JPH0568533A - 生物細胞の培養方法 - Google Patents

生物細胞の培養方法

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JPH0568533A
JPH0568533A JP23296891A JP23296891A JPH0568533A JP H0568533 A JPH0568533 A JP H0568533A JP 23296891 A JP23296891 A JP 23296891A JP 23296891 A JP23296891 A JP 23296891A JP H0568533 A JPH0568533 A JP H0568533A
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JP
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tank
cells
microcarriers
culture
culturing
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JP23296891A
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Masahiko Ishida
昌彦 石田
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Hitachi Ltd
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    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/26—Constructional details, e.g. recesses, hinges flexible
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M27/00—Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
    • C12M27/10—Rotating vessel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M27/00—Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
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Abstract

(57)【要約】 【構成】横方向に回転軸線をもつ回転式培養2の軸線が
貫通する槽側面に、その一部が可撓性の配管及び配線8
の一方を固定し、他方を槽外に固定した状態で、管及び
線の捻じれが槽回転による捻じれを吸収可能な回転数ま
で正逆交互に回転して槽内容物を流動することにより生
物細胞及び生物細胞含有粒体を培養する。 【効果】長期間の回転培養に際しても微生物の浸入を防
止し、かつ、高い容積効率で培養できる。さらに、マイ
クロキャリアの更新機能を付与することにより接着性細
胞の連続培養が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は生物細胞の培養方法に係
り、特に動物,植物,微生物の細胞を効率よく連続的に
培養するに適した方法に関する。
【0002】
【従来の技術】動物,植物及び微生物の細胞を培養する
培養方法には、細胞もしくは細胞集塊や生物を固定した
細胞含有粒体を浮遊状態に保つ流動層型と、粒体をカラ
ムに充填した固定床型とがある。さらに、固定床型には
ホロファイバー等のいわゆる中空糸を担体として用いた
中空糸膜型と、ガラス等の粒状担体,セラミックス多孔
体等の三次元網目状担体,ハニカム状担体あるいは多層
平板担体を用いた充填層型とに識別される。
【0003】上記のように反応装置を固定して用いる方
式に対し、反応装置を回転させる方式も知られている。
回転方式は培養規模が特に大きくならない規模では生物
細胞に剪断による損傷を与えずに培養できる点が優れて
いる。回転式には古くからボトルを横にして回転するロ
ーラボトル培養が小規模でのバッチ運転で用いられてい
る(特開平2−39881号公報,特開平1−252275号公
報)。
【0004】ローラボトル培養では密閉したボトル内に
液体培地と種細胞を封じて緩速回転により液の混合とガ
スの溶解を行うだけである。しかし、長期間連続での灌
流培養や精密培養では、液・ガス・担体粒子の更新,セ
ンサ電極による液性変化の監視や調節、恒温水循環ジャ
ケットによる温度調節も行うことが必要となるが、槽回
転による構造上の制約から配管や配線等を設けにくい。
雑菌汚染を防ぎつつ槽外との連絡路を確保するだけの解
決手段として以下の方法が考案されている(特開平2−2
65468 号公報,特開平2−109967 号公報,特開昭62−44
173 号公報,特開平2 −92278 号公報)。
【0005】しかし、これらのシールは面と面との摺動
により外界としゃ断して上述した雑菌の侵入や液やガス
漏れを防いでいるため、耐久性,信頼性が低く、特に、
長期間の運転には耐えられない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
の回転培養方式の欠点、すなわち、微生物侵入に対する
高い危険性、低い容積効率、槽内恒温化の困難性を一拠
に解決し、本来の長所である低剪断性及び汎用性を生か
した高効率の培養方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明らが鋭意検討した結果、本発明に到達した。
【0008】本発明の第一の特徴は、横方向に回転軸線
をもつ回転培養槽に於て、軸線が貫通する横側面に、少
なくともその一部が可撓性をもつ配管及び配線の一方を
固定し、他方を槽外に固定した状態で、前記管及び前記
線の捻じれが槽回転による捻じれを吸収可能な回転数ま
で正逆交互に回転して槽内容物を流動することである。
これにより、従来のメカニカルルール、すなわち、摺動
面を介さずに、槽側面に直接に液やガス出入用の配管を
接続可能となる。さらに配管と同様、各種のセンサの配
線も接続できる。このため、高い容積効率で液を張り込
んで、かつ灌流状態での培養が可能となる。さらに物質
の移動やセンシングのために、配管及び配線の固定点の
先にポンプ,弁,計測制御器を配置すればよい。これら
配管や配線の可撓性は高い程好ましいが、従来用いられ
ているシリコンゴム管やケーブルが十分使用できる。同
方向に回転できる回転数は配管や配線の可撓性,径槽壁
と固定点との距離により異なってくるが、通常配管や配
線の直径の50〜100倍程度の長さを保てば、同方向
に数回、回転することができる。反転は電気的にスイッ
チの切り換えによって容易に行うことができる。配管や
配線は槽の一方向にだけでなく、反対方向にも同様に設
置可能である。出入する液としては培養液,培養炉液,
培地,マイクロキャリアのスラリ、pH緩衝剤等の他、
ジャケットへの給排水があげられる。ジャケットは槽の
外周や槽内に容易に設けることができる。ガスも培養に
使用可能な酸素,空気,炭酸ガス,窒素もしくはこれら
の混合ガスが用いられる。
【0009】本発明の第二の特徴は、第一の特徴をもつ
培養槽の側壁から、回転中でも,水性液及びガスの授写
を行うことである。これにより灌流培養が可能となり、
高効率で長期間の連続培養が可能となる。
【0010】本発明の第三の特徴は、培養槽中に内容液
を槽容積の80%以上充填した状態で、槽内壁上部から
磁力で定位置に係留したバッフルを付設して、槽の回転
により内壁に対し摺動させることにより、槽内液を混合
して培養することである。磁力源は回転する槽の外部に
固定され、槽壁を介してバッフルを槽内壁上部に付着さ
せる。
【0011】本発明の第四の特徴は、槽内の液及びマイ
クロキャリアを槽内に設けた堰により、上流側から下流
側に移送する過程で培養することである。これにより、
供給液及び供給マイクロキャリアの短絡を抑制し、培養
の生産効率を向上できる。堰は、必要な槽内構造体を貫
通させ、上流から下流れの流れに適した孔隙を有する。
孔隙は単数でも複数でもよい。開口面積は移送の速度に
合わせ調節できるようにした方が好ましい。特に接着性
細胞のマイクロキャリア培養では、液とマイクロキャリ
アの移送速度が異なる場合が多いため、個別に調節でき
る孔隙にした方が好ましい、例えば、堰を円板状とし円
板の中心から扇形に切り欠き、中心に扇形のネットを留
め、ネットのスライドにより開口面積を調節してもよ
い。
【0012】本発明の第五の特徴はマイクロキャリアを
槽内に追加もしくは更新する機能をもつことである。こ
れには次の方法を採る。
【0013】1)下流の細胞付着マイクロキャリアを抜
き出して、マイクロキャリアとマイクロキャリアを含ま
ない培養液とに分離し、後者を系外に排出する。
【0014】2)分離した細胞付着マイクロキャリアを
細胞解合剤水溶液とを保温下で接着させて細胞をマイク
ロキャリアから解合し、マイクロキャリアと細胞とを懸
濁した細胞融合液を得る。
【0015】3)2)で得られる細胞解合剤液を培地で
交換して、培地に懸濁した細胞懸濁液を得る。
【0016】4)培地に懸濁した細胞懸濁液にバージン
マイクロキャリアを添加し、実質的に細胞がマイクロキ
ャリアに付着する間、少なくとも保温と酸素供給を行
う。
【0017】5)細胞が付着したマイクロキャリアを培
養槽上流に返送する。
【0018】上記のプロセスにより、マイクロキャリア
培養に於いて、単なる液の灌流のみならず、細胞が飽和
し、マトリックスが劣化したマイクロキャリアを半連続
的に更新できるため、接着細胞を用いての長期間にわた
る連続培養が可能となる。細胞解合剤は、トリプシン,
コラーゲナーゼ,EDTA等を配合した常法で用いられ
る液を用いることができる。
【0019】上述のマイクロキャリア更新に際して行
う、マイクロキャリア,細胞,液の分離もしくは交換に
は以下の二種の方法が適している。
【0020】1)マイクロキャリアを通さずに細胞を通
す膜を面に持つ区画と、上記の膜の裏面と接する面なら
びに細胞を通さない膜を面に持つ区画を用いる濾過方
式。
【0021】2)マイクロキャリアを分離するのに遠心
分離ロータ内で静置沈降を、細胞を分離するのにロータ
を回転してロータ内側面に細胞を沈着させる洗浄・遠心
分離方式。
【0022】
【作用】培養槽を正逆交互に回転することにより、槽側
面に直接に液やガス出入用の配管を接続できる。これに
より灌流状態での培養が可能となる。
【0023】
【実施例】
〈実施例1〉本発明なる培養装置の一実施例を図1に示
す。
【0024】横方向に回転軸線をもつ回転式培養槽2に
於いて、回転軸線が貫通する槽側面に、少なくともその
一部が可撓性の配管及び配線8の一方を固定し、他方を
槽外の固定点15で固定した状態で、管及び線の捻じれ
が槽回転による捻じれを吸収可能な回転数まで正逆交互
に回転して槽内容物を流動する。
【0025】〈実施例2〉図2に示すように、実施例1
にさらに恒温水ジャケット17を付設し、配管を対向す
る側壁から引き出す他、仕切り板16及びスリット22
により培養液及びマイクロキャリアの短絡を抑制する。
さらに、槽内を効果的に撹拌するため、槽上部にマグネ
ットで係留された摺動自在なバッフルを内蔵する。
【0026】〈実施例3〉マイクロキャリアの更新を図
5のプロセスで実施するためのシステム例を図3に示
す。濾過装置31に図6に示すバルブ開閉のシーケンス
で運転する。
【0027】〈実施例4〉実施例3が濾過式であるのに
対し、遠心分離で細胞を分離、キャリアを重力沈降で分
離するシステムを図4に示す。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、培地やガスからの微生
物汚染がない限り、回転培養に際して半永久的に微生物
の侵入を防止し、かつ、従来の3〜10倍の高い容積効
率で浮遊細胞のみならず接着性細胞をも灌流培養するこ
とができる。さらに、マイクロキャリア更新機能をもつ
ため、接着性細胞を連続的に増殖させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る培養槽部分の実施例を示す槽の断
面図。
【図2】本発明に係る培養槽部分の実施例を示す槽の断
面図。
【図3】マイクロキャリア更新機能を有する本発明シス
テムの実施例を示す系統図。
【図4】マイクロキャリア更新機能を有する本発明シス
テムの実施例を示す系統図。
【図5】図3のシステムによるマイクロキャリア更新の
プロセスを示すブロック図。
【図6】図3のシステムを図5のプロセスで運転する際
の電磁弁の開閉を主とするプロセスのシーケンス図。
【符号の説明】
1…架台、2…回転式培養槽、3…ベアリング軸受、4
…モータ、5…減速機、6…ガス交換装置、7…培養
液、8…配管及び配線束。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】横方向に回転軸線をもつ回転式培養槽に於
    いて、前記回転軸線が貫通する槽側面に少なくともその
    一部が可撓性の配管及び配線の一方を固定し、他方を槽
    外に固定した状態で、前記管及び前記配線の捻じれが槽
    回転による捻じれを吸収可能な回転数まで正逆交互に回
    転して槽内容物を流動することにより生物細胞及び生物
    細胞含有粒体を培養することを特徴とする生物細胞の培
    養方法。
  2. 【請求項2】請求項1に於いて、一方から水性液及びガ
    スが供給され他方から使用済みのこれらを抜き出して培
    養する生物細胞の培養方法。
  3. 【請求項3】請求項2において、前記粒体が重力により
    槽内下方向に濃縮される条件下で抜き出して培養する生
    物細胞の培養方法。
  4. 【請求項4】請求項1,2または3に於いて、槽内の前
    記粒体及び液が槽内に設けた堰により上流側から下流側
    に移送される過程で培養する生物粒体及び生物含有粒体
    の培養方法。
  5. 【請求項5】請求項4において、前記粒子が接着性細胞
    が付着したマイクロキャリアであり、培地及びバージン
    マイクロキャリアを上流に供給する付着性動物細胞の培
    養方法。
  6. 【請求項6】請求項5において、下記のマイクロキャリ
    ア更新機能を付加したことを特徴とする付着性動物細胞
    の培養方法。 (1)下流の細胞付着マイクロキャリアを抜き出して、マ
    イクロキャリアとマイクロキャリアを含まない培養液と
    に分離し、後者を系外に排出する。 (2)分離した細胞付着マイクロキャリアを細胞解合剤水
    溶液とを保温下で接触させて細胞をマイクロキャリアか
    ら解合し、マイクロキャリアと細胞とを懸濁した細胞解
    合剤を得る。 (3)(2)で得られる細胞解合剤液を培地で交換して、培
    地に懸濁した細胞懸濁液を得る。 (4)培地に懸濁した細胞懸濁液にバージンマイクロキャ
    リアを添加し、実質的に細胞がマイクロキャリアに付着
    する間、少なくとも保温と酸素供給を行う。 (5)細胞が付着したマイクロキャリアを培養槽上流に返
    送する。
  7. 【請求項7】請求項6において、マイクロキャリアを通
    さずに細胞を通す膜を面に持つ区画と、前記膜の裏面と
    接する面ならびに細胞を通さない膜を面に持つ区画を用
    いて、マイクロキャリア及び細胞を分離する。
  8. 【請求項8】請求項6において、マイクロキャリアを分
    離するのに遠心分離ロータ内で静置沈降,細胞を分離す
    るのに上記ロータを回転してロータ内側面に細胞を沈着
    させる細胞の培養方法。
  9. 【請求項9】請求項1,2,3,4,5,6,7または
    8において、培養槽中に内容液を槽容積の80%以上充
    填した状態で、槽内壁上部から磁力で定位置に係留さ
    れ、槽の回転により内壁に対し摺動するバッフルを付設
    することにより、槽内液を混合して培養する生物細胞の
    培養方法。
JP23296891A 1991-09-12 1991-09-12 生物細胞の培養方法 Pending JPH0568533A (ja)

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Cited By (5)

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