JPH0640816B2 - 発酵および組織培養容器用に適した撹拌器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、広い概念で言えば、発酵および組織培養容器
用の撹拌器に係わり、特に発酵および組織培養容器が微
粒子担体培養容器として使用されるような発酵および組
織培養容器用の改良された撹拌器に関するものである。

（従来の技術） 細胞培養技術は広く知られており、それは動物細胞組織
の研究、および例えばホルモン、酵素、抗体、ワクチン
のような重要な医薬の生産に極めて重要である。組織培
養技術および微粒子担体細胞培養技術を使用するとき、
前記細胞は極めて弱い性質があり、成長中に壊れ易い。
固定物依存細胞の培養は特に困難であることが証明され
ている。そこで、微粒子担体（マイクロ・キャリヤ）を
この目的に使用する技術が開発された。微粒子担体培養
では、細胞は全体として小球形をしており、ゆるやかな
撹拌によって培養媒体内に順次懸濁させられる微粒子担
体の表面上に単一層として成長する。微粒子担体細胞培
養の原理と方法、および周知の撹拌システムの詳細は、
スウェーデン国ファーマシア・ファインケミカルズ社が
１９８１年１２月発行した「微粒子担体細胞培養−原理
と方法」という表題の出版物に記載されている。

上記参考書にも記載しているように、微粒子担体培養で
最大収穫をあげることは、前。微粒子担体が培養媒体
（culture medium）内で均一に懸濁していることと、前
記微粒子担体は適当なガス交換が前記培養媒体との間で
得られることができるようにすることによつて達成する
ことができる。乱調子な撹拌または乱調子なかき混ぜ運
動は避けるべきである。何故ならばこれらのことは、微
粒子担体から丸くなつた有糸分裂細胞（rounded mitoti
c cells）の分離を招くからである。この理由により、
培養媒体および微粒子担体を振動にさらすことを防止す
ることが重要である。他方において撹拌またはかき混ぜ
は、細胞成長のために微粒子担体の全表面を利用可能に
確保するために、均一的培養環境を創成するために、微
粒子担当の累積を防止するために、および培養ヘツドス
ペース（headspace）と前記媒体との間のガス交換を容
易にするために、非常に重要である。

スピナー／ロツドかき混ぜ式容器、回転びんの使用、揺
動びんの使用、およびエヤーリフトおよび流体リフト
（air-lift and fluid-lift）培養媒体システムを含む
多数の技術が微粒子担体および細胞に懸濁およびエアレ
ーションを提供するために使用されてきた。撹拌の改良
としては、一端が固定された先端にボールを付けたかき
混ぜ棒の、他端を容器の基部に設けた突起部のまわりで
円形軌道を通るように変位させることの利用、および擢
状およびプランジヤー形羽根車の使用を含むような試み
がなされた。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながらこれらシステムは満足すべきものでないこ
とが判つた。特に大量商業発酵および組織培養装置に使
用される時にそうであり、かつ微粒子担体運動およびエ
アレーシヨンの速度と力との制御の程度が限られてい
た。

従つて、微粒子担体から成長しつつある細胞を分離させ
ることを最小に止めながら、ガスの交換が許容されるよ
うに微粒子担体細胞培養を懸濁した状態で保持すること
ができるような発酵および組織培養容器用撹拌器を提供
することが望まれている。

（問題点を解決するための手段、およびその作用効果） 全体的に言えば、本発明に基づいて発酵および組織培養
容器用の改良された撹拌器が提供される。前記撹拌器
は、第１開口端部および第２閉鎖端部を有する中空組立
体を使用する。前記中空組立体は、その前記第１開口部
から離隔された前記中空組立体の領域に設けられた開口
に連結された少くとも一個の管状体を有し、前記中空組
立体の前記第１開口端部から前記第２閉鎖端部に向け
て、そしてさらに前記管状体を通つて流体の通過が許容
されるようにされている。前記管状体の外方端部は、出
口開口を画成し、かつ前記中空組立体が前記発酵および
組織培養容器内でその長手方向軸線のまわりで回転され
た時に、吸引力が前記第１開口端部に生成されるよう
に、配置されている。前記中空組立体は好ましくは前記
容器内で垂直に支持され、かつ前記第１開口部は容器の
底部と間隔を置いて面するように支持されているので、
流体は中空組立体の第１開口部内に吸入され、そして中
空組立体内を通り、前記管状体内を通り、そして前記管
状体の前記外方端部から外に移動させられるであろう。
このようにして、ゆるやかな流体流が前記発酵および組
織培養容器の底から前記容器の頂部に向けて生成され、
微粒子担体培養は媒体溶液中に均一に懸濁した状態にお
かれかつまたガスの交換が許容される。

特に前記管状体の前記出口開口は、前記中空組立体の回
転方向に対して逆方向にほぼ面している。複数個の管状
体が取付けられてもよい。前記管状体は前記中空組立体
の円筒形状をした側壁の前記第２の閉鎖端部に隣接した
領域に明けられた開口に連結されてもよい。

前記中空組立体は前記容器内で自由回転可能に取付けら
れ、かつ回転させるように前記容器の外側に設けられた
電磁駆動装置と作動的に連結される永久磁石を支持して
もよい。前記永久磁石は前記中空組立体の前記第１開口
端部に隣接した領域に固定された環状電磁石であつても
よい。前記容器内の流体の流れを容器の底部に沿つて案
内するように、横方向に延在する板が、前記中空組立体
の前記第１開口端部に隣接して支持されていてもよい。

従つて、本発明の目的は、発酵および組織培養容器用の
改良された撹拌器を提供することにある。

本発明の他の目的は、微粒子担体培養容器として使用さ
れるような、発酵および組織培養容器、のための改良さ
れた撹拌器を提供することにある。

本発明のさらに別の目的は、微粒子担体培養容器として
使用されるような、発酵および組織培養容器、のための
改良された撹拌器であつて、前記撹拌器は前記微粒子担
体からの前記細胞の分離を最小限に止めながら、微粒子
担体上に形成された細胞の懸濁およびエアレーシヨンを
提供するような、改良された撹拌器を提供することにあ
る。

本発明の他の諸目的および諸利点は、本明細書から明ら
かとなるであろう。

そこで本発明は以下において述べる構造に例示される構
造上の特徴、部材の結合、および部材の配置を含み、本
発明の範囲は特許請求の範囲に記載の通りである。

（実施例） 本発明をより完全に理解するように、添付図面を引用し
た以下の説明を参照されたい。

第１図乃至第３図を参照すると、例示の目的で示した本
発明に基づく撹拌器を有する一つの型式の実験用発酵器
１０が示されている。発酵器１２は自身を作動させるに
必要な装置を含むコントローラー１２を有する。コント
ローラー１２はさらに電磁駆動モーター装置２８（第２
図）を含むことができる。発酵および組織培養容器１４
は、コントローラー１２の頂面１３上に配置され、かつ
細胞成長過程をモニターしかつ制御するための、容器１
４とコントローラー１２間の各連結部材、が設けられて
いる。容器１４にＵ字形でラケツト１５ａおよび着脱可
能なつる１５ｂとによつて適所に保持されている。発酵
および組織培養容器14は、ガスケツト１６ｂを介して容
器の頂部フランジに当接されて密封された、かつ掴持装
置１６ｃによつて適所に保持された、容器カバー１６ａ
を使用して密封されている。発酵および組織培養容器１
４内の中味の温度を上昇させるために使用されるヒータ
ー１７ａとヒーター制御導管１７ｂとが容器１４に配置
されている。さらに容器１４内の中味の温度を下げさせ
るようにする冷却指状部材２２ａおよび冷却制御導管２
２ｂとが容器１４に配置されている。発酵および組織培
養容器１４内の中味の温度を示すように容器１４内に支
持された円筒状チユーブ１８ｂ内に温度計１８ａが支持
されている。撹拌器１０の作動を妨げることなく発酵お
よび組織培養容器１４内の中味の１部を取り出すために
使用できる試料採取装置２０も容器１４に取付けられて
いる。

さらに発酵および組織培養容器内媒体に含まれる酸素の
割合を測定するために使用される、溶解酸素プローブ２
４ａおよびその出力ケーブル24ｂが設けられている。

前記各種のセンサー装置および制御装置は、発酵および
組織培養容器に含まれることができるかかる装置の多く
の型式のうちの例示にすぎず、本発明の１部を構成する
ものではない。所望により消泡装置、媒体追加装置およ
びその他の機能部材を設けることができる。

本発明に基づく撹拌器３０は容器カバー１６ａ上に支持
されている。撹拌器３０は第１開口端部３１ａおよび第
２閉鎖端部３１ｂを有する円筒状中空組立体３１を含
む。円筒状中空組立体３１は管状体３３を有する。管状
体３３は中空組立体31の第２閉鎖端部３１ｂに隣接して
中空組立体３１から横方向に突出する。前記管状体３３
は中空で、かつ出口開口３３ａを画成する第１端部、お
よび第２端部３３ｂを有する。各前記管状体３３の前記
第２端部３３ｂは、前記円筒状中空組立体３１の円筒状
側壁に明けられた開口２７の位置で前記中空組立体３１
と連結されており、このため中空組立体３１の開口端部
３１ａを通過した流体流は開口２７を通過しそしてさら
に管状体３３内を通つて出口開口３３ａから外に流出す
る。各管状体３３の出口開口３３ａは、第２図および第
３図に矢印Ａで示すような撹拌器１０の回転方向とは逆
の方向にほぼ面するように作られている。作動時に、各
管状体３３の無開口面部３３ｃが管状体運動３３の先導
をなすように、撹拌器１０がその長手方向軸のまわりで
矢印Ａの方向に回転されるとき、中空組立体３１内およ
び管状体３３内に吸引力が生成される。このことは発酵
および組織培養容器１４内の流体５０を、中空組立体３
１の開口端部３１ａから矢印Ｂ（第２図）の方向に流入
されそして管状体３３の出口開口３３ａから矢印Ｃ（第
２図および第３図）の方向に外に流出させるよう移動さ
せる運動を起こす。もし発酵および組織培養容器１４内
の流体５０の水位が管状体３３の上方にある時は、循環
が形成されそれにより流体５０は容器１４の底部から吸
入されそして容器１４の頂部にまで運搬されるであろ
う。このことは微粒子担体から細胞が分離することを最
小に止めながら、流体５０内に懸濁する微粒子担体細胞
構成の運動およびエアレーシヨン（aeration）を許容す
るであろう。

撹拌器３０は止めねじ３６によつて軸３５に支持されて
おり、さらに軸３５は軸受３７（第２図）を有する軸受
組立体３４によつて回転可能に支持されている。環状被
駆動電磁組立体３２がロツド３８によつて中空組立体３
１の第１開口端部31ａに隣接して固定されている。環状
被駆動電磁組立体３２は、前記ロツド３８が固定された
保護被覆３２ｂによつて取囲まれかつ支持された環状永
久磁石３２ａを含む。電磁駆動モーター装置２８の電磁
石２８ａが回転すると、電磁石２８ａは前記環状被駆動
組立体３２を回転させ、それにより前期軸３５によつて
画成される軸線のまわりで撹拌器３０および軸３５を回
転させる。駆動電磁石２８ａを含む周知の電磁駆動モー
ターが、容器14と整合されてコントローラー１２の頂面
１３の下側に支持されている。この方法を使用するとき
は、前記電磁駆動モーターと撹拌器３０との間における
直接の有形連結装置を必要としない。さらに、前記環状
被駆動電磁組立体３２は容器１４の底部の流体流路を前
記底部の外周まで拡げそして微粒子担体が前記底部の外
周に堆積することを防止することを助成する。

第４図を参照すると、撹拌器軸受組立体が直接駆動モー
ター装置３９と置換され、撹拌器３０は電磁石を使用す
ることなく直接駆動されるようにされた、代替的実施例
が示されている。横方向に延在する板４０が中空組立体
３１の第１開口端部３１ａに隣接して支持されており、
撹拌器３０によつてひき起こされた矢印Ｄで示すような
容器14の底部領域内の流体流を拡散するようにされてい
る。微粒子担体培養容器としての発酵器１０の作動にお
いては、通常容器１４の形状は、微粒子担体の沈降が培
養容器のどの部分にも起らないような形状に、即ちわず
かに丸みのある基部に、選択される。第４図に示す実施
例ではほぼ平坦な底をした容器の使用をも許容する。

図面に示すように、本発明に基づく実施例の撹拌器は複
数個の管状体を使用している。即ち図示のように３個の
管状体が中空組立体に取付けられている。しかしなが
ら、少くとも一個ある限り管状体の数を多くまた少く配
置することができることに留意さるべきである。管状体
の数および全体としての形状は前記吸引力と吸引速度を
制御するものとなるであろう。このことはまた撹拌器が
回転される回転速度によつてもまた影響されるであろ
う。

さらに本発明の実施例である撹拌器は作動的に机上型実
験用発酵器として開示したが、その寸法は商業的発酵お
よび組織培養用途に使用できるように拡大または縮小で
きる。本発明に基づく撹拌器の一つの利点は、大容量容
器としての用途までスケールアツプすることができる点
にある。微粒子担体細胞成長用途に特に有用であるとは
言えるが、本発明に基づく撹拌器はすべての撹拌器およ
びすべての発酵および組織培養用途に使用することがで
きる。撹拌器３０は、容器カバー１６ａに支持されたも
のとして示したが、容器１４の底面を貫通して軸持され
るモーター軸による底部支持型のものもまた可能であ
る。

管状体の特定の形状を示したが、管状体の出口開口が撹
拌器の回転方向に対して逆方向にほぼ面している限り、
他の形状が使用されてもよい。撹拌器の回転方向に対し
て反対側に壁部が少ししかまたは全くない小スコツプ型
管状体であつても、ある実施例では機能することができ
る。中空組立体３１は、第５図の中空組立体４２で示す
ような拡径した第１開口端部４１を有する円錐形状のも
のであつてもよい。

本発明の諸目的および上記記載から明らかになつた本発
明の他の目的は、効果的に達成されたことが判るであろ
う。そして本発明の精神および範囲から逸脱することな
くいくつかの変更が可能であるが故に、添付図面を参照
して示した上記説明および図面に含まれるすべての内容
は例示的と解すべきであつて、限定的意味に解されるべ
きではない。

さらに特許請求の範囲は、本明細書に記載したすべての
上位的および下位的発明の特徴を含むように意図されて
おり、本発明の範囲の記載はこれらをすべて言語的に含
ませるよう意図されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例である実験用発酵器を斜視図で示
し、第２図は第１図の２−２線に沿つた拡大縦断面図、
第３図は第２図の３−３線に沿つた横断面図、第４図は
第１図とは異る本発明の代替的駆動方法を使用した実施
例である撹拌器の側面断面図的構造図、そして第５図は
第２図および第４図に示すものとは異る本発明に基づく
中空組立体の代替的実施例を示す側面図である。 １４……発酵および組織培養容器、２７……開口（貫通
開口）、２８……電磁駆動モーター装置、３０……撹拌
器、３１，４２……中空組立体（中空体装置）、３１ａ
……第１（下方）開口端部、３１ｂ……第２（上方）閉
鎖端部、３２……被駆動電磁組立体、３２ａ……永久磁
石、３３……管状体（装置）、３３ａ……出口開口、３
４……軸受組立体（支持装置）、４０……横方向に延在
する板、５０……流体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上部閉鎖端および下部開放端とを有すると
   ともに、前記下部開放端から離れて少なくとも一つの貫
   通開口が形成されており、回転可能に配設され得る中空
   体装置と、 前記中空体装置に取付けられた少なくとも一つの管状体
   装置とを具備し、 前記管状体装置が、少なくとも一つの入口開口と出口開
   口とを有しており、 前記出口開口が、前記中空体装置の回転方向と逆方向に
   向いており、それによって、前記中空体装置が動く時
   に、前記管状体装置の出口開口に吸引力が発生し、前記
   下部開放端で前記中空体装置に流体が吸入され、前記管
   状体装置を通って前記出口開口に向かって流れることを
   特徴とする発酵および組織培養容器用に適した撹拌器。
2. 【請求項２】前記動きが回転であり、前記中空体装置
   が、少なくとも一つの開口が形成されている側壁と、端
   部壁とを有していて、前記下部開放端を通る、前記側壁
   の軸線の周囲で回転可能であり、 さらに前記中空体装置は、前記側壁から事実上横方向に
   突出する少なくとも一つの管状体装置を有している特許
   請求の範囲第１項に記載の発酵および組織培養容器用に
   適した撹拌器。
3. 【請求項３】前記撹拌器が、前記中空体装置を駆動回転
   させる駆動装置を含み、 該駆動装置が、前記中空体装置の前記下部開放端に近接
   して該中空体装置に連結された被駆動電磁組立体と、前
   記中空体装置を回転自在に支持する支持装置とを含み、 前記中空体装置が、前記容器の底に対して離隔して対面
   するように位置づけられた前記下部開放端を画成する側
   壁を含み、 前記被駆動電磁組立体が、前記下部開放端に隣接した領
   域で、前記側壁の周囲を間隔を置いて包囲するように寸
   法づけられた永久磁石を含み、それによって、前記容器
   の外側に配設された電磁駆動モーター装置と、前記撹拌
   器との間の直接の有形連結関係のない構成で、前記被駆
   動電磁組立体が前記電磁駆動モーター装置によって駆動
   回転せしめられることを特徴とする特許請求の範囲第２
   項に記載の発酵および組織培養容器用に適した撹拌器。
4. 【請求項４】前記中空体装置が、前記下部開放端に隣接
   して前記側壁から横方向に延在する板を含み、 前記下部開放端が、前記容器の底に対して離隔して対面
   するように位置づけられ、 前記板は、その外周が前記容器の側壁に対して離隔する
   ように寸法づけられており、 前記吸引力により、前記流体が前記容器の側壁に沿って
   前記板を通過し、さらに前記容器の底に沿って進み、前
   記中空体装置の前記下部開放端に流入するようになって
   いることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の発
   酵および組織培養容器用に適した撹拌器。