JP2007202430A - Hollow yarn bundle module for cell culture - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、医療分野や医薬品製造分野において細胞を培養するのに好適な細胞培養用中空糸束モジュールに関するものである。 The present invention relates to a hollow fiber bundle module for cell culture suitable for culturing cells in the medical field and pharmaceutical manufacturing field.
近年、細胞の機能解析や各種幹細胞の発見およびその分化誘導技術が進歩したことにより、従来では治療が困難とされていた種々の疾病についても治療の可能性が見込まれるようになってきている。 In recent years, with the advancement of cell function analysis, discovery of various stem cells, and differentiation induction techniques thereof, the possibility of treatment for various diseases that have been conventionally difficult to treat has come to be expected.
特に、欠失する組織の修復や機能改善をめざす再生医療に期待が高まっており、様々な取組みが行われつつある。 In particular, there is an increasing expectation for regenerative medicine aiming at repairing a lost tissue and improving its function, and various efforts are being made.
再生医療は、多くの場合、自家あるいは他家において目的とする機能を有する細胞を培養装置で増殖させて患者に移植する細胞培養技術がベースとなる。ところが、そのベースとなるべき細胞培養技術には解決されていないいくつかの基本的な課題が存在しており、再生医療の普及を阻んでいる。 In many cases, regenerative medicine is based on a cell culture technique in which cells having a target function in a home or other home are grown in a culture apparatus and transplanted to a patient. However, there are some basic issues that have not been solved in the cell culture technology that should be the basis of the technology, which is preventing the spread of regenerative medicine.
その課題の一つとして、患者毎の細胞の厳格な識別性を確保しつつ、増殖させた細胞を効率良く回収することができる培養容器および培養システムの技術が現状で確立されていないことが挙げられる。 One of the challenges is that the technology of culture vessels and culture systems that can efficiently recover the proliferated cells while ensuring strict discriminability of cells for each patient has not been established at present. It is done.
また、従来技術では、種とする細胞は患者自身の血液や組織より分離採取されるが、これを移植に必要とされる細胞数(107〜109個レベル)まで増殖させるには大量の血液や組織を必要とするため、患者の負担が大きくなることが避けられなかった。 In the prior art, the seed cells are isolated and collected from the patient's own blood or tissue, but a large amount of cells are required to grow to the number of cells required for transplantation (10 7 to 10 9 levels). Since blood and tissue are required, the burden on the patient is inevitable.
このような細胞数の大量培養手段として、半透過性の中空糸膜を充填したモジュールを利用する培養装置が普及している。この種の培養装置は、個別識別性に優れ、複数の培養を同時に行うのにも適している。 As a means for culturing such a large number of cells, a culture apparatus using a module filled with a semipermeable hollow fiber membrane is widely used. This type of culture apparatus is excellent in individual identification and is suitable for performing a plurality of cultures simultaneously.
例えば、特許文献1には、半透過性管状膜(キャピラリ:本願の「中空糸」に相当)束をガラス製の殻に内封して細胞培養ユニットとし、キャピラリに栄養素媒質を循環することによってキャピラリ表面に付着した細胞を増殖させる技術が開示されている。
しかしながら、従来のモジュール培養は、モノクローナル抗体生産のように細胞の分泌成分を培養液中に回収することを目的としたものであり、モジュール内に増殖した細胞を回収するようには構成されておらず、内部に存在する細胞の生死や生理活性維持に配慮されているとも言えない。 However, the conventional module culture is intended to collect the secretory components of the cells in the culture solution as in the case of monoclonal antibody production, and is not configured to collect the cells grown in the module. In other words, it cannot be said that consideration is given to the life and death of the cells existing inside and the maintenance of physiological activity.
すなわち、従来のモジュール培養においては菌汚染や液漏れ回避の観点から、培養操作において破損する虞れのない強度と密封性を備えたモジュールを使用することが是とされているため、モジュール内から付着性細胞を回収する場合、トリプシン処理によって細胞剥離を行うことが一般的であるが、モジュール構造における密封性の高さが障害となって細胞回収処理が行いにくく、細胞回収率が低かったり、また、過度の処理によって細胞を傷めるという問題があり実用的ではなかった。 That is, in the conventional module culture, from the viewpoint of avoiding bacterial contamination and liquid leakage, it is recommended to use a module with strength and sealability that does not cause damage during the culture operation. When recovering adherent cells, it is common to detach cells by trypsin treatment, but the high sealing performance in the module structure is an obstacle, making it difficult to perform cell recovery processing, and the cell recovery rate is low, In addition, there is a problem that cells are damaged by excessive treatment, which is not practical.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、培養した細胞を傷めず効率良く回収することができる細胞培養用中空糸束モジュールを提供することを目的とするものである。 This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the hollow fiber bundle module for cell cultures which can collect | recover efficiently, without damaging the cultured cell.
本発明は、半透膜素材からなる中空糸を束ねた中空糸束と、この中空糸束と培養液を収納するとともに培養液導入部と培養液排出部が備えられたハウジングと、を有する細胞培養用中空糸束モジュールにおいて、上記ハウジング内に収納された中空糸束の少なくとも一方端部を切断するための切断用開口部がハウジングに形成されるとともに、その切断用開口部を解除可能に封止する封止体が設けられ、さらにハウジング端部に、一方端部で切断されて自由端を得た中空糸束をハウジングから抜脱するためのハウジング分割部が備えられている細胞培養用中空糸束モジュールである。 The present invention relates to a cell having a hollow fiber bundle in which hollow fibers made of a semipermeable membrane material are bundled, and a housing in which the hollow fiber bundle and a culture solution are stored and a culture solution introduction unit and a culture solution discharge unit are provided. In the culture hollow fiber bundle module, a cutting opening for cutting at least one end of the hollow fiber bundle housed in the housing is formed in the housing, and the cutting opening is releasably sealed. A cell culture hollow provided with a sealing body for stopping, and further provided with a housing dividing part for removing a hollow fiber bundle cut at one end part to obtain a free end from the housing at the end part of the housing This is a yarn bundle module.
本発明における細胞培養用中空糸束モジュールは、中空糸内に培養液を循環させ、その中空糸膜を透過した培養液成分を、中空糸外部に存在する細胞に供給するものであり、その中空糸は、例えば再生セルロース、セルロースエステル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチルあるいはポリカーボネートから選択される1種類の材料から、或いは複数種類の材料を組み合わせた混合体から構成することができる。 The hollow fiber bundle module for cell culture in the present invention circulates a culture solution in a hollow fiber and supplies a culture solution component that has permeated through the hollow fiber membrane to cells existing outside the hollow fiber. The yarn is, for example, a single material selected from regenerated cellulose, cellulose ester, polysulfone, polyethersulfone, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, polystyrene, polymethyl methacrylate or polycarbonate, or a mixture of a plurality of materials. It can consist of
本発明における中空糸束とは、1本または2本以上の中空糸がハウジング内にその長手方向に配置されたものを意味する。また、半透膜とは溶液の一部の成分は通過させるが、他の成分は通さない選択的透過性能を有するものであり、例えば、孔径によって通す成分を調整することができる多孔質膜等が示される。また、上記中空糸は、表面を親水化処理されたものを使用することが好ましい。細胞親和性が増すと共に、培養液成分の膜透過性も向上するからである。 The hollow fiber bundle in the present invention means one or two or more hollow fibers arranged in the longitudinal direction in the housing. In addition, the semipermeable membrane has a selective permeation performance that allows some components of the solution to pass therethrough but does not allow other components to pass therethrough. For example, a porous membrane that can adjust the components to be passed depending on the pore diameter, etc. Is shown. Moreover, it is preferable to use the hollow fiber whose surface has been subjected to a hydrophilic treatment. This is because the cell affinity increases and the membrane permeability of the culture solution component also improves.
本発明において、上記切断用開口部としてハウジングの筒軸方向と直交する方向に切り欠かれたスリットを有することができる。 In the present invention, the cutting opening may have a slit cut out in a direction orthogonal to the cylinder axis direction of the housing.
本発明において、上記封止体として切断用開口部に熱収縮フィルムを巻き付けることができる。 In the present invention, a heat shrink film can be wound around the opening for cutting as the sealing body.
本発明において、上記スリット近傍のハウジング外周壁にねじ部を形成し、封止体としてそのねじ部に螺合するユニオンナットを有することができる。 In the present invention, a screw portion can be formed on the outer peripheral wall of the housing in the vicinity of the slit, and a union nut that can be screwed into the screw portion as a sealing body can be provided.
本発明において、上記スリットを挟んでその両側のハウジング外周壁に鍔部または環状溝を形成し、封止体としてそれらの鍔部または環状溝に締め付け固定されるクランプを有することができる。 In the present invention, a flange or an annular groove is formed in the outer peripheral wall of the housing on both sides of the slit, and a clamp that is fastened and fixed to the flange or the annular groove as a sealing body can be provided.
本発明において、上記クランプの内面に、切断用開口部に嵌合し得る凸部を形成することができる。 In this invention, the convex part which can be fitted in the opening part for a cutting | disconnection can be formed in the inner surface of the said clamp.
本発明において、上記封止体としてスリットに被着される樹脂製または金属製カバーを有することができる。 In the present invention, the sealing body can have a resin or metal cover attached to the slit.
本発明において、上記スリット縁部にシール材を周設することが好ましい。 In the present invention, it is preferable to provide a sealing material around the slit edge.
本発明において、上記切断用開口部としてハウジングの一方端部から管軸方向と直交する方向に筒状部を延設し、この筒状部先端の開口を閉塞する蓋体または上記筒状部内を埋める栓体を備えることができる。 In the present invention, as the opening for cutting, a cylindrical portion is extended from one end of the housing in a direction orthogonal to the tube axis direction, and the lid that closes the opening at the tip of the cylindrical portion or the inside of the cylindrical portion is provided. A plug to be filled can be provided.
本発明において、上記ハウジング分割部に、雄ねじ部と雌ねじ部から構成される管継手を備えることができる。 In the present invention, the housing split part can be provided with a pipe joint composed of a male screw part and a female screw part.
本発明において、上記中空糸束は、中空糸に沿わせて任意本数の細胞付着成育用繊維束を補助的に有することができる。 In the present invention, the hollow fiber bundle can supplementarily have an arbitrary number of cell-adhesive growth fiber bundles along the hollow fiber.
本発明によれば、中空糸束モジュール内で培養した細胞が付着した中空糸束を、損傷また損失することなく容易に外部に取り出すことができるため、細胞の回収効率を高めることができるという長所を有する。 According to the present invention, the hollow fiber bundle to which the cells cultured in the hollow fiber bundle module are attached can be easily taken out without damage or loss, so that the cell recovery efficiency can be improved. Have
図1は本発明に係る細胞培養用中空糸束モジュール(以下、中空糸束モジュールと略称する)の構成を示したものであり、同図(a)は正面図、同図(b)はそのC−C矢視側面図を示している。なお、図1(a)においてハウジングの中心軸Aより上側は内部構成を示すために断面で表している。 FIG. 1 shows the structure of a hollow fiber bundle module for cell culture according to the present invention (hereinafter abbreviated as a hollow fiber bundle module). FIG. 1 (a) is a front view, and FIG. The CC side view side view is shown. In FIG. 1 (a), the upper side from the central axis A of the housing is shown in cross section to show the internal configuration.
a ハウジング
中空糸束モジュール1は、樹脂製のハウジング2を有しており、このハウジング2は筒部2aとこの筒部2aの両端を封止するキャップ2bおよび2cとから主として構成されている。
a Housing The hollow fiber bundle module 1 has a
各キャップ2b,2cは筒部2aの端部に形成されているねじ部に螺合されるようになっており、一方のキャップ2bには培養液を導入するための培養液導管(培養液導入部)2dが中心軸A上に備えられ、他方のキャップ2cにはハウジング2内に導入された培養液を排出するための培養液排出管(培養液排出部)2eが同じく中心軸A上に備えられている。
Each
なお、上記培養液導管2dおよび培養液排出管2eは、中空糸束モジュール1の構成を説明するために便宜上区別したものであり、中空糸束モジュール1には方向性がないため、キャップ2c側から培養液を導入すれば、2eが培養液導管、2dが培養液排出管となる。
Note that the
なお、上記ハウジング2の材質としては例えば、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレン、アクリル樹脂などを挙げることができるが、このうち、ポリカーボネート、ポリスルホンを選択することが好ましい。これら材質は、耐熱性が高いため高圧蒸気滅菌を行うことが可能となり、効率的な滅菌処理を行うことができるからである。また、透明性が高いため細胞の培養状態を肉眼で確認しやすいという利点もある。
Examples of the material of the
上記筒部2aにおける下流側端部(ハウジングの端部)2f(図中、Bで示す培養液の流れ方向において)は、筒部2aに対しねじ部を介して接続される別部品からなり、筒部2aと同じ内径を持つ筒形状をなしている。
The downstream end (housing end) 2f (in the flow direction of the culture medium indicated by B in the figure) of the
なお、上記キャップ2eは上記下流側端部2fの胴部外壁に形成されているねじ部2gを介して螺合されるようになっている。したがって、ねじ部2gを介して接続される筒部2a端部と下流側端部2fは管継手を構成しており、ハウジング分割部として機能するようになっている。
The
また、図中、3はキャップ2bと筒部2aとの隙間、筒部2aと下流側端部2fとの隙間、下流側端部2fとキャップ2cとの隙間をそれぞれシールするOリングである。
In the figure,
また、筒部2aの下流側寄りおよび上流側寄りには細胞挿入管4a,4bがそれぞれ備えられており、各細胞挿入管4a,4bは中心軸Aと直交する方向で且つ反対向きに筒部2aから突設されている。なお、細胞挿入管4a,4bの配置は上記反対向きに限らず、同方向に離れて形成したものであってもよい。
Further,
なお、上記細胞挿入管4a,4bは、デッドスペースを作らずに細胞を効果的に挿入する目的で二つ配設されているものであり、いずれか一方がガス抜きとして使用されることもある。
Note that two
さらに、筒部2aの一方端部(本実施形態では上流側)には後述する中空糸束5を切断するためのスリット6a,6bが切断用開口部として形成されており、このスリット6a,6bを通じて、ハウジング2内に収納された中空糸束5の一部が露出するようになっている。
Further, slits 6a and 6b for cutting a
図1(b)はそのスリット6a,6bの形状を説明すべく、図1(a)のC−C矢視方向から見た断面を表している。
FIG. 1B shows a cross section viewed from the direction of arrows CC in FIG. 1A in order to explain the shapes of the
図1(b)に示すように、上側のスリット6aは中心軸Aと直交する方向に、且つ筒部2aの胴部を円弧状に切り欠くことによって形成されている。下側のスリット6bはスリット6aと点対称(中心軸Aを中心として)となるように形成されている。また、スリット6aとスリット6bは、連絡部2hおよび2iによって仕切られている。
As shown in FIG. 1B, the
上記スリット6a,6bの外側には封止体としての熱収縮フィルム7がリング状に被着され、加熱されることによって収縮しスリット6a,6bを閉塞するようになっている。それにより、培養液導管2dからハウジング2内に培養液を導入した際に、上記スリット6a,6bから培養液が漏出することを防止している。
A
なお、図中、Wは熱収縮フィルム7の幅を示しており、8はスリット6a,6bの縁部に設けられたOリングを示している。
In the figure, W indicates the width of the
また、上記実施形態ではスリット6aとスリット6bを対向した状態で上下に二カ所形成したが、各スリットの配置については上下に限らず、左右或いは斜めに対向して配置することもできる。なお、スリットの配置については対向配置に限定されるものではない。
In the above-described embodiment, the
また、スリットの個数は、連結部の強度が確保できる範囲内であれば二カ所以上形成することができ、これら各スリットは筒部2aにおける胴部円周上に等間隔または任意の間隔で配置することができる。
Further, the number of slits can be formed at two or more locations within a range in which the strength of the connecting portion can be ensured, and these slits are arranged at equal intervals or at arbitrary intervals on the circumference of the barrel portion in the
上記構成を有するハウジング2によれば、ICS(中空糸内の空間)とECS(中空糸外側とハウジング2によって形成される空間)が隔離された状態で形成され、ICSには培養液導管2dおよび培養液排出管2eが連通し、ECSには細胞挿入管4a,4bが連通しているため、ハウジング2のECS内に細胞を投入し、培養液導管2dおよび培養液排出管2eを通じて培養液を循環させれば、循環する培養液の流れに細胞は直接接触することなく、半透膜機能を有する中空糸束5の各中空糸膜孔を通過した培養必要成分のみが細胞と接触することになる。それにより、培養液流による剪断力の影響を受けることなく細胞を培養することが可能になる。
According to the
b 中空糸束
中空糸束5は、半透膜機能を有する中空糸5aを複数本束ねたものからなり、ルーメンに培養液を循環させることにより、ECSに存在する細胞に対し培養液中に含まれる生育必須成分を提供するようになっている。また、同様に、細胞の分泌する老廃成分が培養液中に排出される。
b Hollow Fiber Bundle The
上記中空糸束5は、細胞との親和性を考慮して例えば、再生セルロース、セルロースエステル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチルあるいはポリカーボネートの中から選択される1種のポリマー、または2種以上の混合体で構成することができる。
The
さらに、表面を親水化処理することにより、ポリエチレン、ポリプロピレン、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PVDF(ポリビニリデンジフルオライド)等の疎水性ポリマーを素材として使用することもできる。親水化処理を行うことによって、細胞親和性が増すと共に、培養液成分の膜透過性も向上する。 Furthermore, by hydrophilizing the surface, a hydrophobic polymer such as polyethylene, polypropylene, PTFE (polytetrafluoroethylene), PVDF (polyvinylidene difluoride) can be used as a material. By performing the hydrophilization treatment, the cell affinity is increased and the membrane permeability of the culture solution component is also improved.
かかる例示において、中空糸束5が1種のポリマーからなるとは、各中空糸5aのすべてがそのポリマーからなることを意味する。また、混合体で構成されるとは、中空糸束5が、結果として複数のポリマーを有していればよい。例えば、各中空糸5aそれぞれがすべてその混合体から構成されてもよく、また、一部の中空糸5aは任意の1種のポリマーからなり、別の中空糸5aは別の任意のポリマーからなり、全体として束を形成したときに複数のポリマーを含むような構成も含まれる。
In this illustration, the
本発明の中空糸束モジュール1に使用する中空糸束5は、上記したポリマーのうち、再生セルロース、セルロースエステル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンから構成したものであることがより好ましい。なぜなら、細胞の培養においては、予め中空糸束モジュール1を滅菌しておくことが必要であるから、耐熱性の高い再生セルロース、セルロースエステル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンを用いれば、高圧蒸気滅菌が可能となり、滅菌処理を効率的に行うことができるからである。
The
また、上記親水化処理方法としては、例えば、ポリビニルピロリドン、エチレンビニルアルコール共重合体、ポリビニルアセタールジエチルアミノアセテート、アルコールなどによる処理が挙げられ、アルコールとしては、エタノール、イソプロパノール等が挙げられる。このうち、ポリビニルピロリドン処理は中空糸表面により安定的な親水性を付与することができる点で好ましい。 Examples of the hydrophilic treatment method include treatment with polyvinyl pyrrolidone, ethylene vinyl alcohol copolymer, polyvinyl acetal diethylaminoacetate, alcohol, and the like. Examples of alcohol include ethanol and isopropanol. Among these, the polyvinylpyrrolidone treatment is preferable in that stable hydrophilicity can be imparted to the hollow fiber surface.
上記中空糸5aの半透膜における孔径(以下、膜孔径という)は、培養液中の培養必要成分を中空糸のICSからECSに通過させることができ、また、逆に、細胞分泌老廃成分をECSからICSへ通過させることができ、培養しようとする細胞を通過させないものであれば特に限定されるものではない。
The pore diameter in the semipermeable membrane of the
ただし、膜孔径が小さくなれば膜強度は強くなる反面、物質交換率は小さくなる。一方、膜孔径が大きくなれば膜強度は弱くなるが、物質交換率は大きくなる。したがって、これらの特性において所望の膜強度と物質交換率を得ようとすれば、中空糸5aの平均膜孔径は、0.001〜2μmであることが好ましく、より好ましくは0.005〜0.2μmである。
However, as the membrane pore size decreases, the membrane strength increases, but the mass exchange rate decreases. On the other hand, as the membrane pore size increases, the membrane strength decreases, but the mass exchange rate increases. Therefore, in order to obtain a desired membrane strength and mass exchange rate in these characteristics, the average membrane pore diameter of the
また、種々の細胞増殖因子、分化誘導因子を添加する必要がある場合、これら因子をECS内に封入することができ、且つコスト削減を可能にすることも考慮すれば、孔径は、0.005〜0.01μmであることがより好ましい。 In addition, when it is necessary to add various cell growth factors and differentiation-inducing factors, the pore diameter is 0.005 considering that these factors can be enclosed in ECS and cost reduction is possible. More preferably, it is -0.01 micrometer.
上記中空糸5aの内径としては、培養液を循環させることができる太さであれば、特に限定されないが、高い膜透過性を確保する観点から細い中空糸が好ましく、0.1〜3mmの範囲のものを使用することができるが、加工が容易であること、また、培養液中に生じた不溶成分による目詰まりを抑制し得ることも考慮すると、0.2〜1mmの範囲のものを選択することがより好ましい。
The inner diameter of the
また、上記中空糸5aの本数、膜厚は、本発明の細胞培養を可能とするものであれば特に限定されないが、必要とする細胞数、培養細胞の栄養、酸素要求性、中空糸束モジュール1内のECSの体積との関係等で適宜調整することが好ましい。
Further, the number and thickness of the
なお、上記中空糸5aは、ハウジング2内に収納された後、中空糸両端部の開口を保持した状態で封止材を用いて中空糸間隙が封鎖され、両端部が糊付け固定される。具体的には、束ねられた中空糸5aの一方端部は、ハウジング2を構成している筒部2aにおいてその上流側端部の胴部内壁に固定され、他方端部は筒部2aに対し螺合によって接続されている下流側端部2fの胴部内壁に固定される。なお、中空糸5aを固定する封止材としては、例えばウレタン樹脂、エポキシ樹脂などを使用することができる。
After the
このようにして構成された半透膜機能を有する中空糸束5は、培養液導管2dおよび培養液排出管2eを通じてICSに培養液を循環させることによりECSに存在する細胞に生育必須成分を供給し、代謝成分を拡散除去することができる。
The
c 培養液
上記培養液は、培養しようとする細胞の生育必須成分を含有するものであれば、従来公知のいかなる培養液も用いることができ、特に限定されない。また、細胞の生育必須成分とは、培養しようとする細胞が増殖するうえで必要不可欠な成分であり、種々の有機物、無機物で構成され、酸素等を供給するための溶存ガスも含まれる。かかる培養液として例えば、ダルベッコMEM、RPMI1640、ハムF12等の汎用培地に、血清あるいは各種増殖因子、分化誘導因子を添加して作成した培地等が用いられる。
c Culture Solution The culture solution is not particularly limited as long as it contains an essential component for growing cells to be cultured, and any conventionally known culture solution can be used. The essential component for cell growth is a component indispensable for the cells to be cultured to proliferate, and is composed of various organic and inorganic substances, including dissolved gas for supplying oxygen and the like. As such a culture solution, for example, a medium prepared by adding serum or various growth factors and differentiation inducing factors to a general-purpose medium such as Dulbecco MEM, RPMI 1640, and Ham F12 is used.
尚、培養に際して培養液は、適当な容器に収納し、ポンプにて繰り返しICS内を循環させるが、一過性の培養液の供給を排除するものではない。本発明において、培養液の「循環」には、一過性の供給が含まれる。 In culture, the culture solution is stored in an appropriate container and repeatedly circulated in the ICS by a pump, but this does not exclude the temporary supply of the culture solution. In the present invention, the “circulation” of the culture solution includes a transient supply.
上記中空糸束5に対する、ECSの体積比率は、細胞の種類、培養細胞密度等必要に応じて適宜設定することができるが、1以上20以下が好ましい。1以上とすることにより、モジュール内に投入する細胞量を多くすることができ、細胞が増殖する空間も十分に供給することができる。
The volume ratio of ECS with respect to the
また、20以下とすることにより、中空糸束モジュール1内の細胞への生育必須成分の供給不足を回避することが可能となる。最も好適に細胞培養を行うには、2以上6以下が好ましい。尚、上記体積比率における中空糸束5の体積は、各中空糸5aのうち、モジュール内でECSと接触する部分の体積であり、中空糸5a断面外周によって形成される断面積(中空部分も含む)と中空糸長さの積の総和で表すことができる。
Moreover, by setting it as 20 or less, it becomes possible to avoid insufficient supply of the essential growth component to the cells in the hollow fiber bundle module 1. In order to perform cell culture most suitably, 2 or more and 6 or less are preferable. The volume of the
なお、後述する細胞付着成育用繊維束を使用した場合、中空糸束5の体積とは、中空糸5aの断面積と中空糸長さを乗じた値と、細胞付着成育用繊維束の断面積と細胞付着成育用繊維束の長さを乗じた値とを加えた総和で表すことができる。
In addition, when the fiber bundle for cell attachment growth mentioned later is used, the volume of the
このような体積比率となるよう、上記中空糸束5の本数などを適宜設定することが好ましい。
It is preferable to appropriately set the number of the
d 細胞培養方法および培養細胞回収方法
次に上記構成を有する中空糸束モジュール1を用いた細胞培養方法および培養された細胞の回収方法について説明する。
d Cell Culture Method and Cultured Cell Collection Method Next, a cell culture method using the hollow fiber bundle module 1 having the above configuration and a method for collecting cultured cells will be described.
細胞は、中空糸膜を通じて十分な栄養成分および酸素の供給を受けるので、高密度に増殖することができる。 Since the cells are supplied with sufficient nutrients and oxygen through the hollow fiber membrane, they can grow at high density.
ECS内で高密度化した培養細胞は、中空糸5a表面に直接付着するか、あるいは細胞付着担体、具体的には、中空糸に沿わせて任意本数用意された、細胞親和性を有する例えばポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂等の高分子材料からなる細胞付着成育用繊維束、または、セラミックス、ガラス等の無機材料からなる細胞付着成育用繊維束を介して間接的に中空糸5a表面に付着する。なお、間接的に付着するとは、中空糸5aの間隙あるいは中空糸5aとハウジング1との間隙に存在することも含む。
The cultured cells densified in the ECS are directly attached to the surface of the
また、培養細胞を回収するとは、中空糸5a表面に直接、あるいは細胞付着担体を介して間接的に付着した細胞を回収することを表し、中空糸5a間隙に存在する細胞あるいは中空糸5aとハウジング1との間隙に存在する細胞を回収することも含む。
Moreover, recovering the cultured cells means recovering cells directly attached to the surface of the
再生医療用の細胞増殖手段としては、細胞本来の機能を保持した増殖が可能な三次元培養が必要とされ、一般に、中空糸束モジュールによる培養は三次元培養の条件を備えていると考えられている。この三次元培養では、適切な細胞付着担体(上記した細胞付着成育用繊維束)を細胞増殖空間に介在させることが好ましい。 As a cell growth means for regenerative medicine, three-dimensional culture capable of growing while maintaining the original function of cells is required, and generally, culture using a hollow fiber bundle module is considered to have conditions for three-dimensional culture. ing. In this three-dimensional culture, it is preferable to interpose an appropriate cell adhesion carrier (the above-mentioned fiber bundle for cell adhesion growth) in the cell growth space.
なお、本発明の細胞付着成育用繊維束は、細胞親和性を有する繊維を糸条の形態で、あるいは短冊状の繊維片として中空糸束5間に介在させた形態(例えば特開2002−112763号)で、または、断面方向から見て渦巻き状となるように巻回されたシート体として中空糸束5間に挟み込んだ形態で、それぞれ使用することができる。
The fiber bundle for cell adhesion growth according to the present invention has a form in which fibers having cell affinity are interposed between the
これらの細胞培養法では、細胞とともにマイクロキャリアあるいはゲルを、上記細胞挿入管4a(または4b)から投入し、上述した培養液を、培養液導管2dおよび培養液排出管2eによってICSに循環させることによって細胞を培養することができる。また、培養液循環速度、培地交換の有無、酸素添加方法といった培養条件は、細胞の種類、細胞濃度等に応じて適宜設定することができる。
In these cell culture methods, a microcarrier or gel is introduced together with cells from the
上記のa,b,c,dに示した各構成要素および回収方法に関しては、夫々の項で説明した技術手段に限定されず、従来公知のモジュール構造や細胞培養手段、さらにはそれらの改良、改善技術を本発明の課題達成に悪影響を与えない範囲で自由に適用することが可能である。 The constituent elements and recovery methods shown in the above a, b, c, and d are not limited to the technical means described in the respective sections, but conventionally known module structures and cell culture means, and further improvements thereof, It is possible to freely apply the improvement technique as long as it does not adversely affect the achievement of the object of the present invention.
本発明のモジュール構造の特徴的部分を実施例に基づいて説明するが、もとより、これらの説明は例示的なものに過ぎず、限定的なものではない。 Although the characteristic part of the module structure of the present invention will be described based on examples, it should be understood that these descriptions are merely illustrative and not limiting.
実施例
内径200μm、膜厚10μmの再生セルロース製中空糸を約1500本(中空糸内総面積は約920cm2)束ねて中空糸束として、次に、細胞支持体として繊維直径250μmのポリエチレンテレフタレート(PET)繊維を200本束ねた繊維束(長さ131mm)を用意し、上記中空糸束:PET繊維束=13:2の割合で各中空糸間に均等に分散配置し、これら中空糸およびPET繊維からなる繊維束をポリカーボネート製ハウジング(長さ177mm,直径30mm)内に配置し封入した。
Example About 1500 regenerated cellulose hollow fibers having an inner diameter of 200 μm and a film thickness of 10 μm (total area of the hollow fiber is about 920 cm 2 ) are bundled to form a hollow fiber bundle. A fiber bundle (length: 131 mm) in which 200 PET fibers are bundled is prepared, and the hollow fiber bundle and the PET fiber bundle = 13: 2 are uniformly distributed and arranged between the hollow fibers. A fiber bundle made of fibers was placed in a polycarbonate housing (length: 177 mm, diameter: 30 mm) and sealed.
なお、中空糸と細胞支持体の両端の一方はウレタン樹脂を用いて筒部2aの端部に、他方は下流側端部2fにそれぞれ固定した。
Note that one of both ends of the hollow fiber and the cell support was fixed to the end of the
また、中空糸の孔径は0.002〜0.005μmであり、ハウジング2内の容積に対し中空糸と細胞支持体が占める容積は約32%となるように調整した。
The hole diameter of the hollow fiber was 0.002 to 0.005 μm, and the volume occupied by the hollow fiber and the cell support was adjusted to about 32% with respect to the volume in the
図2は本発明の中空糸束モジュール1を用いて組み立てられた小型培養装置の培養回路図を示したものである。 FIG. 2 is a culture circuit diagram of a small culture device assembled using the hollow fiber bundle module 1 of the present invention.
細胞培養を行う前に、回路、中空糸束モジュール1はEOG滅菌を行った。 Prior to cell culture, the circuit, hollow fiber bundle module 1 was EOG sterilized.
培養液ボトル10には100mlの液体培地(The mES cell culture medium consisted of 80% (V/V) knockout(KO) DMEM, 4mM Gultamine, 100μM MEM-non-essential acid, 55 μM 2-mercaptoethanol 〔2-ME〕(invitorogen) 100U/ml penicillin and 100μg/ml streptomycin (Sigma) を入れた。
The
小型培養装置 CellMax (Spectrum)に循環させる液体培地は、培養液ボトル10から循環ポンプ11を介して吐出され、ガス交換機12により炭酸ガス濃度が5%に調整され、50mL/分の流速で回路13,14を循環させた。
The liquid medium circulated through the small culture device CellMax (Spectrum) is discharged from the
ハウジング2内の細胞培養スペース15には、上述した液体培地に103U/ml LIF (ESGRO, Chemicon International Temecula.CA), 20%(v/v) of Fetal bovine serum (JRH Biosciences)を加えた。
In the
細胞培養スペース15(12.2ml)にマウス胚性幹細胞(R1細胞)を2.9×105個/mlとなるように注入し、21日間培養を行った。 Mouse embryonic stem cells (R1 cells) were injected at 2.9 × 10 5 cells / ml into cell culture space 15 (12.2 ml) and cultured for 21 days.
細胞回収は、中空糸束モジュール1をPBSで洗浄した後、その中空糸束モジュール1に設けられているスリット6a,6b(図1(a)参照)をカバーしている熱収縮フィルム7を切断して取り除き、スリット6a,6bから覗くことができる中空糸束5の上流側端部を、メスを用いて直径方向に切断した。
For cell recovery, the hollow fiber bundle module 1 is washed with PBS, and then the
次いで、キャップ2cと共に下流側端部2fを筒部2aから外せば、中空糸束5を簡単にハウジング2から抜き出すことができる。
Next, the
抜き出した中空糸束5を観察すると、細胞コロニーが中空糸数本に跨がった状態で付着していることが確認された。
When the extracted
その後、トリプシンを用いて培養細胞を中空糸から剥離させた。回収した細胞数は、1.0×109個、細胞密度は8.7×107/mlに達した。生存率は74%であった。 Thereafter, the cultured cells were detached from the hollow fiber using trypsin. The number of collected cells reached 1.0 × 10 9 and the cell density reached 8.7 × 10 7 / ml. The survival rate was 74%.
従来の静置培養では6.0×105/ml程度の細胞密度しか得られなかったため、145倍の高密度の細胞が回収できたことになる。 In the conventional static culture, only a cell density of about 6.0 × 10 5 / ml was obtained, which means that 145 times higher density cells could be recovered.
回収した細胞は引き続き、5日間、シャーレで培養を行い、無菌的に回収できたことを確認した。 The collected cells were continuously cultured in a petri dish for 5 days, and it was confirmed that they could be collected aseptically.
図3は本発明に係る中空糸束モジュールの第二実施形態を示したものである。 FIG. 3 shows a second embodiment of the hollow fiber bundle module according to the present invention.
なお、以下に説明する各図において図1(a)と同じ構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。 In addition, in each figure demonstrated below, the same code | symbol is attached | subjected about the same component as Fig.1 (a), and the description is abbreviate | omitted.
図3に示す中空糸束モジュール20が上記の中空糸束モジュール1と異なる点は、筒部2aとその下流側端部2f′が螺合されておらず、単に突き合わされた状態で接続されていることにある。
The hollow
詳しくは、筒部2aと下流側端部2f′における接続側端部にはそれぞれOリング21,21が周設されており、このOリング21,21を備えた両接続側端部に跨がって熱収縮フィルム22がリング状に設けられている。この熱収縮フィルム22は上記した熱収縮フィルム7と同様の方法で両接続側端部に被着され、筒部2aと下流側端部2f′とを解除可能に接続している。なお、上記筒部2aと下流側端部2f′はハウジング分割部として機能する。
Specifically, O-
このように、下流側端部2f′を突き合わせによって筒部2aと接続する構成によれば、スリット6a,6bをカバーしている熱収縮フィルム7を切断して取り除き、中空糸束5の上流側端部を切断した後、熱収縮フィルム22を切り取れば、中空糸束5を簡単に筒軸方向Aに引き抜くことができるという利点がある。
As described above, according to the configuration in which the
図4は本発明に係る中空糸束モジュールの第三実施形態を示したものである。 FIG. 4 shows a third embodiment of the hollow fiber bundle module according to the present invention.
同図に示す中空糸束モジュール30が上記の中空糸束モジュール1と異なる点は、スリット6aおよび6bを備えておらず、筒部2aの上流側端部2jが分割できる構成になっていることにある。
The hollow
詳しくは、筒部2aの下流側端部2f′は上記図3に示した下流側端部2f′と同じ構成からなり、筒部2aと下流側端部2f′とは突き合わされた状態で接続され、その突き合わせ部分に熱収縮フィルム22が被着され両者を固定している。
Specifically, the
一方、筒部2aに対しその上流側端部2jも独立した部品で構成されており、上流側端部2jも下流側端部2f′と同様に突き合わされた状態で筒部2aに接続されている。筒部2aと上流側端部2jにおける接続側端部にはそれぞれOリング31,31が装着されており、このOリング31,31を備えた両接続側端部に跨がって熱収縮フィルム32が被着され、両者を固定している。
On the other hand, the
このように、筒部2aの上流側端部2jおよび下流側端部2f′をそれぞれ突き合わせによって接続し、容易に分離することができるように構成すれば、熱収縮フィルム22を切り取ると、筒部2aと上流側端部2jとの間に隙間が生じて切断用開口部が形成される。その切断用開口部を利用して中空糸束5の上流側端部を切断することができ、さらに、熱収縮フィルム32を切り取れば、中空糸束5を筒軸方向Aに引き抜くことができ、中空糸束5のみを筒部2aから簡単に取り外すことができる。
As described above, when the
また、上流側端部2jと下流側端部2f′は実質的に同じ構成であるため、いずれか一方を切断用開口部とすれば、他方はハウジング分割部となり、この逆に、いずれか一方をハウジング分割部とすれば、他方は切断用開口部として機能することになる。
Further, since the
図5(a)〜(e)は、図1に示した中空糸束モジュール1のスリットを封止する封止構造の変形例を模式的に示したものである。 FIGS. 5A to 5E schematically show modifications of the sealing structure for sealing the slits of the hollow fiber bundle module 1 shown in FIG.
図5(a)に示す中空糸束モジュール40は、熱収縮フィルムによる封止に代えてユニオンシール方式を採用したものである。
The hollow
スリット6a,6bの上流側縁部には鍔部2kが周設されており、この鍔部2kの外周面にユニオンねじ2k′が形成されている。また、鍔部2kにおける外周縁にOリング41aが装着されている。一方、スリット6a,6bの下流側縁にも鍔部2mが周設されており、この鍔部2mにおける下流側の環状側壁にOリング41bが装着されている。
A
42は筒部2aを軸通させる貫通孔を有し、断面L字状(正面から見て)に形成されたユニオンナットであり、その胴部内壁には上記ユニオンねじ2k′と螺合し得るねじ部が備えられている。このユニオンナット42をユニオンねじ2k′に螺合させて締め付ければ、Oリング41bを挟み込んだ状態でスリット6a,6bを封止することができる。
図5(b)に示す中空糸束モジュール45は、熱収縮フィルムによる封止に代えてリングベルトシール方式を採用したものである。
The hollow
スリット6a,6bの上流側縁部および下流側縁部にはそれぞれ鍔部2nおよび2pが周設されており、これらの鍔部2nおよび2pを跨がるようにしてリング状のゴム製ベルト46が被着され、このベルト46の外側から金属製のクランプバンド47を締め付けることにより、スリット6aおよび6bを封止することができる。
The
図5(c)に示す中空糸束モジュール50は、熱収縮フィルムによる封止に代えてOリングシール方式を採用したものである。
The hollow
スリット6a,6bの上流側縁部および下流側縁部にはそれぞれOリング51,51が装着されており、これらのOリング51,51の外側から金属製のクランプバンド52を締め付けることにより、スリット6aおよび6bを封止することができる。なお、図中2qは筒部2aの胴部外壁に形成された環状溝であり、クランプバンド52においてその管軸方向両端部に内向きに形成されている環状突部を係合させるためのものである。
O-
図5(d)に示す中空糸束モジュール55は、図5(c)に示したOリングシール方式においてクランプバンド52に代えて凸型クランプ56を採用したものである。
A hollow
この凸型クランプ56は、スリット6aおよび6bに嵌合し得る凸部56a,56aを備えており、それらの凸部56a,56aをスリット6a,6bに嵌め込むことにより凸型クランプ56を位置決めした状態で、スリット6aおよび6bを封止することができるようになっている。
The
図5(e)に示す中空糸束モジュール60は、一つのスリット6cを有し、そのスリット6cをワンタッチで封止できるように構成したものである。
The hollow
スリット6cの開口周囲に沿ってガスケット61が装着されており、スリット6cの開口を閉じるようにして着脱式のカバー62が装着される。このカバー62は円弧状に成形されており、その長手方向両端にはフック62a,62aが突出した状態で形成されている。一方、筒部2aの胴部外壁にはそれらのフック62a,62aと対応してスリット6cの近傍にフック溝63a,63a(図では手前側のみ図示)が形成されている。
A
したがって、カバー62のフック62a,62aをフック溝63a,63aに嵌め込めば、ガスケット61を介してスリット6cを封止することができる。
Therefore, if the
次に、図6(a)〜(c)は図1に示した中空糸束モジュール1について切断部の変形例を模式的に示したものである。 Next, FIGS. 6A to 6C schematically show a modification of the cutting portion of the hollow fiber bundle module 1 shown in FIG.
図6(a)に示す中空糸束モジュール65は、筒部2aの一部に切断部としての円筒部(筒状部)66を中心軸Aと直交する方向に立設したものである。
In the hollow
この円筒部66の上端部外周面には雄ねじ部66aが形成されており、この雄ねじ部66aと螺合し得る雌ねじ部を備えた円盤状のキャップ(蓋体)67が、円筒部66の開口を封止する蓋として取り付けられるようになっている。なお、円筒部66の開口縁部にはOリング68が装着されている。
A
この構成ではキャップ67を取り外し、円筒部66の上部開口からメス等の切断具を挿入すれば、中空糸束5を切断することができる。
In this configuration, the
図6(b)に示す中空糸束モジュール70は図6(a)のモジュールと同様に筒部2aの一部に、切断部としての円筒部71を備えている。
A hollow
ただし、円筒部71の先端縁部にはOリング72が装着されており、このOリング72の外側から円盤状のキャップ(蓋体)73を装着するようになっている。また、キャップ73の側面には円筒部71の先端部外壁に係止し得るフック73a,73aが備えられており、フック73a,73aを円筒部71に係止させれば、Oリング72を挟んだ状態で円筒部71の上部開口を封止することができる。
However, an O-
図6(c)に示す中空糸束モジュール75は、筒部2aの側面の一部に切断部としての角筒部(筒状部)76を中心軸Aと直交する方向に形成している。
In the hollow
この角筒部76の先端縁部にはガスケット77が矩形状に装着されており、このガスケット77の外側から矩形状のキャップ(蓋体)78を装着するようになっている。キャップ78の4辺の側壁には角筒部76の側面に係止し得るフック78a〜78dが備えられており、フック78a〜78dを角筒部76に係止させれば、ガスケット77を挟んだ状態で角筒部76の開口を封止することができる。
A
なお、上記蓋体67、73、78に代えて、各筒部66、71、76に嵌合して筒部内を埋める栓体を装着することもできる。
Instead of the
1 中空糸束モジュール
2 ハウジング
2a 筒部
2b,2c キャップ
2d 培養液導管(培養液をB方向に循環させた場合)
2e 培養液排出管(培養液をB方向に循環させた場合)
2f 下流側端部(培養液をB方向に循環させた場合)
2g ねじ部
2h,2i 連絡部
3 Oリング
4a,4b 細胞挿入管
5 中空糸束
6a,6b スリット
7 熱収縮フィルム
8 Oリング
10 培養液ボトル
11 循環ポンプ
12 ガス交換機
13,14 回路
15 細胞培養スペース(ECS)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hollow
2e Culture fluid discharge tube (when culture fluid is circulated in direction B)
2f Downstream end (when culture fluid is circulated in direction B)
Claims (11)
この中空糸束と培養液を収納するとともに培養液導入部と培養液排出部が備えられたハウジングと、を有する細胞培養用中空糸束モジュールにおいて、
上記ハウジング内に収納された上記中空糸束の少なくとも一方端部を切断するための切断用開口部が上記ハウジングに形成されるとともに、その切断用開口部を解除可能に封止する封止体が設けられ、
さらに上記ハウジングの端部に、一方端部で切断されて自由端を得た上記中空糸束を上記ハウジングから抜脱するためのハウジング分割部が備えられていることを特徴とする細胞培養用中空糸束モジュール。 A hollow fiber bundle in which hollow fibers made of a semipermeable membrane material are bundled;
In the hollow fiber bundle module for cell culture having the hollow fiber bundle and the culture medium, and the housing provided with the culture liquid introduction part and the culture liquid discharge part,
A cutting body for cutting at least one end of the hollow fiber bundle housed in the housing is formed in the housing, and a sealing body for releasably sealing the cutting opening is provided. Provided,
The cell culture hollow, further comprising a housing dividing portion for removing the hollow fiber bundle which has been cut at one end portion to obtain a free end at the end portion of the housing from the housing. Yarn bundle module.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006022581A JP2007202430A (en) | 2006-01-31 | 2006-01-31 | Hollow yarn bundle module for cell culture |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP6469287B1 (en) * | 2018-06-22 | 2019-02-13 | 株式会社 バイオミメティクスシンパシーズ | Hollow fiber cell culture device, cell culture method, culture supernatant production method |
-
2006
- 2006-01-31 JP JP2006022581A patent/JP2007202430A/en not_active Withdrawn
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