JP2507552B2 - 細胞培養産生物の取出しおよび培地の交換方法 - Google Patents

細胞培養産生物の取出しおよび培地の交換方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は細胞を培養して与えられる産生物の取出しお
よび培地の交換方法に関する。
〔従来の技術・発明が解決しようとする課題〕
近年、バイオテクノロジーの進歩にともない微生物や
細胞などを培養して利用する装置も種々提案されてきて
いる。
たとえば細胞を培養する装置として、回分操作の必要
な反応器を一部連続化した半回分反応器、さらには回分
操作を連続操作に改善した連続槽型反応器などの槽型反
応器や、連続操作に適した管型反応器などが提案され、
利用されてきている。
前記改善は、回分操作を半連続化、連続化するという
点ではそれなりの効果があるが、いずれも細胞と培地お
よびその他必要とされる成分(たとえば血清、リンホカ
インなどの生理活性物質など)とを1つの系とし、これ
を撹拌などすることにより所望の培養された細胞や有用
産生物をうる方法であり、培地を交換して好ましい状態
で培養するというような方法ではない。そして培養され
た細胞や有用産生物は多量の培地などとともに存在する
ため、目的物の分離・精製が容易でなく、培養された細
胞や産生物の濃度をいかにして高めるか、また細胞や産
生物の取出操作の妨げとなる培地などをいかにして少な
くするか、などが重要な課題となっている。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は前記のごとき従来法における欠点を改善する
ためになされたものであり、細胞を培養し、その産生物
をうるに際し、該産生物の取出しを細胞は透過しないが
産生物は透過する中空糸束を含んでなる装置(I)(以
下、(I)の中空糸束装置ともいう)を用いて行ない、
培地の取出しを細胞および産生物は透過しないが培地は
透過する中空糸束を含んでなる装置(II)(以下、(I
I)の中空糸束装置ともいう)を用いて行なうことを特
徴とする細胞培養産生物の取出しおよび培地の交換方法
に関する。
〔作用〕
本発明においては、細胞および有用代謝物たる産生物
は透過しないが、培地は透過する(II)の中空糸束装置
により培地が取出されて培養系が好ましい状態に維持さ
れ、産生物濃度が高められ、産生物は透過するが細胞は
透過しない(I)の中空糸束装置により産生物の濃度が
高められた培養系から産生物が取出される。そしてこの
操作は無菌状態で連続的に行なわれる。
さらに、(I)、(II)の中空糸束装置は装置の大き
さに比して透過に有効な表面積が大きく、小さな装置で
効率よく取出しが行なわれる。
〔実施例〕
本発明においては、細胞の培養によりえられた産生物
を取出すに際し、(II)の中空糸束装置により培地が取
出されて培養系が好ましい状態に維持され、(I)の中
空糸束装置により産生物が取出される。
(I)の中空糸束装置をその一例である第1図に示す
装置に基づいて説明する。
(I)の中空糸束装置(1)は、細胞は透過しない
が、培養により産生される有用な産生物は透過し、培養
系外に産生物を取出すための装置であり、中空糸束
(2)の両端が支持手段(3)、(3′)で支持され、
上端および下端が開口されており、該開口部(4)、
(4′)には液体通路(5)、(5′)を有するキャッ
プ(6)、(6′)が被冠されている装置である。
第1図の装置における中空糸束は上端が開放された例
であり、使用前の中空糸束装置のプライミングが容易で
あり、また上下対称形に形成可能なので製造も容易であ
るが、必ずしも上端は開放されている必要はなく、支持
手段(3)やキャップ(4)によって封鎖された形にな
っていてもよい。ただし、上端が支持手段(3)などに
よって直接封鎖されたものは使用前の中空糸束装置のプ
ライミングが困難であり、またプライミングをしないば
あいにはエアブロックがおこり、液の回収効率がわるく
なる。
中空糸束(2)を構成する中空糸としては、細胞は透
過しないが産生物は透過するものであるかぎりとくに限
定はないが、通常平均ポアサイズ50Å〜1μm程度、さ
らには50Å〜0.2μm程度(たとえな産生物の分子量が
イムノグロブリンM(IgM)やフィブリノーゲンのよう
に10万〜100万のばあいには、平均ポアサイズ500〜5000
Å程度、アルブミンのように1万〜10万のばあいには、
平均ポアサイズ50〜500Å程度)の中空糸が好ましく使
用される。
該中空糸を構成する材質などにもとくに限定はない
が、培地中に存在する産生物を透過させるため、たとえ
ば産生セルロースなどの親水性材料が好ましい。たとえ
ばセルローストリアセテート、セルロースジアセテー
ト、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポ
リアミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン
などの親水性でない材料からなる中空糸のばあいには、
表面を親水化した中空糸を用いる必要がある。
前記中空糸は通常300〜600本程度束ねて両端を、たと
えばウレタン樹脂などでポッティングして支持手段
(3)、(3′)となるポッティング部を形成すること
により中空糸束(2)とされる。
中空糸を束ねた際の断面形状、長さなどは、適宜選択
すればよいが、培地との接触面積が大きくなるようにす
るのが好ましく、通常円形の断面形状のものが採用され
る。
(II)の中空糸束装置は細胞および産生物は透過しな
しが、培地を透過して排液し、培地を好ましい状態に維
持するためのものである。
(II)の中空糸束装置の構造などは(I)の中空糸束
装置と同じでよく、これら2つの装置の差異は透過させ
るべき物質が異なる、すなわち(I)の中空糸束装置の
ばあいには産生物およびこれより小さい物質(培地を含
む)であるのに対し、(II)の中空糸束装置のばあいは
産生物は透過せず、主として培地を透過する点にある。
したがって、これら装置を構成する中空糸の平均ポアサ
イズが異なり、(II)の中空糸束装置中の中空糸の平均
ポアサイズは30〜50Åである。平均ポアサイズ30〜50Å
の中空糸を用いたばあいには、血清やリンホカインなど
の細胞活性化物質は透過せずに培地は透過するため、血
清や細胞活性化物質を節約できる。
つぎに本発明の方法を、本発明の方法に用いる培養装
置の一例である第2図に示す装置に基づき説明する。
第2図において(7)は細胞培養装置、(8)は培地
に細胞、血清、リンホカインなどを含有せしめた培養液
の容器である培地容器、(1)は細胞は透過しないが産
生物は透過する中空糸束を含んでなる中空糸束装置、
(9)は細胞および産生物は透過しないが培地は透過す
る中空糸束を含んでなる中空糸束装置、(10)は培地な
どを供給する培地供給手段、(11)はエアフィルター
(12)を有するガス抜き手段、(13)、(14)は中空糸
束装置(1)および(9)とそれぞれ連通する液体通路
を有する保持手段であり、その上端がコックなどで開放
可能に閉鎖されている。
培地などの供給は培地供給手段(10)により行なわれ
る。この際、培地容器(8)内の空気を抜くためガス抜
き手段(11)の開放下で行なうのが好ましい。
培養する細胞の供給などは、培地供給手段(10)によ
り行なってもよいが、別に設けるのが、培地を連続的に
供給しながら産生物や培地を連続的に取出す連続操作に
適しているなどの点から好ましい。
培地容器(8)に培養すべき細胞、血清、リンホカイ
ンなどの細胞活性化物質、培地などが供給され、細胞の
培養条件に応じた温度などの条件下、培養が行なわれ
る。
この際、エアポンプなどにより、たとえば0.2μm程
度のエアフィルターをとおしてガス供給手段(図示され
ていない)からガスが供給され、ガス交換が行なわれ、
排気ガスが、たとえばガス抜き手段(11)から排気され
る。また、培地供給手段(10)から培地などが供給され
る。
培養により産生された有用産生物(15)は、たとえば
第3図に示すように、(I)の中空糸束装置を構成する
中空糸(16)のポア(17)を通って培地中の栄養物(1
8)や、たとえば細胞活性化物質(19)が産生物(15)
よりも中空糸(16)を透過しやすいばあいには、細胞活
性化物質(19)などとともに(I)の中空糸束装置から
取出される。
なお第3図における(20)は細胞、(21)は血清であ
る。
この際、第4図に示すように、(II)の中空糸束装置
を構成する中空糸(22)により、血清(21)や細胞活性
化物質(19)を含まない培地が(II)の中空糸束装置か
ら取出される。
(I)の中空糸束装置による産生物の取出し、(II)
の中空糸束装置による培地の排出の際に、サイホン効果
による陰圧のみでは不充分なばあいには、それぞれの取
出しライン(23)、(24)にポンプなどの手段を設けて
もよいことは当然のことである。
本発明の方法に用いる装置には撹拌手段は必ずしも必
要ではないが、撹拌手段を設けて培地を撹拌すると、培
地を一定の状態に維持しやすくなり、細胞を培養しやす
くなる。なおこの際、(I)の中空糸束装置、(II)の
中空糸束装置として、たとえば空隙のある枠体を有する
ような装置を用いるのが好ましい。
前記枠体は、撹拌によりゆれうごきトラブルが生じや
すい中空糸束(2)を固定するためのものであるから、
なるべく培地中の産生物などの通過がおこりやすいもの
であるのが好ましく、このような目的を達成しうるもの
であるかぎり、形状、大きさなどにはとくに限定はな
い。それゆえ、枠体に存在する空隙の形状も、たとえば
巾広く、長いストリップ状の空隙であってもよく、スリ
ット状、格子状、円形〜楕円形などの空隙であってもよ
い。また空隙率としては中空糸束(2)を固定しうる限
りなるべく大きい方が好ましい。
第2図には培養中の培地の状態をモニターする手段な
どは記載されていないが、随時モニターしながら培養し
うることは当然のことである。
本発明の方法により培養される細胞としては、たとえ
ばリンパ球、骨髄細胞、マクロファージなどが、その際
に使用される細胞活性化物質としては、たとえばリンホ
カインやインターフェロンなどが、さらに培地として
は、たとえば牛胎児血清培地、無血清培地、ヒト血清培
地などがあげられる。そして産生物としては、たとえば
イムノグロブリンM、フィノブリノーゲン、アルブミ
ン、リンホカイン、インシュリン、インターフェロン、
ウロキナーゼ、成長ホルモン、モノクローナル抗体など
の生理活性物質などがあげられる。
つぎに本発明の方法を実施例に基づいて説明する。
実施例1 第2図に示す装置とほぼ同様の装置を用いた。
第2図における培地容器(8)は硬質ガラス製で容量
3300ml、直径約150mm×高さ約190mmの円筒状容器、
(I)の中空糸束装置は、親水化されたセルローストリ
アセテート製の平均ポアサイズ0.1μmの中空糸300本を
束ねて有効長が120mmになるようにポッティングしたも
の(全表面積250cm2)で、中空糸の両端は開口してお
り、それぞれ液体通路を有するキャップが被冠されてい
る。(II)の中空糸束装置は、親水化されたセルロース
トリアセテート製の平均ポアサイズ30Åの中空糸300本
を束ねて有効長が120mmになるようにポッティングした
もの(全表面積250cm2)で、中空糸の両端は開口してお
り、液体通路を有するキャップが被冠されている。そし
て培地容器(8)を外部から遮断する蓋体に、前記
(I)、(II)の中空糸束装置(1)、(9)、培地供
給手段(10)および0.2μmのエアフィルター(12)を
有するガス抜き手段(11)が配置された装置である。な
お、前記(I)、(II)の中空糸束装置(1)、(9)
はそれぞれの保持手段(13)、(14)により保持されて
おり、上端は閉鎖されていた。また、エアフィルター
(0.2μm)を介してエアポンプが取付けられており
(図示していない)、ガス供給が行なわれた。
ガス抜き手段(11)の開放下、培地としてRPMI−1640
(味の素(株)製)1000mlが供給されたのち、リンパ球
106個/ml×100ml、血清10ml、リンホカイン200単位から
なる細胞浮遊液約110mlを培地容器(8)に供給した。
そののち、37℃で培養を行なった。この間、培地供給手
段(10)から培地を1ml/minの割合で供給するととも
に、エアポンプを用いてCO2を5容量%含有する空気を
流量10ml/minで供給して20日間培養した。
培養中、1日ごとに培地のpH、炭酸ガス分圧(PCO2
を測定し、7.2≦pH≦7.3、36mmHg≦PCO2≦40mmHgである
ことを確かめた。
また(I)の中空糸束装置から産生物であるイムノグ
ロブリンMを含有する液を0.1ml/minの割合で回収し、
(II)の中空糸束装置から培地を0.9ml/minの割合で排
液した。
〔発明の効果〕
本発明の方法によると、無菌的、連続的に産生物が産
生され、該産生物を含有する液をコンパクトな装置を用
いて取出すことができる。また、培地に付加される細胞
活性化物質を節約できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法に用いる装置に使用される(I)
の中空糸束装置の一例に関する説明図、第2図は本発明
の方法に用いる装置の一例に関する説明図、第3図は
(I)の中空糸束装置で産生物が取出される状態を示す
説明図、第4図は(II)の中空糸束装置で培地が取出さ
れる状態を示す説明図である。 (図面の主要符号) (1):(I)の中空糸束装置 (2):中空糸束 (9):(II)の中空糸束装置 (15):産生物 (20):細胞

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】細胞を培養し、その産生物をうるに際し、
    該産生物の取出しを細胞は透過しないが産生物は透過す
    る中空糸束を含んでなる装置(I)を用いて行ない、培
    地の取出しを細胞および産生物は透過しないが培地は透
    過する中空糸束を含んでなる装置(II)を用いて行なう
    ことを特徴とする細胞培養産生物の取出しおよび培地の
    交換方法。
  2. 【請求項2】前記装置(I)における中空糸束が、平均
    ポアサイズ50Å〜0.5μmを有する再生セルロース製の
    中空糸、または親水化されたセルローストリアセテー
    ト、セルロースジアセテート、ポリエチレン、ポリプロ
    ピレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリテトラフルオ
    ロエチレンもしくはポリスルホン製の中空糸からなる請
    求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】前記装置(II)における中空糸束が、平均
    ポアサイズ30〜50Åを有する再生セルロース製の中空
    糸、または親水化されたセルローストリアセテート、セ
    ルロースジアセテート、ポリエチレン、ポリプロピレ
    ン、ポリエステル、ポリアミド、ポリテトラフルオロエ
    チレンもしくはポリスルホン製の中空糸からなる請求項
    1記載の方法。
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