JPH01206988A - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は培養装置に関する。さらに詳しくは高密度お
よび連続培養に好適な培養装置に関する。

（ロ）従来の技術 従来動物細胞等を大量培養しようとする場合に、小さな
装置で効率良く培養するためには培養液中から老廃物を
多く含んだ培地を連続かつ高速でかつ確実に回収するこ
とが必要であり、このため培養液交換手段を備えた培養
装置か用いられている。

とくに浮遊性の動物細胞の場合には、撹拌型の培！！槽
に培養液交換手段を取り付けた培養装置が用いられるこ
とが多い（杉野幸夫編、ｒｍ抱培養技術」　講談社、　
１９８５年、　ｐ１４６〜１５０）。上記培養液交換手
段とは、培養槽内に設けた細胞沈殿管、培養槽内もしく
は培養槽に付設されろ培養液循環路に設けられた口過手
段等のごと＜＝ｍ胞と培地とを分離しかっこの分離され
た培地を培養槽外に排出ずろ手段と、新鮮培地を培養槽
に供給する手段とを合わせたものをいう。

（ハ）発明が解決しようとする課題 連続的に培養を行うとやがて死んだ＠抱が固まって細胞
塊をつくるが、この細胞塊は生さている細胞に比べて沈
降しやすい。従って細胞沈殿管を有する培養装置で培養
を行う場合、上記細胞塊は生きている細胞よりも培！Ｉ
漕外に排出されにくいため、培ｌｌｌ槽内には細胞塊が
どんどん溜まってきて細胞にとって好ましくない環境と
なる。また、培養槽内にもしくは培養槽に付設される培
養液循環路に口過手段とを有する培養装置で連続的に培
養を行うと、上記細胞塊によって口過手段の目詰まりが
はやくなり、培地の交換が十分に行えなくなる。

この発明はかかる状況に鑑みなされたものであり、培養
液中から細胞塊を除去しうろ手段を有して安定した連続
培養が行えるよう構成された培養装置を提供しようとす
るものである。

（ニ）課題を解決するための手段 かくしてこの発明によれば、細胞等を含んだ培養液を循
環または貯留して細胞等の増殖を行う培養系と、該培養
系中の液状培地を連続的に新鮮培地と交換しうる液−補
給・分離手段を備え、上記培養系に、培養液を一時この
系外に迂回できろ迂回流路を設けると共に、該迂回流路
に、培養液中の細胞等を透過するが細胞塊等を透過しえ
ないフィルタを内蔵した筒状体からなり、このフィルタ
により分割される筒状体内下流側に洗浄液供給手段を管
路接続し、かつ上記筒状体内上流側にドレインへの排出
管路を接続して構成される細胞塊除去部を挿設してなる
培養装置が提供されろ。

この発明は、培養操作を停止することなく必要に応じて
培養液中に生じた細胞塊を効率良く除去できうるよう構
成された培養装置であることを特徴とする。

この発明の培養装置は、連続的かつ高密度培養に好適な
装置であり、さらにバイオリアクタにも適用できる乙の
である。

この発明の培養装置において、細胞等を含んだ培養液を
循環または貯留して細胞等の増殖を行う培養系とは、上
記培養液を循環または貯留でき、かつ撹拌手段、液面セ
ンサ、ｐ　ｔ−ｉメータ等培養に必要な部材が必要に応
じて具備された当該分野で公知の培ｆｌＦ！またはこれ
と均等な機能を備えた培養槽を意味する。また、この発
明の培養装置に具備される液−補給・分離手段としては
、公知のもの例えば、培養槽内に設けた細胞沈殿管、培
養槽内らしくは培ｉｌｌに付設される培養液循環路に設
けられた口過部等のごとく細胞と液状培地とを分離しか
つこの分離された培地を培！！漕外に排出する手段と、
新鮮培地供給手段とからなるもの等をそのまま用いるこ
とができる。

この発明の培養装置において培養系に設けられる培養液
迂回流路は、培養系外に一時培養液を迂回できるように
構成されたものであり、送液手段を介して培養系内と該
系外との間を培養液を循環できるように構成される。こ
の迂回流路は培養槽に直接設けられてもよく、また上記
液−補給・分離手段の分離手段に設けられてもよい。後
者の場合において分離手段側か口過部を有して培養槽に
付設された培養液循環路で構成されているとき、上記迂
回流路は、培養液循環路の口過部の前段に設けられ、か
つ迂回流路と培養液循環路との流路切換手段が設定され
る。なおこのとき迂回流路に設定される送液手段は培養
液循環路に設定されている送液手段と共通であってもよ
い。この構成の一例については後述する実施例の記載が
参照される。

上記培養液迂回流路には細胞塊除去手段が設けられる。

この細胞塊除去手段は上記迂回流路への流路接続が可能
な液導入口および液排出口を対向する端面に宵する筒状
体と、該筒状体内部の断面にわたって設けられるフィル
タと、このフィルタにより分割される筒状体内下流側に
管路接続される洗浄液供給手段と、上記筒状体内下流側
に接続されるドレインへの排出管路とから主として構成
される。上記フィルタは培養液中の細胞等を透過するが
細胞塊等を透過しえない程度の網目状のものが選択され
る。この網目の孔径としては約０．５〜２ｍＩ＋１が適
している。上記筒状体の材質としては該筒状体外部から
その内部を透視できうるらのが好ましく、これにはガラ
スまたは透明樹脂が適し、一方フィルタの材質としては
ステンレス、合成樹脂が選択され、合成樹脂としてはナ
イロンが好ましい。上記筒状体内下流側に管路接続され
る洗浄液供給手段は、送液ポンプを介して洗浄液貯留槽
に接続される管路から構成されるものが好ましい。

一方上記筒状体内上流側に接続される排出管路には流路
開閉弁が設けられる。

この発明の装置において、迂回流路への培養液の移送の
タイミングは、目視に基づく培養槽内で′の細胞塊の生
成状態に基づいて手動で行うものであってもよく、また
所定時間毎に機械的に作動しうるよう予め設定されたプ
ログラムにより切換操作が制御されていてらよい。また
、迂回流路に挿設される細胞塊除去手段への洗浄液供給
のタイミングは、目視に基づく筒状体内の細胞塊の蓄積
状態に応じて手動で行うものであってもよく、所定時間
毎に機械的に作動しうるよう予め設定されたプログラム
により切換操作が制御されていてもよい。またさらにこ
のタイミングに関する別の構成としては、上記除去部に
内蔵されるフィルタの上流側流路および下流側流路にそ
れぞれ圧力計を取り付け、該フィルタの目詰まり状態を
両者の圧力変動により自動的に感知して行う構成であっ
てもよい。

（ホ）作用 この発明によれば、培養系から増殖細胞、細胞塊、液状
培地等を含有してこの培養系外に迂回される培養液は、
迂回流路の途中に設けられた細胞塊除去部のフィルタに
おいて細胞塊のみが口５ｊｉ＋された後、上記培養系内
に戻される。上記フィルタにおいて口利された細胞腕が
ある程度蓄積すると培養系からの培養液の迂回流路への
移送は停止されると共に、この除去部内の下流側に洗浄
液が供給されさらにこの洗浄液がフィルタを介して上流
側に逆流され、この上流部に蓄積されている細胞塊と共
に排出管路を通じてドレインへ排出される。

以下実施例によりこの発明の詳細な説明するが、これに
よりこの発明は限定される乙のではない。

（へ）実施例 第１図はこの発明の培養装置の一実施例の構成説明図で
ある。図において培養装置（１）は、培養槽（２）、撹
拌手段（３）、新鮮培地供給手段（４）、培養液口過手
段（５）、細胞塊除去手段（６）、制御部（７）から主
として構成されている。

培養槽（２）は、培養液貯留槽とこれを着脱可能に密閉
しうる蓋体とから構成されている。該蓋体には液面セン
サ（２１）、撹拌羽根（３１）、図示しないｐＨ１を極
、図示しないＤｏセンサおよび後述する各管路がそれぞ
れ所定の位置に設定されて″いる。

またこの培！ｌ漕には図示しない温度コントローラが付
設されており培養液の温度が所定の温度で一定に保持で
きるように構成されている。

撹拌手段（３）は、上記撹拌羽根（３１）とこれを回転
する図示しない回転駆動部とから構成されている。

新鮮培地供給手段（４）は、新鮮培地を貯留する培地タ
ンク（４１）と該タンク内の底部近傍に開口し、ペリス
タポンプ（４２）を介して培養１１１（２）の蓋体に接
続され、培養槽内の上部空間に開口する培地供給管路（
ａ）とから構成されている。

培養液口過手段（５）は、培養槽内の底部近傍に開口し
て蓋体に取り付けられ、ペリスタポンプ（５１）および
電磁弁（５２）をこの順に介して口過部（５３）上端に
管路接続される汲み出し管路（ｂ、）と、該口過部（５
３）下端から再び上記蓋体に接続されて培養槽内の上部
空間に開口して設定される戻し管路（ｂ、）と、上記口
過部（５３）側面下部からペリスタポンプ（５４）を介
して回収タンク（５５）に管路接続される回収管路（ｂ
３）とから構成されて（Ｙろ。上記汲み出し管路（ｂυ
と戻し管路（ｂ、）とで培養液循環路（ｂ）が構成され
ている。上記口過部（５３）には、筒状にフィルタ面を
有して流路と同軸に設定されるフィルタ管路と、このフ
ィルタ管路の外側にフィルタ管路内からの透過液を一時
貯留する外筒状容器とから構成されるクロスフロー型口
過装置が用いられている。上記フィルタ面のフィルタ孔
径は、細胞等を透過しないが培養液中の溶解成分を透過
しうる孔径のもの（例えば０．２〜１０μｍ程度）が用
いられている。

細胞塊除去手段（６）は、上記培養液口過手段（５）の
汲み出し管路（ｂｌ）の電磁弁（５２）の上流側に管路
接続され、ＩＩ電磁弁６１）およびＩＩ＆！弁（６２）
をこの順に介して再び汲み出し管路（ｂ、）の電磁弁（
５２）の下流側に管路接続される迂回管路（ｃ）と、こ
の迂回管路（ｅ）に挿設された細胞塊除去ユニット（６
３）と、洗浄液タンク（６４）からペリスタポンプ（６
５）を介して上記細胞塊除去ユニッ）　（６３）の下流
側に接続される洗浄液供給管路（ｄｌ）および細胞塊除
去ユニッ）　（６３）の上流側から電磁弁（６６）を介
して洗浄液回収タンク（６７）に接続される回収管路（
ｄ２）とからなる細胞塊除去部（６８）とから構成され
ている。

上記細胞塊除去ユニット（６３）の構成の一例を第２図
に示す。この細胞塊除去ユニット（６３）は図に示すご
とく、迂回管路（ｃ）に接続可能な管路（ｅ）を一端面
に有しかつ他端が外側に広げられた縁部を有して開口さ
れた円筒型容器体（８）の一対からなり、これらの開ｄ
端面周縁を対向配置してこの間に所定のメツシュを有す
る網状フィルタ（９）をその両側から０リング（１０）
（１１）を介して密着挟持さ什ると共に、上記対向配置
された一対の開口周縁部の外周に沿って跨設された止め
バンド（１２）により上記密着挟持状聾が保持されてい
る。上記のごとく構成される細胞塊除去ユニット（６３
）において１、迂回管路（ｃ）の上流側に接続される円
筒型容器体（以下液導入側部（イ））および迂回管路（
ｃ）の下流側に接続される円筒型容器体（以下液排出側
部（ロ））それぞれには連通孔（８１）（８２）が設定
されている。このうち液排出側部（ロ）の連通孔（８２
）に上記洗浄液逆流手段（６８）の管路（ｄυが一接続
され、−方の液導入側部（イ）の連通孔（８１）には洗
浄液逆流手段（６８）の管路（ｄ、）が接続されている
。上記網状フィルタ（９）はメツシュが２ｍ＋＋＋のス
テンレス製のものであり、円筒型容器体（８）すなわち
液導入側部（イ）および液排出側部（ロ）はガラス製の
ものである。

制御部（７）は、液面センサ（２１）、撹拌手段（３）
、ｐＨ電極、ＤＯセンサ、電磁弁（５２）、（６１）、
（６２）。

（６６）、ペリスタポンプ（４２）、（５１）、（５４
）、（６５）にそれぞれ電気接続されており、これらを
予め設定された設定値に維持しまたは予め設定されたタ
イミングで駆動しうるプログラムを有し、このプログラ
ムに従って上記各部に作動を指令するよう構成されてい
る。

以上のごとく構成された培養装置（１）の作動を説明す
る。

まず通常の連続培養を行う場合、電磁弁（５２）を開き
電磁弁（６１）（６２）および（６６）を閉じておく。

この状態でペリスタポンプ（５１）および（５４）をそ
れぞれ予め設定された速度で駆動すると、培ＩＩ　漕（
２）内の培養液は所定量の送液量で、培養＋！　（２）
→管路（ｂ、）−口過部（５３）−管路（ｂ、）−培養
槽（２）を循環される。この操作により該循環路上に設
定された口過部（５３）において、培養液内の細胞等は
口過されず培養１（２）内に戻され、一方培養液中の溶
解成分は透過され回収管路（ｂ、）を通じて回収タンク
（５５）に回収される。この循環作動により培養液中で
細胞等が増殖されろと共にこの増殖に伴って生成され培
養液中に溶解した老廃物等は口過部（５３）から除去さ
れ、培養槽内の液面が下降していくことになるが、この
液面が液面センナ（２１）により検出されると制御部（
７）はこのセンサ（２１）からの出力に基づいてペリス
タポンプ（４２）を所定時間、所定の速度で駆動し、こ
れによって新鮮培地が所定量補給される。このようにし
て培養・増殖が連続して行われる。

上記作動状態である程度進行すると培養液中に細胞塊が
生じ始めるが、これが目立ってくると目視に基づく切換
えか、または制御部内に設定したタイマ（培養開始から
所定時間経過後までの設定）の出力に基づく切換えによ
り、電磁弁（６１）および（６２）を開き一方電磁弁（
５２）を閉じる。この状態においてペリスタポンプ（５
１）により汲み上げられる培養液は、管路（ｂｌ）の電
磁弁（５２）の上流部から迂回管路（ｃ）に流出されて
電磁弁（６１）−細胞塊除去ユニット（６３）−電磁弁
（６２）の順に迂回して再び管路（ｂｌ）の電磁弁（５
２）の下流部に流入され、以下上記のごとく循環される
。この迂回循環により、培養液中の細胞塊は細胞塊除去
ユニット（６３）内の液導入部側（イ）に口利され、一
方増殖対象の細胞等は該ユニット（６３）内の網状フィ
ルタ（９）を通過して培１％　博（２）内に戻される。

上記迂回循環の進行につれて細胞塊除去ユニッ）　（６
３）の液導入部側（イ）に口利された細胞塊が蓄積しだ
すと、目視に基づいて、または液導入部側（イ）内およ
び液排出側（ロ）内の圧力を測定すべく設定された各圧
力センサの比較圧力値に基づいて、制御部からの指令に
より電磁弁（５２）を開き電磁弁（６１）および（６３
）を閉じると同時に電磁弁（６６）を開き、ペリスタポ
ンプ（６５）を駆動する。この操作により培養液は再び
はじめのように培養液循環路を循環すると同時に、細胞
塊除去ユニット（６３）に洗浄液タンク（６４）から洗
浄液（この場合培地タンク（４１）と同等の新鮮培地ま
たは等張の緩衝液）が、連通孔（８２）−液排出側部（
ロ）−網状フィルタ（９）→液導入側部（イ）→連通孔
（８１）の順に逆流され、電磁弁（６６）を経て洗浄液
回収タンク（６７）に回収される。この洗浄液逆流操作
により網状フィルタ（９）および液導入側部（イ）に蓄
積されていた細胞塊は、この洗浄液流によってこれらか
ら取り除かれて回収タンク（６７）に排出され、細胞塊
は培養系外に除去されることとなる。その後目視による
判断または一定時間経過後の自動操作により、ペリスタ
ポンプ（６５）を停止しかつ電磁弁（６６）を閉じて洗
浄液逆流操作を終了して、再び通常の連続培養状態とす
る。

従って上記操作が繰返されることにより、口過部（５３
）での目詰まりが少なく長期間にわたって安定して連続
培養することができる。

（ト）発明の効果 この発明によればミ培養液に生ずる細胞塊を効率良く除
去でき、培養槽に付設される培養液循環路の口過部での
目詰まり等の不都合な状態か少なく培養液が培養に好ま
しい状態に保持できるので、安定した細胞培養を長時間
にわたって連続して行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の培養装置の一実施例の構成説明図、
第２図は第１図の培養装置に用いられろ細胞塊除去ユニ
ットの一例の構成説明図である。 （２）・・・・・・培養槽、　　　（３）・・・・・・
撹拌手段、（４）・・・・・・新鮮培地供給手段、（５
）・・・・・・培養液口過手段、（６）・・・・・・細
胞塊除去手段、（７）・・・・・・制御部、　　　　（
８）・・・・・・円筒型容器体、（９）・・・・・・網
状フィルタ、　（ｌｏＸｔｔ）・・・・・・０リング、
（１２）・・・・・・止めバンド、 （２１）・・・・・・液面センサ、　（３【）・・・・
・・撹拌羽根、（４１）・・・・・・培地タンク、 （４２Ｘ５１Ｘ５４）（６５）・・・・・・ペリスタポ
ンプ、（５２）（６１０６２０６Ｂ）・・・・・・電磁
弁、（５３）・・・・・・口過部、”　　（５５）・・
・・・・回収タンク、（６３）・・・・・・細胞塊除去
ユニット、（６４）・・・・・・洗浄液タンク、 （６７）・・・・・・洗浄液回収タンク、（６８）・・
・・・・洗浄液逆流手段、（ａ）・・・・・・培地供給
管路、（ｂ＋）・・・・・・汲み出し管路、（ｂ、）・
・・・・・戻し管路、　　（ｃ）・・・・・・迂回管路
。 第　１　図 第　２　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、細胞等を含んだ培養液を循環または貯留して細胞等
   の増殖を行う培養系と、該培養系中の液状培地を連続的
   に新鮮培地と交換しうる液−補給・分離手段を備え、 上記培養系に、培養液を一時この系外に迂回できる迂回
   流路を設けると共に、該迂回流路に、培養液中の細胞等
   を透過するが細胞塊等を透過しえないフィルタを内蔵し
   た筒状体からなり、このフィルタにより分割される筒状
   体内下流側に洗浄液供給手段を管路接続し、かつ上記筒
   状体内上流側にドレインへの排出管路を接続して構成さ
   れる細胞塊除去部を挿設してなる培養装置。