JP2625990B2

JP2625990B2 - 細胞培養装置

Info

Publication number: JP2625990B2
Application number: JP29263388A
Authority: JP
Inventors: 勇二濱崎
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1988-11-19
Filing date: 1988-11-19
Publication date: 1997-07-02
Anticipated expiration: 2012-07-02
Also published as: JPH02138962A

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する装置に関し、特に温度、pH、
溶存酸素濃度（DO）を適正に保ち、栄養分供給と老廃物
除去のために培養液を自動的に交換する細胞培養装置に
関するものである。

このような細胞培養装置は、例えば細胞を高密度に培
養する高密度細胞培養装置として利用される。

（従来の技術）高密度細胞培養装置では細胞を含み細胞培養槽に収容
された培養液の上面にガスが供給されて接触する。培養
液にはpHセンサ、溶存酸素濃度センサ及び温度センサが
浸され、液面レベルを検出するレベルセンサが設けられ
ており、pHセンサの検出信号によって培養液上面へのCO
₂ガス供給量が制御され、溶存酸素濃度センサの検出信
号によって培養液上面へのO₂ガス供給量が制御され、温
度センサの検出信号によって培養液を加熱するヒータへ
の通電が制御され、培養液の一部が取り出されたときレ
ベルセンサの検出信号によって新鮮培地供給用のポンプ
が作動して新鮮培地が細胞培養槽に供給されて細胞培養
槽内の培養液量が一定に保たれる。

培養液の一部を取り出すために、例えば細胞培養槽に
培養液を槽外に循環させる循環部が設けられ、循環部に
例えばセラミック製の円筒状のクロスフローフィルタが
設けられ、細胞を含む培養液はそのフィルタの内部を通
過し、そのフィルタから注出された液が排出される。

（発明が解決しようとする課題）従来の装置において培養液の一部を取り出すためのフ
ィルタにおける分離は、細胞と細胞上清を分離するだけ
であり、細胞上清中に含まれる高分子蛋白や血清成分、
特に成長因子（GF）も一緒に系外へ排出されてしまう。
血清やGFは高価であるため維持費が高くつく。

また、老廃物を選択的に排出することができない。

本発明は成長因子や栄養分を系外に出さずに老廃物を
選択的に排出することにより、維持費を下げることので
きる細胞培養装置を提供することを目的とするものであ
る。

（課題を解決するための手段）本発明の細胞培養装置は、細胞を培養する細胞培養槽
の他に調整槽、交換部及び回収部を備えている。

細胞培養装置はpH、溶存酸素濃度及び温度などの培養
条件を制御する手段、細胞を植え込んだり採取したりす
るポート並びに培養液を槽外に循環させる第１の循環部
を備えている。調整槽は培養液を槽外に循環させる第２
の循環部及び液量に応じて新鮮培地を流入させる手段を
備えている。交換部は第１の循環部と第２の循環部の間
に設けられて細胞及び成長因子を通さず栄養分及び老廃
物を通す粗さの膜を備えている。回収部は第２の循環部
の流路で前記交換部より下流側に設けられて栄養分を通
さず老廃物を通す粗さの膜を備えその膜から抽出される
液を回収する。

また、細胞培養槽の培養条件の制御を容易にするため
に、調整槽にもpH、溶存酸素濃度及び温度などの培養条
件の制御手段を設けることが好ましい。

（作用）交換部の膜は細胞や成長因子などの大きさの物質を通
さないため、細胞や成長因子は細胞培養槽の系内に留ま
る。栄養分と老廃物は交換部の膜を通って細胞培養槽の
系と調整槽の系の間で移動することができる。

回収部の膜は老廃物を通すが栄養分を通さないため、
栄養分は調整槽の系と細胞培養槽の系に留まる。老廃物
は回収部の膜を通って系外に排出される。

回収部で排出された流量の新鮮培地が培地流入手段に
よって調整槽に供給される。

pH、溶存酸素濃度、温度などの培養条件は主として培
養槽で制御されるが、好ましい実施例においては調整槽
においても制御される。

（実施例）図は一実施例を表わす。

２は細胞培養槽であり、培地に細胞が懸濁した培養液
４が収容されている。培養液４の培地は血清、成長因子
であるIL2、栄養分であるグルコースや蛋白質などを含
んでいる。細胞培養槽２は蓋で閉じられ、培養液４の上
部の空間にはガス制御系（図示略）によってO₂、CO₂及
びN₂（又は空気）が供給される。細胞培養槽２には温度
センサ、pHセンサ、溶存酸素濃度センサ、レベルセンサ
などのセンサ類６が設けられている。細胞培養槽２内に
は培養液４を撹拌するためにスターラ８が設けられ、細
胞培養槽２の外側の下部にはヒータ（図示略）が設けら
れている。ガス制御系、センサ類６及びヒータは培養条
件制御手段を構成する。

細胞培養槽２にはまた、培養液４を槽外に循環させる
ために、チューブの流路10が設けられ、この流路10の途
中にはポンプ12が設けられて培養液４を循環させる。流
路10は交換部14を経て培養槽２に戻る。

細胞培養槽２にはさらに、新鮮培地供給タンク16から
ポンプ18及び電磁弁20を経て新鮮培地が供給される供給
路22が設けられている。

細胞培養槽２の蓋には細胞を植え込んだり採取したり
するポート（図示略）が設けられている。

24は調整槽であり、培地26が収容されている。培地26
は栄養分であるグルコースや蛋白質などを含んでいる。
調整槽24も蓋で閉じられ、培地26の上部の空間にはガス
制御系（図示略）によってO₂、CO₂及びN₂（又は空気）
が供給される。調整槽24にも温度センサ、pHセンサ、溶
存酸素濃度センサ、レベルセンサなどのセンサ類28が設
けられており、調整槽24内には培地26を撹拌するために
スターラ30が設けられ、調整槽24の外側の下部にはヒー
タ（図示略）が設けられている。調整槽24においてもガ
ス制御系、センサ類28及びヒータは培養条件制御手段を
構成する。

調整槽24にはまた、培地26を槽外に循環させるため
に、チューブの流路32が設けられ、この流路32の途中に
はポンプ34が設けられて培地26を循環させる。流路32は
交換部14及び抽出部36を経て調整槽24に戻る。

調整槽24にも新鮮培地供給タンク16からポンプ18及び
電磁弁20を経て新鮮培地が供給される供給路が設けられ
ている。

交換部14は流路10と流路32の間に設けられている。交
換部14には分画分子量が約10000の分離膜38が設けられ
ており、この分離膜38を経て細胞培養槽側の流路10と調
整槽側の流路32の間で栄養分や老廃物の交換が行なわれ
る。分離膜38としては例えば限外濾過膜が使用される。

交換部14は金属製コネクタ40によって両流路10,32に
交換可能に取りつけられている。42は交換部14を取り替
える際に流路10,32を閉じるピンチコックである。

抽出部36には分画分子量が約4000以下の分離膜44が設
けられており、この分離膜44を経て流路32から老廃物が
培地とともに抽出され、ポンプ46によって廃液回収タン
ク48に回収される。

抽出部36も金属製コネクタ50によって流路32に交換可
能に取りつけられている。52は流路32を閉じるピッチコ
ックである。

次に、本実施例の動作について説明する。

細胞培養槽２に培養液４を入れ、調整槽24に培地26を
入れ、スターラ8,30を作動させ、ポンプ12,34を作動さ
せて培養液４、培地26を循環させながら、両槽2,24のp
H、溶存酸素濃度及び温度を所定の値になるように制御
する。細胞培養槽２及び調整槽24における培養条件の制
御は、センサ類6,28の指示によってそれぞれの槽2,24の
ガス制御系やヒータを制御することによって行なわれ
る。

細胞培養槽２の培養液４と調整槽24の培地26は矢印の
ように交換部14を通過する。このとき、分離膜38では栄
養分や老廃物が通過することができるので、流路32側か
ら流路10側に栄養分が補給され、逆に流路10側から流路
32側に老廃物が除去される。培養液４中の細胞や血清の
主要成分、成長因子など分子量が約10000より大きいも
のは分離膜38を通過せず、細胞培養槽２に戻される。

調整槽側の流路32では、交換部14からの培地は抽出部
36に至る。注出部36では分画分子量が約4000以下の分離
膜44によって老廃物が選択的に分離される。栄養分は分
離膜44を通過せず、再び調整槽24に戻される。老廃物を
含んだ培地はポンプ46によって廃液回収タンク48に回収
される。

廃液回収タンク48に培地が回収されることにより、調
整槽24の培地26が減少する。センサ類28にはレベルセン
サが備えられているので、レベルセンサの指示によって
電磁弁20が調整槽24方向に切り換えられ、ポンプ18が作
動して、新鮮培地供給タンク16から調整槽24に新鮮培地
が補給されて調整槽24の培地26の液量が一定に保たれ
る。

交換部14で両流路10,32の圧力を等しくしておけば細
胞培養槽２の培養液４の液量は一定である。しかしなが
ら、培養液４が減少した場合に培養液を一定レベルに戻
すために、センサ類６中のレベルセンサの指示によって
電磁弁20が細胞培養槽２側に切り換えられ、ポンプ18に
よって新鮮培地供給タンク16から新鮮培地が細胞培養槽
２に補給される。

細胞培養槽２での培養条件の設定と調整槽24での培養
条件の設定を等しくしておくと、細胞培養槽２における
培養条件の変動を小さく抑えることができる。

分離膜38,44は目詰りを起こすことがある。そのよう
な場合、ピンチコック42,52を閉じてコネクタ40,50を外
すことにより、分離膜38,44を無菌的に交換することが
できる。

実施例では分離膜38,44が平面状のものであるが、ホ
ローファイバー形態のものにすることもできる。

また、実施例では細胞培養槽２に新鮮培地を供給する
供給路22を設けているが、この供給路22を設けず、細胞
培養槽２の培養液４の液量が変動したとき、センサ類６
中のレベルセンサの指示によってポンプ12,34の回転速
度を調節することにより、分離膜38を介して培養液の液
量を調節するようにしてもよい。

（発明の効果）本発明では調整槽を設けて細胞培養槽の循環部と調整
槽の循環部の間で栄養分と老廃物の交換を行ない、血清
や成長因子を細胞培養槽の系から出さないようにしたの
で、高価な血清や成長因子の利用効率が高まり、維持費
が軽減される。

調整槽の循環部には回収部を設けて老廃物を選択的に
除去するようにしたので、老廃物の除去効果が高まる。

調整槽においても培養条件を制御するようにすれば、
細胞培養槽だけで培養条件を制御する場合に比べて制御
性能が高まる。

【図面の簡単な説明】

図は一実施例を示す構成図である。２……細胞培養槽、４……培養液、6,28……センサ類、
10,32……流路、12,34,18,46……ポンプ、14……交換
部、16……新鮮培地供給タンク、24……調整槽、26……
培地、36……抽出部、38,44……分離膜、48……廃液回
収タンク。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】培養条件を制御する手段、細胞を植え込ん
だり採取したりするポート及び培養液を槽外に循環させ
る第１の循環部を備えた細胞培養槽と、培養液を槽外に
循環させる第２の循環部及び液量に応じて新鮮培地を流
入させる手段を備えた調整槽と、第１の循環部と第２の
循環部の間に設けられて細胞及び成長因子を通さず栄養
分及び老廃物を通す粗さの膜を備えた交換部と、第２の
循環部の流路で前記交換部より下流側に設けられて栄養
分を通さず老廃物を通す粗さの膜を備えその膜から抽出
される液を回収する回収部とを備えた細胞培養装置。
【請求項２】調整槽も培養条件を制御する手段を備えて
いる請求項１記載の細胞培養装置。