JPS63196263A

JPS63196263A - 潅流培養装置

Info

Publication number: JPS63196263A
Application number: JP2843687A
Authority: JP
Inventors: Masanori Misago; 雅則三砂; Norisato Tanahashi; 棚橋　紀悟
Original assignee: TABAI ESUPETSUKU KK; Tabai Espec Co Ltd
Current assignee: TABAI ESUPETSUKU KK; Espec Corp
Priority date: 1987-02-09
Filing date: 1987-02-09
Publication date: 1988-08-15
Anticipated expiration: 2009-06-15
Also published as: JPH0644859B2

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、ホローファイバの内側に培養液を灌流させ、
該ファイバの外側にも培養液を配置し、該ファイバを介
して該ファイバ内外の培養液を相互に移動させつつ該フ
ァイバの外側において生物細胞を増殖させる灌流培養装
置に関する。

〔従来技術とその問題点〕

生物細胞、特に動物細胞の培養は生体由来の有用な生理
活性物質、例えばインターフェロン、ガン抗原、ホルモ
ン、細胞増殖因子、リンフ才力イン、モノクローナル抗
体、酵素類等を得るために、或いはそのような生理活性
物質を産生ずる細胞そのものを多く得るために必要であ
る。

このような細胞の大量培養装置の一つにホローファイバ
（中空繊維）を利用したホローファイ／＜式灌流培養装
置がある。

この灌流培養ｌ置はホローファイバの内側に栄養源、適
当量の酸素等を含む培養液を灌流させ、該ファイバの外
側にも培養液を配置し、該ファイバを介して該ファイバ
内外の培養液を相互に移動させつつ該ファイバの外側に
おいて生物細胞を増殖させるものである。

この場合、該ファイバ内外の培養液を相互に移動させる
方法として、古くは第７図に示すように、単にファイバ
の入口から所定圧の培養液を供給して、該入口に近い部
分でファイバ内液がその液圧によりファイバ外へ移行し
、ファイバ出口に近い部分では逆にファイバ外側の液が
ファイバ内へ移行することを利用す・るものがあった。

しかしこの装置では液移動が不十分であった。

最近では一層液移動を積極的に行うものとして、米国の
エンドトロニクス（Ｅｎｄｏｔｒｏｎｉｃ’ｓ）社が開
発した装置がある。

これは第８図に概略図示したもので、この装置は多数の
ホローファイバを組み込んだカートリッジ１０１におけ
るファイバ外側の空間（エキストラ　キャピラリー　ス
ペース）　　（ＥＣ３）をカートリッジ外側のエキスパ
ンシロンチャンバ１０２に逆流防止弁１０３．１０４を
介して接続したものである。ファイバ内側の空間（イン
ナー　キャピラリー　スペース）（ＩＣＳ）には新鮮培
養液を循環させ、ＥＣ３の内圧を常時１００ｍｍ１ｇに
保っておき、一つのサイクルではＩＣ３内圧を２００ｍ
ｍ１ｇにしてＩＣ８内の培養液をＥＣ３内に透過させ（
第８図中実線矢印参照）、チャンバ１０２内へ移行させ
る。ＥＣ３内の液が上限に達すると次のサイクルでＩＣ
３内圧が自動的にＯまで下降し、ＥＣ３内液がＩＣ３へ
限外濾過的に押し出される（第８図中点線矢印参照）。

かくしてチャンバ１０２内の液が下限に達すると前記最
初のサイクルにもどり、以後同様なサイクルを繰り返す
ようになっている。

このエンドトロニクス社の方法及び装置は前述の旧式方
法、装置に比べると優れてはいるが、なお次のような問
題点を残している。

すなわち、■エキスパンションチャンバ１０２内の液位
の昇降にともなってチャンバ内気相部Ａにおいて外部と
ガス交換が生じ、そのため細胞の酸素消費率など細胞の
代謝によるガス組成の変化の測定が不可能となる、■Ｉ
Ｃ３内液圧が０〜２００ｍｍＨｇの間で変動するため、
ＩＣＳ内液の溶存ガス組成、ＰＨ値が変動し、溶存酸素
（ＤＯ）等の溶存ガスのセンサの指示値、ＰＨセンサの
指示値など、各種センサによる指示値が変動シ、ＩＣ８
内培養液の正確なガス制御が困難となる、■■Ｃ８を含
む回路が細菌汚染、部品故障等により故障した場合、Ｅ
Ｃ３内の望ましい培養環境を維持できない、■ＥＣ３内
の全面的な培地交換ができない、という問題である。

そこで本発明のうち第１発明は、前記問題点■及び■を
解消しようとするもので、細胞の増殖、代謝による溶存
ガス組成やＰＨ値の変化及び酸素消費率の測定を正確に
行うことができ、また、溶存ガスの制御を正確に行い得
るホローファイバ型の灌流培養装置を提供することを目
的とする。

本発明のうち第２発明は、前記問題点■、■及び■を解
消しようとするもので、第１発明が目的とする事項に加
え、ホローファイバ内側の灌流回路が細菌等で汚染され
た場合や培養液の調整が困難となった場合等にホローフ
ァイバ外側の細胞培養域だけで培養液を灌流させること
ができる灌流培養装置を提供することを目的とする。

本発明のうち第３発明は、前記問題点■、■及び■を解
消しようとするもので、第１発明が目的とする事項に加
え、ＥＣ３内の培地の全面的交換を可能とする灌流培養
装置を提供することを目的とする。

なお、本明細書においてｒＥｃｓ内培地の全面的交換」
とは、ホローファイバを通過しないでＥＣ８に残留する
物質をも含めた状態でＥＣ３内培地を排出し、代わりに
新たな培地を導入する意である。

〔問題点を解決するための手段〕

第１発明の目的は、ホローファイバの内側に培養液を灌
流させ、該ファイバの外側にも培養液を配置し、該ファ
イバを介して該ファイバ内外の培養液を相互に移動させ
つつ該ファイバの外側において生物細胞を増殖させる灌
流培養装置であって、前記ファイバ内外の培養液相互移
動が、前記ファイバ外側空間に連通せしめられたポンプ
による該外側空間の液の加圧、減圧により前記ファイバ
内側培養液圧力が実質上一定にされたままで行われるよ
うになっていることを特徴とする灌流培養装置により達
成される。

第２発明の目的は、ホローファイバの内側に培養液を灌
流させ、該ファイバの外側にも培養液を配置し、該ファ
イバを介して該ファイバ内外の培養液を相互に移動させ
つつ該ファイバの外側において生物細胞を増殖させる灌
流培養装置であって、前記ファイバ内外の培養液相互移
動が、前記ファイバ外側空間に連通せしめられたポンプ
による該外側空間の液の加圧、減圧により前記ファイバ
内側培養液圧力が実質上一定にされたままで行われるよ
うになっており、前記ポンプを培養液タンクに利用して
前記ファイバ外側空間に培養液を灌流させることができ
る非常用灌流装置が付設されていることを特徴とする灌
流培養装置により達成される。

第３発明の目的は、ホローファイバの内側に培養液を灌
流させ、該ファイバの外側にも培養液を配置し、該ファ
イバを介して該ファイバ内外の培養液を相互に移動させ
つつ該ファイバの外側において生物細胞を増殖させる灌
流培養装置であって、前記ファイバ内外の培養液相互移
動が、前記ファイバ外側空間に連通せしめられたポンプ
による該外側空間の液の加圧、減圧により前記ファイバ
内側培養液圧力が実質上一定にされたままで行われるよ
うになっており、前記ファイバ外側空間及ｄ前記ポンプ
を含む液回路から排液するための排液装置及び該液回路
に新たな培養液を供給するための培養液供給装置が付設
されていることを特徴とする灌流培養装置により達成さ
れる。

本発明において使用される前記ポンプとしては、例えば
液の加圧、減圧を簡単確実に行えるピストン・シリンダ
型のポンプが望ましい。

ピストン・シリンダ型のポンプを用いる場合、そのシリ
ンダ部は、例えば前記ファイバ内側空間の液入口部に対
応するファイバ外側空間一端部に逆止弁を介して配管接
続されるとともに前記ファイバ内側空間の液出口部に対
応するファイバ外側空間他端部゛に液流れ方向を逆にし
た逆止弁を介して配管接続される。

また、前記第２発明における非常用灌流装置としては、
例えば前記ポンプのシリンダ部を、片方の前記逆止弁及
び前記ポンプ間に設けた方向切り換え弁に送液ポンプ、
ガス交換器及びセンサ部を介して配管接続する場合を挙
げ得る。

また、前記第３発明における排液装置及び培養液供給装
置には、例えば前記ファイバ外側空間及び前記ポンプを
含む液回路に方向切り換え弁を介して排液ボトル及び培
養液供給ボトルを配管接続する場合を挙げ得る。

〔作　用〕

第１発明の灌流培養装置においては、ホローファイバ外
側空間ＥＣ３内の液圧を該空間に連通ずる前記ポンプに
て下降させると、ホローファイバ内側空間ＩＣ８内の調
整された培養液がホローファイバを通って外側空間ＥＣ
３内へ移行する。逆にホローファイバ外側空間ＥＣ３内
の液圧を上昇させると、該空間内の液がファイバを通っ
て空間■Ｃ８へ移行し、これとともに分子量の比較的小
さい有害代謝産物がホローファイバ内側空間ＩＣ８へ運
び去られ、分子量の大きい有用物質は外側空間ＥＣ３内
に残される。

この培養液相互移動の間、内側空間ＩＣ３の液圧の変動
は実質上無い。

第２発明の灌流培養装置によれば、ホローファイバ内側
空間ＩＣ３を含む灌流回路が何らかの事情で故障したよ
うな場合には、該灌流回路の運転を止めて、この非常用
灌流回路を運転して外側空間ＥＣ３の培養環境を維持で
きる。

第３発明の灌流培養装置によれば、必要に応じホローフ
ァイバ外側空間ＥＣ３内培地の全面的交換を行うことが
できる。

（実　施　例〕以下、本発明の１実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図に示す装置は動物細胞培養のための灌流培養装置
であり、ホローファイバ式培養に用いる多数のホローフ
ァイバを用いてなるホローファイバカートリッジ８０を
備えている。

カートリッジ８０のファイバ内側空間ＩＣ３には培養液
の灌流回路８が接続されている。

灌流回路８は、カートリッジ８０のファイバ内側空間Ｉ
Ｃ３に培養液タンク８１を、送液ポンプ８２、ガス交換
器８３及びセンサ部８４を介して配管接続するとともに
センサ部８５を介して配管接続したものである。

センサ部８４．８．５は、液中の溶存酸素濃度、溶存炭
酸ガス濃度、ＰＨ値等を測定するためのセ　７ンサを必
要に応じて組み込んだものである。

なお、８６はタンク８１の気相部に連通ずる滅菌可能な
ガスフィルタである。

カートリッジ８０のファイバ外側空間ＥＣ３には、ピス
トン・シリンダ形ポンプ１のシリンダ部１２の頂部が逆
上弁ｖ１、ｖ２を介して配管接続されている。

弁ｖ１は、ファイバ内側空間ＩＣ３の液入口部ＩＣ３Ｉ
に対応するファイバ外側空間一端部ＥＣ３１に接続され
ていて、ファイバ外側空間からポンプ１の方へ液を通過
させる。また、弁■２は、ファイバ内側空間ＩＣ３の液
出口部ＩＣ３２に対応するファイバ外側空間他端部ＥＣ
３２に接続されていて、ポンプ１からファイバ外側空間
の方へ液を通過させる。

非常用灌流装置回路４は、管路７を備えており、該管路
７は、ポンプシリンダ部１２のピストン下死点位置より
若干上死点寄り位置を、逆止弁■１とシリンダ部１２と
の間の三方口切り換え電磁弁ＳＶＩに接続している。該
管路には送液ポンプ７１、ガス交換器７２、センサ部７
３が接続されている。弁ＳＶＩは、非通電時、管路７例
のボートを閉じている。

排液装置５は、逆止弁Ｖ２とカートリッジ８０との間に
接続した三方口切り換え電磁弁ＳＶ２に排液ボトル５１
を配管接続してなっており、培養液供給装置６は、逆止
弁ｖ１とカートリッジ８０との間の三方口切り換え電磁
弁ＳＶ３に培養液ボトル６１を配管接続してなっている
。弁ＳＶ２、ＳＶ３はいずれも、非通電時、カートリッ
ジ８０と逆止弁ｖ１、Ｖ２とを連通させている。

通常の培養操作においては、灌流回路８のポンプ８２が
運転され、栄養源、溶存ガス組成や濃度等が調整された
培養液がカートリッジ８０のファイバ内側空間ＩＣ８に
灌流せしめられる。また、これと並行してポンプｌが適
当な駆動装置（図示しない）にて往復駆動される。

第２図に示すように、ピストン１１が上死点位置から下
死点へ移動するとカートリッジ８０のホローファイバ外
側空間ＥＣ３内液がポンプシリンダ１２へ吸引減圧され
、カートリッジ８０のホローファイバ内側空間ＩＣ８内
の調整された培養液がホローファイバを通過して外側空
間ＥＣ３内へ移行する。

第３図に示すように、ピストン１１を下死点から上死点
の方へ移動させるとホローファイバ外側空間ＥＣ３内の
液圧が上昇し、空間ＥＣ３内液はファイバを空間ＩＣ３
へ通過し、これとともに分子量の比較的小さい乳酸等の
有害代謝産物がホローファイバ内側空間ＩＣ３へ運び去
られ、分子量の大きい有用生理活性物質は外側空間ＥＣ
３内に残される。

かくしてホローファイバ外側空間ＥＣ３内の培養環境が
維持される。この培養液相互移動の間、ホローファイバ
外側空間ＥＣ３を含む回路には気相部がないので、細胞
の酸素消費率等を正確に測定でき、また、内側空間ＩＣ
Ｓの液圧の変動は実質上無く、従って隔膜式溶存ガス濃
度センサ等による培養液中の溶存ガス組成、各種溶存ガ
ス濃度、ＰＨ値等の測定を正確に行い得る。

ＩＣ３を含む回路が細菌汚染、部品故障等により故障し
た場合には、第６図に示すように直ちに該灌流回路の運
転を止め、弁ＳＶＩに通電して逆止弁ｖ１を管路７に切
り換え接続し、ポンプ７１を起動して非常用灌流装置４
を作動させ、これによって非常時でもＥＣ８内の望まし
い培養環境を維持できる。

また、ホローファイバ外側空間ＥＣ３及びポンプ１を含
む回路から培養液を排出したい場合には、弁ＳＶ２に通
電してポンプ１をボトル５１に切り換え接続し、ポンプ
１の運転にて排液することができる。この排液のあと、
外側空間ＥＣ３及びポンプ１を含む回路へ新たな培養液
を導入するには、弁ＳＶ３に通電して外側空間ＥＣ５を
ボトル６１へ切り換え接続し、該ボトル内の新鮮培養液
をポンプ１の運転にて回路内へ導入すればよい。かくし
て外側空間ＥＣ３内培地の全面的な交換を実施できる。

なお、該培地交換にあたっては、必要に応じ、非常用灌
流装置を働かせてもよい。

なお、前記灌流培養装置によれば、第４図に示すように
ポンプ１のピストン１１を下死点においたまま、第７図
に示す従来例のように運転することができ、また、第５
図に示すようにホローファイバ外側の空間ＥＣ３と内側
の空間ＩＣ３の培養液を互いに向流させることもできる
。

〔発明の効果〕かくの如く第１発明によれば、ホローファイバ外側の空
間ＥＣ３内の培地は気相部に接することがなく、また、
ホローファイバ内側空間■ｃｓの培養液圧力を一定にし
ておくことができるので、細胞の増殖代謝による溶存ガ
ス組成やＰＨ値の変化および酸素消費率の測定を正確に
行うことができ、また、溶存ガスの制御を正確に行い得
る。

第２発明によればさらにｔ１ホローファイバ内内空間Ｉ
ＣＳを含む灌流回路が細菌汚染、部品故障等により故障
した場合でも、非常用灌流装置を作動させ、これによっ
て非常時でもホローファイバ外側空間ＥＣ３内の望まし
い培養環境を維持できる。

第３発明によれば第１発明による効果に加え、ホローフ
ァイバ外側空間の培地を全面的に交換できるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の全体概略図、第２図から第
６図は第１図に示す実施例の各種使用状態の説明図、第
７図及び第８図は従来例の説明図である。ＥＣ３・：・・ホローファイバ外側空間、ＩＣ３・・・
・ホローファイバ内側空間、１・・・・・・ピストン・
シリンダ形ホンブ、１１・　・　・　・　・ピストン、１２・・・・・シリンダ部、ＥＣ３１・・・ファイバ外側空間の一端部、ＥＣ５２・
・・ファイバ外側空間の他端部、ＩＣ３Ｌ・・・ファイ
バ内側空間の液入口部、ＩＣ３２・・・ファイバ内側空
間の液出口部、■１、■２・・逆止弁、４・・・・・・非常用灌流装置、５・・・・・・排液装置、５１・・・・・排液ボトル、６・・・・・・培養液供給装置、６１・・・・・培養液供給ボトル、ＳＶＩ・・・・方向切り換え弁、ＳＶ２・・・・方向切り換え弁、ＳＶ３・・・・方向切り換え弁、７・・・・・・管路、７１・・・・・送液ポンプ、７２・・・・・ガス交換器、７３・・・・・センサ部。′ （以上）特許出願人　タバイエスペック株式会社ＥＣＳ　　・・
・Ａローファイバ、４４ＱｔＭＩＣＳ・・　　・ホロー
ファイバ内側空間Ｉ・・・・・・ピストン・シリンダ形
ボンア１１　・・　・・・ピストン１２・　・　・　・　・シリング部ＥＣ５Ｉ　・・・ファイバ外僅’ｌ空闇の一端部ＥＣ５
２・・・ファイバ外側空間のイセｔ１訃ＩＣ５Ｉ　　・
・・フフイ／ぐ内債１空関の液入口部ｌＣＳ２・　・・
ファイベ内イｌｌ’ｌ空間の欣ム０をβ■１、■２・・
逆止弁ヰ・・・−・・４￥牛用層洗装置５・・　・・・・排液装置５１　・　・　・　・　・排液ホトν ６・・・　・・・培養液供給装置６１　・　、　・　・　・　坊簀涜Ａ失齢１ぜトＩンＳ
ＶＩ　・　・・　・方向切り換え＃ＳＶ２・・・・右向ｆ／７シ挟え弁ＳＶ３・・　・・方向切Ｉ）換え書７・・　・・　・・ｉ鐘７１・・・・・送膚ボンデ７２・・　・　・　・〃′ス交４１！へ７３・・　・・
　゛弘ンサ部

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ホローファイバの内側に培養液を灌流させ、該フ
ァイバの外側にも培養液を配置し、該ファイバを介して
該ファイバ内外の培養液を相互に移動させつつ該ファイ
バの外側において生物細胞を増殖させる灌流培養装置で
あって、前記ファイバ内外の培養液相互移動が、前記フ
ァイバ外側空間に連通せしめられたポンプによる該外側
空間の液の加圧、減圧により前記ファイバ内側培養液圧
力が実質上一定にされたままで行われるようになってい
ることを特徴とする灌流培養装置。
（２）前記ポンプがピストン・シリンダ型のポンプであ
る特許請求の範囲第１項記載の灌流培養装置。
（３）前記ポンプはそのシリンダ部が、前記ファイバ内
側空間の液入口部に対応するファイバ外側空間一端部に
逆止弁を介して配管接続されているとともに前記ファイ
バ内側空間の液出口部に対応するファイバ外側空間他端
部に液流れ方向を逆にした逆止弁を介して配管接続され
ている特許請求の範囲第２項記載の灌流培養装置。
（４）ホローファイバの内側に培養液を灌流させ、該フ
ァイバの外側にも培養液を配置し、該ファイバを介して
該ファイバ内外の培養液を相互に移動させつつ該ファイ
バの外側において生物細胞を増殖させる灌流培養装置で
あって、前記ファイバ内外の培養液相互移動が、前記フ
ァイバ外側空間に連通せしめられたポンプによる該外側
空間の液の加圧、減圧により前記ファイバ内側培養液圧
力が実質上一定にされたままで行われるようになってお
り、前記ポンプを培養液タンクに利用して前記ファイバ
外側空間に培養液を灌流させることができる非常用灌流
装置が付設されていることを特徴とする灌流培養装置。
（５）前記ポンプがピストン・シリンダ型のポンプであ
って、そのシリンダ部が前記ファイバ外側空間一端部に
逆止弁を介して配管接続されているとともに前記ファイ
バ外側空間他端部に液流れ方向を逆にした逆止弁を介し
て配管接続されており、前記非常用灌流装置が、片方の
前記逆止弁及び前記ポンプ間に設けた方向切り換え弁と
、前記ポンプのシリンダ部を送液ポンプ、ガス交換器及
びセンサ部を介して該方向切り換え弁へ接続する管路と
を含んでいる特許請求の範囲第４項記載の灌流培養装置
。
（６）ホローファイバの内側に培養液を灌流させ、該フ
ァイバの外側にも培養液を配置し、該ファイバを介して
該ファイバ内外の培養液を相互に移動させつつ該ファイ
バの外側において生物細胞を増殖させる灌流培養装置で
あって、前記ファイバ内外の培養液相互移動が、前記フ
ァイバ外側空間に連通せしめられたポンプによる該外側
空間の液の加圧、減圧により前記ファイバ内側培養液圧
力が実質上一定にされたままで行われるようになってお
り、前記ファイバ外側空間及び前記ポンプを含む液回路
から排液するための排液装置及び該液回路に新たな培養
液を供給するための培養液供給装置が付設されているこ
とを特徴とする灌流培養装置。