JPS60168379A - 細胞培養装置 - 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】 （ａ）　産業上の利用分野 本発明は細胞を培養増殖させるための培養装置に関する
ものである。さらに詳しくは、大規模に細胞培養を行う
に適した装置に関するものであり、効率よく細胞に栄養
分を与え、一方副生ずる物質を除去する目的で作られた
ザスペンジョン型細胞培養システムにおける細胞培養装
置に関するものである。

（ｂ）　従来技術 大規模による細胞大量培養は例えばウィルス。

ワクチン、インターフェロンなどの抗ウィルス剤、ある
いはホルモンなどの生物薬品の製造に必須である。殊に
近年特定タンパク質などを標的とするモノクローナル抗
体の生産は抗体産生細胞とミエローマによるハイブリド
ーマ大間培養によるものであり、その技術の解決は工業
的に重要なテーマである。

従来、細胞培養は一般にシ１７−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。

一方近年細胞の入路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、大ぎ
く分けて付着培養（ａｎｃｈｏｒａｇｅｄｅｐｅｎｄｅ
ｎｔ　ｃｕｌｔｕｒｅ）と浮遊培養、つまりサスペンシ
ョン培養（５ｕｓｐｅｎｓｉｏｎ　ｃｕｌｔｕｒｅ）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。

本発明はサスペンション型の細胞培養装置に関しており
、そのサスペンション培養によって細胞を培養する方法
に関して、最近いくつかの提案があり、例えばマグネテ
ィックスターラーもしくは機械的に駆動されるシ１シフ
ト上の羽根車によって、スピナーフラスコの中に調整さ
れた撹拌機能を設けた培養方法などが提案されている（
例えば特開昭５７−６５１８０号公報参照）。

しかし上記の方法においては、一定量の栄養分の中で培
養されるため細胞の生長増殖は比較的低い密度で停止す
る。

（Ｃ）　発明の構成 そこで本発明者らは、前記した如き従来法にお［プる欠
点を克服し、ザスペンジョン培養法によって、大量且つ
高密度の培養が可能な培養装置について研究を進めた結
果、本発明に到達した。

すなわち、本発明はサスペンション型細胞培養装置であ
って、該培Ｎ装置中には、細胞培養に必要な栄養分及び
生育用害物質を実質的に透過するが、細胞は実質的に透
過しない壁膜を有する中空糸の多数よりなる毛管束より
なり、該毛管束の両端は固着層により固着されたユニッ
１〜の少くとも１個が収納され、該ユニットの両端又は
一端にはｌｌＩ胞培養液の共通した流出入口を有するよ
うに細胞培養液の供給又は排出のための導管が結合され
ていることを特徴とする細胞培養装置である。

さらに本発明の細胞培養装置は、少くとも一対の該ユニ
ットの組合せが、該培養装置中に収納され、一対のユニ
ットの組合せは互いに細胞培養液の培養装置への流入及
び培養装置からの排出を交りに繰返すようにした細胞培
養装置であることもできる。

かくして本発明の培養装置においては、サスペ３− ンジョン型の培養装置の液中に、前記ユニッ１〜が沈め
られており、そのユニットにある毛管束の一端又は両端
に設けられたｍ胞培￥１液の共通した流出入口より導管
を通して、新しい培養液が供給され、中空糸の壁膜を介
して新しい培養液がサスペンション液中へ供給される。

次いで成る時間経過後供給が停止され、同じ流出入口よ
り細胞が産出した老廃物１代謝産物、その他生前阻害物
質を含んだ古い培養液がサスペンション液から壁膜を通
して中空糸へ流れ、導管を経て培養液の外へ流出される
ように作動される。すなわち、本発明の培養装置におけ
るユニットは、それに収納された多数の中空糸の壁膜を
介して新しい培養液のサスペンション液中への供給と、
サスペンション液中からの古い培養液へ排出とが交互に
繰返されるので、中空糸の壁膜の細孔に細胞やその他固
形物が詰り実質的な壁面積の効率低下を来すことはなく
、有利に新しい培養液の供給と、古い培養液の排出とを
行うことができ、極めて高密度の細胞培養が可能となる
。

４− 特に本発明のユニットは２個以上を別々に或いは適当に
組合せてサスペンション液中に浸入することもでき、ま
た簡単に２個以上を直列又は並列に連結して使用するこ
ともできるので、細胞の種類と密度、培養条件、培養の
規模の変化に応じて容易に中空糸の壁膜の面積を適応さ
せることが可能である。

また本発明においては、少くとも一対のユニットの組合
せて使用し、一対のユニットは、培養装置のサスペンシ
ョン液中において一方は新しい培養液の供給、他方の古
い培養液の排出が行なわれ、この培養液の流れが交互に
逆になるように作動されることができる。

本発明の細胞培養装置はサスペンション型の細胞培養に
適用されるが、サスペンション型とは、水性媒体中で細
胞それ自体が浮遊しながら、或いは細胞を微小担体（マ
イクロキャリアー）に担持して浮遊しながら、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。殊に本発明は、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。

本発明の細胞培養装置において培養される１ｌｌｌ胞は
、植物細胞、動物細胞、微生物細胞などであってもよく
、また人為的或いは遺伝子操作により変性された＃ｌ１
１胞であってもよい。殊に本発明の１８養装置は、動物
細胞の培養に適している。

新しい培養液中には無機塩、ブドウ等１種々のアミノ酸
、抗生物質などの細胞培養に用いられる添加物を加える
ことができる。また血清を加えることもできるし、血清
を用いない所謂無血清培地を培養液として用いることも
できる。また新しい培養液中には、古い培養液を一部循
環して使用することもできる。

本発明のユニットを構成している中空糸毛管は、種々の
重合体よりなるものであればよく、その重合体としては
例えばセルロースアセテート、ポリスルホン、ポリアク
リ０ニトリル、弗素系ポリマーなどが挙げられる。

中空糸毛管の壁膜には多数の微細孔を有しており、その
毛管の壁膜は、栄養分及び細胞の老廃物。

代謝生産物などを透過するが、細胞或いはそれが（４着
した微小担体又はマイクロカプセルは透過しない大きさ
の細孔が多数設けられている。細胞自体を浮遊させて培
養さぜる場合、細孔の大きさは細胞の大きさによって左
右されるが、一般に平均孔径が１０μ以下、好ましくは
８μ以下が適当である。一方微小担体くマイクロキャリ
アー）の表面に細胞を付着させて培養させる場合又はマ
イクロ力ブレルを使用して培養させる場合には、それら
が透過しない大きさの細孔である必要がある。

また、該毛管の壁膜は、水を成る程度透過する能力を有
することが望ましい。すなわち、該壁膜は水の透過係数
（＋＋ｌ！／　ｒｄ　・ｈｒ−ｍｍＨＧ　＞が１０以上
、好ましくは１００以上であるのが有利である。一方上
限は特にないが、２０，０００以下、好ましくは１０．
０００以下が望ましい。

さらに該壁膜としては、栄養分や細胞の老廃物。

代謝生産物などの如き分子量の小さい化合物は透過する
が、分子量の大きい化合物（例えば１０００以上、好ま
しくは５０００以上）は透過しない膜、例え７− ば限外濾過膜を使用することも可能である。

以下添付図面により本発明の細胞培養装置を更に詳細に
説明する。

添付第１図は、本発明の細胞培養装置の全体を示す概略
図の一例を示すものであり、第２−Ａ図。

第１−Ｂ図及び第２−Ｃ図はそれぞれ本発明におけるユ
ニットの概略図の一例を示したものである。

第１図は、２つのユニット３−ａ及び３−ｂを一対とし
て作動させて培養する装置を示したものであり、第１図
において、４はり゛スペンジョン型培養装置における培
養槽本体であり、栄養物などを含む新しい培養液は、そ
の供給槽６からポンプ７により供給導管８を通り切り換
え弁９を経て一つのユニットへ送られる。一方他のユニ
ットからは古い培養液が流出され切り換え弁９を経て排
出導管１０を通ってポンプ１１により古い培養液の貯槽
１２へ送られる。第１図における一対のユニットは、サ
スペンション液中へ沈められており、その一方は新しい
培養液がサスペンション中へ供給され、他のユニットは
古い培養が排出されるように作動８− しており、それらの流れが交互に逆になるように切り換
え弁９を切り換えるようになっている。このように一対
のユニットを交互に作動させることにより新しい培養液
の供給と、古い培養液の排出とを常時連続的に行うこと
ができ、しかも培養槽中のサスペンションの液面を一定
の水準に維持することが容易に可能となる。

第１図に示されている２つのユニット３−ａ及び３−ｂ
は、多数の中空糸よりなる毛管束が、筒状の支持体１に
納められ、その両端は固着層により固着されている。そ
してその上部は培養液の流出入口になって、おり、その
下部は封止されている構造を有している。なおユニット
の支持体１の側面には、多数の穴２が設けられていて、
この穴２よりサスペンション液が流通し、中空糸毛管束
の壁膜と接触するようになっている。この第１図のユニ
ットの支持体１における穴２は円形をしているが、この
穴２はサスペンション液が流通しさえすればよく、他の
形状であってもよい。例えば、三角形、四角形、長方形
、細長い矩形、楕円形又はこれらの組合せであってもよ
い。支持体１は中空糸毛管束を支持することが可能であ
ればよく、第１図に示されているように筒形である必要
はなく、中空糸の毛管壁膜とサスペンション液を効果的
に接触させる機能を有していればよい。更に支持体は、
ユニットを２個以上直列又は並列に接続する場合の接続
機能をその端部に合せ有することも出来る。

培養槽４には、細胞がサスペンション液中を効果的に浮
遊するように撹拌装置５が第１図に示すように備え付け
られていＣもよい。撹拌は５のように回転型撹拌翼に限
らずマグネットスターラーであってもよい。さらにサス
ペンション液中の細胞を効果的に浮遊させることができ
る他の撹拌効果を奏する手段であってもよい。

第１図の培養装置においては２つのユニットが一対とな
っている一つの組の場合について示されているが、この
一対の組は一つに限らず複数組使用することもできる。

またユニットは一対の組として使用しないで、−個の独
立したユニットを入れこのユニットに培養液の供給と排
出を繰返して操作するようにしてあってもよい。この独
立したユニットを多数使用することができることは云う
までもない。

さらに培養槽には、酸素、二酸化炭素や栄養素のｍＷ、
１）ｌ−１の値を測定し、それらを成る範囲に維持する
装置が一般に設置されているが、本発明の細胞培養装置
にもこれらの装置が備えられてもよいことは云うまでも
ない。しかし第１図にはこれらの０属装置は省略されて
いる。

本発明の培養槽に供給される新しい培養液は、この中に
ブドウ等、蛋白質の如き栄養源１種々アミノ酸、無機塩
、抗生物質などの細胞培養に必要な成分を水溶液として
含むものが使用されるが、さらに血清を含んでいてもよ
く、また含んでいなくてもよい。これら成分は必要な全
てを培養液としてユニットを通して供給してもよいが、
一部の成分は伯の供給手段によってサスペンション液中
へ導入することも可能である。一般に細胞培養には、酸
素、二酸化炭素なども必要であるが、これ１１− らは新しい培養液に溶存させて供給してもよく、さらに
直接サスペンション液へ供給してもよい。

第２−Ａ図、第２−Ｂ図及び第２−Ｃ図はいずれも本発
明のユニツ１〜の種々の形態の例を示したものである。

これらの図において矢印→は第１図の培養器において切
り換え弁９に接続される培養液の共通した流出入口に結
合した導管を示している。

第２−Ａ図のユニットは基本的には、第１図のユニット
と同じ形態のものであり、多数の中空糸よりなる毛管束
の両端が固着層により固着され、一方の端部に培養液の
共通した流入口と流出口が設けられており、伯の端部は
封止された構造を有している。第２−Ｂ図は毛管束の両
端が固＠層に固着され、その両端には培養液の出入口が
設けられ、この出入口にはそれぞれ導管が接合され、こ
れら導管が結合されて共通した培養液の流入口と流出口
を形成している構造を有している。また第２−Ｃ図は毛
管束の両端が１つの共通した固着層によプて固着された
形態であり、その両端部に培１２− 養液の共通した流入口と流出口を有している構造を有し
ている。以上それぞれのユニットは、基本的な型の一例
を示したものであり、他の若干の変更は当然許容される
。これらユニットは任意に複数個組合せて使用すること
が出来る。

本発明のユニットは、いずれも新しい培養液の供給と古
い培養液の排出とを交互に繰返しながら操作されるが、
その間隔は、細胞の種類、密度。

培養条件などによって左右されるが、一般には１分乃至
１日、好ましくは５分乃至１０時間の範囲で切り換える
ことが出来る。

以上説明した本発明の培養装置によれば、サスペンショ
ン型の培養において、新しい培養液の供給と古い培養液
の排出を連続的或いは半連続的に行うことが出来るので
、高密度でしかも大量の細胞を培養することが出来る。

殊に本発明ではユニットにおける中空糸の壁膜の細胞に
細胞その他の固形物が一時的に詰ったとしても、長時間
に亙っで詰ることはなく、従って効果的に培養液の交換
を行うことが出来、極めて高密度の培養を行うことが可
能である。

さらに本発明のユニットは、単に２個以上或いはこれを
直列又は並列、或いは独立して２本以上を適当に組合せ
て、装置の規模、細胞の種類、培養条件などに合せなが
ら使用することが容易であるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の細胞培養装置の全体を示す該略図の一
例を示したものであり、第２−Ａ図、第２−８図及び第
１−Ｃ図は、それぞれ本発明の細胞培養装置に用いられ
るユニットの形態の例を示したものである。 特許出願人　帝　人　株　式　会　社 代　理　人　弁理士　前　１）　純　博１５−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、サスペンション型細胞培養装置であって、該培養装
   置中には、細胞培養に必要な栄養分及び生育阻害物質を
   実質的に透過するが、細胞は実質的に透過しない壁膜を
   有する中空糸の多数よりなる毛管束よりなり、該毛管束
   の両端は固着層により固着されたユニットの少くとも１
   個が収納され、該ユニットの両端又は一端には細胞培養
   液の共通した流出入口を有するように細胞培養液の供給
   又は排出のための導管が結合されていることを特徴とす
   る細胞培養装置。 ２、少くとも一対の該ユニットの組合せが、該培養装置
   中に収納され、一対のユニットの組合せは互いに細胞培
   養液の培養装置への流入及び培養装置からの排出を交互
   に繰返すようにした第１項記載の細胞培養装置。