JPH088860B2 - 植物細胞の培養方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は植物細胞を気相中で生産するための方法及び
装置に関する。

従来の技術 植物細胞まは組織の従来の大量培養は、ジヤーフアー
メンターなどのタンクを用いた発酵法に準じる液体培養
により行われている。液体培養においては撹拌羽根や空
気による液体培地の混合撹拌が不可欠であるが、撹拌は
エネルギを大量に消費するうえ植物細胞を破壊したり損
傷したりする。空気撹拌の場合は大量の空気が必要にな
るためコンタミネーシヨン（汚染）が発生する率が高く
なる。培地の交換や生産物質の取り出しなどの際に培地
と細胞との分離が必要となるが、これが容易ではない。
寒天培地を利用した場合は培地の供給が寒天と植物細胞
の接点だけなので細胞の増殖が遅い、などの欠点が従来
技術に存在していた。

特公昭60−4713号公報には、添付図面第８図、第９図
に示すような植物組織の気相培養法とその装置が開示さ
れている。この気相培養法は、あらかじめ滅菌した培養
槽80の内部の気相中に配置した多孔板82に植物組織84を
シードとして接種する工程と、あらかじめ滅菌し所定の
培養温度に調整した液体培地86を多孔板上の植物組織に
所定期間供給する工程とを包含している。第８図は多孔
板を一段だけ設置した例、第９図は多孔板を多段にわた
つて設置した例を表わしている。しかしながらこの気相
培養法では、ノズル88から落下する液体培地86は植物組
織84に付着した分だけが保持され、残余は多孔板82の孔
から液体培地収容部90へと落下するようになつている。
多孔板には液体培地が保持されないので、液体培地が均
一に供給されていない場合には、細胞の増殖にむらがで
きたり、供給されない部分では細胞が死滅してしまうと
いう欠点がある。

発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、植物細胞に物理的損傷を与えること
なく気相中で植物細胞を生産する方法及び装置を提供す
ることにある。

本発明の他の目的は、従来技術の液体培養の利点と寒
天培養の利点とを兼ね備えた培養方法及び装置を提供す
ることにある。

問題点を解決するための手段とその作用 本発明の前述した目的は、その第１の態様において、
あらかじめ滅菌した培養槽の内部の気相中に、培養槽内
部をその周縁付近から中央部まで水平方向に一体として
延伸する含水性のあるスポンジ体を一段又は複数段にわ
たつて設置する工程と、前記スポンジ体上に植物カルス
（植物細胞を組織培養してできる細胞の集合体）を載置
する工程と、前記スポンジ体の上方から液体培地を落下
させて前記植物カルスに供給する工程とを包含する植物
細胞の培養方法によつて達成される。

かかる手法に基づき、本発明によれば次のような作用
効果が得られる。

１）含水性のあるスポンジが液体培地を保持し、従来の
寒天培地としての役目を果す。

２）シーズとなる大きな細胞から遊離した小さな細胞も
スポンジの孔に保持され、細胞が完全に液体培地と分離
され、いわゆる固定化（酵素や微生物についての周知の
技法）が達成される。これにより、スポンジと細胞の密
着性が良くなりスポンジからの培地の吸収率が向上す
る。保持された遊離細胞からも細胞が増殖するので、増
殖が早くなり効率的に大量培養が出来る。なぜならば、
植物カルスを効率的に大量培養するには遊離細胞が非常
に重要であり、前述した公知例の多孔板では遊離細胞が
液体培地と共に下方の収容部90へと落下し、その後ポン
プやノズルによる物理的損傷を受けて破壊されるからで
ある。

３）スポンジに含水性があるため常時培地を供給しなく
とも細胞が乾燥することはなく、適当な時間間隔で供給
するだけで細胞に適した湿分に保つことが出来る。

４）静置培養であるので細胞に物理的損傷を与えること
がない。

５）気相中で培養するので液体培養のように大量の空気
を必要とせず、コンタミネーシヨンが起きる率が減少す
る。

６）培養方法の一種で細胞の増殖用培地と目的物質生産
用培地などの２種類以上の培地を使用する場合には、本
発明を利用すれば培地と細胞とを分離する工程が不要に
なり、培地の交換も容易になる。

本発明は、その第２の態様として、あらかじめ滅菌し
た培養槽の内部の気相中に一段又は複数段にわたつて設
置された含水性のあるスポンジ体と、前記スポンジ体上
に載置された植物カルスと、前記スポンジ体の上方から
液体培地を落下させて前記植物カルスに供給するための
供給管と、高性能フイルタを通過した清浄な空気を前記
培養槽の上部から導入する空気取入部と、前記培養槽下
部の液体培地収容部内にその拡大開口部を上に向けて配
置されたベルマウスと、前記ベルマウスから培養槽内の
液体培地及び空気を吸引して前記供給管へと移送するポ
ンプと、前記吸引した空気を前記供給管の途中から系外
へと排出する排気部とを備える植物細胞の培養装置を提
供する。

かかる装置によれば、前述した作用効果に加え、大気
に単に開口しているものに比べ大量の空気をカルスに供
給でき、しかも液体培地循環のためのポンプを空気吸引
にも利用しているため特別な動力を必要としない等の利
点が得られることになる。

本発明の他の特徴及び利点は、添付図面第１図乃至第
７図の実施例を参照した以下の記載により明らかとなろ
う。

実施例 第１図は本発明による方法を適用するための培養槽10
を表わしており、その外部に加熱滅菌および温度調節手
段11と、循環ポンプ12が配置されている、槽10の上方部
には植物カルス投入用の植込口13および通気口14が設け
られ、下方部には液体培地収容部15が設けられている。
収容部15の上方気相中には、本発明に従い少なくとも一
段のスポンジ体16が配置され、ストツパ17で槽の内面に
保持されている。スポンジ体16の弾性だけでずり落ちな
い時は、ストツパを省略しても良い。スポンジ体は例え
ばウレタン、ブチレンなどの高分子を海綿状に成形した
ものであり、その他にも含水性のあるものであれば、綿
状のもの等を好適に用いることが出来る。

スポンジ体16上には植物カルス18が乗せられ、上方に
配置した供給管19のノズルから液体培地20が落下して植
物カルス18に供給される。スポンジ体の空隙の大きさは
扱う植物カルスの種類に応じて適宜選択する。ノズルか
らの培地の供給は最初だけ連続的とし以後は断続的な供
給で十分である。その供給形態は、滴下、散布、噴霧な
ど各種の方法を選択できる。液体培地は植物カルス18又
は含水性のあるスポンジ体16に吸収されて保持される
が、余分な培地はスポンジ体の空隙を通過して下方の液
体培地収容部15へと流入し、ポンプ12で再び循環させら
れる。

第２図は培養槽10内部にスポンジ体16を４段にわたつ
て設置する実施例を表わしており、各段のスポンジ体16
を取付けるごとにその上に植物カルス18を載置するよう
にして多段に構成している。液体培地20は最上段のスポ
ンジ体の上方に配置した供給管19のノズルから落下させ
る。培地20は、スポンジ体の空隙を通過して下段のスポ
ンジ体へと流れることにより、上段から下段まで全体に
まんべんなく行き渡らせることが出来る。さらに、スポ
ンジ体16の下面に下の段に置いたカルスの位置と対応さ
せて複数の突起25を設けることにより、液体培地落下の
位置を決めることができ、より良好な結果が得られる。
突起はスポンジ体の一部が突き出たものでも、別個にト
ゲ状のものを取付けたものでも良い。

前述した公知例では、多孔板を用いているため、多段
に構成した場合は各段ごとにノズルを配置する必要があ
つたが、本発明では含水性のあるスポンジ体を用いたた
めノズルは最上部に設けるだけで良い。

第３図、第４図は、第一段（最下段）のスポンジ体21
だけを培養槽の内面に保持させて設置し、第一段のスポ
ンジ体21上に植物カルス18を載置した後、第二段のスポ
ンジ体22をその外周縁を自由な状態で第一段のスポンジ
体上の植物カルス上に積載し、以下同様にして植物カル
スの載置とスポンジ体の自由な積載とを多段にわたつて
繰返す実施例を表わしている。液体培地20は最上段のス
ポンジ体の上方から供給されて、植物カルスを伝つて落
下するので、植物カルスの全体から培地が吸収される。
第３図は培養を開始した状態で、各植物カルス18は含水
性のあるスポンジ体で上下方向にはさみ込まれている。
第４図は植物カルスが成長した状態で、第二段以後のス
ポンジ体が上方に移動していることが理解されよう。

第３図、第４図のような方法を用いると、液体培地が
常に植物細胞に接触している液体培養により近い状態を
実現することができ、さらに静置培養であるので細胞を
損なうことがなく、空気にも接触しているので溶存酸素
（DO）の問題を考慮する必要がない等の複合的な利点が
得られる。

第５図は、スポンジ体16上にある植物カルス18のまわ
りを細かいスポンジ片30で包囲することにより、第３図
及び第４図の実施例と同様の効果が得られるようにした
例を表わしている。すなわち、スポンジ片30が液体培地
20を吸収保持することにより、液体培養に近い状態が実
現される。ただし植物カルス18の周囲には一定量の空気
を保たせる必要がある。

第６図は、本発明による培養装置の好適な実施例を表
わしており、第２図に示す多段式の装置における通気口
14を、HEPAフイルタ等の高性能フイルタ32を通過させた
清浄な空気を培養槽10の上部から導入する空気取入部34
に置き換えている。さらに液体培地収容部15内にベルマ
ウス36をその拡大開口部を上に向けて配置しかつ循環ポ
ンプ12に接続し、循環ポンプ12から供給管19のノズルに
至る配管の途中に調整槽38を設けてその上部の排気部40
から空気を系外に排出するようになつている。ベルマウ
ス36は液体培地と共に槽内空気を吸引するが、吸引され
た空気は排気部40から排出される。従つて槽内は負圧に
なるので空気取入部34から清浄な空気が吸入されること
になる。なお、循環ポンプ12はキヤビテーシヨンを起こ
さないように回転数を制御する。かくして、第６図の装
置によれば、空気吸入用の特別の動力を必要とすること
なく、大量の空気を植物カルスに供給できることにな
る。

第７図は、循環ポンプ12から培養槽10への入口部分に
小さな隔室50を設けて、隔室の底部に配置した超音波振
動子52で液体培地をミスト化することにより、微細な培
地を槽内部にまんべんなく行き渡らせるようにした実施
例を表わしている。スポンジ体の各段の間は通風パイプ
54を設けて連通されており、ミスト化された液体培地は
下段の各植物カルスにまで行き渡る。さらに槽内空気を
撹拌するためのフアン56を配置し、槽内下部からの空気
を隔室50の上部へと導入すると共に、高性能フイルタ32
を通過した清浄な空気を供給部58から追加導入する。通
風パイプ54だけではミストの重力沈降に依存するので、
フアン56で強制的に撹拌することにより上段から最下段
まで均一な培養条件が得られるようになる。

発明の効果 以上詳細に説明した如く、本発明によれば前述したよ
うな作用効果が得られ、特に液体培養の利点と寒天培養
の利点とを兼ね備えた培養方法及び装置が実現されるこ
とになり、その技術的効果には極めて顕著なものがあ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による方法を適用した単段式の培養槽を
表わす縦断面図、第２図は多段式の実施例を表わす縦断
面図、第３図は自由積載式の実施例を表わす縦断面図、
第４図は第３図の成長後の状態を表わす縦断面図、第５
図はスポンジ体の他の実施例を表わす縦断面図、第６図
は本発明による装置の多段式の実施例を表わす縦断面
図、第７図は超音波式の実施例を表わす縦断面図、第８
図は従来技術による単段式の培養装置を表わす縦断面
図、第９図は従来技術による多段式の装置を表わす縦断
面図である。 10……培養槽、11……滅菌手段 12……ポンプ、15……液体培地収容部 16……スポンジ体、18……植物カルス 19……供給管、20……液体培地 32……フイルタ、34……空気取入部 36……ベルマウス、40……排気部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】あらかじめ滅菌した培養槽の内部の気相中
   に、培養槽内部をその周縁付近から中央部まで水平方向
   に一体として延伸する含水性のあるスポンジ体を一段又
   は複数段にわたって設置する工程と、 前記スポンジ体上に植物カルスを載置する工程と、 前記スポンジ体の上方から液体培地を落下させて前記植
   物カルスに供給する工程と、 を包含する植物細胞の培養方法。
2. 【請求項２】前記スポンジ体を多段に設置し、各段のス
   ポンジ体をその外周縁で前記培養槽の内面に保持させる
   ように設置する特許請求の範囲第１項記載の方法。
3. 【請求項３】前記スポンジ体の第一段をその外周縁で前
   記培養槽の内面に保持させて設置し、第一段のスポンジ
   体上に植物カルスを載置した後、第二段のスポンジ体を
   その外周縁を自由な状態で第一段のスポンジ体上の植物
   カルス上に積載し、以下同様にして植物カルスの載置と
   スポンジ体の自由な積載とを多段にわたって繰返す特許
   請求の範囲第１項記載の方法。
4. 【請求項４】あらかじめ滅菌した培養槽の内部の気相中
   に一段又は複数段にわたって設置された含水性のあるス
   ポンジ体と、 前記スポンジ体上に載置された植物カルスと、 前記スポンジ体の上方から液体培地を落下させて前記植
   物カルスに供給するための供給管と、 高性能フイルタを通過した清浄な空気を前記培養槽の上
   部から導入する空気取入部と、 前記培養槽下部の液体培地収容部内にその拡大開口部を
   上に向けて配置されたベルマウスと、 前記ベルマウスから培養槽内の液体培地及び空気を吸引
   して前記供給管へと移送するポンプと、 前記吸引した空気を前記供給管の途中から系外へと排出
   する排気部と、 を備えることを特徴とする植物細胞の培養装置。