DE4002994A1 - Verfahren und vorrichtung zur zuechtung von zellen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur zuechtung von zellenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Züchtung von Zellen in Form einer Dauerkultur mit hoher
Dichte.
Bei der in WO-A 83 00 400 beschriebenen Vorrichtung zum
Züchten von Zellen werden die gezüchteten Zellen wahlweise
zusammen mit den molekularen, Abfallstoffe enthaltenden
Materialien zu einem Fermenter zurückgeführt. Dabei wird
weder die Entfernung von Abfallstoffen noch die Wiederge
winnung von brauchbaren, hochmolekularen Substanzen, wenn
sie vorhanden sind, berücksichtigt.
Bei einer solchen Vorrichtung ist es nachteilig, daß die
Zellenzüchtung durch die Abfallstoffe gehemmt wird, nämlich
durch Zell-Stoffwechselprodukte oder niedermolekulare
brauchbare Substanzen, wenn diese Substanzen das Wachstum
der Zellen behindern würden.
Aus der JP-A 2 07 581/1985 ist eine Vorrichtung zum Züchten
von Zellen bekannt, die einen Zellabscheider, durch den die
Zellen von der Zellbouillon getrennt und in einem Fermenter
gesammelt werden, sowie einen Rührer aufweist, durch den
die Zellen wirksam in der Bouillon in dem Fermenter suspen
diert werden.
Aus der JP-A 1 30 683/1987 ist ferner eine Vorrichtung für
die Züchtung, die Abtrennung von Zellen, die Zuführung
eines Mediums und die Rücklaufreinigung bekannt, wobei
jedoch weder auf eine verlängerte kontinuierliche Züchtung
noch auf die Unterbindung des Verstopfens einer Membran
Bezug genommen ist.
Das bedeutet, daß der Stand der Technik in keiner Weise die
Produktivität der Zellzüchtung in Betracht zieht. Nach
teilig ist ferner, daß ein Rühren unter Verwendung von
Schaufeln in einer Bouillon Zellen zerstören kann, die
einen geringen Widerstand gegen Scherkräfte haben, wodurch
die Aktivität der Zellen verringert wird. Die hydrophile
Membran, wie sie zur Trennung der Zellen bei den bekannten
Vorrichtungen verwendet wird, setzt sich häufig zu. Obwohl
versucht wird, ein solches Zusetzen durch Rückführreinigung
bzw. Regeneration zu unterbinden, hat diese Behandlung nur
einen begrenzten Effekt auf eine langlebige kontinuierliche
Kultur hoher Dichte, so daß es unmöglich ist, dadurch ein
Verstopfen bzw. Zusetzen zu verhindern. Wenn sich eine
solche Verstopfung einstellt, muß die Zellzüchtung einge
stellt und die Membran herausgenommen und ersetzt oder
regeneriert werden. Die Zellzüchtung muß also beendet
werden, wenn ein solches Zusetzen eintritt.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb
darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Züchtung von
Zellen zu schaffen, bei welchem das Wachstum der Zellen
hemmende Substanzen während der Zellzüchtung entfernt
werden und wenigstens eine der Serenkomponenten, bei denen
es sich um teure hochmolekulare Medienkomponenten handelt,
welche eine Züchtung mit hoher Dichte erlauben, zu einem
Fermenter zurückgeführt wird, um dadurch die Betriebskosten
zu verringern.
Ferner soll erfindungsgemäß die Produktivität der Zellzüch
tung gesteigert werden, ohne daß Zellen während des Züch
tungsvorgangs beschädigt werden. Der dabei verwendete
Zellabscheider soll leicht regenerierbar oder austauschbar
sein und einfach gewartet werden können, um eine hohe
Produktivität zu erreichen.
Diese Aufgabe wird mit dem im Patentanspruch 1 angegebenen
Verfahren und mit der Vorrichtung nach Anspruch 11 gelöst,
wobei die erfindungsgemäßen Maßnahmen in den Unteransprü
chen 2 bis 10 und die erfindungsgemäßen Merkmale in den
Unteransprüchen 12 bis 18 vorteilhaft weitergebildet sind.
Erfindungsgemäß werden somit in einem Zellabscheider ge
trennte Zellen zu einem Fermenter zurückgeführt, während
eine Serumkomponente oder Serenkomponenten, die wenigstens
einen bestimmten Anteil einer Mediumkomponente oder von
Medienkomponenten sind, die von einer Bouillon durch eine
Ultrafiltrationseinrichtung abgetrennt wurden, zu dem Fer
menter zurückgeführt werden. Dadurch kann die Serumkompo
nente bzw. können die Serenkomponenten wiederverwendet
werden, was vom Standpunkt der Wirtschaftlichkeit vorteil
haft ist. Weiterhin wird ein verwendbares Produkt oder
werden verwendbare Produkte wahlweise von der Bouillon
abgetrennt, so daß keine Gefahr besteht, daß die Produktion
behindert wird. Der Zellabscheider wird außerhalb des
Fermenters angeordnet. Ferner wird ein Luftrührsystem
verwendet. Dadurch ist es möglich, Schäden an den Zellen zu
verhindern. Außerdem ist es möglich, den Zellabscheider
auch während der Zellzüchtung leicht auszutauschen. Der
Züchtungswirkungsgrad kann somit gesteigert werden.
Anhand von Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 schematisch eine erste Ausführungsform einer Vor
richtung für die Züchtung von Zellen,
Fig. 2 schematisch eine zweite Ausführungsform einer
Vorrichtung für die Züchtung von Zellen,
Fig. 3 schematisch eine dritte Ausführungsform einer
Vorrichtung zum Züchten von Zellen und
Fig. 4 schematisch eine vierte Ausgestaltung der Vorrich
tung zum Züchten von Zellen.
Die Vorrichtung von Fig. 1 hat einen Fermenter 1, der
sterilisiertes RBM-1640-Medium und Rinderserum enthält. In
einem Fermenter 2 werden menschliche periphere Lymphozyten
(PBL) zusammen mit B-Lymphosarkomen gezüchtet. Diese
B-Lymphosarkomen erzeugen Interleukin 2(IL-2). Diese Zellen
werden zuerst in dem Fermenter 2 gezüchtet, so daß in der
Bouillon IL-2 erzeugt werden kann. Wenn die Zellenkonzen
tration einen bestimmten Pegel, beispielsweise 1×105 Zel
len/ml erreicht, wird die in Fig. 1 gezeigte Zirkulation
durchgeführt. Dabei wird die die Zellen und IL-2 enthalten
de Bouillon zu einem Zellabscheider 3 gebracht, der mit
einer hydrophoben Hohlfasermembran versehen ist. Zu diesem
Zellabscheider 3 wird eine die Zellen enthaltende Lösung zu
dem Fermenter 2 zurückgeführt, während die IL-2 enthaltende
Bouillon, von der die Zellen entfernt worden sind, in einen
Aufnahmebehälter 4 geführt wird. Als nächstes wird die
Bouillon in eine Ultrafiltriereinrichtung 5 eingebracht,
die mit einer Membran versehen ist, deren Fraktioniermole
kulargewicht vorher auf 20 000 eingestellt worden ist. Das
IL-2 und Abfallstoffe, die jeweils ein Molekulargewicht
haben, das kleiner ist als das Fraktioniermolekulargewicht
der Membran, gehen durch die Membran hindurch und gelangen
in den Aufnahmebehälter 6. Das Molekulargewicht von IL-2
beträgt etwa 15 000. Materialien, die nicht durch die Mem
bran durchgehen können, also solche Medienkomponenten, die
jeweils ein Molekulargewicht von mehr als 20 000 haben, und
ein Teil des IL-2 werden zu dem Aufnahmebehälter 4 zurück
geführt, und erneut in der Ultrafiltriereinrichtung gefil
tert. Wenn die Konzentration des IL-2 niedriger wird als
ein vorgegebener Pegel, wird die restliche Bouillon, in der
Substanzen mit einem Molekulargewicht von mehr als 20 000
konzentriert sind, zu dem Fermenter 2 zurückgeführt. Da
durch wird das IL-2 kontinuierlich aus dem System während
der Umwälzung entnommen. Bei der in Fig. 2 gezeigten Aus
führungsform enthält der Fermenter 1 sterilisiertes RDF-
Medium, das dadurch hergestellt worden ist, daß RPMl-1640-
Medium, Ham F-12-Medium und Eagle-Medium, modifiziert nach
der Doulbecco-Methode, in einem Verhältnis von 2 : 1 : 1
und Rinderserum gemischt werden. In einem Fermenter 2
werden IgA erzeugende Mäusehybridomen gezüchtet, die man
durch Verschmelzung von Mäusemyelomen mit menschlichen
B-Zellen erhält. Wenn die Zellenkonzentration einen be
stimmten Pegel von beispielsweise 1×105/ml erreicht,
wird die in Fig. 2 gezeigte Umwälzung ausgeführt. Die
Bouillon, welche die Zellen und IgA enthält, wird einem
Zellabscheider 3 zugeführt, der mit einer hydrophoben
Hohlfasermembran versehen ist. Von diesem Zellabscheider 3
wird eine die Zellen enthaltende Lösung zu dem Fermenter 2
zurückgeführt, während die IgA enthaltende Bouillon, aus
der die Zellen entfernt worden sind, in einen Aufnahmebe
hälter 4 geführt wird. Als nächstes wird die Bouillon in
eine Ultrafiltriereinrichtung 5 eingebracht, die mit einer
Membran versehen ist, deren Fraktioniermolekulargewicht auf
20000 eingestellt worden ist. Zellabfallstoffe, die ein
Molekulargewicht haben, das kleiner als das Fraktioniermo
lekulargewicht der Membran ist, gehen durch die Membran
hindurch und werden in einen Aufnahmebehälter 6 einge
bracht. Materialien, die nicht durch die Membran hindurch
können, nämlich Materialien, deren Molekulargewicht 20 000
überschreitet, sowie einige niedermolekulare Materialien,
die nicht durch die Membran hindurchgegangen sind, werden
zu dem Aufnahmebehälter 4 zurückgeführt und erneut in der
Ultrafiltriereinrichtung 5 filtriert. Die Lösung, aus der
Materialien mit einem Molekulargewicht von weniger als
20 000 in ausreichendem Maße entfernt sind, wird dann in
eine weitere Ultrafiltriereinrichtung 7 geführt, die mit
einer Membran versehen ist, deren Fraktioniermolekularge
wicht auf 10 000 eingestellt worden ist. Mit dieser Membran
wird Albumin, welches eine der Serenkomponenten in dem
Medium mit einem Molekulargewicht von weniger als 100 000
ist, zum Fermenter 2 zurückgeführt. IgA mit einem Moleku
largewicht von mehr als 100 000 wird in dem Aufnahmebehäl
ter 4 gesammelt. Die IgA enthaltende Bouillon wird aus dem
System entfernt.
Dieses System ermöglicht es, separat brauchbare Substanzen,
deren Molekulargewicht höher oder niedriger als die der zu
dem Fermenter 2 zurückzuführenden Serumkomponente sind, bei
der Züchtung von Zellen zu entnehmen, bei der gleichzeitig
brauchbare hochmolekulare und niedermolekulare Stoffe
erzeugt werden, ohne daß irgenwelche unerwünschten Effekte
auftreten, wie eine Hemmung des Zellenwachstums.
Bei diesen Ausführungsformen kann in dem Zellabscheider 3
eine Schwerkraftsedimentation, eine Zentrifugierung oder
Filtration verwendet werden. Ferner kann in den Ultrafil
triereinrichtungen 5 und 7 eine Membranfiltration, eine
Ultrafiltration, eine Dialyse, eine umgekehrte Osmose oder
Adsorption eingesetzt werden.
Beispiele für brauchbare Substanzen, die von den Zellen bei
diesen Ausführungsformen erzeugt werden, umfassen Lympho
kin, Enzyme und Zellenwachstumsbeschleuniger. Als solche
sind insbesondere zu nennen Interferon, Interleukin, Immu
noglobulin, Immunoglobulin G und menschliches Immunoglobu
lin. Die Bouillon, in der die Zellen gezüchtet werden,
enthält Wachstumsbeschleuniger, wie Transferrin, Insulin,
Albumin und Ethanolamin. Die Erfindung läßt sich zur geeig
neten Steuerung des Fraktioniermolekulargewichts in der
Ultrafiltriermembran verwenden, während die Kombination der
vorstehend erwähnten brauchbaren Stoffe mit den oben er
wähnten Wachstumsbeschleunigern berücksichtigt wird. Wenn
beispielsweise das Molekulargewicht der angestrebten
brauchbaren Substanz kleiner ist als das der wiederzuver
wendenden Mediumkomponente, sollte das Fraktioniermoleku
largewicht der Ultrafiltriermembran, durch die die zell
freie Bouillon abzutrennen ist, größer sein als das des
brauchbaren Stoffs und der Abfallmaterialien, jedoch nicht
das der wiederzuverwendenden Mediumkomponente überschrei
ten.
Wenn das Molekulargewicht der zum Ziel gesetzten brauchba
ren Substanz größer ist als das der wiederzuverwendenden
Mediumkomponente, sollte das Molekulargewicht der Ultrafil
triermembran, durch die die Abfallstoffe aus der zellfreien
Bouillon in dem ersten Schritt entfernt wurden, größer sein
als das der Abfallstoffe, sollte jedoch nicht das der
brauchbaren Substanz und der Mediumkomponente überschrei
ten. Das Fraktioniermolekulargewicht der Ultrafiltriermem
bran, mit der die Mediumkomponente in dem zweiten Schritt
entfernt wird, sollte größer sein als das der Mediumkompo
nente, jedoch das der brauchbaren Substanz nicht über
schreiten. Die so abgetrennte Mediumkomponente soll zu dem
Fermenter zurückgeführt und dann erneut benutzt werden.
Die Erfindung läßt sich auf die Züchtung beispielsweise von
tierischen Zellen, Pflanzenzellen und Mikroorganismen
anwenden, ohne auf die vorher erwähnten Ausführungen be
schränkt zu sein.
Anhand von Fig. 3 wird eine Ausführung einer Vorrichtung
zur Züchtung von Zellen beschrieben, mit der Zellen unter
Einsatz einer Lufthebekraft gemischt und gezüchtet werden.
Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, ist an der Oberseite eines
Fermenters 11 eine Verbindungsöffnung 12 vorgesehen, wäh
rend in seinem unteren Teil, beispielsweise an seinem
Boden, eine Verbindungsöffnung 13 positioniert ist. Die
Verbindungsöffnungen sind über eine Leitung 14 und einen
Zellabscheider 15, der in der Mitte der Leitung 14 ange
ordnet ist, verbunden. ln der Nähe des Bodens des Fermen
ters 11 ist für die Zuführung eines für die Züchtung erfor
derlichen Gases eine Ausblaseinrichtung 16 vorgesehen. Das
von der Ausblaseinrichtung 16 zugeführte Gas übt gleichzei
tig eine Rührwirkung aus, so daß die Zellen in der Bouillon
wirksam suspendiert werden.
Ein von einer anderen, in der Nähe des Bodens der Leitung
14 angeordneten Ausblaseinrichtung 17 zugeführtes Gas sorgt
für die Treibkraft, um die die Zellen enthaltende Bouillon
in der Leitung umzuwälzen. Wenn ein Ventil 18 geöffnet und
somit ein Gas aus der Ausblaseinrichtung 16 in den Fermen
ter 11 zugeführt wird, führt die von dem Gas verursachte
Treibkraft zu einer Konvektion und Rührung der die Zellen
enthaltenden Bouillon 10.
Wenn ein Ventil 19 geöffnet und Gas aus der Ausblaseinrich
tung 17 zugeführt wird, wird die scheinbare Dichte der über
der Ausblaseinrichtung 17 vorhandenen Bouillon aufgrund der
so herbeigeführten Blasenbildung abgesenkt.
Andererseits enthält die Bouillon auf der Seite der Leitung
14 keine Blasen. Somit entspricht ihre scheinbare Dichte
der Dichte der Bouillon als solche. Dadurch wird die die
Zellen enthaltende Bouillon von der Verbindungsöffnung 12
zur Verbindungsöffnung 14 zirkulieren gelassen und zu der
Verbindungsöffnung 13 über den Zellabscheider 15 zurückge
führt, während mit der Züchtung fortgefahren wird.
Wenn der Züchtungsprozeß fortschreitet und die Zellenkon
zentration den gewünschten Pegel erreicht, werden Ventile
21 und 31 geöffnet und eine Pumpe 22 angetrieben. Dadurch
wird die brauchbare Substanzen und Abfallstoffe enthaltende
Bouillon in den Zellabscheider 15 geführt, wo die Zellen
davon abgetrennt werden, und dann in eine Ultrafiltrierein
richtung 24 über eine Leitung 23 transportiert. Anschlie
ßend werden die erhaltenen brauchbaren Substanzen und
Abfallstoffe aus den Medienkomponenten entfernt. Die
brauchbare Substanzen und Abfallstoffe enthaltende Lösung
wird in eine nicht gezeigte darauffolgende Einrichtung,
beispielsweise einen Reiniger, geführt und dann einer
gewünschten Behandlung unterworfen.
Die vorstehend erwähnten abgetrennten Medienkomponenten
werden aus der Leitung 26 zum Fermenter 11 über das Ventil
31 zurückgeführt und dann wieder verwendet.
Somit werden die erzeugten brauchbaren Substanzen und
Abfallstoffe in die darauffolgende Einrichtung extrahiert.
Außerdem wird das Medium enthaltende Serum in einer der
Extraktion entsprechenden Menge dem Fermenter 11 über eine
Leitung 27 und ein Ventil 28 zugeführt, während die die
Zellen abtrennende Membran 32 durch Umkehrung gereinigt
wird.
Der Zellabscheider 15 kann ohne Schließen der Ventile 29,
30, 21 und 28 ersetzt werden. So kann die Wartung des
Zellabscheiders 15 in einfacher Weise ausgeführt werden,
ohne daß der Züchtungsprozeß beendet werden muß.
Da der Fermenter 11, der Zellabscheider 15 und die Aus
blaseinrichtung 17 in dieser Reihenfolge im gezeigten
Ausführungsbeispiel von oben nach unten angeordnet sind,
kann die Bouillon, der eine Treibkraft erteilt wird, die
Membran in den Zellabscheider 15 waschen. Außerdem kann der
Inhalt des Fermenters gleichförmiger dadurch gerührt wer
den, daß in der Mitte des Fermenters 11 eine obere, nicht
gezeigte Verbindungsöffnung vorgesehen wird.
Der Zellabscheider ist gemäß der Erfindung außerhalb des
Fermenters angeordnet, wodurch es möglich ist, die die
Zellen abtrennende Membran auch während der Zellzüchtung
leicht auszutauschen.
Das Anhaften der Zellen an der Oberfläche der Membran kann
dadurch verhindert werden, daß die Bouillon in der Leitung
Mit Hilfe einer Lufthebekraft zirkulieren gelassen wird,
die dadurch herbeigeführt wird, daß von einer Ausblasein
richtung ein Gas zugeführt wird, die sich in der Mitte der
Leitung befindet, und daß der Druck an der Oberfläche der
Membran geändert wird, indem Blasen um die die Zellen
abtrennende Membran herum strömen gelassen werden. Dadurch
kann ein Verstopfen der Membran unterbunden werden. Die von
der im unteren Teil des Fermenters angeordneten Ausbla
seinrichtung zugeführten Blasen führen bei der Züchtung
erforderlichen Sauerstoff zu und sorgen gleichzeitig für
einen Strom der Bouillon derart, daß die Sedimentation von
Zellen in dem Fermenter verhindert wird. Somit kann die
Bouillon unter Verwendung der Lufthebekraft strömen, ohne
daß irgendeine Scherkraft aufgeprägt wird. Deshalb werden
die Zellen niemals beschädigt. Dies ist insbesondere we
sentlich für Zellen, die einen geringen Widerstand gegen
eine Scherkraft haben, wie dies beispielsweise bei tieri
schen Zellen der Fall ist.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung wird Luft durch
Öffnen eines Ventils 19 zugeführt, um der Bouillon in dem
Fermenter 11 und in dem Zellabscheider 15 eine treibende
Kraft für die Umwälzung zu erteilen. Wenn zu wenig Luft
vorhanden ist, wird ein Ventil 18 geöffnet. Bei einer
Perfusionszüchtung wird die Bouillon ausschließlich durch
eine Zellen abtrennende Membran 32 durch Öffnen eines
Ventils 21 filtriert. Wenn die Bouillon in dem Fermenter 11
auf eine bestimmte Menge durch Filtrieren abgenommen hat,
wird das Ventil 21 geschlossen und wird das Ventil 28
geöffnet, um dadurch das Medium zuzuführen, während eine
Rückführreinigung der Membran 32 stattfindet. Wenn die
Bouillon in dem Fermenter auf einen vorgegebenen Pegel
gesteigert wird, wird andererseits das Ventil 28 geschlos
sen und wird das Ventil 21 geöffnet, worauf das erwähnte
Filtern erfolgt. Eine Änderung des Pegels der Bouillon in
dem Fermenter wird durch einen Pegelsensor überwacht. Das
Filtrieren der Bouillon und die Zuführung des Mediums
werden jeweils unter Verwendung einer Pumpe durchgeführt.
Wenn die erwähnte Perfusionszüchtung eine lange Zeit fort
gesetzt wird, stellt sich bei der die Zellen trennende
Membran 32 ein Zusetzen ein. In diesem Fall kann die Perfu
sionszüchtung ohne Unterbrechung durch die zwei folgenden
Methoden fortgesetzt werden.
Bei der ersten Methode werden die die Membran zusetzenden
Stoffe unter Einsatz von Dampf entfernt, um so die Membran
zu regenerieren. Diese Behandlung kann auf folgende Weise
durchgeführt werden. Zunächst wird Luft zugeführt, während
das Ventil 19 geschlossen wird. Die Bouillon in dem Zellab
scheider 15 wird in den Fermenter 11 über die Leitung 14
eingeführt. Als nächstes werden die Ventile 19, 21, 28, 29
und 30 geschlossen, während die Ventile 33 und 34 geöffnet
werden. Der Zellabscheider 15 wird gekühlt, indem Kühlwas
ser durch den Mantel geführt wird. Wenn die Temperatur in
dem Zellabscheider auf einen vorgegebenen Wert abgesenkt
worden ist, wird der Druck in dem Zellabscheider ein Vaku
um. Nun wird das Medium durch Öffnen des Ventils 28 zuge
führt. Der Druckunterschied zwischen der Außenseite und der
Innenseite des Zellabscheiders wird auf 0 einreguliert.
Danach wird das Ventil 28 geschlossen, während die Ventile
21, 29 und 30 geöffnet werden. Die perfusionszüchtung wird
fortgesetzt.
Bei dem zweiten Verfahren wird die die Zellen trennende
Membran 32 ausgetauscht. Dabei wird die Bouillon in dem
Zellabscheider 15 zum Fermenter 11 wie bei dem ersten
Verfahren geführt. Dann wird die die Zellen trennende
Membran 32 ausgetauscht, während die Ventile 29, 30 und 19
geschlossen sind. Nach Abschluß des Austausches wird Dampf
für die Sterilisierung ähnlich wie beim ersten Verfahren
zugeführt. Das Medium wird so zugeführt, daß die Anfangs
perfusionszüchtung ausgeführt wird. Bei der Erfindung
werden deshalb die Zellen und die Bouillon von dem Fermen
ter zu dem Zellabscheider während der Abtrennung der ge
züchteten Zellen zugeführt. Wenn eine Rücklaufreinigung
bzw. Regeneration im großen Maßstab auszuführen ist, kann
die Zuführung der die Zellen enthaltenden Bouillon durch
Schließen der Ventile eingestellt werden. Dann wird ein
Abzugsventil des Zellabscheiders geöffnet und Dampf durch
die Hohlfasermembran entgegengesetzt zu der Richtung hin
durchgeführt, wie sie während der Zellenabtrennung bewirkt
wird. Somit liegt der Druck direkt an der Innenseite der
Hohlfaser an, wodurch die Rückstromreinigung bzw. Regenera
tion in großem Maßstab bewirkt werden kann. Wenn die Bouil
lon Materialien, wie Proteine, enthält, die thermisch
denaturiert würden, so daß sich eine große Menge an Nieder
schlägen bei einer hohen Konzentration bilden würden, ist
es zweckmäßig, die Innenseite des Zellabscheiders oder der
Membran beispielsweise mit Wasser vor der Rückführreinigung
zu waschen. Nach dem Abschluß der Rückführreinigung wird
das Abzugsventil geschlossen, worauf die Sterilisierung
folgt. Dann wird die Zuführung des Hochdruckdampfs beendet,
während die Temperatur auf einem hohen Wert gehalten wird.
Nachdem sich der Zellabscheider abgekühlt hat, wird der
Hohlfaser frisches Medium zugeführt, in der sich der Druck
reduziert hat, worauf die Abtrennung der Zellen folgt.
Wenn die die Zellen trennende Membran nicht länger brauch
bar ist, wird die Zuführung der die Zellen enthaltenden
Bouillon in gleicher Weise wie oben beschrieben eingestellt
und der Zellabscheider mit der die Zellen trennenden Mem
bran wird ausgetauscht. Dann erfolgt eine Sterilisierung
wie oben beschrieben, wonach frisches Medium zugeführt
wird, worauf die Zellen wieder abgetrennt werden können.
Da das Verstopfen der Membran bei einer solchen perfusions
züchtung unvermeidbar ist, ist es möglich, die Zellzüchtung
für einen langen Zeitraum durch Regenerierung oder Aus
tausch der Membran in der beschriebenen Weise durchzufüh
ren. Weiterhin kann die Produktivität der Zielsubstanz
dadurch gesteigert werden.
Erfindungsgemäß können somit brauchbare Substanzen und
Abfallstoffe aus Medienkomponenten durch vorheriges Ein
stellen des Fraktioniermolekulargewichts einer Membran zum
Abtrennen einer zellfreien Bouillon auf einen Wert entfernt
werden, der kleiner oder größer als der Wert der Bouillon
für die brauchbaren Substanzen, wie Zell-Stoffwechselpro
dukte oder Abfallstoffe ist. Das erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht ferner, Albumin, das eine teure Serumkomponente
ist, zurück zu einem Fermenter zu rezyklisieren, wodurch
die Betriebskosten abgesenkt werden können. Im folgenden
wird die Wirkung eines Fermenters erläutert, in welchem
eine Bouillon unter Einsatz einer Lufthebekraft gerührt
wird. Da der Zellabscheider außerhalb des Fermenters ange
ordnet ist, ist es nicht erforderlich, den Fermenter nach
dem Austausch des Zellabscheiders zu öffnen. Es ist deshalb
möglich, den Zellabscheider auszutauschen, während mit der
Zellzüchtung fortgefahren wird. Da der Austauschvorgang
leicht ausführbar ist, ergeben sich sowohl eine hohe Pro
duktivität als auch eine gute Wartungsmöglichkeit. In
gleicher Weise kann eine Zellen abtrennende Membran ausge
tauscht werden, ohne die Zellzüchtung zu beenden oder
einzustellen, wodurch eine Zellzüchtung über lange Zeit
räume möglich ist.
Da die Bouillon unter Verwendung einer Treibkraft gerührt
wird, die durch Zuführen eines Gases von einer Ausblasein
richtung verursacht wird, ohne einen Rührer zu verwenden,
werden die Zellen beim Rühren nicht beschädigt, was die
Produktivität weiter steigert.
Claims (18)
1. Verfahren zum Züchten von Zellen, bei dem Zellen in
einer Bouillon gezüchtet werden, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Zellen von der Bouil
lon getrennt werden und dann die so abgetrennten Zellen
zurück zu einem Fermenter geführt werden und daß eine
Mediumkomponente bzw. Medienkomponenten eine brauchbare
Substanz bzw. brauchbare Substanzen, die von den Zellen
erzeugt werden, und Abfallstoff bzw. Abfallstoffe von
der Bouillon abgetrennt werden, von der die Zellen
entfernt worden sind, wobei wenigstens ein Teil der
Mediumkomponente bzw. der Medienkomponenten zurück zum
Fermenter geführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Molekulargewicht der brauch
baren Substanz niedriger als das der Mediumkomponente
ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Zellen aus der Bouillon unter
Verwendung einer hydrophoben Membran abgetrennt werden.
4. Verfahren zum Züchten von Zellen, bei dem Zellen in
einer Bouillon gezüchtet werden, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Zellen von der Bouillon abge
trennt werden und die so abgetrennten Zellen zu dem
Fermenter zurückgeführt werden, daß Abfallstoff bzw.
Abfallstoffe, eine hochmolekulare brauchbare Substanz
bzw. hochmolekulare brauchbare Substanzen und eine
Mediumkomponente bzw. Medienkomponenten aus der Bouillon
abgetrennt werden, von der die Zellen entfernt worden
sind, und daß die hochmolekulare brauchbare Substanz
bzw. die hochmolekularen brauchbaren Substanzen sowie
die Mediumkomponente bzw. die Medienkomponenten weiter
hin in die Mediumkomponente bzw. die Medienkomponenten
und eine brauchbare Substanz bzw. brauchbare Substanzen
unterteilt werden, die ein Molekulargewicht haben, das
größer ist als das von wenigstens einer der Medienkompo
nenten, wobei wenigstens eine der Medienkomponenten
zurück zum Fermenter geführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Zellen von der Bouillon durch
Verwendung einer hydrophoben Membran abgetrennt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß in der Mitte einer Leitung, die
außerhalb des Fermenters angeordnet ist, ein Gas zuge
führt wird, das die Bouillon zwischen dem oberen und dem
unteren Teil des Fermenters so zirkulieren läßt, daß
eine Zirkulationstreibkraft herbeigeführt wird, wodurch
der Inhalt des Fermenters gemischt und die Züchtung
durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein Zellabscheider mit einer
zellenabtrennenden Membran für die Abtrennung von Zellen
aus der Bouillon verwendet wird und daß eine Rückführ
reinigung und ein Austausch der die Zellen abtrennenden
Membran während der Zellzüchtung ausgeführt wird.
8. Verfahren zum Züchten von Zellen, bei dem Zellen in
einer Bouillon gezüchtet werden, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Bouillon in einem Umwälzka
nal, der außerhalb eines Fermenters angeordnet ist,
zwischen dem oberen Teil des Fermenters und dessen
unteren Teil so umgewälzt wird, daß ein Rühren und
Züchten durchgeführt wird, wobei ein Gas in der Mitte
des Kanals zugeführt wird, der sich außerhalb des Fer
menters befindet, so daß eine Zirkulationstreibkraft
gebildet wird, wodurch ein Rühren und Züchten durchge
führt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Zellen von der Bouillon in
dem Umwälzkanal abgetrennt werden, der sich am unteren
Teil des Fermenters befindet.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein aus einer hydrophoben
Hohlfasermembran bestehender Zellabscheider zum Ab
trennen der Zellen aus der Bouillon verwendet wird,
daß die Hohlfasermembran in dem Zellabscheider mit
Dampf sterilisiert wird und daß die Innenseite des
Zellabscheiders gekühlt wird, nachdem die hohe Tempe
ratur bei der Sterilisation aufrechterhalten wurde,
und das Medium unter Ausnutzung des Unterdrucks in dem
Zellabscheider zugeführt wird.
11. Vorrichtung zum Züchten von Zellen in einer Bouillon
mit Einrichtungen zum Abtrennen der Zellen von der
Bouillon und zum Zurückführen der so abgetrennten
Zellen zurück zu einem Fermenter und mit Einrichtungen
zur Aufteilung der Bouillon in eine brauchbare Sub
stanz bzw. brauchbare Substanzen und in eine nicht
brauchbare Substanz bzw. nicht brauchbare Substanzen
und zum Zurückführen der so abgetrennten brauchbaren
Substanz bzw. brauchbaren Substanzen zum Fermenter,
gekennzeichnet durch Einrichtungen zur
Aufteilung der Bouillon, aus der die Zellen entfernt
worden sind, in eine Mediumkomponente bzw. in Medien
komponenten, in eine brauchbare Substanz bzw. brauch
bare Substanzen, die von den Zellen erzeugt wurden,
und in einen Abfallstoff bzw. Abfallstoffe, sowie
durch Einrichtungen zum Zurückführen wenigstens eines
Teils der Medienkomponenten zurück zum Fermenter.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 dadurch gekenn
zeichnet, daß das Molekulargewicht der
brauchhbaren Substanz kleiner als das der Mediumkompo
nente ist.
13. Vorrichtung zum Züchten von Zellen in einer Bouillon
mit Einrichtungen zum Abtrennen der Zellen von der
Bouillon und zum Zurückführen der so abgetrennten
Zellen zurück zu einem Fermenter und mit Einrichtungen
zur Aufteilung der Bouillon in eine brauchbare Sub
stanz bzw. brauchbare Substanzen und in eine nicht
brauchbare Substanz bzw. nicht brauchbare Substanzen
und zum Zurückführen der so abgetrennten brauchbaren
Substanz bzw. brauchbaren Substanzen zum Fermenter
gekennzeichnet durch Einrichtungen zur
Aufteilung der Bouillon, aus der die Zellen entfernt
worden sind, in einen Abfallstoff bzw. Abfallstoffe,
in eine hochmolekulare brauchbare Substanz bzw. in
hochmolekulare brauchbare Substanzen und in eine
Mediumkomponente bzw. in Medienkomponenten, durch
Einrichtungen zur weiteren Aufteilung der hochmoleku
laren brauchbaren Substanz bzw. brauchbaren Substanzen
und der Mediumkomponente bzw. Medienkomponenten in
eine Mediumkomponente bzw. Medienkomponenten und eine
brauchbare Substanz bzw. brauchbare Substanzen, die
ein Molekulargewicht haben, das größer ist als das von
wenigstens einer der Medienkomponenten, und durch
Einrichtungen zum Zurückführen wenigstens einer der
Medienkomponenten zum Fermenter.
14. Vorrichtung für die Züchtung von Zellen mit Verbin
dungsöffnungen, die über eine außerhalb eines Fermen
ters vorgesehene Leitung miteinander verbunden sind
und die am oberen und unteren Teil des Fermenters
angeordnet sind, durch den eine Bouillon strömt, da
durch gekennzeichnet, daß im oberen und
unteren Teil des Fermenters als Verbindungsöffnungen
ein Auslaß bzw. ein Einlaß vorgesehen sind und daß
eine Ausblaseinrichtung zum Zuführen eines Gases und
ein Zellabscheider zum Abtrennen von Zellen aus einer
Bouillon in der Mitte der Leitung vorgesehen sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Zellabscheider eine Dampf
leitung aufweist, um den Zellabscheider während der
Zellzüchtung ohne Entfernen des Zellabscheiders der
Züchtungsvorrichtung im Rücklauf zu reinigen, um eine
Hohlfasermembran während des Zellenzüchtens auszutau
schen.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Zellabscheider eine hydro
phobe Hohlfasermembran als Zellen abtrennende Membran
aufweist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein Zellabscheider in dem unte
ren Teil des Fermenters angeordnet ist, daß eine
Ausblaseinrichtung am Boden des Zellabscheiders vorge
sehen ist, daß die Verbindungsöffnung im oberen Teil
des Fermenters mit dem unteren Teil des Zellabschei
ders über eine Leitung verbunden ist und daß die
Verbindungsöffnung im unteren Teil des Fermenters mit
dem oberen Teil des Zellabscheiders verbunden ist.
18. Zellabscheider bestehend aus einer hydrophoben Hohl
fasermembran, die in der Lage ist, Zellen aus einer
Bouillon abzutrennen, und aus einem Gehäuse, das in
der Lage ist, die Hohlfasermembran zu halten, wobei
eine Leitung für die Rücklaufreinigung der Hohlfaser
membran des Zellabscheiders mit Dampf vorgesehen ist.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3360589 | 1989-02-15 | ||
JP13605089 | 1989-05-31 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4002994A1 true DE4002994A1 (de) | 1990-08-16 |
Family
ID=26372332
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19904002994 Withdrawn DE4002994A1 (de) | 1989-02-15 | 1990-02-01 | Verfahren und vorrichtung zur zuechtung von zellen |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
CH (1) | CH681545A5 (de) |
DE (1) | DE4002994A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004032318A1 (de) * | 2004-07-02 | 2006-01-19 | Fachhochschule Gießen-Friedberg | Herstellung einer konzentrierten Lösung aus biologischen Substanzen |
-
1990
- 1990-02-01 DE DE19904002994 patent/DE4002994A1/de not_active Withdrawn
- 1990-02-08 CH CH39990A patent/CH681545A5/de not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004032318A1 (de) * | 2004-07-02 | 2006-01-19 | Fachhochschule Gießen-Friedberg | Herstellung einer konzentrierten Lösung aus biologischen Substanzen |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CH681545A5 (de) | 1993-04-15 |
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Legal Events
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---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |