JP2001524830A - 細胞を培養又は処理するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 細胞を培養および／又は処理するための装置であって、以下の特徴を有する；第１のチャンバー（細胞チャンバー）がガス透過性キャリヤー上に配置されている。第１のチャンバーがガス透過性液体非透過性の第１のフィルムにより形成され、キャリヤー上に載置されている。第２の細孔質フィルムが第１のフィルム上に配置され、又はこれと一体化されている。上記２つのフィルムの内の少なくとも１つは弾性があり、第１のチャンバーの最終容積を出発容積の２倍に拡大させることができ、第１のチャンバーには少なくとも１つの供給および／又は排出ラィン（７、９）が備えられている。

Description

【発明の詳細な説明】 細胞を培養又は処理するための装置 本発明は細胞を培養又は処理するための装置に関する。 ＤＥ42 06 585 C2には細胞、特に肝細胞をプレート状細胞培養キャリヤー上に て大量培養するための装置が記載されている。この場合、細胞はガス透過性細胞 培養キャリヤー上のコラーゲン層中に配置される。更に、この装置はサンドイッ チ状につくられ、細胞を含むコラーゲン層が間挿された数個の細胞培養キャリヤ ーを備えている。この装置の欠点は、細胞チャンバーが常に正確に区切られ、特 定の容積を有することである。更に、細胞の可能な変化又は発達状態を確かめる ことを目的として細胞チャンバー内の細胞を観察することが困難である。 ＤＥ42 22 345 A1には肝細胞を用いて共培養法で或る細胞型を培養するための 方法が記載されている。この場合、肝細胞はサンドイッチ法でキャリヤー上にて 培養される。すなわち、第１のマトリックス層が肝細胞と、肝細胞を保持するた めのキャリヤーとの間に配置され、第２のマトリックス層が肝細胞上に配置され る。 ＵＳＰ5,449,617には固いハウジング内で培養が行われる培養容器が記載され ている。このものの欠点は利用されない容積部分（デッドボリューム）の割合が 大きい ことである。細胞に酸素を十分、かつ均一に供給するために器具を回転させる必 要がある。これは付着状態で成育される細胞にとって特に、継続したストレス要 因となる。この場合、肝細胞培養をいわゆるサンドイッチ法で長時間に亘り継続 させることはできない。なぜならば、上述の回転によりコラーゲン層が破壊され ることになるからである。これらの方法は、デッドボリュームとの関連でのみ拡 大（スケールアップ）することができる。しかし、これは、容積の増大が新たな 条件と常に遭遇することになりスケールアップをその限界に急速に到達させるた め、このスケールアップは実質的に制限される。更に、これは回転による攪乱が 細胞に対する圧力並びに剪断ストレスを増大させるという事実によっても左右さ れる。他方、仮にこのような回転が行われない場合、細胞に酸素を均一に供給す ることが最早できなくなる。これは、細胞培養空間との関連で、ガス透過性フィ ルム／薄膜を横方向に配列することに原因している。 ＵＳＰ4,748,124には培養システムのチャンバーのための画定容積の導入が開 示されている。この目的のため、培養チャンバーは圧縮状態に保たれる。しかし 、これらチャンバーは培養を開始する前に所定の寸法（画定寸法）に固定されな ければならないという欠点を有する。この培養空間の画定は利点であると見られ ている。しかし、実際には、異なる培養相に調整することができないこと、およ びこの培養システムが３−Ｄ成長に歩調を合わせる ためにサイズを増大させることができないことのため、著しく不利となる。この システムを少数のスターター培養組織から人口器官に発現させるために使用でき るようにするためには、そのような柔軟性を必要とする。 更に、ＵＳＰ4,748,124では透析膜のみが用いられている。これは、生産物を 輸送（取上げ、解放しなければならない）する肝細胞およびカタボライトのよう な一次細胞又は比較的大きい分子量を有する蛋白結合毒素の場合に著しく不利と なる。たんぱく質透過性細孔質薄膜のみがこれらを取扱うことができる。 本発明は、細胞を取扱うおよび／又は培養する場合に条件の変化、特に容積の 変化（容積の減少および増大）に対し多くの種々の方法で反応させるのに使用す ることができる装置を提供することを目的とする。この場合、同時に観察が可能 であると同時に大量培養を行うことが可能となるようにする。 本発明によれば、上記目的は請求の範囲１に記載した要件により達成すること ができる。 構造が簡単なため、この新規な装置は大量培養システムに適している。更に、 特定の要求にも応じさせることができる。従って、非常に小さな容積で、かつ、 細胞チャンバー又は細胞室で処理又は培養されるところの少数の細胞から始まっ て、後にこれらパラメータを出発容積の多数倍に増大することができる。このこ とは、検査されるべき少量の物質から始まって、これを細胞チャンバ ー内で成長させることができることを意味している。これは、更にコストの節減 、特に高価な物質の場合におけるコストの節減につながる。 ガス透過性フィルムを通って細胞チャンバーへ拡散することのできる空気又は 酸素を安定なキャリヤーを介して供給することができるため、１又はそれ以上の ユニットをサンドイッチ形式で重ねて従来の培養器に配置させることができる。 キャリヤー構造と酸素添加とをガス透過性フィルムを介して組合せる結果、酸素 および二酸化炭素を供給するためのポンプ装置を全く必要とせず、これにより装 置の操作の容易化を図ることができる。 その他の利点は、この新規な装置において、細胞チャンバーが常に簡単な方法 で観察可能であるという事実である。 特に有利で非自明な本発明の特徴が請求の範囲２に記載されている。 細胞は低い方の細胞チャンバーで処理、培養され、上方のチャンバーは栄養培 基を供給するために供することができる。この場合、栄養培基は細孔質フィルム 又は薄膜を介して細胞チャンバー中に拡散される。そのため、第２のフィルムは 適当に細孔質であり、液透過性でなければならない。このようにして栄養培基を 供給する他の利点は、細胞チャンバー中の細胞が実質的に僅かな剪断ストレスに しか曝されないことである。これら細胞はコラーゲン中、上下双方に固定され、 栄養培基は上から供 給される。 第２のチャンバーを使用する他の選択は、このチャンバーを細胞チャンバー中 に形成される物質を生産又は収穫するために使用することができることである。 すなわち、例えば白血球をこの細胞チャンバー中で培養し、抗原に曝すことがで き、その結果、細胞が抗体を生産し始める。これらの抗体はついで、第２のフィ ルムを介して第２のチャンバー中に拡散され、後にこのチャンバーから取り出さ れる。このようにして細胞は細胞チャンバー中に保持される。この場合、細胞チ ャンバーと第２のチャンバーとの間の第２のフィルムが適当な細孔性を保持し、 所望の物質のみがこのフィルムを透過できるようにすることのみが要求される。 更に、第２のチャンバー内に存在する培基を、細胞チャンバー中の細胞を邪魔 することなく、交換し得ることも有利となる。勿論、この逆も同様である。これ により比較的長期間に亘り再生可能なシステムが得られる。 他の請求の範囲および図面を参照して説明する以下の実施例の記載から本発明 の他の種々の利点および具体的特徴が明らかになるであろう。 図１は、本発明の新規な装置の側面を示す分解図である。 図２は、一部を拡大して示す縦断面である。 図３は、本発明の新規な装置の変形例を示す側面図である。 図４は、供給又は排出ラインのパイプ部分の頭部材を拡大して示す平面図であ る。 弾性ガス透過性テフロン薄膜２がキャリヤー１上に載置されている。このキャ リヤー１はグリッド状、有孔、プロファイル状（異形）又は蜂の巣状構造のプレ ート状のものからなっている。第２のフィルムである多孔質の液透過性フィルム ３が上記テフロン薄膜２の上に積層されている。更にガス透過性テフロンフィル ム４が上記フィルム３上に積層されている。これら３つのフィルムは端部で相互 にシールされている。このようにして、可変で上方へ自由に膨脹可能な細胞チャ ンバー５が、下面に連続的に支持されたテフロンフィルム２と細孔質の第２のフ ィルム３との間に形成されている。更に、可変で上方へ自由に膨脹可能な第２の チャンバー６が、第２のフィルム３と第３のフィルム４との間に形成されている 。いずれの場合も、第２のチャンバー６は少なくとも１つの供給ライン７又は８ および１つの排出ライン９又は１０を有している。導入されるべき物質の均一な 分布を達成するため、更に均一な流通を達成するため、チャンバーのための供給 、排出ラインが互いに反対となるように、より好ましくは対角方向に反対となる ように配置されている。細胞チャンバー５について基本的に１個の接続で適当で あるが、数個の接続を図ることもできる。 フレーム又は数個のスペーサー１１をカバーとして、 および位置画定のために第３のフィルム４上に載置させることができる。安定な キャリヤー１と、細胞チャンバー５と、栄養培基チャンバー又は収集チャンバー としての役割を果たす第２のチャンバー６と、フレーム又はスペーサー１１とに よりユニットが形成されている。このようなユニットの任意数を互いに重ね合せ てもよい。酸素は矢線で示す方向でキャリヤー１を介して下から、あるいはスペ ーサー１１間の側面から、細胞チャンバー５内に導入された細胞１２に供給する ことができる。同様にして、栄養培基を第２のチャンバー６から透析的又は細孔 質フィルム３を介して細胞チャンバー５内に拡散させることもできる。 図２には、細胞チャンバー５および第２のチャンバー６がどのように形成され ているのか、２つのチャンバーを形成するために、フィルム２、３および４がそ れらの縁部でどのシールされているのかが示されている。この目的のため、フレ ーム様又は細長スペーサー１１の下面に、締付け又はシール材として鋸歯状構造 １３を設けてもよい。これら３つのフィルム２、３および４はキャリヤーフレー ム１の上に積層され、スペーサー１１を所定位置に配置した後、鋸歯状構造１３ により締付けてもよい。この場合、スペーサー１１は図示されていない方法によ りキャリヤー１に接続される。これは、例えばネジ又は接着により行うことがで き、これにより総括的シールが得られる。 フィルム２、３および４も相互に接着又は溶接させてもよい。しかし、供給ラ イン７、８、および排出ライン９、１０は、フレーム又はスペーサー１１を所定 位置に配置する前に挿入する必要がある。これら供給ラインおよび排出ラインは 既製ユニットの形であってもよい。外部との接続を得るため、これらラインはい ずれの場合も、環状頭部１５を有するパイプ部分１４を有する。このパイプ部分 １４は雄ネジ部を有し、これにネジナット１６が螺合されるようになっている。 テフロンフィルム２をキャリヤー１上に配置させた後、直ちにパイプ部分１４を 有する少なくとも１個の供給ライン７と、同様のパイプ部分１４を有する１個の 排出ライン９とをそれぞれ薄膜２に貫通させ、キャリヤー１の孔中に挿入させる 。これに関連して、頭部１５がキャリヤー１の上面に密着され、フィルム２がそ の下に締付けられる。必要に応じ、シールリング（Ｏリング）を同様にして設け てもよい。ネジナット１６を下から螺合されることにより密封が達成される。最 後に、ホース１７、１８をそれぞれパイプ部分１４上に摺動させることができる 。このようにして細胞チャンバー５を満たしたり、空にしたりすることができる 。 細孔質フィルム３を所定位置に配置した後、パイプ部分１４を同様にして細孔 質フィルム３に貫通させ、キャリヤー１の孔中に挿入させる。供給、排出のため の共通ラインを設ける意思のない場合は、このパイプ部分１４ は第２のチャンバー６に対し供給ラインあるいは排出ラインのいずれであっても よい。 好ましくは、シールリング１９を更に頭部１５とキャリヤー１との間に設ける 。この配置により、同様に、培基を第２のチャンバー６に対し供給、排出させる ことができる。 処理の開始に際し、３つのフィルム２、３および４は直接、相互に重ね合され ている。培基が細胞チャンバー５に供給されたとき、フィルム３の弾性のため、 あるいは所望に応じフィルム２の弾性のため、適当な可変距離をとることができ 、これにより対応する処理チャンバー又は細胞チャンバー５が形成される。同様 のことが第２のチャンバー６に対しも当てはまり、供給ライン８を介して導入さ れる培基、例えば栄養培基により形成させることができる。この場合、フィルム ３に加えて、フィルム４が延伸され、これにより第２のチャンバー６のための十 分な空間が提供される。上方方向については特に制限がないため、細胞チャンバ ー５および第２のチャンバー６の容積は所望により上方へ膨脹することができる 。つまり、ゼロ距離から始まって、１ないし２ｃｍの高さに達することができる 。 例えば、骨髄を細胞チャンバー５で培養する場合、容積を１００ないし１００ ０倍に増大させることができる。例えば、当初の容積は、細胞１２の薄いフィル ムのみが存在する場合は１００マイクロリットルないし５ｍＬ である。細胞はついで、増血幹細胞の増殖により細胞チャンバー５内で成長する 。成長因子が非常に高価であるため、この新規な装置の場合、少量で出発するこ とによりコストの節減を図ることができることを意味する。これにも拘わらず、 処理を中断させたり、装置を変更させたりする必要はない。なぜならば、このシ ステムは勿論、処置に歩調を合わせて成長することができるからである。更に、 この構造は原理的に骨髄基質細胞が、幹細胞の増殖の間においてバイオリアクタ ー中にとどまることができるようになっているからである。 この新規な装置は抗体又はワクチンを製造するのにも使用することができる。 この場合、免疫活性化ウイルス又はバクテリア要素が細胞チャンバー５に供給さ れ、代わって形成されるクローンが抗体を生産し、これがフィルム３を通って拡 散し、細胞チャンバー５中に混乱を生じさせることなく第２のチャンバー６から 収穫される。所望に応じ、細胞チャンバー５を同様に、細分することができる。 この新規な装置を使用することにより、第２のチャンバー６および／又は細胞 チャンバー５内の現象を観察することも容易に可能である。すなわち、この装置 を何等の困難を伴うことなく顕微鏡の下に挿入させることができ、これによって 、これらチャンバー内の培養物が影響を受ける虞れもない。実際問題として、全 ての個々のユニット又は全てのモジュールを観察することができる。 図２に示すように締付けられるフィルム２、３および４の代わりに、これらを 、側面を介して又は全周に亘って、キャリヤー１に対し接着させることができる 。 細胞の型および／又は培養の型によっては、適当であれば、１個のチャンバー のみ（この場合、細胞チャンバー５）および２枚のフィルムのみ、すなわちフィ ルム２および３のみで済すこともできる。すなわち、例えば菌を細胞チャンバー ５内で培養することができ、フィルム３の弾性（適当であれば、フィルム２の弾 性も加えて）による細胞チャンバー５の容積の増大に対応してこの菌は成長する ことができる。 更に、中間フィルム２１（図２の細胞チャンバー５中に破線で示す）を使用す ることができ、これにより２つの細胞チャンバー区域が形成される。必要に応じ て、第２のフィルム１１も細孔質のものであってもよい。 この新規な装置の重要な利点の１つは、細胞チャンバー５および第２のチャン バー６の相付随した成長の結果として、第２のチャンバー６から物質を収穫する 際、細胞チャンバー５中の細胞がこれにより害を被る必要がなく、また、同時に 除去される必要も生じないことであり、従来の場合のように損失を受けることも ない。 これは、骨髄が拡張されつつあるとき、造血幹細胞が拡大することができ、同 時に基質細胞はバイオリアクター内に長期間に亘って、すなわち、幹細胞が十分 な容積 に増大するまで（例えば、１ないし５ｍＬから５００ｍＬへ）、とどまることが できる。 更に、少なくともキャリヤー１およびフレーム又はユニットのスペーサー１１ を実験シリーズが終了した後にも再使用することができることも有利である。２ つのチャンバー、すなわち細胞チャンバー５および第２のチャンバー６を置換す るだけでよい。これらのチャンバーはフィルム２、３および４から形成され、実 際上ポーチを構成するものである。供給および排出ライン７ないし１０も再使用 することができる。 特別のスタータ細胞（例えば、ヒト骨髄）の入手可能性が少ないことのため、 および／又は成長因子およびインターロウキン（interloukins）の莫大なコスト のため、容積はできるだけ小さいこと（約１ないし５ｍＬ）が好ましく、他方、 この容積が培養の間に１００ないし１０００倍に増大することができることが好 ましい。すなわち、例えば患者からの骨髄は体外的に増殖され、約５００ｍＬが 再び戻されて移植されるようにする。 更に、例えば肝細胞の場合など、特定の培養段階において、細胞が最適に成長 できるようにするため、並びに管理なしに、かつ、非灌流条件下で、増殖が以降 ２４又は４８時間行われるようにするため、大量（１０００ｃｍ²の表面積の場 合、２００ないし３００ｍＬ）の栄養培基をこの新規な装置から作られたバイオ リアクターへ導入することが要求される。乱流の発生を避ける必要の ある時点は、まさに、細胞が成長段階にあるときである。しかし、仮にバイオリ アクターの容積が最初に既に非常に小さな値に設定されている場合は、このこと は、灌流が停止されたとき許容時間が大きく減少されることを意味する。なぜな らば、栄養培基は数分以内に消費つくされてしまうからである。更に、一次細胞 （例えば、肝臓）の細胞分離においてコラーゲナーゼを用いて細胞を分離する際 に蓄積するところの細胞からの毒性生産物、カタボライト、および細胞分解生産 物は、高い局所的濃度で成長を妨害し、その結果、培養の開始を妨害し、敏感な 細胞を死に至らしめる。 一次肝細胞を培養する場合には以下の手法が採用される。 最初に、コラーゲンの溶液（例えばタイプＩコラーゲン１．５ｍｇ／ｍＬおよ び１ミリモルに溶したフィブロネクチン３μｇ／ｍＬ）が細胞チャンバー５又は 細胞区画へ注入され、過剰のコラーゲンは直ちに再び除去される。これにより反 応器が無気泡の状態に潰される。なぜならば、弁の付加的開口部無しに真空が引 かれるからである。この柔軟性は滅菌性および培養の観点からも有利である。な ぜならば、気泡は細胞にとって有害であるからである。過剰のコラーゲンの除去 はコストの節減につながる。なぜらなば、このコラーゲンは他のモジュールのた めに使用することができるからである。 反応器又は装置は、コラーゲンを結合（架橋）させる ため、このようにして３７℃にて放置されるか、あるいは紫外線で照射される。 コラーゲンは栄養培基の１０倍濃度のものを用いて又は用いずに細胞チャンバー ５内に添加される。これによりｐＨが直ちに中和化される。簡便のため、もし、 これをしない場合でも、この装置の柔軟性のため、高い割合の栄養培基を加える ことによりｐＨを中和することもできる。なぜならば、培養基の希釈作用により 必要な緩衝が達成できるからである。 この濃度は通常、肝細胞を培養する場合、１ｘ１０⁶細胞／ｍＬに調整される 。従って、１０００ｃｍ²の培養表面面積に対し２００ｍＬが必要となる。この 容積は２ないし４時間後に置換され、これにより毒素、細胞の残骸を除去し、新 鮮な栄養培基が更に２４ないし４８時間、肝細胞上に残されるようにする。その 後、栄養培基は完全に除去され、単一の未だに融合していない細胞層のみが残さ れるようにする。この細胞層の上に１０倍濃度の栄養培基（例えば、Ｗｉｌｌｉ ａｍｓ Ｅ）と混合された約２０ないし５０ｍＬのコラーゲン（細胞チャンバー ５内で）が載せられる。その後、過剰のコラーゲンが再度、細胞チャンバー５か ら吸引される。これにより、細胞チャンバー５が潰され、下方のガス透過性フィ ルム又は薄膜２を、その上に成長した細胞と共に、中央のフィルム３又は薄膜に 近付けさせる。更に、これにより、コラーゲン層の固さが維持され、剪断力の作 用からの保護が与えられる。 第２のコラーゲン層を細胞チャンバー５に導入し（細胞の接種後４８時間）、 約１時間待機した後、上方の第２のチャンバーに栄養培基が満たされる。 栄養培基の容積が高いほど、バイオリアクターをスタンドバイモードに維持す ることが容易になる。 従来の認識とは反対に、一次肝細胞が使用されたとき、１％以上（２０ないし ３０％）の割合の非柔組織細胞を培養物中に混入させることが好ましい。なぜな らば、これらの細胞は局所的に成長因子を形成させ、その結果、さもなくば増殖 しない肝細胞を自然に膨脹させるからである。さもなければ、肝細胞は、外因的 に供給され、かつ非常に高価な成長因子（例えば、ＥＧＦ＝表皮性成長因子、Ｔ ＧＦ＝形質転換成長因子、ＨＧＦ＝肝細胞成長因子）の大量を以て刺激されなけ ればならない。外因的に生産される細胞（ＮＰＣ＝非柔組織細胞により）の分泌 は更にＧＨ＝成長ホルモンで増大させることができ、バイオリアクターの細胞再 生が比較的長期間の操作で安価に達成することができる。 もし、このリアクターシステムを生物人工器官（例えば肝臓）として使用する 場合、最小容積が要求される。なぜならば、拡散による物質交換は、使用される 血漿層の厚みが減少することにより、実質的により効果的になるからであり、リ アクターの生産物が非生理学的濃度にまで希釈されることはないからである。こ れに関連して、灌流チャンバー又は第２のチャンバー６の垂直方向の高 さは１０ないし５０μｍであればよい。 これらを肝臓疾患の患者について生体中で使用できるようにするため、バイオ リアクターモジュールが滅菌コネクターを用いて相互に平行に接続され、マルチ チャンネルポンプシステムを介しての吸出しにより培養基が完全に除去される。 そして、患者の血漿（血漿分離器と貯蔵器との組合せで）が、できるだけ薄くし た層中の上方の第２のチャンバー６を介して導かれる。このために、リアクター 又は上記装置を介して血漿を導くために吸引を利用することが望ましい。なぜな らば、これにより上記リアクター又は上記装置が小容積に潰れるからである。こ の灌流操作の間の支持および安全性のため、上記リアクターの上流に配置された インラインポンプを用いることにより、小さな厚みの層との関連で、上記リアク ターの操作の間、灌流条件を一定に保持させることができる。 この装置は、ガス透過性フィルム（例えばテフロン）上でケラチン生成細胞を 培養するのに使用することができる。これらのフィルムはその層の厚みが小さい 場合（例えば２５μｍ）に、高い酸素透過性を有する。ケラチン生成細胞が上記 フィルム上で膨脹したとき、従来同様に以下のような問題が生じる。すなわち、 これらのフィルムを傷の被覆材として使用したとき（例えば、火傷の後、および 火傷跡切除術により焼けた組織残さを除去した後）、フィルム上に成長した細胞 が、傷上でフィル ムを回した後に、誤って配向されることである。なぜならば、角質化は常に空気 に曝された側で行われるからである。 ガス透過性フィルム２を接着基材として使用した場合、ケラチン生成細胞は最 初に付着し、増殖し、通常のように多層成長も生じる。もし、第２のチャンバー ６内で細胞を覆う培基層の厚みが培養の間に増大し、酸素供給との関連で制限が 生じるまで拡大すると、細胞は再配向し、角質化は低い側に生じる。酸素供給は フィック（Ｆｏｃｋ）の拡散の法則に従って、培基層の厚みに依存し、酸素量は １ｍｍの厚みの層における細胞層に対する値の０に近付く。 もし、この側のバイオリアクター又はフィルム２がこのような用途に設計され 、フィルム２をコップの形で、所定の破損部位又は目印した剥離表面で引離すよ うにすると、これにより正しく配向された多層ケラチン生成細胞培養物で覆われ た滅菌傷部を達成することができる。 この目的のため、バイオリアクターに滅菌性の理由から、付加的で、除去可能 な滅菌ハウジング（ケース又は追加のフィルム、ガス透過性膜又は構造、紙包装 又は空気を透過させる滅菌フィルターを備えた合成材料）を具備させることがで きる。 バイオリアクターの多様性を持たせたこと、すなわち年代順に変動させた方法 で大小の容積を達成し得るよう にしたことは、本発明の重要な利点である。この柔軟性により、この異なる器官 および細胞システムを培養することができ、これらシステムを多細胞および多層 培養で拡大させることができる。 この構造原理は従って、容積感応性構造原理であって、これにより異なる容積 を年代順に区分して設定する方法を可能にすることができる。これは、更にリア クターが“付随した状態で成長”することを意味し、更に従来の認識とは反対に 、好ましくない“デッドボリューム”を存在させないことを意味する。 下方の細胞チャンバー５又は区域で細胞を培養し、酸素供給に接近させた場合 は、上方のフィルム４は必ずしも必要としない。一般に細胞チャンバー５はキャ リヤー１上に配置される。しかし、逆の配置、すなわち細胞チャンバー５を上方 に配置し、第２のチャンバーを下方に配置することも可能であり、この場合、所 望に応じ、第２のチャンバー６を支持を目的としてキャリヤー１の上に載置させ てもよい。 簡便のため、接続部又は供給および排出ライン７ないし１０は全て上方か下方 から導出させてもよい（あるいは混在させて導出させてもよい）。上方に接続さ せた場合の利点は、製造時にこれらのラインを上方フィルム４又は３へ真直ぐに 一体化させることができることである（例えば、深絞り法）（図３参照）。図３ は更にスペーサ２０又は隔離ノブが、フィルム２、３および４が吸引 により互いに接合したり、あるいは供給および排出ライン７ないし１０の領域で 互いに接着するのを防止する目的で設けられていることを示している。これらフ ィルムの接合又は吸着は、例えば、供給および排出開口部のパィプ部分１４の頭 部１５に外側に向けて放射状に導出された溝によっても防止することも可能であ る。これによって、これらフィルムが互いに上面に直接重ね合されときでも、あ るいは吸引により互いに接合されたときでも培基を関連するチャンバーへ導入さ せるのを確保することができる。 バイオリアクター又は装置は以下のように構成させることもできる。すなわち 、チャンバー５、６に加えて、フィルム２、３および４、更に対応する接続を用 いて培養ユニットをポーチの形に組立てることができる。なお、チャンバー５、 ６もこれら材料から形成されている。バイオリアクター又は培養ユニットは支持 キャリヤー１上に配置、固定される。これはポーチに形成した横孔を利用して締 付けることにより行われる。 バイオリアクターはポーチを用いてそれ自体で正しく機能することはない。な ぜならば、必要とする柔軟性および簡単な取扱いは支持構造又はキャリヤー１と の組合せで初めて達成されるからである。連続する支持構造又はキャリヤー１な しでポーチを充填した場合は、培基又は細胞を直ちに最下部へ落下させることに なり、その結果、細胞が死滅してしまう。 理想的には、フィルム３の孔径は０．２μｍ（滅菌濾過限界）とし、これによ り細胞チャンバー５を滅菌保護させることができる。しかし、より大きい又は小 さい孔径を用いることも可能である。これらの孔径は、例えばウイルス（肝細胞 又は骨髄細胞、ケラチン生成細胞などについてのトランスフェクション試験に使 用される）が適当な細胞チャンバー５内に保持される程度に小さいものとするよ う選択することができる。 使用し得るフィルム材料の例としては、テフロン、シリコーン、ポリカーボネ ート、ポリエステルなどがある。この内、特に、ポリカーボネート、ポリエステ ルがその透明性のため、細孔質フィルム３として適している。 フィルムおよびホースの表面は例えばヘパリンで予め塗布し補体活性化を抑制 するようにする。 中空繊維システムとは対照的に、層状に成長する細胞を例えばトリプシン化し たり、単に吸引することにより、極めて容易に除去することができる。 この新規な装置は植物細胞又は海藻を取扱う場合にも利用することができる。 すなわち、酸素を生成させるため透明なバイオリアクター内で光合成させる。こ れは宇宙旅行で、炭酸ガスを吸収し酸素を供給する目的で利用することができる 。 更に、ガスで汚染された大気をバクテリアを用い解毒させる場合にもこのシス テムを利用することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．細胞を培養および／又は処理するための装置であって、以下の要件を具備し てなる； １．１ ガス透過性キャリヤー（１）上に配置された第１のチャンバー（細胞 チャンバー５）、 １．２ 該第１のチャンバー（細胞チャンバー５）が、該キャリヤー（１）上 に載置された第１のガス透過性、液体非透過性フィルム（２）と、該第１のフィ ルム（２）上に配置され、又は該第１のフィルム（２）と一体化された第２の細 孔質フィルム（３）とから形成されている、 １．３ 上記２つのフィルム（２、３）の内の少なくとも１つは弾性があり、 第１のチャンバー（５）の最終容積を出発容積の多数倍に拡大させることができ る、 １．４ 第１のチャンバー（５）には少なくとも１つの供給および／又は排出 ライン（７、９）が備えられている。 ２．第３のフィルム（４）が第２のフィルム（３）上に配置され、かつ、第２の フィルム（３）と接続ないし一体化されており、該第２のフィルム（３）および ／又は第３のフィルム（４）は弾性を有し、第２のチャンバー（６）を該第２の フィルム（３）と第３のフィルム（４）との間に形成させることができ、その最 終容積を出発容積の多数倍に拡大させることができ、該第２のフィルム （３）が細孔質フィルムであって該第１のチャンバー（細胞チャンバー５）から の選択された物質を該第２のチャンバー（６）へと通過させることができ、該第 ２のチャンバー（６）に少なくとも１つの供給および／又は排出ライン（９、１ ０）が備えられている請求の範囲１記載の装置。 ３．第１および第２のフィルム（２、３）から形成された細胞チャンバー（５） の多数と、第２および第３のフィルム（３、４）から形成された該第２のチャン バー（６）とが、互いに上下に重ね合されている請求の範囲１又は２に記載の装 置。 ４．フレーム（１１）が該第３のフィルム（３、４）上に配置されている請求の 範囲１ないし３のいずれかに記載の装置。 ５．フレーム（１１）の下面にフィルム（２、３、４）のための締付けおよび／ 又は封止部材（１３）が配設されている請求の範囲４記載の装置。 ６．複数のフィルムが縁部で互いにおよび／又はキャリヤー（１）に対し液密に 接合されている請求の範囲１ないし４のいずれかに記載の装置。 ７．フィルム（２、３、４）がキャリヤー（１）に対し接着されている請求の範 囲６記載の装置。 ８．供給および／又は排出ライン（７、８、９、１０）がプレハブユニットであ り、各関連のフィルム（２、３、４）を貫通して設けられ、かつ固定されていて 、キャリ ヤー（１）に対し取付け可能となっている請求の範囲１ないし７のいずれかに記 載の装置。 ９．該プレハブユニットが接続保持手段によりキャリヤー（１）に対し接合され ている請求の範囲８記載の装置。 １０．各プレハブユニットが、ネジ部を有するパイプ部分（１４）を有し、これ にネジナット（１６）が螺合され、キャリヤー（１）が該パイプ部分（１４）と ネジナット（１６）との間に締着されている請求の範囲８又は９に記載の装置。 １１．頭部（１５）とキャリヤー（１）および／又はフィルム（それぞれ２又は ３）との間にシールリング又はスペーサー（１９）が配置されている請求の範囲 １０記載の装置。 １２．該フィルム（２、３、４）がテフロン、シリコーン、ポリカーボネート又 はポリエステルからなるものである請求の範囲１ないし１１のいずれかに記載の 装置。 １３．該キャリヤー（１）が格子状又は有孔プレートの形態のものである請求の 範囲１ないし１２のいずれかに記載の装置。 １４．供給および／又は排出ライン（７、８、９、１０）がユニットとして、該 第３のフィルムおよび第２のフィルムに合体されている請求の範囲１ないし１３ のいずれかに記載の装置。 １５．細胞チャンバー（５）が中間フィルム（２１）を介して２つの区域に細分 されている請求の範囲１ないし１４のいずれかに記載の装置。 １６．細胞を培養および／又は処理するための方法であって、以下の工程を具備 してなる； １６．１ 第１のガス透過性、液体非透過性フィルム（２）をガス透過性キャ リヤー（１）上に配置し、 １６．２ 第２の細孔質フィルム（３）を第１のフィルム（２）上に配置し、 ２つのフィルム（２、３）の内の少なくとも１つを弾性のものとし、 １６．３ 第３のフィルム（４）を第２のフィルム（３）上に配置し、この第 ２又は第３のフィルム（３、４）を弾性のものとし、 １６．４ これらフィルム（２、３、４）を縁部でシールし、 １６．５ 培養および／又は処理のため、細胞（１２）を第１のフィルム（２ ）と第２のフィルム（３）との間に導入し、 １６．６ 第２の培基を第２のフィルム（３）と第３のフィルム（４）との間 に導入し、 １６．７ 上記形成された２つのチャンバー（５、６）の容積が要求に応じて 変化するようにする。