JPH01206989A - 細胞培養槽 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、細胞培養槽に関するものである。

（従来の技術） 細胞培養は、一般的にタンク培養が行われており、付着
担体を必要とする接着性細胞の場合にあっては、ローラ
ビン、マルチプレート、マイクロキャリア等の方法が利
用されている。

そして、これらの方法の中でも、マイクロキャリアを培
養液中に浮遊させて細胞培養するマイクロキャリア方式
は、代表的な大量培養の方法である。

しかしながら、通常のマイクロキャリア方式において行
われているような上面通気による酸素供給には、その供
給量などに限界があり、高細胞濃度の培養を維持するこ
とができないという欠点がある。

そこで、この欠点を解決する手段として、本発明者は、
細胞培養槽の一部に培養液は透過するが細胞付着担体は
透過しないフィルターによって隔離される領域を設ける
と共に、該領域内に酸素及びまたは空気を供給する導管
を配設して培養液中に酸素を供給する細胞培養槽を提案
し、昭和６２年１２月２８日に出願した。

（発明が解決しようとする課題） 以上のような提案によれば、フィルターで隔離された領
域内において、培養液に酸素や空気を供給することによ
り、この領域の外に浮遊する細胞に対して撹乱による剪
断力のダメージを与えることがなく、この領域内におい
て充分に酸素を得た培養液が、フィルターの側面全体か
ら外側の培養液中に透過していくので、高細胞濃度の培
養が容易にでき、培養を長期間に渡って連続して行なう
ことが可能であるという効果を奏するに到った。

しかしながら、培養液を攪拌する攪拌羽根があるので、
これによって細胞に剪断力によるダメージを与えるよう
になっている。

したがって、本発明の技術的課題は、細胞に全くダメー
ジを与えることなく、培養液中に細胞が消費する酸素を
大量に供給できるところの高密度細胞培養に用いられる
細胞培養槽をうろことを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は以上のような目的を達成するため、次のような
手段を講じた。

すなわち、培養槽内に培養液が流通する開口を上下に設
けた仕切筒を立設し、該仕切筒内には、酸素及びまたは
酸素を含む気体の供給管を配設し、かつ培養液の液流を
生ぜしめる撹拌装置を設け、仕切筒と培養槽との間の培
養液中に、細胞付着担体の浮遊域と培養液から細胞付着
担体を分離する分離域とが生成するようにした。

そして、必要に応じて仕切筒上部の開口及び仕切筒と培
養槽との間に、培養液は通過するが細胞付着担体は透過
しないフィルターを設け、そのフィルターの目詰まり防
止のための振動装置や回転装置を設け、また、仕切筒と
攪拌装置とを連結して、仕切筒を攪拌装置と共に回転さ
せて液流に回転流をも生成するようにした。

（作　用） 本発明によれば、仕切筒で隔離された領域内において、
培養液に酸素や酸素を含む気体を供給し、この酸素や酸
素を含む気体の供給された培養液は攪拌装置によって下
向流を生じ、培養液は、仕切筒の下部開口より、仕切筒
と培養槽内壁とで形成される領域に押し出されて上昇す
る。

この上昇中に、細胞付着担体と培養液とは分離され、培
養液のみが仕切筒上部開口より仕切筒内に流入する。

（実施例） 以下、本発明を図面に示す実施例について説明する。

（１）は培養槽であって、この槽（１）内に上下に開口
（２）（３）のある仕切筒（４）が立設されている。

図示の開口＜２）（３）のうち、開口（２）には、培養
液は透過するが、細胞付着担体は透過しないフィルター
（９）があり、開口（３）は格子状をなして、培養液の
みが流通できるようになっている。

開口（２）のフィルターは、目の荒いフィルターを用い
る。フィルターの材質は、気体を吸着しないもの、例え
ばガラス、焼結金属、セラミックス、紙、プラスチック
、ステンレスメツシュ等である。

仕切筒（４）内に螺旋羽根（５）のある攪拌装置（６）
が回転して培養液の液流が生ずるようになっている。

培養液は、液面（８）の高さまで培養槽（１）中に充填
されているが、仕切筒（４）と培養槽の内壁との間は細
胞付着担体（１）が浮遊する浮遊域（Ａ）と、培養液か
ら細胞付着担体を分離する分離域（Ｂ）とが生成する高
さまで培養液が充填されることが必要である。

仕切筒（４）には酸素もしくは酸素を含む気体を供給す
る酸素供給管（１０）があり、先端のノズル（１２）か
ら酸素もしくは酸素を含む気体が培養液に供給される。

培養槽の液面（８）上部は、気体摺部（１５）を形成し
ており、培養槽（１）上部には、培養液を潅流するため
の液入口管（１））と、液出口管（１３）があるが、液
流出管（１３）の先端は、仕切筒（４）内の螺旋羽根（
５）の上部に開口している。

このように、液流出管（１３）が開口している場合は、
先端にフィルターを設けなくてもよいが、仕切筒（４）
以外のところに液流出管（１３）が開口しているときに
は、フィルターが必要である。

また、図示の液入口管（１））の先端にはフィルターは
ない。そして、潅流管としての液入口管と液出口管とは
、１本としてもよい。

その他（１４）は、気体排出管で、酸素の供給によって
生じた液面（８）と、培養槽天面との間の気体域（Ｃ）
から、細胞が代謝したガスを、その気体排出管を介して
排出できる。

排気管には、汚染細菌の混入を防止するための除菌フィ
ルターが設けられている。

本発明は、以上のように構成されていることにより、培
養液に対し、酸素供給管（１０）のノズル（１２）から
酸素が供給されて、培養液中に酸素が溶は込み、培養液
に溶けなかった気体は、培養液面上の気体域（Ｃ）から
、細胞が代謝したガスと共に排気管（１４）を通じて排
出される。

そして、充分に酸素が溶は込んだ培養液は、攪拌装置（
６）によって下向流を生じ、仕切筒（１）の下部開口（
３）より仕切筒（４）と培養槽内壁とで形成される領域
（Ａ）に押出されて上昇する。

この培養液の上昇によって、細胞付着担体（７）は浮遊
しつつ上昇するが、一定位置まで上昇すると、細胞付着
担体（７）の沈降速度が液上昇速度を凌ぎ、これによっ
て細胞付着担体（７）と培養液は動力学的に分離され、
培養液のみが仕切筒（１）の上部開口（２）より仕切筒
（１）内へ流入する。

しかして、培養液に酸素あるいは酸素を含む気体を供給
するに当たって、仕切筒（４）内であって、攪拌装置の
羽根（５）の上部においてノズル（１２）が位置してい
るので、細胞付着担体（７）のない培養液中に酸素が供
給されることとなり、したがって、酸素を供給する際に
生じる攪拌流による剪断力のダメージを細胞に与えるこ
とかない。

また、潅流のための液出口管（１３）は、仕切筒（４）
内に開口しているので、細胞付着担体（７）がフィルタ
ーを設けなくとも流出しない。

何れにしても、液出口管先端にフィルターを設けない場
合は、細胞付着担体（７）の目詰まりを気にせずに培養
液の潅流を行なうことができる。

以上の如く、内部に仕切筒を設けた培養槽においては、
細胞付着担体（７）が自然に浮遊する浮遊域と分離域と
に分けられることが最良であるが、仕切筒上部開口（２
）周囲に、培養液は通過するが、細胞付着担体（７）を
透過しないフィルター筒を設ける方法、及び、仕切筒（
４）と培養槽（１）内壁で形成される細胞付着担体浮遊
域（Ａ）上方に円板状の同様なフィルターを設けて、培
養液と細胞付着担体（７）を装置的に分離してもよい。

以上のような時は、フィルターに細胞付着担体が付着す
る可能性が高くなるが、この付着力は弱いものであって
、フィルターを回転させたり振動させたりすることによ
って容易に剥離できる。

その他、攪拌装置と仕切筒とを連結し、攪拌装置と共に
仕切板が回転するようにすると、仕切筒回りの培養液は
上昇流の他に回転流を生じ、効果的な攪拌も行える。

第３図は、フィルターを回転する細胞培養槽の断面図で
、培養槽（１）の上部にモーター（１５）を装着し、駆
動軸（１６）の下端のピニオンギヤ（１７）とフィルタ
ー（９）の外周に配設したリングギヤ（１８）とを噛合
せしめることにより、モーター（１５）の駆動でフィル
ター（９）は回転する。

フィルター（９）を回転させる手段としては、攪拌羽１
）　（５）を回転させているモーターの駆動力を利用す
る方法なども考えられる。

第４図は、フィルター（９）を振動する細胞培養槽の断
面図で、培養槽（１）の上部に機械的もしくは電気的手
段による振動発信装置（１９）を装着し、その作動杆（
２０）の下端をフィルターに当接せしめることにより、
振動発信装置（１９）でフィルター（９）を振動させる
ことができる。

第５図は、仕切筒と培養槽との間に円板状フィルターを
設けた断面図で、（２１）はその円板状フィルターであ
る。

（発明の効果） 本発明によれば、培養槽の仕切筒内は、培養液のみで細
胞付着担体はないので、酸素あるいは酸素を含む気体の
供給を行っても、また仕切筒内に攪拌羽根があっても細
胞にダメージを与えることがなく、細胞が消費する酸素
を酸素供給管から大量に供給することができるので、高
密度細胞培養が容易にできるようになり、潅流管を用い
ることにより、培養を長時間にわたって連続的に行うこ
とが可能である。

また、培養液の下降、上昇の移動流は、機械的撹拌によ
る細胞への剪断力を与えることなく液流のみで攪拌して
おり、効果的な攪拌を行なうことができる。

また、最も単純な構造で運転可能であり、フィルターの
取付は等によって液流を早め、培養速度を最大限に引き
出すことも可能であり、仕切筒内の培養液攪拌装置を自
由に制御できるので、幅広い培養条件に対応できる。し
かも目詰まり防止手段を講することにより、長時間培養
できる。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は本発明にかかる細胞培養槽の断面図と斜面
図 第３図はフィルターを回転する細胞培養槽の断面図 第４図はフィルターを振動する細胞培養槽の断面図 第５図は仕切筒と培養槽との間に円板状フィルターを設
けた断面図 （１）　　・・・・・・・培養槽 （２）　（３）・・・・開　口 （４）・・・・・・・仕切筒 （５）・・・・・・・螺旋羽根 （６）・・・・・・・撹拌装置 （７）・・・・・・・細胞付着担体 （８）・・・・・・・液面 （９）・　・　・　・　・　・　・フィルター（１０）
・・・・・・・酸素供給管 （１））・・・・・・・液入口管 （１２）・・・・・・・ノズル （１３）・・・・・・・液出口管 （１４）・・・・・・・気体排出管 第　１　図 第　　２　図 第３図 第４図

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）培養槽内に培養液が流通する開口を上下に設けた
   仕切筒を立設し、該仕切筒内には、酸素及びまたは酸素
   を含む気体の供給管を配設し、かつ培養液の液流を生ぜ
   しめる撹拌装置を設け、仕切筒と培養槽との間の培養液
   中に細胞付着担体の浮遊域と培養液から細胞付着担体を
   分離する分離域とが生成するように設けたことを特徴と
   する細胞培養槽。
2. （２）仕切筒上部開口に、培養液は通過するが細胞付着
   担体は通過しないフィルターを設けた請求項（１）の細
   胞培養槽。
3. （３）仕切筒上部開口に設けたフィルターは、回転する
   ものである請求項（１）、（２）の細胞培養槽。
4. （４）仕切筒上部開口に設けたフィルター筒は、振動発
   生装置によって振動させるものである請求項（１）、（
   ２）、（３）の細胞培養槽。
5. （５）仕切筒と培養槽内壁との間に、培養液は通過する
   が細胞付着担体は透過しない円板状フィルターを設けた
   請求項（１）の細胞培養槽。
6. （６）仕切筒と培養槽内壁との間に設けた円板状フィル
   ターは、回転するものからなる請求項（１）、（５）の
   細胞培養槽。
7. （７）仕切筒と培養槽内壁との間に設けた円板状フィル
   ターは、振動発生装置によって振動するものである請求
   項（１）、（５）の細胞培養槽。
8. （８）仕切筒内に培養液の潅流管を設けた請求項（１）
   から（７）までの何れかに記載の細胞培養槽。
9. （９）攪拌装置がらせん羽根からなる請求項（１）から
   （８）までの何れかに記載の細胞培養槽。
10. （１０）仕切筒と撹拌装置とを連結して撹拌装置と共に
    、仕切筒が回転するものからなる請求項（１）（８）（
    ９）の何れかに記載の細胞培養槽。