JPH05292940A

JPH05292940A - 細胞培養装置の通気方法および通気装置

Info

Publication number: JPH05292940A
Application number: JP10138292A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Kondo; 哲也近藤; Hiroshi Otsuka; 浩史大塚; Tatsunobu Hozumi; 龍信穂積; Hironori Ishikawa; 弘典石川; Hiroshi Noguchi; 浩野口
Original assignee: Sumitomo Pharmaceuticals Co Ltd; Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd; Sumitomo Pharma Co Ltd
Priority date: 1992-04-21
Filing date: 1992-04-21
Publication date: 1993-11-09

Abstract

(57)【要約】【構成】本体部２内部に、ロート３、スパージャー
５、通気チューブ４、培地注入管１０および撹拌装置６
が配されている。ロート３は、培地１２の液面１２ａ全
体を覆うようにして本体上部２ｂ内に設けられている。
培地注入管１０は、ロート３で捕集した気泡に対し、新
しい培地を滴下できるように配されている。【効果】気泡が弾けて消滅することを防止しながら、
気泡に含まれる培養細胞を、再び培養槽内に洗い落とす
ことができるため、細胞は、気泡の急激な消滅時に発生
する衝撃によって破壊を受けない。細胞と気泡とを分離
するので、気泡中に取り込まれた細胞は、栄養分の枯
渇、酸素過多、乾燥等で死滅することはない。細胞にダ
メージを与えないで発泡通気を行うことができ、細胞の
呼吸による培地中の酸素消費を補って細胞の増殖や目的
物の生産性向上を促すことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、連続培養法により、例
えば、ハイブリドーマ等の動物細胞等を培養すると共
に、この培養細胞に目的物を生産させる細胞培養装置の
通気方法および通気装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、細胞培養装置の培養槽内の細胞
培養液（以下、培地と称する）中で培養細胞（以下、細
胞と称する）の培養を行って目的物を生産させる場合、
細胞の呼吸による培地中の酸素消費を補って細胞の増殖
や目的物の生産性向上を促すために、培地に空気や酸素
（以下、空気等と称する）を通気して、培地中の二酸化
炭素を酸素とガス交換する必要がある。特に、高密度潅
流培養法等の連続培養法を行い、細胞を効率的に培養す
る細胞培養装置の場合は、時間の経過に伴い培地中の細
胞密度が高くなるため、培地中に懸濁している細胞に例
えば破壊や死滅等のダメージを与えないで、効率良くガ
ス交換を行う必要がある。

【０００３】従来、培地への通気方法には、一般に、
上面通気、チューブ通気、発泡通気の３種類の方法
がある。上面通気は、培地液面（気液界面）のみでガ
ス交換を行う方法であり、ガス交換の効率は悪いが、低
コストで行え、また、培地中の細胞に殆どダメージを与
えない。チューブ通気は、多孔性の通気チューブを培
養槽内に配して空気等を通し、この通気チューブ表面で
ガス交換を行う方法である。この方法は、気液界面が広
くなるので上面通気と比較してガス交換の効率は良くな
るが、一方、高価な通気チューブを用いるのでコストが
高くなる。発泡通気は、先端部が多孔性になっている
スパージャーを培養槽内に配して、このスパージャーの
先端部から空気等の気泡を発生させてガス交換を行う方
法である。この方法は、低コストで行え、気液界面が非
常に広くなるのでチューブ通気と比較してガス交換の効
率は良くなるが、一方、培地中の細胞に大きなダメージ
を与えることがある。

【０００４】発泡通気における、細胞に対するダメージ
の発生機構には諸説あるが、有力な説として、１）培地
内での気泡上昇により生じる培地の乱流により剪断力が
生じ、この剪断力によって細胞が破壊される。２）細胞
が培地液面に発生する泡沫中に取り込まれ、栄養分の枯
渇や酸素過多、あるいは乾燥を招いて死滅する。３）気
泡や泡沫の消滅時に発生する衝撃を受けて細胞が破壊さ
れる。等が挙げられている。

【０００５】このように、細胞がダメージを受けると、
細胞が死滅して培地中の細胞密度が低くなり、目的物の
生産性が低下する。従って、原理的に最も効果的な通気
方法は発泡通気であるが、培地中の細胞に大きなダメー
ジを与えるため、従来における連続培養法を行う細胞培
養装置では、発泡通気とチューブ通気とを併用する方法
が一般的である。以下、連続培養法を行う細胞培養装置
について、図９に基づいて説明する。

【０００６】図９に示すように、従来の細胞培養装置
は、通気チューブ８２、スパージャー８３および撹拌装
置８４が配された培養ジャー（培養槽）８１、遠心分離
機８６および貯液槽８７・８８で構成されている。培養
ジャー８１には、培地８５が満たされており、撹拌装置
８４で培地８５を静かに撹拌しながら細胞（図示しな
い）を培養するようになっている。そして、細胞と、細
胞によって生産された目的物とを分離し、培地交換を行
うと共に目的物を回収するために、培地８５の一部を配
管８９ａで抜き出して、遠心分離機８６で細胞と目的物
とを遠心分離し、細胞を含んだ培地を配管８９ｂで培地
８５の液面８５ａ付近に戻すと共に、目的物を含んだ培
地を配管８９ｃで貯液槽８７に送るようになっている。
一方、培養ジャー８１へは、貯液槽８８から新しい培地
が配管８９ｄにより送り込まれ、これにより、細胞の連
続培養を行うようになっている。

【０００７】また、培地８５中の細胞密度が低いとき
は、細胞の呼吸による培地８５中の酸素消費を補って細
胞の増殖を促すために、培養ジャー８１内に螺旋状に配
された多孔性の通気チューブ８２に空気等を通して通気
チューブ８２表面でガス交換を行う。その後、時間の経
過に伴い培地８５中の細胞密度が高くなると、スパージ
ャー８３の多孔性の先端部８３ａから空気等の気泡を発
生させてガス交換を行う。ガス交換された二酸化炭素や
余分な空気等は、配管８９ｅにより培養ジャー８１外部
へ放出される。

【０００８】そして、上記従来の細胞培養装置では、先
述した細胞に対するダメージの発生を回避するために、
例えば、培地中に細胞保護剤（例えばポリエチレングリ
コール、ポリビニルピロリドン、プルロニックＦ６８
等）を添加する方法（例えば A.H.Corrigan,Enzyme.Mic
rob.Technol.,1989,11,230-235）や、培地液面での泡沫
の発生を抑えるために、培地液面付近に溌水性（疎水
性）のメッシュを装着する方法（特開昭６４−６７１８
４号公報）、あるいは培地に消泡剤を添加する方法等が
行われている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の細胞培養装置における、細胞に対するダメージの発
生を回避する方法では、次のような問題点を有してい
る。即ち、溌水性のメッシュを装着する方法や培地に消
泡剤を添加する方法では、気泡や泡沫が弾けて消滅する
ときに衝撃が発生し、細胞がこの衝撃を受けて破壊され
る。また、細胞保護剤は、気泡や泡沫が弾け難くなり、
細胞が泡沫中に取り込まれることも少なくなって細胞に
対するダメージの発生を或る程度回避できるが、反面、
細胞保護剤と目的物との分離等、目的物の生産工程にお
いて、余分な工程を行わなければならない。

【００１０】従って、細胞の連続培養を行う際に、細胞
にダメージを与えないようにして発泡通気を行うことが
できる細胞培養装置の通気方法および通気装置が求めら
れている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の細胞培養
装置の通気方法は、上記の課題を解決するために、気泡
発生手段と細胞培養液導入手段とを有する細胞培養装置
の通気方法であって、上記気泡発生手段から上記細胞培
養装置の培養槽に満たされた細胞培養液中に気泡を発生
させ、この気泡を気泡捕集手段で捕集しかつ密集させ、
この気泡密集部分に、上記細胞培養液導入手段から新し
い細胞培養液を滴下して添加すると共に、上記気泡を消
去しながら気泡に含まれる培養細胞を上記培養槽に洗い
落とすことを特徴としている。

【００１２】請求項２記載の細胞培養装置の通気装置
は、上記の課題を解決するために、細胞培養装置の培養
槽に満たされた細胞培養液中に、培養槽の底部近傍から
気泡を発生させる気泡発生手段を有する通気装置におい
て、上記細胞培養装置は細胞培養液導入手段を有し、か
つ、上記通気装置は、培養槽中の細胞培養液面全体を覆
うように設けられたロート状の気泡捕集手段を有し、上
記気泡捕集手段で捕集した気泡を上記気泡捕集手段の上
部に密集させ、この気泡密集部分に、新しい細胞培養液
を滴下することができるように、細胞培養液導入手段が
設けられていることを特徴としている。

【００１３】請求項３記載の細胞培養装置の通気装置
は、上記の課題を解決するために、細胞培養装置の培養
槽に満たされた細胞培養液中に気泡を発生させる気泡発
生手段を有する通気装置において、上記細胞培養装置は
細胞培養液導入手段を有し、上記培養槽内には内筒が設
けられ、この内筒内側に、内筒底部近傍から気泡を発生
させる気泡発生手段が設けられると共に、上記通気装置
は、内筒の上部開口面を覆うように内筒上部に近接して
設けられたロート状の気泡捕集手段を有し、上記気泡捕
集手段で捕集した気泡を上記気泡捕集手段の上部に密集
させ、この気泡密集部分に、新しい細胞培養液を滴下す
ることができるように、細胞培養液導入手段が設けられ
ていることを特徴としている。

【００１４】請求項４記載の細胞培養装置の通気装置
は、上記の課題を解決するために、細胞培養装置の培養
槽に満たされた細胞培養液中に、培養槽の底部近傍から
気泡を発生させる気泡発生手段を有する通気装置におい
て、上記細胞培養装置は細胞培養液撹拌手段と細胞培養
液導入手段とを有し、かつ、上記通気装置は、細胞培養
液面より僅か液中に開口するように設けられたロート状
の気泡捕集手段を有し、上記気泡捕集手段は、上記気泡
発生手段が発生する気泡を捕集可能な位置に設けられる
と共に、上記気泡捕集手段で捕集した気泡を上記気泡捕
集手段の上部に密集させ、この気泡密集部分に、新しい
細胞培養液を滴下することができるように、細胞培養液
導入手段が設けられていることを特徴としている。

【００１５】

【作用】請求項１記載の方法においては、気泡発生手段
から細胞培養装置の培養槽に満たされた細胞培養液中に
気泡を発生させる一方、この気泡を気泡捕集手段で捕集
し、かつ、気泡を１ヵ所に密集させ、この気泡密集部分
に、細胞培養液導入手段から外部の新しい細胞培養液を
徐々に滴下して添加することにより、気泡が弾けて消滅
することを防止しながら、気泡に含まれていた培養細胞
を、再び培養槽内に洗い落とすので、培養細胞が気泡の
急激な消滅時に発生する衝撃等によって破壊等のダメー
ジを受ける虞れは殆どない。また、気泡密集部分に、細
胞培養液導入手段から新しい細胞培養液を滴下し、上記
気泡に取り込まれている培養細胞を再び培養槽内に洗い
落とすので、培養細胞と気泡とを分離することができ
る。よって、気泡中に取り込まれた培養細胞が、栄養分
の枯渇や酸素過多、あるいは乾燥によって死滅する虞れ
はない。従って、培養細胞にダメージを与えないように
して発泡通気を行うことができる。

【００１６】請求項２記載の構成においては、細胞培養
装置は細胞培養液導入手段を有し、かつ、通気装置は、
培養槽中の細胞培養液面全体を覆うように設けられたロ
ート状の気泡捕集手段を有し、気泡捕集手段で捕集した
気泡を気泡捕集手段の上部に密集させ、この気泡密集部
分に、新しい細胞培養液を滴下することができるよう
に、細胞培養液導入手段が設けられているので、気泡が
弾けて消滅することを防止しながら、気泡に含まれてい
た培養細胞を、再び培養槽内に洗い落とすことができ
る。よって、培養細胞が気泡の急激な消滅時に発生する
衝撃等によって破壊等のダメージを受ける虞れは殆どな
い。また、気泡密集部分に、新しい細胞培養液を滴下す
ることができるように、細胞培養液導入手段が設けられ
ているので、この細胞培養液導入手段から新しい細胞培
養液を滴下して、上記気泡に取り込まれている培養細胞
を再び培養槽内に洗い落とすことができる。よって、培
養細胞と気泡とを分離することができ、気泡中に取り込
まれた培養細胞が、栄養分の枯渇や酸素過多、あるいは
乾燥によって死滅する虞れはない。従って、培養細胞に
ダメージを与えないようにして発泡通気を行うことがで
き、培養細胞の呼吸による細胞培養液中の酸素消費を補
って培養細胞の増殖や目的物の生産性向上を促すことが
できる。

【００１７】請求項３記載の構成においては、細胞培養
装置は細胞培養液導入手段を有し、培養槽内には内筒が
設けられ、この内筒内側に、内筒底部近傍から気泡を発
生させる気泡発生手段が設けられると共に、通気装置
は、内筒の上部開口面を覆うように内筒上部に近接して
設けられたロート状の気泡捕集手段を有し、気泡捕集手
段で捕集した気泡を気泡捕集手段の上部に密集させ、こ
の気泡密集部分に、新しい細胞培養液を滴下することが
できるように、細胞培養液導入手段が設けられているの
で、気泡が弾けて消滅することを防止しながら、気泡に
含まれていた培養細胞を、再び培養槽内に洗い落とすこ
とができる。よって、培養細胞が気泡の急激な消滅時に
発生する衝撃等によって破壊等のダメージを受ける虞れ
は殆どない。また、気泡密集部分に、新しい細胞培養液
を滴下することができるように、細胞培養液導入手段が
設けられているので、この細胞培養液導入手段から新し
い細胞培養液を滴下して、上記気泡に取り込まれている
培養細胞を再び培養槽内に洗い落とすことができる。よ
って、培養細胞と気泡とを分離することができ、気泡中
に取り込まれた培養細胞が、栄養分の枯渇や酸素過多、
あるいは乾燥によって死滅する虞れはない。従って、培
養細胞にダメージを与えないようにして発泡通気を行う
ことができ、培養細胞の呼吸による細胞培養液中の酸素
消費を補って培養細胞の増殖や目的物の生産性向上を促
すことができる。

【００１８】請求項４記載の構成においては、細胞培養
装置は細胞培養液撹拌手段と細胞培養液導入手段とを有
し、かつ、通気装置は、細胞培養液面より僅か液中に開
口するように設けられたロート状の気泡捕集手段を有
し、気泡捕集手段は、気泡発生手段が発生する気泡を捕
集可能な位置に設けられると共に、気泡捕集手段で捕集
した気泡を気泡捕集手段の上部に密集させ、この気泡密
集部分に、新しい細胞培養液を滴下することができるよ
うに、細胞培養液導入手段が設けられているので、この
細胞培養液導入手段から新しい細胞培養液を滴下して、
上記気泡に取り込まれている培養細胞を再び培養槽内に
洗い落とすことができる。よって、培養細胞と気泡とを
分離することができ、気泡中に取り込まれた培養細胞
が、栄養分の枯渇や酸素過多、あるいは乾燥によって死
滅する虞れはない。従って、培養細胞にダメージを与え
ないようにして発泡通気を行うことができ、培養細胞の
呼吸による細胞培養液中の酸素消費を補って培養細胞の
増殖や目的物の生産性向上を促すことができる。

【００１９】

【実施例】本発明の一実施例について図１ないし図４に
基づいて説明すれば、以下の通りである。

【００２０】図１に示すように、本実施例にかかる細胞
培養装置（以下、培養装置と称する）１は、培養槽とし
ての本体部２内部に、通気装置を構成する、ロート（気
泡捕集手段）３、スパージャー（気泡発生手段）５およ
び通気チューブ４が配されており、また、培地注入管
（細胞培養液導入手段）１０および細胞培養液撹拌手段
としての撹拌装置６が配されて構成されている。

【００２１】本体部２は、動物細胞等の培養細胞（図示
しない、以下、細胞と称する）の培養状態が容易に確認
できるように例えば硬質ガラスで作製されている。この
本体部２は、内部の掃除等を行い易いように、本体蓋部
２ａ、本体上部２ｂ、本体中部２ｃおよび本体下部２ｄ
に分割できるようになっており、これら本体各部２ａ…
２ｄは、内部の細胞培養液（以下、培地と称する）１２
が漏れないようにパッキン７…を間に挟み、蝶ねじ８…
で連結されている。本体部２やパッキン７…は、培養装
置１内の加熱滅菌が行える程度の耐熱性を有している。

【００２２】培地１２は、主成分としてブドウ糖、アミ
ノ酸、ビタミン等を総重量で約１％含有した水溶液であ
り、培地１２中で培養される細胞により適宜成分が選択
される。培地１２中で培養される細胞は、大きさが２０
μｍ前後のものが多く、例えば、ハイブリドーマ等、生
産する目的物により最適のものが選択される。培養装置
１内に導入された細胞は、目的物の生産に必要な細胞密
度に達するまで増殖させた後、目的物を生産させるよう
になっている。

【００２３】上記の本体蓋部２ａには、撹拌装置６の撹
拌棒６ａを挿入するための穴２ａａ、培地注入管１０を
挿入するための穴２ａｂおよび排気管１１を挿入するた
めの穴２ａｃの他に、通気チューブ４の末端部４ｂや残
存泡沫抜き取り管１５（図２）等を挿入する複数の図示
しない穴が設けられている。本体上部２ｂには、ロート
３が取り付けられており、また、本体中部２ｃには、通
気チューブ４、スパージャー５、培地抜き取り管９ａお
よび細胞返却管９ｂの他に、図２に示す、液面センサ１
６、ｐＨ電極１７および溶存酸素濃度測定器１８が取り
付けられている。本体下部２ｄは、スパージャー５で発
生される気泡の培地１２内での滞留時間が長くなるよう
に、縦長に形成されている。

【００２４】通気チューブ４は、培地１２や細胞は通過
できないが、酸素や二酸化炭素は通過できる大きさの無
数の孔が開いた、例えば、疎水性フッ素樹脂チューブ、
多孔質ポリプロピレンチューブ、多孔質シリコンチュー
ブ等の多孔性チューブで作製されており、螺旋状に形成
されて本体下部２ｄに納められている。尚、通気チュー
ブ４の長さは、通気チューブ４の径、培養する細胞の種
類、培養条件等により最適の長さが決定されるが、通
常、培地１ｌ当たり１ｍ程度の長さがあればよい。ま
た、通気チューブ４は、培養装置１内の加熱滅菌が行え
る程度の耐熱性を有している。そして、通気チューブ４
の先端部４ａおよび末端部４ｂは、本体中部２ｃに設け
られた図示しない穴に挿入されることにより本体部２外
部に引き出されている。また、通気チューブ４の先端部
４ａは、空気を送気する送風機や酸素ボンベ等に接続さ
れており、これにより、通気チューブ４内に空気または
酸素（以下、空気等と称する）が通気されている。従っ
て、通気チューブ４表面で、培地１２中の二酸化炭素と
通気チューブ４内の酸素とをチューブ通気によりガス交
換することができる。通気チューブ４の末端部４ｂは、
図２に示すように、一度本体部２外部に引き出された
後、再び本体蓋部２ａの穴に挿入されることにより本体
上部２ｂに接続されており、本体上部２ｂ内の空気等
は、本体蓋部２ａの穴２ａｃに挿入された排気管１１に
より、本体部２外部に放出される。

【００２５】スパージャー５は、例えばステンレスやガ
ラス等の管で作製されており、先端部５ａには、空気等
の細かい気泡を発生させるために無数の孔が開いた、例
えば、ステンレス等の焼結金属、ガラスメッシュ、セラ
ミック等の多孔性物質が取り付けられて、本体下部２ｄ
に納められている。そして、スパージャー５の末端部５
ｂは、本体中部２ｃに設けられた図示しない穴に挿入さ
れることにより本体部２外部に引き出されており、空気
を送気する送風機や酸素ボンベ等に接続されている。こ
れにより、スパージャー５は先端部５ａから空気等の気
泡を発生させるようになっている。従って、これら通気
チューブ４やスパージャー５により、細胞の呼吸による
培地１２中の酸素消費を補って細胞の増殖を促し、目的
物を生産させることができる。尚、スパージャー５は、
培養装置１内の加熱滅菌が行える程度の耐熱性を有して
いる。また、スパージャー５は、細胞が増殖して、培地
１２中の細胞密度が高くなり、通気チューブ４のチュー
ブ通気のみで細胞の呼吸による培地１２中の酸素消費を
充分に補えなくなった時点で気泡を発生させるようにな
っている。また、気泡の発生は、連続的に行ってもよ
く、間歇的に行ってもよい。

【００２６】撹拌装置６は、例えば、ステンレスやフッ
素樹脂等で作製されており、撹拌棒６ａが本体蓋部２ａ
の中心に設けられた穴２ａａに挿入されることにより本
体部２外部に引き出されて、図示しない撹拌モータに接
続されている。上記の撹拌棒６ａの先端部には撹拌翼６
ｂ…が取り付けられており、この撹拌翼６ｂ…により培
地１２を、例えば１０r.p.m.で静かに撹拌して細胞を懸
濁するようになっている。尚、撹拌装置６は、培養装置
１内の加熱滅菌が行える程度の耐熱性を有している。

【００２７】培地抜き取り管９ａおよび細胞返却管９ｂ
は、例えば、ステンレスやフッ素樹脂等で作製されてお
り、本体中部２ｃに設けられた図示しない穴に挿入され
ることにより本体部２外部に引き出されている。そし
て、これら管９ａ・９ｂは、図示しないポンプ等を介し
て遠心分離機に接続されており、培地１２に懸濁してい
る細胞と、細胞によって生産された目的物とを分離した
後、培地交換を行うと共に目的物を回収するようになっ
ている。即ち、培地１２の一部を培地抜き取り管９ａで
抜き出して、遠心分離機で細胞と目的物とを遠心分離
し、細胞を含んだ培地を細胞返却管９ｂで本体部２に戻
すと共に、目的物を含んだ培地を図示しない貯液槽に送
ることにより、培地交換を行うと同時に目的物を回収し
ている。

【００２８】ロート３は、例えば、ステンレスやガラス
等で作製されており、その開口部３ａを下に向け、開口
部３ａの周縁部と本体上部２ｂ下端部の内壁とが当接す
るように、即ち、培地１２の液面１２ａ全体を覆うよう
にして本体上部２ｂ内に設置されている。また、ステム
部３ｂには、撹拌棒６ａが挿入されており、ステム部３
ｂのステム開口部３ｃには、培地注入管１０の滴下口１
０ａと残存泡沫抜き取り管１５（図２）が配されてい
る。ロート３の開口部３ａの角度は、気泡の捕集の効率
やロート３内での培地１２の撹拌等を考慮して、６０゜
から１２０゜程度であればよい。また、ステム部３ｂ
は、後述する方法で、培地１２の液面１２ａで発生する
泡沫中に取り込まれた細胞を洗い流して培地１２中に戻
せるように、スパージャー５の先端部５ａから発生させ
る空気等の気泡の量や、後述する培地注入管１０から滴
下される培地量等により、最適の内径や長さに設定すれ
ばよい。尚、培地１２の液面１２ａは、ステム部３ｂの
付け根辺りに位置するように調節されている。

【００２９】培地注入管１０は、新しい培地が入ってい
る図示しない培地貯液槽に接続されており、本体蓋部２
ａの穴２ａｂから本体上部２ｂ内に挿入されている。培
地注入管１０の先端部には滴下口１０ａが形成されてお
り、滴下口１０ａは先端が細く絞られている。従って、
新しい培地は、培地注入管１０の滴下口１０ａから、ス
テム部３ｂのステム開口部３ｃに滴下できるようになっ
ている。そして、図３に示すように、滴下された培地
は、ステム部３ｂの内壁を伝って泡沫に注がれることに
より、培地１２の液面１２ａで発生する泡沫中に取り込
まれた細胞を洗い流して培地１２中に戻し、細胞が死滅
するのを防ぐようになっている。尚、新しい培地の滴下
は、連続的に行ってもよく、間歇的に行ってもよい。

【００３０】また、残存泡沫抜き取り管１５は、本体蓋
部２ａの穴から本体上部２ｂ内に挿入されており、例え
ば、吸引ポンプ等に接続されて、消滅せずにステム部３
ｂのステム開口部３ｃから溢れ出た泡沫を本体部２外部
に抜き取るようになっている。尚、ステム部３ｂの内壁
と撹拌棒６ａとの間は、滴下口１０ａから滴下される新
しい培地とロート３内を上昇してくる泡沫とがスムーズ
に向流できるように、充分な間隔が開いている。また、
培地注入管１０の滴下口１０ａは、例えばシャワーノズ
ル状等、多数の孔を有する形状に形成してもよい。この
場合は、新しい培地をシャワー状に滴下して、ステム部
３ｂのステム開口部３ｃ全体に行き渡らせることができ
る。

【００３１】液面センサ１６は、本体部２内の培地１２
の液面１２ａの位置を検知して、この結果を、図示しな
い制御装置に入力する。同様に、ｐＨ電極１７は、培地
１２のｐＨを測定し、また、溶存酸素濃度測定器１８
は、培地１２中の溶存酸素濃度を測定して、各々結果を
制御装置に入力する。これにより、制御装置は、培地注
入管１０の滴下口１０ａから新しく滴下される培地量や
培地抜き取り管９ａから抜き出される培地量を調節した
り、通気チューブ４内に通気する空気等の量やスパージ
ャー５の先端部５ａから発生させる空気等の気泡の量を
調節したりして、本体部２内の培地１２を、常に、細胞
の増殖や目的物の生産を行う最適の状態に保つようにな
っている。

【００３２】次に、上記構成の培養装置１と、ロート３
を用いない以外は培養装置１と同一の構成を有する従来
の培養装置とを用いて細胞培養を行い、培地中の細胞密
度や細胞の生存率を、以下に示す条件で３０分毎に測定
して比較した結果を示す。上記の条件は、１）培地５ｌ
（培養装置容量６ｌ）に、酸素の気泡を間歇的に５０ml
／min.発泡（１０sec 毎に発泡と停止を繰り返す）させ
る。２）培養装置１のロート３の開口部３ａの内径を９
０mm、角度を９０゜、ステム部３ｂの内径を１７mm、長
さを５０mmとし、培地注入管１０から新しい培地を１３
ml／min.滴下させるのに対し、従来の培養装置は、新し
い培地を直接、培地に加える。３）培養装置内の培地量
が増加するので、３０分毎に培地の一部を抜き取るが、
細胞は遠心分離機で分離した後、元の培養装置内に戻
す。

【００３３】上記の条件で細胞を培養したところ、図４
に示すように、従来の培養装置では、培地中の細胞密度
は時間の経過と共に減少する（図４、白丸）のに対し、
上記構成の培養装置１では、培地中の細胞密度は時間が
経過しても殆ど変化せず（図４、黒丸）、一定の値を示
している。そして、上記構成の培養装置１の培地中の細
胞の生存率は、約７０％で一定している。以上のことか
ら、上記構成の培養装置１は、時間が経過しても培地中
の細胞密度や細胞の生存率は変化せず、培地中の細胞数
が減少しないことがわかる。従って、上記構成の培養装
置１は、従来の培養装置と比較して、目的物を安定して
生産できることがわかる。

【００３４】上記構成の培養装置１は、以上のように、
ロート３が培地１２の液面１２ａ全体を覆うようにして
本体上部２ｂ内に設けられているので、細胞を含んだ気
泡を１ヵ所に密集し、この密集した気泡に対し、培地注
入管１０から新しい培地を滴下して、気泡に取り込まれ
た細胞を培地１２内に洗い落としながら、気泡を消滅さ
せることができる。よって、細胞と気泡とを分離するこ
とができ、気泡中に取り込まれた細胞が、栄養分の枯渇
や酸素過多、あるいは乾燥によって死滅する虞れはな
い。従って、細胞にダメージを与えないようにして発泡
通気を行うことができ、細胞の呼吸による培地中の酸素
消費を補って細胞の増殖や目的物の生産性向上を促すこ
とができる。

【００３５】本発明の他の実施例について図５および図
６に基づいて説明すれば、以下の通りである。尚、本実
施例においては、上述した培養装置１を構成する部材と
同様の材質や働きを有する部材については、同一の符号
を付すると共に、その説明を省略する。

【００３６】図５に示すように、本実施例にかかる培養
装置２１は、培養槽としての本体部２２内部に、通気装
置を構成する、ロート（気泡捕集手段）２３、スパージ
ャー（気泡発生手段）５および通気チューブ４が配され
ており、また、内筒４２、培地注入管（細胞培養液導入
手段）１０、細胞培養液撹拌手段としての撹拌装置６お
よび整流板４１…が配されて構成されている。

【００３７】本体部２２は、細胞の培養状態が容易に確
認できるように例えば硬質ガラスで作製されている。こ
の本体部２２は、内部の掃除等を行い易いように、本体
蓋部２２ａ、本体上部２２ｂおよび本体下部２２ｄに分
割できるようになっており、これら本体各部２２ａ…２
２ｄは、内部の培地１２が漏れないようにパッキン７…
を間に挟み、蝶ねじ８…で連結されている。本体部２２
は、培養装置２１内の加熱滅菌が行える程度の耐熱性を
有している。

【００３８】上記の本体蓋部２２ａには、撹拌装置６の
撹拌棒６ａを挿入するための穴２２ａａ、排気管１１を
挿入するための穴２２ａｃおよび通気チューブ４の先端
部４ａを挿入するための穴２２ａｄの他に、スパージャ
ー５、培地抜き取り管９ａ、細胞返却管９ｂ、図示しな
い残存泡沫抜き取り管１５等を挿入する複数の穴が設け
られている。本体上部２２ｂには、培地注入管１０を挿
入するための穴（図示しない）の他に、図示しない液面
センサ１６、ｐＨ電極１７および溶存酸素濃度測定器１
８が取り付けられている。本体下部２２ｄには、その開
口部付近にロート２３が取り付けられ、また、本体下部
２２ｄ中心部には、内筒４２が設置されている。さら
に、本体下部２２ｄは、スパージャー５で発生される空
気等の気泡が培地１２内で長く滞留できるように、縦長
に形成されている。

【００３９】通気チューブ４は、例えば、疎水性フッ素
樹脂チューブ、多孔質ポリプロピレンチューブの多孔性
チューブ、シリコンチューブ等で作製されており、螺旋
状に形成されて内筒４２外側に納められている。通気チ
ューブ４の先端部４ａは、本体蓋部２２ａに設けられた
穴２２ａｄに挿入されることにより本体部２２外部に引
き出されており、一方、末端部４ｂ（図示しない）は、
本体上部２２ｂ内で解放されている。従って、通気チュ
ーブ４は、培地１２内でチューブ通気を行うと共に、本
体上部２２ｂ内に空気等を流すことにより、培地１２の
液面１２ａで上面通気を行っている。また、スパージャ
ー５は、例えばステンレスやガラス等の管で作製されて
おり、内筒４２内側に納められている。よって、培養装
置２１は、上面通気、チューブ通気および発泡通気の３
種類の通気法を全て行えるようになっている。

【００４０】整流板４１…は、例えば、ステンレスやガ
ラスで作製されており、撹拌装置６の撹拌翼６ｂに対し
て、所定の角度をなして設けられている。内筒４２は、
例えば硬質ガラスで円筒状に作製されており、本体下部
２２ｄ中心部に設置されている。また、この内筒４２上
部は、その開口面を狭めるためにテーパーが設けられて
おり、本体下部２２ｄ内での培地１２の流れを阻害する
ことなく、後述するロート２３の開口部２３ａに気泡が
集まるようになっている。そして、これら整流板４１…
および内筒４２により、培地１２は、撹拌装置６で撹拌
されたときに、図６にＡ₁−Ａ₂方向で示すような、内
筒４２内側を下向きに流れ、内筒４２外側を上向きに流
れる対流を起こす。従って、培地１２とスパージャー５
で発生させた空気等の気泡とは、内筒４２内側で向流状
態となり、より効率的に発泡通気が行えるようになって
いる。

【００４１】ロート２３は、例えば、ステンレスやガラ
ス等で作製されており、その開口部２３ａを下に向け、
開口部２３ａの径が内筒４２上部の開口面の径よりも少
し大きくなるように形成されて本体下部２２ｄ上部の中
心位置、即ち、内筒４２の上方に設置されている。ま
た、ステム部２３ｂには、撹拌棒６ａが挿入されてお
り、ステム部２３ｂのステム開口部２３ｃには、培地注
入管１０の滴下口１０ａと残存泡沫抜き取り管１５（図
示しない）が配されている。ロート２３の開口部２３ａ
の角度は、気泡の捕集の効率やロート２３内外での培地
１２の撹拌等を考慮して、６０゜から１２０゜程度であ
ればよい。また、ステム部２３ｂは、スパージャー５の
先端部５ａから発生させる空気等の気泡の量や、培地注
入管１０から滴下される新しい培地の量等により、最適
の内径や長さに設定すればよい。尚、培地１２の液面１
２ａは、ステム部２３ｂの付け根辺りに位置するように
調節されている。また、ステム部２３ｂの内壁と撹拌棒
６ａとの間は、培地注入管１０の滴下口１０ａから滴下
される新しい培地とロート２３内を上昇してくる泡沫と
がスムーズに向流できるように、充分な間隔が開いてい
る。

【００４２】上記構成の培養装置２１は、以上のよう
に、内筒４２が本体下部２２ｄ中心部に設けられ、この
内筒４２内側にスパージャー５が設けられ、ロート２３
は内筒４２の上方に設けられているので、細胞を含んだ
気泡を１ヵ所に密集し、この密集した気泡に対し、培地
注入管１０から新しい培地を滴下して、気泡に取り込ま
れた細胞を培地１２内に洗い落としながら、気泡を消滅
させることができる。よって、細胞と気泡とを分離する
ことができ、気泡中に取り込まれた細胞が、栄養分の枯
渇や酸素過多、あるいは乾燥によって死滅する虞れはな
い。従って、細胞にダメージを与えないようにして発泡
通気を行うことができ、細胞の呼吸による培地中の酸素
消費を補って細胞の増殖や目的物の生産性向上を促すこ
とができる。

【００４３】本発明の更に他の実施例について図７およ
び図８に基づいて説明すれば、以下の通りである。尚、
本実施例においては、上述した培養装置１を構成する部
材と同様の材質や働きを有する部材については、同一の
符号を付すると共に、その説明を省略する。

【００４４】図７に示すように、本実施例にかかる培養
装置５１は、培養槽としての本体部５２に、通気装置を
構成する、ロート（気泡捕集手段）５３およびスパージ
ャー（気泡発生手段）５が配されており、また、培地注
入管（細胞培養液導入手段）１０および撹拌装置（細胞
培養液撹拌手段）６が配されて構成されている。

【００４５】本体部５２は、例えば、ステンレスや硬質
ガラス等で作製されており、加熱滅菌が行える程度の耐
熱性を有している。また、本体部５２には、培地抜き取
り管９ａおよび細胞返却管９ｂが配されており、また、
図示しない液面センサ１６、ｐＨ電極１７および溶存酸
素濃度測定器１８も取り付けられている。さらに、本体
部５２上部には、図示しない通気管が配されており、こ
れにより、培養装置５１は、上面通気も行えるようにな
っている。

【００４６】ロート５３は、例えば、ステンレスやガラ
ス等で作製されており、図８に示すように、その開口部
５３ａを下に向け、撹拌装置６で培地１２をＢ方向に撹
拌したときに、スパージャー５の先端部５ａから発生し
て培地１２内を上昇してくる空気等の気泡を捕集するた
めに、開口部５３ａがスパージャー５よりも下流側とな
るようにシフトさせて設置されている。ロート５３は、
気泡を捕集するのに最適な大きさに形成すればよく、ま
た、ロート５３のシフト位置は、撹拌装置６の撹拌速
度、培地量、スパージャー５の先端部５ａの設置位置等
を考慮に入れて決定すればよい。また、ステム部５３ｂ
末端部は、外側に向かってテーパーが設けられており、
ステム開口部５３ｃが広くなるように形成されている。
従って、上記の如くロート５３をシフトさせても、ロー
ト５３上方に配されている培地注入管１０の滴下口１０
ａを固定したまま、新しい培地の滴下を行うことができ
るようになっている。

【００４７】ロート５３の開口部５３ａの角度は、気泡
の捕集の効率やロート５３内外での培地１２の撹拌等を
考慮して、６０゜から１２０゜程度であればよい。ま
た、ステム部５３ｂは、スパージャー５の先端部５ａか
ら発生させる空気等の気泡の量や、培地注入管１０から
滴下される新しい培地の量等により、最適の内径や長さ
に設定すればよい。尚、培地１２の液面１２ａは、ステ
ム部５３ｂの付け根辺りに位置するように調節されてい
る。また、撹拌装置６は、例えば１０r.p.m.で静かに培
地１２を撹拌して細胞を懸濁するようになっているの
で、スパージャー５の先端部５ａから発生される空気等
の気泡は、培地１２の液面１２ａ全体に拡がることはな
い。

【００４８】上記構成の培養装置５１は、以上のよう
に、ロート５３が、撹拌装置６により撹拌された培地１
２の下流側における、空気等の気泡を捕集可能な位置に
設けられているので、細胞を含んだ気泡を１ヵ所に密集
し、この密集した気泡に対し、培地注入管１０から新し
い培地を滴下して、気泡に取り込まれた細胞を培地１２
内に洗い落としながら、気泡を消滅させることができ
る。よって、細胞と気泡とを分離することができ、気泡
中に取り込まれた細胞が、栄養分の枯渇や酸素過多、あ
るいは乾燥によって死滅する虞れはない。従って、細胞
にダメージを与えないようにして発泡通気を行うことが
でき、細胞の呼吸による培地中の酸素消費を補って細胞
の増殖や目的物の生産性向上を促すことができる。

【００４９】

【発明の効果】請求項１記載の細胞培養装置の通気方法
は、以上のように、気泡発生手段と細胞培養液導入手段
とを有する細胞培養装置の通気方法であって、上記気泡
発生手段から上記細胞培養装置の培養槽に満たされた細
胞培養液中に気泡を発生させ、この気泡を気泡捕集手段
で捕集しかつ密集させ、この気泡密集部分に、上記細胞
培養液導入手段から新しい細胞培養液を滴下して添加す
ると共に、上記気泡を消去しながら気泡に含まれる培養
細胞を上記培養槽に洗い落とす方法である。

【００５０】それゆえ、気泡を１ヵ所に密集させ、この
気泡密集部分に、細胞培養液導入手段から外部の新しい
細胞培養液を徐々に滴下して添加することにより、気泡
が弾けて消滅することを防止しながら、気泡に含まれて
いた培養細胞を、再び培養槽内に洗い落とすので、培養
細胞が気泡の急激な消滅時に発生する衝撃等によって破
壊等のダメージを受ける虞れは殆どない。また、気泡に
取り込まれている培養細胞を再び培養槽内に洗い落とす
ので、培養細胞と気泡とを分離することができる。よっ
て、気泡中に取り込まれた培養細胞が、栄養分の枯渇や
酸素過多、あるいは乾燥によって死滅する虞れはない。
従って、培養細胞にダメージを与えないようにして発泡
通気を行うことができるという効果を奏する。

【００５１】請求項２記載の細胞培養装置の通気装置
は、以上のように、細胞培養装置の培養槽に満たされた
細胞培養液中に、培養槽の底部近傍から気泡を発生させ
る気泡発生手段を有する通気装置において、上記細胞培
養装置は細胞培養液導入手段を有し、かつ、上記通気装
置は、培養槽中の細胞培養液面全体を覆うように設けら
れたロート状の気泡捕集手段を有し、上記気泡捕集手段
で捕集した気泡を上記気泡捕集手段の上部に密集させ、
この気泡密集部分に、新しい細胞培養液を滴下すること
ができるように、細胞培養液導入手段が設けられている
構成である。

【００５２】それゆえ、気泡が弾けて消滅することを防
止しながら、気泡に含まれていた培養細胞を、再び培養
槽内に洗い落とすことができる。よって、培養細胞が気
泡の急激な消滅時に発生する衝撃等によって破壊等のダ
メージを受ける虞れは殆どない。また、気泡密集部分
に、細胞培養液導入手段から新しい細胞培養液を滴下し
て、上記気泡に取り込まれている培養細胞を再び培養槽
内に洗い落とすので、培養細胞と気泡とを分離すること
ができ、気泡中に取り込まれた培養細胞が、栄養分の枯
渇や酸素過多、あるいは乾燥によって死滅する虞れはな
い。従って、培養細胞にダメージを与えないようにして
発泡通気を行うことができ、培養細胞の呼吸による細胞
培養液中の酸素消費を補って培養細胞の増殖や目的物の
生産性向上を促すことができるという効果を奏する。

【００５３】請求項３記載の細胞培養装置の通気装置
は、以上のように、細胞培養装置の培養槽に満たされた
細胞培養液中に気泡を発生させる気泡発生手段を有する
通気装置において、上記細胞培養装置は細胞培養液導入
手段を有し、上記培養槽内には内筒が設けられ、この内
筒内側に、内筒底部近傍から気泡を発生させる気泡発生
手段が設けられると共に、上記通気装置は、内筒の上部
開口面を覆うように内筒上部に近接して設けられたロー
ト状の気泡捕集手段を有し、上記気泡捕集手段で捕集し
た気泡を上記気泡捕集手段の上部に密集させ、この気泡
密集部分に、新しい細胞培養液を滴下することができる
ように、細胞培養液導入手段が設けられている構成であ
る。

【００５４】それゆえ、気泡が弾けて消滅することを防
止しながら、気泡に含まれていた培養細胞を、再び培養
槽内に洗い落とすことができる。よって、培養細胞が気
泡の急激な消滅時に発生する衝撃等によって破壊等のダ
メージを受ける虞れは殆どない。また、気泡密集部分
に、細胞培養液導入手段から新しい細胞培養液を滴下し
て、上記気泡に取り込まれている培養細胞を再び培養槽
内に洗い落とすので、培養細胞と気泡とを分離すること
ができ、気泡中に取り込まれた培養細胞が、栄養分の枯
渇や酸素過多、あるいは乾燥によって死滅する虞れはな
い。従って、培養細胞にダメージを与えないようにして
発泡通気を行うことができ、培養細胞の呼吸による細胞
培養液中の酸素消費を補って培養細胞の増殖や目的物の
生産性向上を促すことができるという効果を奏する。

【００５５】請求項４記載の細胞培養装置の通気装置
は、以上のように、細胞培養装置の培養槽に満たされた
細胞培養液中に、培養槽の底部近傍から気泡を発生させ
る気泡発生手段を有する通気装置において、上記細胞培
養装置は細胞培養液撹拌手段と細胞培養液導入手段とを
有し、かつ、上記通気装置は、細胞培養液面より僅か液
中に開口するように設けられたロート状の気泡捕集手段
を有し、上記気泡捕集手段は、上記気泡発生手段が発生
する気泡を捕集可能な位置に設けられると共に、上記気
泡捕集手段で捕集した気泡を上記気泡捕集手段の上部に
密集させ、この気泡密集部分に、新しい細胞培養液を滴
下することができるように、細胞培養液導入手段が設け
られている構成である。

【００５６】それゆえ、気泡が弾けて消滅することを防
止しながら、気泡に含まれていた培養細胞を、再び培養
槽内に洗い落とすことができる。よって、培養細胞が気
泡の急激な消滅時に発生する衝撃等によって破壊等のダ
メージを受ける虞れは殆どない。また、気泡密集部分
に、細胞培養液導入手段から新しい細胞培養液を滴下し
て、上記気泡に取り込まれている培養細胞を再び培養槽
内に洗い落とすので、培養細胞と気泡とを分離すること
ができ、気泡中に取り込まれた培養細胞が、栄養分の枯
渇や酸素過多、あるいは乾燥によって死滅する虞れはな
い。従って、培養細胞にダメージを与えないようにして
発泡通気を行うことができ、培養細胞の呼吸による細胞
培養液中の酸素消費を補って培養細胞の増殖や目的物の
生産性向上を促すことができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における培養装置の破砕断面
図である。

【図２】上記培養装置の説明図である。

【図３】上記培養装置におけるロート内での、培地と泡
沫との向流状態を示す説明図である。

【図４】上記培養装置と従来の培養装置との細胞密度の
比較を示すグラフである。

【図５】本発明の他の実施例における培養装置の破砕断
面図である。

【図６】上記培養装置内の培地の流れを示す破砕断面図
である。

【図７】本発明の更に他の実施例における培養装置の側
面図である。

【図８】上記培養装置のＣ−Ｃ矢視断面図である。

【図９】従来における培養装置の説明図である。

【符号の説明】

１培養装置（細胞培養装置）２本体部（培養槽）２ａ本体蓋部２ｂ本体上部２ｃ本体中部２ｄ本体下部３ロート（気泡捕集手段）３ｂステム部４通気チューブ５スパージャー（気泡発生手段）６撹拌装置（細胞培養液撹拌手段）１０培地注入管（細胞培養液導入手段）１２培地（細胞培養液）２１培養装置（細胞培養装置）２２本体部（培養槽）２３ロート（気泡捕集手段）５１培養装置（細胞培養装置）５２本体部（培養槽）５３ロート（気泡捕集手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者穂積龍信兵庫県宝塚市高司４丁目２番１号住友化学工業株式会社内 (72)発明者石川弘典兵庫県宝塚市高司４丁目２番１号住友化学工業株式会社内 (72)発明者野口浩兵庫県宝塚市高司４丁目２番１号住友化学工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気泡発生手段と細胞培養液導入手段とを有
する細胞培養装置の通気方法であって、上記気泡発生手段から上記細胞培養装置の培養槽に満た
された細胞培養液中に気泡を発生させ、この気泡を気泡
捕集手段で捕集しかつ密集させ、この気泡密集部分に、
上記細胞培養液導入手段から新しい細胞培養液を滴下し
て添加すると共に、上記気泡を消去しながら気泡に含ま
れる培養細胞を上記培養槽に洗い落とすことを特徴とす
る細胞培養装置の通気方法。
【請求項２】細胞培養装置の培養槽に満たされた細胞培
養液中に、培養槽の底部近傍から気泡を発生させる気泡
発生手段を有する通気装置において、上記細胞培養装置は細胞培養液導入手段を有し、かつ、
上記通気装置は、培養槽中の細胞培養液面全体を覆うよ
うに設けられたロート状の気泡捕集手段を有し、上記気
泡捕集手段で捕集した気泡を上記気泡捕集手段の上部に
密集させ、この気泡密集部分に、新しい細胞培養液を滴
下することができるように、細胞培養液導入手段が設け
られていることを特徴とする細胞培養装置の通気装置。
【請求項３】細胞培養装置の培養槽に満たされた細胞培
養液中に気泡を発生させる気泡発生手段を有する通気装
置において、上記細胞培養装置は細胞培養液導入手段を有し、上記培
養槽内には内筒が設けられ、この内筒内側に、内筒底部
近傍から気泡を発生させる気泡発生手段が設けられると
共に、上記通気装置は、内筒の上部開口面を覆うように
内筒上部に近接して設けられたロート状の気泡捕集手段
を有し、上記気泡捕集手段で捕集した気泡を上記気泡捕
集手段の上部に密集させ、この気泡密集部分に、新しい
細胞培養液を滴下することができるように、細胞培養液
導入手段が設けられていることを特徴とする細胞培養装
置の通気装置。
【請求項４】細胞培養装置の培養槽に満たされた細胞培
養液中に、培養槽の底部近傍から気泡を発生させる気泡
発生手段を有する通気装置において、上記細胞培養装置は細胞培養液撹拌手段と細胞培養液導
入手段とを有し、かつ、上記通気装置は、細胞培養液面
より僅か液中に開口するように設けられたロート状の気
泡捕集手段を有し、上記気泡捕集手段は、上記気泡発生
手段が発生する気泡を捕集可能な位置に設けられると共
に、上記気泡捕集手段で捕集した気泡を上記気泡捕集手
段の上部に密集させ、この気泡密集部分に、新しい細胞
培養液を滴下することができるように、細胞培養液導入
手段が設けられていることを特徴とする細胞培養装置の
通気装置。