受ける。このような器具操作および攪拌は細胞の
状態に対して有害捷たは不利でさえあるととがある。生
存細胞が培養および他の処理においてこのような連続的
な器具操作を受ける方法の典型的なり；Ｉ！ｌは６− 米国特許第３，９６４，４６７号（１９７６年６月２２
日発行、サンローズ、「動物および人の抗体の生成増大
およびその採取方法およびそのだめの装置」）に開示さ
れている。

液体および粒子すなわち固体を含有する流体が流れてい
る膜の一方の側からＰ液（ｒ−除去するのに膜全利用す
ることも捷だフィルター業界では知られている。このよ
うなフィルターには、表面全体にわたって流体流が形成
される単一の半透膜が用いられている。このようなフィ
ルターシステムでは、膜？支持するために半透膜の一方
の表面ＫＭ接して配置したグレートを使用している。こ
の支持プレートは膜を通って拡散するＰ欣を桶促採取し
、かつこれらを通常の排出口まで送る溝、開口またはく
ぼみケ備えている。半透膜ｋ濾過用のみに使用する典型
的な例は、Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ　ｏｆ　Ｃｈｅｍ
ｉｃ＆ｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　＋第３版、第１５巻
の９２〜１１１頁「メンブラフ−チクノロソイ」、およ
びＴｈａ　Ｗａｙ　ＴｈｉｎｇｓＷｏｒｋ＋第１版、第
２巻の４１８〜４２５負［アーティフィツシャル・キッ
ドニイ」に開示されている（参照せよ）。

透析の従来技術において、物質を膜の一方の側に流して
不要の廃業物を物質から膜を通して拡散させることは公
知である。血液透析と呼ばれる透析の種類では、血液は
膜の一方の表面に流し、水は膜の反対側の表面に配置す
る。血液中と液体中との廃棄物質の濃度の差に因り、拡
散が生じ、それにより廃棄物質を血液から抽出すること
ができる。血ｉ透析においては、血液細胞の培養はない
。膜を血液透析フィルターに〜５７９貞「ディアリシス
」に開示されている（参照のこと）。

発明の概要 本発明の目的は培養液が膜全体に流れるときに培養液に
懸濁した細胞を培養する方法およびそのだめのシステム
を提供することである。

本発明の他の目的は膜全体にわたって流れている培養液
中の細胞の流れから廃棄生成物を除去する方法およびそ
のだめのシステムを提供することである。

本発明のさらに他の目的は膜の一方の表面全体にわたる
培養液流中に懸濁した細胞を同時に培養し、廃棄生成物
を膜の反対側表面から膜全通して細胞含有流体から除去
するための我流會利用した方法およびそのシステムを提
供することである。

さらに、本発明の目的は栄養分を浸透拡散により膜を介
して供給することによって膜の一方の表面全体にわたる
培養液流中に懸濁した細胞を培養する方法およびそのた
めのシステムを提供することにある。

また、本発明の池の目的は膜の一方の側全体にわたる培
養液流中に懸濁した細胞を同時に培養、曝気およびその
他の処理をするために双筒を利用する方法およびそのた
めのシステムを提供することにある。

本発明の別の目的はガスを拡散により膜を通９− して流体に供給することによって、膜の一方の側全体に
わたる培養液流中に懸濁した細胞を曝気する方法および
そのためのシステム’ｋ　４＞％供することである。

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。第１図
において、本発明の双筒方法およびシステム１０は、細
胞Ｊ２を含有する流体Ｊ１を第一隔室に、そしてがス寸
たは細胞の栄養物を含有する液体１７ケ第二隔室に流し
始めることによって行なわれる。膜１４、好ましくは、
半透膜１４は隔室１３および２５に共通の検子なしてい
る。これら隔室はハウノ／ダ１８内に配置されかつ二つ
の領域２６および２７で結合されている。

細胞１２を含有する培養液などの流体Ｉノは弁によりシ
ステム１ｏＫ４人される。流体は、ｊ！ンノ３２および
配管３０によって隔室を通って循環させる。細胞含有流
体１ノの流れは、流体を人口１５を通って隔室Ｊ３中に
送り、最終的に出口Ｊ６から排出することによって生じ
て膜１０− に対して連続的に進むようにされている。

第−隔室分流れている流体１ノは細胞１２、すなわち、
ビーズ内に収容された細胞、流体中で流れる粒子に付着
した細胞、または細胞培養液隔室１３内の膜１４の表面
に付着した細胞、を培養する細胞培養液であるととは明
らかである。従って、細胞は自由に流れる細胞、ビーズ
内に収容された細胞、粒子に付着した細胞、または膜の
表向に伺看ｊ〜だ細胞として、ここに記載のシステム、
装置または方法のい１れかの培養液内に配置してもよい
。かかる態様については、第１５図および第１６図を参
照して以降により詳細に説明する。

寸だ、第１図において、流体Ｊ７は細胞栄養分を含有す
る液体または細胞？曝気するための空気捷たは酸素など
の気体のいずれかよりなるものであり、Δ？−）４．９
からシステム１０中に導入され、ボンダ４２および配管
４０により隔室を通って俯壊される。細胞栄養分全含有
する液体１７゛または気体１７の流れは、液体または気
体１７が人口１９から隔室２５に入り、出口２０を通っ
て出ていくようにすることによって、膜に対して連続的
に進むようにされている。

以下、第２図の態様について説明する。本発明の対流方
法およびそのためのシステムは、細胞５３を含有する流
体５４を第一隔室５５に、細分栄養分５ノを含有する流
体を第二隔室５２に、そして細胞廃棄物８８を含有しな
い気体捷たは液体を第三隔室８７に流すことによって行
なわれる。第一半透膜７２および第二半透膜７１はハウ
シング８６によって四重れかつ相応の領域７７．７９．
８４および８５で支持されて、それぞれ隔室５２．５５
．８７を形成している。

細胞５４を含有する流体５３は弁１θ３によってシステ
ム５０中へ導入またはシステム５０から放出される。培
養液などの流体５３はポンプ１０１および配管１０２に
よって隔室５５全通してやぼ激される。細胞含有流体５
３の流れは、流体５３を人口６２に尋人し、次いで培養
液を出ロア７から放出することによって、１Ｍ７．２お
よび７ノの各々に対して連続的に進むようにされている
。

細胞栄養分貧有流体５ノは弁１１３によって第２図のシ
ステム５０に導入またはシステム５０から放出され、ポ
ンプ１１１および配管１１２によって隔室５２を通して
循環される。細胞栄養分官有流体５ノの流れは、流体５
１を隔室５２の人口６ｏｖｃ４人し、出口アロから放出
することによって、連続的に膜に接触するように形成さ
れる。

排出物を含有しない気体または液体８８はポート９３に
よって第２図のシステム５０に尋人またはシステム５θ
から排出され、ポンプ９ノおよび配管９２によって隔室
８７全通して循環される。気体または液体８８の流れは
、気体捷たは液体８８を人口６８から隔室８７中に導入
および隔室８７から出ロア８ケ経て流出させることによ
って、膜７ノに対して連続的であるように向けられてい
る。

次に、第３図を参照して説明すると、本発明１３− の多流式方法およびそのためのシステム２０は、細胞１
２２を含有する流体１２１を複数のＭ　−隔室１２３に
、細胞栄養分１３３を複数の第二隔室１３２に、そして
細胞排出物１３７ｆｔ：含有しない気体まだは液体を複
数の第三隔室１３ｇに流すことによって、行なわれる。

複数の対をなした第一半透膜１４３および複数の対をな
した第二半透膜１４４はハウジング１２７内に交互に連
続して配置されている。膜１４３および１４４は相応の
領域１４８，１４９，１４６゜１４７でハウジング１２
７と係合して複数の第一、第二および第二隔室１２３，
１３２，１３８を形成している。

第３図において、細胞１２２を含有する流体１２ノは升
１５θによってシステム１２０に導入およびシステム１
２θから排出され、ボンダ１５２および配管１５１によ
って隔室１２３１７通して循環される。細胞含有流体１
２１の流れは、流体１２２．１２１を人口１８１および
出口１９ノを通して複数の隔室１２３に尋人およ１４− び隔室１２．９から研出することによって単一半透膜１
４４のいずｆｔかまたは両方と平行にかつ接触状態に維
持づれる。

第３図において、細胞栄養分含有流体１．９３は弁１６
０によってシステム１２０に導入およびシステム１２θ
から排出され、デンｆ１６２および配管１６ノによって
隔室１３２を通して循環される。細胞栄養分含有流体の
流れは、細胞含有流体全人ロ１８ノ、出口１８２を通し
て隔室Ｊ　、？　２に尋人および隔室１３２から排出す
ることによって、一対の第一半導膜１４　、？に平行か
つ接触状態で移送される。

第３図において、廃棄物を含有しない気体すなわち流体
はポート１７０ｆ蛇てシステム１２０に導入およびシス
テム１２０から排出され、ポンツノ７２および配管１７
１によって隔室１３８全通して循環される。気体すなわ
ち流体１３７の流れは、気体すなわち流体１．９７　′
ｆ人出口１８３．１９３ケ介して隔室１３８に導入およ
び隔室１３８から排出することによって、一対の第二半
透膜１４４に平行かつ接触状態に向けられている。

次に、第４図を参照して本発明の詳細な説明する。この
態様は培養液２０６中に懸濁した細胞２０５を同時に培
養し、処理する双筒システム２０θである。このシステ
ムは選択された細胞栄養分２０７および選択された細胞
排出生成物２θ８に対して透過性である半透膜２１０を
備えている。ハウジング２１５は膜２１０を取り囲みか
つ支持して二つの分離した隔室２１１゜２１２を形成し
ている。隔室２１１は膜２１０の上方にあり、隔室２１
２は膜２１０の下方にある。入口は各隔室２１１，２１
２内まで達し、出口は各隔室２１１，２１２から延びて
いる。

人口および出口は、細胞含有流体２０５，２０６を膜２
１θと平行にかつ接触状態で隔室の一方２１２全通して
流すことができるように各隔室２１１．２１２内に位置
している。選択された細胞栄養分２０７を含有しかつ選
択された生成物２０Ｂを含有しない流体は膜と平行にか
つ接触状態で他方の隔室２１ノを通って流れる。

また、第４図において、細ａを培養および処理する脱流
方法は第一隔室２１２を通る細胞含有流体２０５，２０
６の流れ′ｆ第一隔室２１２の壁２１０と平行にかつ接
触状態に維持することを含む。ｋＶｒ！２１０は選択さ
れた細胞栄養分２０７および選択された細胞廃棄物生成
物２０８に対して透過性である半透膜２１０である。さ
らに、この方法は選択された細胞栄養分２０７゛を含有
しかつ細胞廃棄物生成物２０８全含有しない流体を耐漏
れ性第二隔室２１１の壁２１０と平行にかつ接触状態で
第二隔室２１ノに送通させることを含む。耐漏れ性第二
１箱室２１ノの壁２ノθは耐漏れ性第−隔室２１２の壁
２１０よりなる同一の半透膜２ノ０である。細胞２０５
は細胞栄養分が膜２１０を通って流体２０６中に選択的
に拡散することにより流通中に培養される。

次に、第５図を参照して本発明の他の態様を説明する。

この態様は選択された気体２２７に１７一 対して透過性でありかつ固体および液体に対して非透過
性である半透膜２３０を備えた双筒式曝気システム２２
０である。ハウジング２３５は膜２３０を取り囲みかつ
支持して分離した隔室２３１．２３２を形成しており、
隔室の一方２３ノは膜２３０の上方にあり、他方の隔室
２３２は膜２３０の下方にある。人口は谷隔室２．９　
Ｊ　、　２３２内まで達し、出口は各隔室２３ノ。

２３２内から導びかれている。人口および出口は細胞含
有流体２２５，２２６を膜２３０と平行にかつ接触状態
で隔室の一方２３２に流通させることができるように各
隔室２３１，２３２内に位置している。選択された気体
２２７け膜２３０と平行にかつ接触状態で隔室の他方２
３ノに流通し、膜を通っての流体２２６中への選択的拡
散によって細胞２２５を曝気する。

また、第５図において、培養ｇ２２ｓ　、　、？２６を
曝気する脱流方法は第一隔室２３２を通る細胞含有流体
２２５．２２６の流ｔ１−を第−隔室２３２の壁２３０
と平行にかつ接触状態に維持１８− することケ含む。壁２３０の選択された気体２２７に対
して透過性でかつ固体および液体に対して非透過性であ
る半透膜である。さらに、この方法は選択された気体２
２７ケ耐漏れ性第二隔室２３ノの壁２３０と平行にかつ
接触状態で耐漏ね、性第二隔室２３ノに送通させること
分含む。壁２３０は耐漏れ性第−隔室２３２の壁２３０
をも兼ねている半透膜２３０よりなる。

以下、ｇ６図を参照して本発明の他の態様を説明する。

この態様による双筒式フィルタシステム２４０は選択さ
れた細胞栄養分２４７および選択された細胞廃棄生成物
２５１に対して透過性である第一半透膜２５０と、選択
された気体２４９に対して透過性であるが固体および液
体に対（−て非透過性である第二半透膜２５２とを備え
ている。このシステムは）１ウノング２５５全備え、ハ
ウジング２５５け膜２５０，２５２を互いに対して平行
かつ間隔ケへだてだ関係全なして囲んで支持し、それに
より、隔室２４２が第−膜２５０の上方に、隔室２４３
が第二膜２５２の下方に、そして隔室２４１が２つの膜
２５０．２５２間に形成されている。入口は各隔室内ま
で達し、出口は各隔室２４１，２４２７２４３内から導
びかれている。人口および出口は、細胞含有流体２４５
，２４８が２つの膜２５０．２５２間で、これら膜と平
行にかつ接触状態で一方の隔室２４１を流通することが
できるように各隔室２４）、２４２，２４３内に位置し
ている。脣た、これら人口および出口により、選択され
た細胞栄養分２４７ｆｆ含有するが選択された細胞廃棄
生成物２５１ｆ含有しない流体が第−膜２５０と平行に
かつ接触状態で他の隔室２４２を流通することができる
。さらに、これら人口および出口により、選択さね、た
気体２４９が第二膜２５２と平行にかつ接触状態で他の
隔室２４３を流通することができる。

同時培養、濾過および１堝気は、栄養分２４７が膜２５
０’ｉ通って流体２４８中へ選択的に拡散すること、細
胞廃棄物２５０が膜２５０を通って隔室２４２中に選択
的に拡散すること、および気体が膜２５０全通って流体
２４８中に選択的に拡散することによって達成される。

また、第６図において、培養液を同時に培養、濾過およ
び曝気する水流方法は第一隔室２４１を通る培養液２４
５．２４８の流バーを第一隔室２４１の壁２５０，２５
２と平行にかつ接触状態に維持することを含んでいる。

壁２５０゜２５２は選択された細胞栄養分２４７および
選択された細胞排出生成物２５ノに対して透過性である
第一半透膜２５０と、選択された気体２４９に対して透
過性であるが固体および液体に対して非透過性である第
二半透膜２５２とよりなる。さらに、この方法は選択さ
れた細胞栄養分２４７′ｆ含有するが選択された細胞排
出生成物２５ノを含有しない流体を第二隔室２４２の壁
２５０と平行にかつ接触状態で第二隔室２４２にηを通
させることを含む。第二隔室の壁は第一隔室２４ノの壁
２５０をも兼ねる同じ第一半透膜２５０よりなる。また
、この方法は選択された気体２４９を第三隔室と平行に
かつ接−２１＝ 触状態で第三隔室２４３に送通させることを含む。耐漏
れ性第三隔室２４３の壁は第一隔室２４１の検分も兼る
第二半透膜よりなる。

２２− 次に、第７図を参照して本発明の他の態様を説明する。

この態様による双筒式フィルタシステム２６０は、選択
された細胞栄養分２６７に対して透過性であるか選択さ
れた細胞廃棄生成物２７ノに対しては非透過である第一
半透膜と、選択された細胞排出生成物２７１に対し２て
透過性である第二半透膜と、膜２７０，２７２ｆ互いに
対して平行かつ間隔をへだてた関係を々して囲みかつ支
持しているハウジング２７５とを備えている。隔室２６
２は第−膜２７θの上方に、隔室２６３は第二膜２７２
の下方に、そして隔室２６１は２つの膜２７０，２７２
間にそれぞれ形成されている。さらに、このシステム２
６０は各隔室２６１，２６２，２６３内まで達している
入口と、各隔室内から導ひかれている出口とを備えてい
る。これら入口および出口はそれぞれ次の事が可能であ
るように各隔室２６１．２６２．２６３内に位置してい
る。す々わち、細胞含有流体２６５，２６８は２つの膜
２７０，２７２間でこれら膜と平行にかつ接触状態で一
隔室２６１を流通することができる。

選択された細胞栄養分２６７を含有する流体は第−膜２
７０と平行にかつ接触状態で他の隔室２６２全流通する
ことができる。さらに、選択された細胞排出生成物２６
９を含有しない流体は第二膜２７２と平行にかつ接触状
態で他の隔室２６３を流通することができる。細胞２６
５の同時培養および濾過は、細胞廃棄物２７１が膜２７
２を通って流体２６９に選択的に拡散すること、および
細胞栄養分２６７が膜２７０ｆ通って流体２６８中に選
択的に拡散することによって達成される。

また、第７図において、かかる培養液を同時に培養およ
び濾過する水流式方法は、第一隔室２６１を通る培養液
２６５，２６８の流れを第一隔室２６１の壁２７０．２
７２と平行にかつ接触状態に維持することを含む。この
場合、壁２７０．２７２は、選択された細胞栄養分２６
７に対しては透過性であるが選択された細胞廃棄生成物
２７１に対しては非透過性である第一半透膜２７０と、
選択された細胞廃棄生成物２７１に対して透過性である
第二半透膜とよりなる。

また、この方法は選択された細胞栄養分２６７を含有す
る流体を第二隔室２６２の壁２７０と平行にかつ接触状
態で第二隔室２６２に送通させることを含む。この場合
、第二隔室２６２の壁２７０は第一隔室２６１の壁２７
０を兼ねる第一半透膜よりなる。さらに、この方法は選
択された細胞廃棄生成物２７１を含有しない流体２６９
を第三隔室２６３の壁２７２と平行にかつ接触状態で第
三隔室２６３に送通することを含む。この場合、壁２７
２は第一隔室２６１の壁２７２を兼ねる第二半透膜２７
２よりなる。

次に、第８図を参照して本発明の他の態様を説明する。

この態様による多流式フィルタシステム２８０は、選択
された細胞栄養分２８７に対して透過性であるか選択さ
れた細胞廃棄生成物２９１知対しては非透過性である複
数の対をなした半透膜２９０と、選択された細胞廃棄生
成物２９１ＶＣ対して透過性である複数の対をな２５− した第二半透膜と、複数の対を々した第一および第二膜
２９０，２９２ｆ取り囲みかつ支持しているハウジング
２９５とを備えている。この場合、これら対をなした膜
はハウジング２９５内に交互に連続して配置されており
、各個々の膜２９０，２９２は隣接膜に対して平行かつ
間隔をへたてた関係をなして配設されて膜２９０゜２９
２間で一連の分離隔室２　ＥＩ　Ｊ　、　２８２，２８
３を形成している。さらに、このシステム２８０は各隔
室２８１，２８２，２８３内まで達している入口と、各
隔室内から導ひかれている出口とを備えている。この場
合、これら入口および出口は各隔室内に位置して以下の
ことを可能にしている。すなわち・細胞含有流体２８５
゜２８８は隣接した第−膜２９０および第二膜２９２と
平行にかつ接触状態で一隔室２８１を流通することがで
きる。選択された細胞栄養分２８７を含有する流体は一
対の第一半透膜２９０間でこれら半透膜と平行にかつ接
触状態で他の隔室２８２を流通することができる。さら
には、２６− 選択された細胞廃棄生成物２９ノを含有しない流体２８
９は一対の第二半透膜２９２間でこれら半透膜と平行に
かつ接触状態で他の隔室２８２を流通することができる
。細胞２８５の同時培養および濾過は、細胞栄養分２８
７が膜２９０を通って流体２８８中に選択的に拡散する
こと、および細胞廃棄生成物２９１が膜２９２を通って
流体２８９中に選択的に拡散することによって達成され
る。

−ｊだ、第８図において、かかる培養液を同時に培養お
よび濾過する多流式手段は複数の第一隔室２８ノを通る
培養液２８５，２８８の流れを第一隔室２８ノの壁２９
０，２９２と平行にかつ接触状態に維持することを含む
。この場合、第一隔室２８ノの各々の壁は、選択された
細胞栄養分２８７に対して透過性であるか選択された細
胞廃棄生成物２９１に対しては非透過性である第一半透
膜２９０と、選択された細胞廃棄物生成物２９ノに対し
て透過性である第二半透膜２９２とよりなる。さらに、
この方法は選択された細胞栄養分２８７を含有する流体
を第二膜２８２の壁２９０と平行にかつ接触状態で複数
の第二隔室２８２に送通させることを含む。

この場合、壁２９０は間隔をへたてた一対の第一隔室２
８１の各々の壁２９０の一方を兼ねる一対の第一半透膜
２９０よりなる。捷た、本方法は選択された細胞廃棄生
成物２９１を含有Ｌ〜ない流体２８９を第三隔室２８３
の壁２９２と平行にかつ接触状態で複数の第三隔室２８
３に送通することを含む。この場合、壁２９２は間隔を
へだてた一対の第一隔室２８１の各々の壁の一方を兼ね
る一対の第二半透膜２９２よシなる。

次に、第９図を参照して本発明の他の態様を説明する。

この態様による多流式システム３００は、選択された細
胞栄養分３０７および選択された細胞廃棄生成物３１１
に対して透過性である複数の対をなした第一半透膜３１
０と、選択された気体３０９に対しては透過性であるが
固体および液体に対しては非透過性である複数の対をな
した第二半透膜と、複数の対をなした第一半透膜３１０
および第二半透膜３１２を取り囲み、支持しているハウ
ジング３１５とを備えている。この場合、対をなした半
透膜はハウジング３１５内に交互に連続して配置され、
各個個の膜３１０，３１２は隣接膜に対して平行かつ間
隔をへだてた関係をなして配設されて膜間に一連の分離
隔室３０１，３０２，３０３を形成している。さらに、
このシステム、９００は各隔室内寸で達している入口と
、各隔室３０１゜３０２　、３０３内から延びている出
口とを備え、これら入口および出口は各隔室内に位置し
て以下のことを可能にしている。すなわち、細胞含有流
体３０５，３０８は隣接した第−及び第二膜３１０．３
１２間でこれら膜と平行にかつ接触状態で一隅室３０１
を流通することができる。

選択された細胞栄養分３０７を含有するが選択された細
胞廃棄生成物３１１を含有しない流体は一対の第−膜３
１０間でこれら膜と平行にかつ接触状態で他の隔室３０
２を流通することが２９− できる。さらに、選択された気体３０９は一対の第二膜
３１２間でこれら膜と平行にかつ接触状態で他の隔室３
０３を流通することができる。

細胞３０５の同時培養、濾過および曝気は、栄養分３０
７が膜３１０を通って流体３０８中に選択的に拡散する
こと、細胞廃棄物３１１が膜３１０を通って隔室３０２
内に選択的に拡散すること、および気体３０９が膜３１
２を通って流体３０８中に選択的に拡散することによっ
て達成される。

また、第９図において、かかる培養液３０５゜３０８を
同時に曝気、培養および濾過する多流式手段は複数の第
一隔室３０１を通る培養液３０５．３０８の流れを第一
隔室３０ノの壁３１θ、３１２と平行にかつ接触状態に
維持することを含む。この場合、第一隔室の壁は選択さ
れた細胞栄養分３０７および選択された細胞廃棄生成物
３１ノに対して透過性である第一半透膜３１０と、選択
された気体に対して透過性であるが固体および液体に対
しては非透過性で３０− ある第二半透膜とよりなる。さらに、この方法は選択さ
れた細胞栄養分３０７を含有するが選択された細胞廃棄
生成物３１１を含有しない流体を第二隔室３０２の壁３
１０と平行にかつ接触状態で複数の第二隔室３θ２に送
通させることを含む。この場合、壁３１０は間隔をへだ
てた一対の第一隔室３０１の各々の壁の一方を兼ねる一
対の第一半透膜よりなる。また、この方法は選択された
気体３０９を第三隔室３０３の壁３１２と平行にかつ接
触状態で複数の第三隔室３０３に送通させることを含む
。こΩ場合、壁３１２は間隔をへだてだ一対の第一隔室
３０１の各々の壁３１２の一方を兼ねる一対の第二半透
膜３１２よりなる。

第１０図は第９図および第１０図の態様を横断面図に示
している。この態様による一般化多流式システム３４０
は第一半透膜３４２と第二半透膜３４１とを互いに平行
関係で間隔をへたてることによって形成された複数の第
一隔室３４６を備えている。複数の第二隔室３４５は対
をなした第一半透膜３４２を互いに平行関係で間隔をへ
たてることによって形成され、複数の第三隔室３４７は
対をなした第二半透膜３４１を平行に間隔をへだてるこ
とによって形成されている。

第１０図かられかるように、細胞３３５を含有する流体
３３６は第一隔室３４６の壁のいずれかをなす膜３４１
，３４２と平行にかつ接触状態で第一隔室３４６を流通
する。多流式システム３３０において、細胞栄養分含有
流体３４０は一対の第一半透膜３４２と平行にかつ接触
状態で隣接の第一隔室３４６と共通の第一半透膜３４２
を有する第二隔室３４５を流通する。また、多流式シス
テム３３０において、選択された細胞廃棄生成物３３８
を含有しない流体または選択された気体３３９のいずれ
かは第二膜３４１と平行にかつ接触状態で第一隔室３４
６と共通の第二半透膜３４１を有する第三隔室３４７を
流通する。

第１０図かられかるように、すべての流体３４０　、３
．９　Ｆｌ　、　、？　３６および７寸たは気体３３９
の流れは垂直方向に互いに平行に同一水平方向に進んで
いる。しかしながら、第１０図の矢印で示される如き種
々の流体３４０．３３８゜３３６および気体３３９の流
れの水平方向は単に例示的なものであり、各個々の隔室
を通る流れの方向はいずれかの水平方向でいずれか他の
隔室における水平方向に対して０−３６０度に維持され
ることは注意すべきである。いずれか所定の隔室内の流
れの方向についての空間的のみの制限は、所定の隔室の
壁を形成している垂直方向に平行な間隔をへだてた膜３
４１．３４２の平らな表面に平行に維持されなければな
らないということである。

本発明に使用するのに好適である特定の膜の選択は、細
胞を培養するのに使用されるべき特定の細胞栄養分と、
濾過される必要のある特定の細胞廃棄生成物と、所定の
細胞培養液の曝気用に選択される特定の気体とに関して
の使用者の選択によって決まる。

３３− 膜には基本的に２種の微構造形態があシ、すなわち、多
孔質、非孔質および両者間には重要なものなどがあり、
これらのいずれかは単に炭化水素構造から極性すなわち
イオン性構造までに及ぶ化学構造を有してもよいので、
使用者は比較的に高い濃度で一隔室を流通する一流体か
ら比較的に低い濃度で隣接隔室を流通する他の流体まで
所定の膜を通して拡散しようとする化学物質により種々
様々な化学構造を選択しガければならない。最も好まし
くは、本発明に使用するのに選択される膜は比較的に速
い速度の拡散を可能にし、かつ培養、濾過または曝気す
るのに選択された物質の拡散には非常に特有のものであ
る。

膜として使用することができるポリマーの例を挙げると
、非極性であるセルロース、ポリエチレンおよびポリゾ
ロピレン、極性のポリアミド、およびイオン性でありか
つカチオンおよびアニオンがポリマーの主鎖に付加して
いるオレフィンポリマーなどがある。本発明に使用する
−３４＝ ことができる微多孔性膜の例をいくつか挙げるト、セル
ロースエステル、ホリ塩化ビニル、いくつかの芳香族ポ
リマー、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン
、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレン、お
よびナイロンなどがある。気体を選択的に拡散しようと
する場合、好ましくは、ゴム材料が用いられる。

最も好ましくは、本発明では、隣接した隔室同志間に差
のあるどの実質的な圧力は存在しない。本発明のシステ
ムでは、明らかに、すべての隔室における各々別々に流
れている流れの圧力は等しいことを必要とする。しかし
ながら、別々の隔室内の圧力を実質的に等しく維持する
ことが非実用的である場合、圧力が等し７くなくてもよ
い隣接隔室間の壁すなわち障壁を形成する膜は開口を有
する剛性支持体に取付けて膜をその反対表面上を流れる
流体に接触させ、それにより、通常の浸透拡散を膜を介
して生じさせるようにしてもよい。

第１１図および第１２図はここで論じたシステムすなわ
ち装曾のいずれかに用いるべきいずれかの膜を支持する
のに使用する剛性支持体の二態様を一般形態で示してい
る。

第１１図は一連の比較的に剛性の支持体３５０で構成さ
れた一種の支持体３５５を示している。

これら支持体、９５０は本発明に使用する流体に挿入す
るものであシ、互いに織り込まれて膜を永久的に装着す
ることができる一般に平らなかつ剛性のスクリーン３５
５を形成している。スクリーン３５５は明らかに分子の
寸法と比較して非常に大きいサイズの複数の穴すなわち
孔を有し、それによシ、本発明に使用する種々の流体は
スクリーン３５５上に装着された膜の一表面と接触する
ことができ、かくして通常の浸透拡散を膜を介して生じ
させることができる。スクリーン３５５の幅Ｔは、比較
的に小さい寸法、す々わち、数ミリメートルよジ小さく
保って、流体のポケット、すなわち、拡散しつつある物
質が孔３５３内に静的に入ったｉｔになることを防止し
、かつ孔３５５に入るこのような物質をスフ１１−ン３
５５の一般に平らな表面に沿って接線方向に送られる流
体の流れ中に容易にフラッシュさせることができるよう
にするのがよい。

第１２図は膜用の他の支持体、？　６０　’（ｉ−示ｌ
、ている。支持体３６０は比較的に剛性のプレート３５
８で構成され、このプレートはこれと膜とに沿って流れ
る流体および物質に対して不活性であり、かつ複数の穴
すなわち孔３５９を有しておシ、流れている流体はプレ
ート３５８に装着された膜にこれら孔を通って接触し得
るようになっている。第１１図のスフ１１−ン３５５と
同様に、プレート３６０の厚さＴ′は比較的に小さい寸
法、すなわち、数ミリメートル未満に保たれる。

第１３図は第３図、第８図および第９図の多流式システ
ムの変更態様３８０を示している。

この態様においては、第１３図のシステムに流通してい
るものと同様に示された３種の流体は細胞含有流体３８
７、細胞栄養分含有流体３８３−３７＝ および細胞廃棄物を含有しない流体３８８である。各流
体は第３図、第８図および第９図に示す如き別々の流れ
と対向して個々の流れとして複数の隔室を流通する。

各流体３８７　、．９８３および３８８の個々の流れは
細胞含有流体の隔室４１０の各々の流出流を配管４００
を経てその連続隔室４１０の流入流に連続させることに
よって維持される。同様に、細胞栄養分含有流体の隔室
４１１の流出流は配管３９５によって連続隔室４１１の
流入流に連続しており、そして廃棄物を含有しない流体
３８８が流通している隔室４１２の流出流は配管４０５
によって隔室４１２の流入流に連続している。第３図、
第８図および第９図の多流式システムと同様に、第１３
図のシステム３８０は複数の隔室４１０，４１１，４１
２を有し、各隔室４１０の壁は第一半透膜３８５および
第二半透膜３８９よりなる。第１３図に示すのに選択さ
れた流体は細胞栄養分含有流体３８３および細胞廃棄物
を含有しない流体３８８３８− であるのに、第一半透膜３８５は選択された細胞栄養分
に対して選択的に透過性であり、第二半透膜３８９は選
択された細胞廃棄生成物に対して選択的に透溝性である
。また、第１３図のシステム３８０には、第一および第
二半透膜３８５．３８９の各々のための剛性支持体３８
４が示されており、これら支持体は、隔室４１θ。

４１１．４１２間に存在することかある圧力差に因り、
膜３８５，３８９が破壊することを防止するためのもの
である。

第１４図は多流式システム４３０の他の態様を示してお
り、このシステムはマスターハウジング４３５内に連続
して配置された一連のカートリッジ４３８で構成されて
いる。各カートリッジ４３８は第一半透膜４４２と、第
二半透膜４４４と、膜を互いに平行に間隔をへたてた関
係に取り囲みかつ支持しているノ・ウジング４４０とよ
り構成されている。各膜４４２．４４４は隔室４４６，
４４８，４５０間の潜在圧力差に因り破壊しないように
剛性支持体４３６によって支持されている。

第１４図に示された各カートリッジ４３８は第２図およ
び第７図について説明および図示されたシステムと同様
の分離三流式システムよシなる。この場合、第一半透膜
４４２は選択された細胞栄養分に対して透過性であるが
選択された細胞廃棄生成物に対しては非透過性であり、
そして第二半透膜４４４は選択された細胞廃棄生成物に
対して透過性である。また、第２図および第７図の玉流
式システムと同様に、各カートリッジ４３８は３つの分
離隔室４４６．４４８および４５０を有し、これら隔室
にはそれぞれ細胞含有流体、細胞栄養分含有流体および
選択された細胞廃棄生成物を含有しない流体か流通する
。各カートリッジ４３８の各隔室４４６゜４４８および
４５０はそれぞれ入口４５２゜４５１．４５３と出口４
５５，４５４，４５６とを有し、これら入口および出口
は、意図して各カートリッジ４３８のハウジング４４０
のまわりに位置させて、すべての流体の流れが膜４４２
．４４４の表面に平行にかつ接触状態で進むことができ
るようにしである。

第４図について説明したカー）　ＩＪッジの特定玉流式
態様に加えて、各カートリッジが第１図、第４図および
第５図について説明および図示した水流式システムを具
現するかあるいは各カートリッジが第３図、第８図およ
び第９図について説明および図示した如き多流式システ
ムを具現することかできる第４図のカートリッジシステ
ムの他の態様を想定することができる。

第１４図について説明したカートリッジシステムを提供
する目的は、膜４４２．４４４の１つ以上か培養システ
ム４３０を全体として作動状態に維持している間に劣化
または破壊するに違いない場合に個々のカートリッジ４
３８の容易な交替を可能にすることにあり、かつ拡散の
ために初めに選択された物質と異なる他の物質に対して
選択的に透過性である異なる半透膜を有する双筒または
多流式カートリッジを備えるシステムへのシステム４３
０の転換を可能にす４１− ることにある。

第１５図には、培養液５０６によって培養されるべき細
胞５００が培養液の隔室５０５内の半透膜５０Ｂに培養
液５０６の流れに対して固定位置で付着されている第１
図の水流式システムが示されている。

第１６図には、培養液５５５によって培養されるべき細
胞が粒子５５０に付着されているかあるいは培養液隔室
５５６内に培養液５５５とともに自由に流れているビー
ズ５５１内に収容されているかのいずれかである第１図
の水流式システムが示されている。

容易に想定することができるように、ここに記載のシス
テム、装置および方法のいずれにおいても、自由に流れ
る細胞の代わりに、第１５図および第１６図について説
明した如き粒子に付着した細胞またはビーズにカプセル
化した細胞を用いてもよい。

本発明に使用するための膜の巨視的構造は比較的に薄い
シートのものであるので、隣接隔室４２− 間の差圧が膜を破壊させるので十分である場合に膜の破
壊を防止するのに比較的に剛性の支持プレートが必要で
あることがある。本発明は好ましくは、膜を通って流れ
ている流体中へ単独に拡散することによって物質ｋ濾過
してこの物質か拡散した流体として濾過をシステムから
移送し、それによりフィルタの清浄化の必要性をなくし
ている。ここに記載のフィルタシステムの各隔室に等し
い圧力を使用するのか好ましいということは濃度差によ
ってのみ左右される理想的な浸透拡散か達成されるとい
う事実によって強調され、これに反して、所定の膜全体
にわたって圧力差かあるシステムでは、いくつかの膜を
介して生じる拡散の速度および種類ρλさらに可変にな
る。

また、ここに記載のシステム、装置および方法において
隣接隔室間の差圧か存在する場合、濾過か生じ、それに
より水および他の物質の物質流か膜を通して生じること
がある。従って、差圧により、膜の片側を流れる流体中
に溶解し４３− た物質の濃度差による物質の膜を通る流れのほかに、諸
物質の物質流れが起る。

【図面の簡単な説明】

第１図は嘆に沿って流れる培養液中に懸濁した細胞を培
養および処理する我流式システムの垂直断面図；第２図
は流れている培養液中に懸濁した細胞を培養および曝気
する我流式システムの垂直断面図：第３図は流れている
培養液中に＠濁した細胞を培養および処理する我流式シ
ステムの複数の膜の垂直断面図；第４図は流れている培
養液中に懸濁した細胞を培養し栄養分を提供する我流式
システムの略図；第５図は流れている培養液中に懸濁し
た細胞を培養および曝気する我流式システムの略図；第
６図は流れている培養液中に懸濁した細胞を培養および
曝気する我流式システムの略図：第７図は流れている培
養液中に懸濁した細胞に栄養分を与えかつこれら細胞か
ら廃棄物を除去する我流式システムの略図：第８図は流
れている培養液中に懸濁した細胞を培養および処理する
我流式システ４ ムの列の略図：第９図は流れている培諒液中に懸濁した
細胞を培養し、これら細胞に栄養分を与えかつこれら細
胞を曝気する我流式システムの列の略図；第１０図は流
れている培養液中に懸濁した細胞を培養および処理°γ
る多流式システムの部分透視図；第１１図は膜用の剛性
スクリーン状支持体の透視図：第１２図は膜用の剛性プ
レート状支持体の透視図：第１３図は個別的多流式シス
テムの断面図；第１４図はカートリッジ多流式システム
の断面図；第１５図は膜に付着された糾１胞の培養およ
び処理する我流式システムの垂直断面図；および第１６
図は粒子に付着されたあるいはビーズにカプセル化され
かつ流れている培養液中に懸した細胞を培養および曝気
する我流式システムの垂直断面図である。 １０・・・我流式システム、１１・・・細胞含有流体。 １２・・・細胞、１．７・・・第一隔室、１４・・−膜
、１５・・・入口、１６・・・出口、１７・・・細胞栄
養分含有液体、１８・・・ハウジング、１９・・・入口
、２０・・・出ｑ二・５−２５・・・隔室、３０．４０
・・・配管１．”１２，４２・・・ボンｆｌＩ 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦１、事件の表
示 特願昭５８−２３５２３５号 ２、発明の名称 培養方法および培養システム ３、補正をする者 事件と。関係　ＰＲｆ許出Ｉ幀人 パイオーレスポンス・インコーホレーテッド４、代理人 昭和５９年３月２７日 ６、補正の対象 ３９１−

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）被培養物質を含む液状培養媒体流分、該物質の栄
   養分、該物質からの排出物質および該物質処理用ガスを
   含む異なる物質の少なくとも一つに対して透過性を有す
   る膜の一方の表面食中に亘って流人する工程と；上記膜
   なる物質の少なくとも一つの物質の流れ會上記膜の他方
   の面の全中に亘って流す工程と全具備し、載物に対する
   被培養物質と、上記膜なる物質の少なくとも一つとから
   なる我流により、該膜なる物質の少なくとも一つを上記
   膜ケ介して拡散させつつ培養をおこなうことを特徴とす
   る培養方法。
2. （２）液状培養媒体流と、上記膜なる物質の少なくとも
   一つの物質流とを、同一、反対又は交叉方間から流すこ
   と全特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。
3. （３）継続流とするために液状培養媒体を再循環させる
   工程を含む特許請求の範囲第１項記載の方法。
4. （４）上記膜なくとも一つの異なる物質流を繰り返し流
   を得るために戻す工程を含む特許請求の範囲第１項記載
   の方法。
5. （５）　　上記膜の上記一方の表面に上記被培養物質を
   付着させる工程を含む特許請求の範囲第１項記載の方法
   。
6. （６）　　動物細胞、寄生生物の如き被培養物質を液状
   培養媒体中に直接又は粒体に付着させて、又はビーズ内
   にカプセル化して含有させて培養させる我流培養システ
   ムであって： 被培養物質の栄養分、該被培養物質からの排出物および
   該被培養物質を処理するためのガス等の異なる物質の少
   なくとも一つに対し透過性を竹する膜と； 流体と接する載脱を支持する手段と； 被培養物質を含む液状培養媒体の流れを載脱の食中に亘
   ってその一方の表面に流す手段と；載脱の他方の表面の
   食中に亘って上記膜なる物質の少なくとも一つの物質流
   を流す手段と；全具備し、被培養物・釘の培養時におい
   て、覆膜が上記異なる物質の少なくとも一つを該膜ケ〕
   ｆＤ　して拡散せしめ、これによって該被培養物質の１
   ＠養全おこなうことを特徴とする培養システム。
7. （７）　　液状培養媒体流と、上記ｆｙ４なる物質の少
   なくとも一つの物質流ｆ流す手段はとね５ら全圧いに同
   一、反対又は交叉する方向に流すように１−で設けらね
   −ている特許請求の範囲第６項記載のシステム。
8. （８）孜状培養媒体ケ流す手段が該媒体を継続流とする
   ため、これ？再循環させる手段ｆ＆：沈む特許請求の範
   囲第６項記載のシステム。
9. （９）　　上記少なくとも一つの異なる物質ケ流す手段
   が該物′ｄ流の繰り返し流ケ得るために、これを戻す手
   段を詮ひ特許請求の範囲第６項記載のシステム。 Ｏｑ　　我流機構全並列的に配置症させる手段と；流体
   を流す手段と各流体の流れ方向全制御する手段と全相互
   に連結させ、液状培養媒体流と上記異なる物質の少なく
   とも一つの物質流とを平行又は一連の流れとさせる手段
   と全具備し、この各我流システムの膜を介して上記異な
   る物質の少なくとも一つを被培養物質培妻時に拡散させ
   る特許請求の範囲第６項記載のシステム。