JP3041378B2 - 充填層型培養装置及び培養方法 - Google Patents
充填層型培養装置及び培養方法Info
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- JP3041378B2 JP3041378B2 JP4335686A JP33568692A JP3041378B2 JP 3041378 B2 JP3041378 B2 JP 3041378B2 JP 4335686 A JP4335686 A JP 4335686A JP 33568692 A JP33568692 A JP 33568692A JP 3041378 B2 JP3041378 B2 JP 3041378B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は発酵槽又は培養槽等、特
に多孔質担体を用いた細胞の充填層型培養装置に関する
ものである。
に多孔質担体を用いた細胞の充填層型培養装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】動物細胞、特に付着性細胞の培養を行う
培養方法には、細胞を浮遊担体に付着させてサスペンジ
ョン状態で培養を行う培養方法、担体を流動状態で培養
する流動床型培養及び担体が固定された状態で培養を行
う固定床型の培養装置とがある。固定床型培養装置の一
例として、充填された粒状担体に細胞等を固定した充填
層型の培養装置がある。例えば、特開平３−１８０１７
１号公報や、次の文献に記載されたものがこれに当た
り、通常この充填層に細胞の培地を供給することにより
培養を行う。J．B．Griffiths，D．R．Cameron and D．
Looby． Bulk production ofanchorage−dependent an
imal cells． Plant And Animal Cells． 1987．C．We
bb and F． Mavituna． Ellis Horwood Limited， Chi
chester． 149−161．
培養方法には、細胞を浮遊担体に付着させてサスペンジ
ョン状態で培養を行う培養方法、担体を流動状態で培養
する流動床型培養及び担体が固定された状態で培養を行
う固定床型の培養装置とがある。固定床型培養装置の一
例として、充填された粒状担体に細胞等を固定した充填
層型の培養装置がある。例えば、特開平３−１８０１７
１号公報や、次の文献に記載されたものがこれに当た
り、通常この充填層に細胞の培地を供給することにより
培養を行う。J．B．Griffiths，D．R．Cameron and D．
Looby． Bulk production ofanchorage−dependent an
imal cells． Plant And Animal Cells． 1987．C．We
bb and F． Mavituna． Ellis Horwood Limited， Chi
chester． 149−161．
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の充填層型培
養装置は、充填層内に細胞の担体が密に充填されてい
た。このような構造のため、培養する各細胞等に酸素や
栄養分を供給する培地の流れが不均一になる。その結果
充填層の培地入口側と出口側とで栄養分の濃度勾配が生
じ、充填層下部には十分な栄養が供給出来ないために、
細胞等の増殖速度や活性が低下して、充填層高さを高く
出来ないという問題があった。またこの際、栄養分供給
を増大するために培地流量を増加すると差圧が大きくな
り、循環用動力が増大したり、あるいは細胞膜を傷めた
り死滅させる等細胞にダメージを与えるという問題があ
った。
養装置は、充填層内に細胞の担体が密に充填されてい
た。このような構造のため、培養する各細胞等に酸素や
栄養分を供給する培地の流れが不均一になる。その結果
充填層の培地入口側と出口側とで栄養分の濃度勾配が生
じ、充填層下部には十分な栄養が供給出来ないために、
細胞等の増殖速度や活性が低下して、充填層高さを高く
出来ないという問題があった。またこの際、栄養分供給
を増大するために培地流量を増加すると差圧が大きくな
り、循環用動力が増大したり、あるいは細胞膜を傷めた
り死滅させる等細胞にダメージを与えるという問題があ
った。
【０００４】これらの問題を解消するために、浅い充填
層を多段に連ねたものや、特開平２−１０９９６６号公
報に記載された例のように、円柱状の充填層において円
の半径方向に培地を流すもの等がある。しかしながら結
局これらの方式でも半径方向における充填層厚さの問題
は残る。
層を多段に連ねたものや、特開平２−１０９９６６号公
報に記載された例のように、円柱状の充填層において円
の半径方向に培地を流すもの等がある。しかしながら結
局これらの方式でも半径方向における充填層厚さの問題
は残る。
【０００５】理想的には充填層を無限に細分化したもの
を非常に多数つないで培地を供給することが望ましいと
考えられるが、実際には複雑になりすぎて不可能であ
る。
を非常に多数つないで培地を供給することが望ましいと
考えられるが、実際には複雑になりすぎて不可能であ
る。
【０００６】本発明の目的は、充填層下部においても十
分な栄養を供給でき、従って大容量の充填層中に細胞等
を増殖させてかつ活性を維持することができる培養装置
及び培養方法を供給することにある。
分な栄養を供給でき、従って大容量の充填層中に細胞等
を増殖させてかつ活性を維持することができる培養装置
及び培養方法を供給することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、担体相互間に適度な間隔を持たせ、密に充
填されないようにした充填層に培地を供給するようにし
たことを特徴とする。
に本発明は、担体相互間に適度な間隔を持たせ、密に充
填されないようにした充填層に培地を供給するようにし
たことを特徴とする。
【０００８】換言すると担体以外の部材または担体自体
の形状を利用して充填層を細分割する環流通路を形成す
ることにより、多孔質担体１ヶを実質上１つの充填層に
相当するまで多段とした構成に特徴がある。
の形状を利用して充填層を細分割する環流通路を形成す
ることにより、多孔質担体１ヶを実質上１つの充填層に
相当するまで多段とした構成に特徴がある。
【０００９】
【作用】本発明の構成によれば、担体外では多量の培地
が流れるため栄養分濃度が従来方式よりも均一にでき、
しかも各担体の内部にも微量の培地が入るため全ての細
胞へ充分な栄養分の供給ができる。しかも、装置の構造
は比較的簡単にできる。
が流れるため栄養分濃度が従来方式よりも均一にでき、
しかも各担体の内部にも微量の培地が入るため全ての細
胞へ充分な栄養分の供給ができる。しかも、装置の構造
は比較的簡単にできる。
【００１０】
〔実施例１〕図１に本発明を適用した培養槽の一例を示
す。培養槽１は、ステンレス製で容量は約１リットルで
あり、その下部に充填層２が配置されている。電極ノズ
ル３はＰＨ，ＤＯ，温度を検出する電極がそれぞれ取り
付けられている。培地供給ノズル４から新鮮培地ポット
１１内の培地１０を培養槽１へ供給しつつ、一方で培地
抜出ノズル５から十分速い速度で培地を抜き出し、培地
回収ポット１２に回収することにより培地の環流を行
う。液面レベルは培地抜出ノズル５の下端５Ａの高さに
維持される。
す。培養槽１は、ステンレス製で容量は約１リットルで
あり、その下部に充填層２が配置されている。電極ノズ
ル３はＰＨ，ＤＯ，温度を検出する電極がそれぞれ取り
付けられている。培地供給ノズル４から新鮮培地ポット
１１内の培地１０を培養槽１へ供給しつつ、一方で培地
抜出ノズル５から十分速い速度で培地を抜き出し、培地
回収ポット１２に回収することにより培地の環流を行
う。液面レベルは培地抜出ノズル５の下端５Ａの高さに
維持される。
【００１１】培養槽１に培地１０を張り込み、通気ノズ
ル６より空気，ＣＯ2，Ｏ2，Ｎ2の混合ガスを通気す
る。通気により、培地への循環駆動力供給及びｐＨ，Ｄ
Ｏの調節を行う。ガスの混合割合はｐＨ，ＤＯ（溶存Ｏ
2濃度）が設定値に制御されるように、電極ノズル３の
出力に基づいてコントローラ１３で各バルブのＯＮ−Ｏ
ＦＦを制御する。生じた泡は連通管７中を上昇し、培養
槽１内の液面で培地と分離し、液面上約２ｃｍの所に設
けられた疎水性物質を塗布した消泡ネット１Ａに接触す
ると破壊される。培地は気泡の送り込みによる循環流
（エアリフト）により図１において右回りに循環し、充
填層２中では気泡を含まない下降流となる。充填層２内
には多数の担体が保持されている。８は温水ノズルであ
る。
ル６より空気，ＣＯ2，Ｏ2，Ｎ2の混合ガスを通気す
る。通気により、培地への循環駆動力供給及びｐＨ，Ｄ
Ｏの調節を行う。ガスの混合割合はｐＨ，ＤＯ（溶存Ｏ
2濃度）が設定値に制御されるように、電極ノズル３の
出力に基づいてコントローラ１３で各バルブのＯＮ−Ｏ
ＦＦを制御する。生じた泡は連通管７中を上昇し、培養
槽１内の液面で培地と分離し、液面上約２ｃｍの所に設
けられた疎水性物質を塗布した消泡ネット１Ａに接触す
ると破壊される。培地は気泡の送り込みによる循環流
（エアリフト）により図１において右回りに循環し、充
填層２中では気泡を含まない下降流となる。充填層２内
には多数の担体が保持されている。８は温水ノズルであ
る。
【００１２】充填層２の要部の水平方向の断面図を図２
に、垂直方向の断面図を図３に示す。担体２０は炭酸カ
ルシウムを材料とし、直径が１〜２ｍｍの球状の多孔質
担体であり、約１〜３ｍｍ間隔で立体的に仕切られたフ
ッ素樹脂製の立体構造物２１内の各空間に１個ずつ固定
化されている。この立体構造物は担体２０相互間に隙間
を持たせ、図３に示すように、充填層２を上下に貫通す
る培地通路２２及び多数の分流２３を各担体間に形成す
る機能を有する。これにより、各担体の表面を多量の培
地１０が流れるため栄養分濃度が均一になり、しかも各
担体内部にも微量の培地が入り込み、全ての細胞への充
分な栄養分供給が可能になる。
に、垂直方向の断面図を図３に示す。担体２０は炭酸カ
ルシウムを材料とし、直径が１〜２ｍｍの球状の多孔質
担体であり、約１〜３ｍｍ間隔で立体的に仕切られたフ
ッ素樹脂製の立体構造物２１内の各空間に１個ずつ固定
化されている。この立体構造物は担体２０相互間に隙間
を持たせ、図３に示すように、充填層２を上下に貫通す
る培地通路２２及び多数の分流２３を各担体間に形成す
る機能を有する。これにより、各担体の表面を多量の培
地１０が流れるため栄養分濃度が均一になり、しかも各
担体内部にも微量の培地が入り込み、全ての細胞への充
分な栄養分供給が可能になる。
【００１３】〔実施例２〕本発明の他の実施例の充填層
２の要部の水平方向の断面図を図４に、垂直方向の断面
図を図５に示す。
２の要部の水平方向の断面図を図４に、垂直方向の断面
図を図５に示す。
【００１４】この例では、充填層２に、担体２０のＳ／
Ｖが１０／ｒよりも十分大きくなるような立体形状の担
体を充填した。ここで、ｒは個々の担体の凹凸を包括す
る立体の最大半径、Ｓは立体の表面積、Ｖは立体の体積
とする。
Ｖが１０／ｒよりも十分大きくなるような立体形状の担
体を充填した。ここで、ｒは個々の担体の凹凸を包括す
る立体の最大半径、Ｓは立体の表面積、Ｖは立体の体積
とする。
【００１５】いま、担体が球形ならばＳ＝４πｒ2、Ｖ
＝４／３πｒ3となり、Ｓ／Ｖは３／ｒとなる。担体の
体積が同一であっても外表面の凹凸が激しい方が表面積
Ｓは大きくなり、Ｓ／Ｖも大きくなる。例えば、Ｓ／Ｖ
＞１０／ｒである担体は多孔質構造の凹凸を包括する立
体が球形よりも凹凸が激しい形状であることになる。
＝４／３πｒ3となり、Ｓ／Ｖは３／ｒとなる。担体の
体積が同一であっても外表面の凹凸が激しい方が表面積
Ｓは大きくなり、Ｓ／Ｖも大きくなる。例えば、Ｓ／Ｖ
＞１０／ｒである担体は多孔質構造の凹凸を包括する立
体が球形よりも凹凸が激しい形状であることになる。
【００１６】この実施例においても、培養槽１に培地１
０を張り込み通気ノズル６より空気，ＣＯ2，Ｏ2，Ｎ2
の混合ガスを通気する。生じた泡は連通管７中を上昇
し、連通管を出ると液面で培地と分離し、液面上約２ｃ
ｍの所に設けられた疎水性物質を塗布した消泡ネットと
に接触すると破壊される。培地はエアリフトにより図１
において右回りに循環し、充填層２中では気泡を含まな
い下降流となる。
０を張り込み通気ノズル６より空気，ＣＯ2，Ｏ2，Ｎ2
の混合ガスを通気する。生じた泡は連通管７中を上昇
し、連通管を出ると液面で培地と分離し、液面上約２ｃ
ｍの所に設けられた疎水性物質を塗布した消泡ネットと
に接触すると破壊される。培地はエアリフトにより図１
において右回りに循環し、充填層２中では気泡を含まな
い下降流となる。
【００１７】充填層２内に上記立体形状の担体２０を充
填したことにより、担体２０はさほど密には充填され
ず、各担体相互間に適度なすき間ができるようになり、
充填層２を上下に貫通する循環用通路２２や分流２３が
多数形成される。このため担体外では多量の培地が流れ
るため栄養分濃度が従来のものよりも均一にでき、しか
も担体内部にも微量の培地が入り込み、細胞への栄養分
供給が可能になる。
填したことにより、担体２０はさほど密には充填され
ず、各担体相互間に適度なすき間ができるようになり、
充填層２を上下に貫通する循環用通路２２や分流２３が
多数形成される。このため担体外では多量の培地が流れ
るため栄養分濃度が従来のものよりも均一にでき、しか
も担体内部にも微量の培地が入り込み、細胞への栄養分
供給が可能になる。
【００１８】〔実施例３〕本発明の他の実施例になる充
填層の水平方向の断面図を図６に、垂直方向の断面図を
図７に示す。
填層の水平方向の断面図を図６に、垂直方向の断面図を
図７に示す。
【００１９】この例では、球形、方体、四面体の３種類
の形状の担体２０を混合したものを、かご状の担体支持
材２１の各仕切り内に入れ、これを培養槽１の充填層２
中に充填する。そして、培養槽１に培地を張り込み通気
ノズル６より空気、ＣＯ2、Ｏ2、Ｎ2の混合ガスを通気
する。生じた泡は連通管７中を上昇し、連通管を出ると
液面で培地と分離し、液面上約２ｃｍの所に設けられた
疎水性物質を塗布した消泡ネットに接触すると破壊され
る。培地１０はエアリフトにより図１において右回りに
循環し、充填層２中は気泡を含まない下降流となる。
の形状の担体２０を混合したものを、かご状の担体支持
材２１の各仕切り内に入れ、これを培養槽１の充填層２
中に充填する。そして、培養槽１に培地を張り込み通気
ノズル６より空気、ＣＯ2、Ｏ2、Ｎ2の混合ガスを通気
する。生じた泡は連通管７中を上昇し、連通管を出ると
液面で培地と分離し、液面上約２ｃｍの所に設けられた
疎水性物質を塗布した消泡ネットに接触すると破壊され
る。培地１０はエアリフトにより図１において右回りに
循環し、充填層２中は気泡を含まない下降流となる。
【００２０】この例でも、複数の形状の担体１０を充填
したことにより各担体相互間に適度なすき間ができ、か
つかご状担体支持材間にもすき間ができるようになり、
充填層２を上下に貫通する多数の通路２２や分流２３が
各担体間に形成される。このため担体外では多量の培地
が流れるため栄養分濃度が従来のものよりも均一にで
き、しかも担体内部にも微量の培地が入り込み、細胞へ
の充分な栄養分供給が可能になる。
したことにより各担体相互間に適度なすき間ができ、か
つかご状担体支持材間にもすき間ができるようになり、
充填層２を上下に貫通する多数の通路２２や分流２３が
各担体間に形成される。このため担体外では多量の培地
が流れるため栄養分濃度が従来のものよりも均一にで
き、しかも担体内部にも微量の培地が入り込み、細胞へ
の充分な栄養分供給が可能になる。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、充填層内の担体相互間
に適度な間隔が確実に形成される。すなわち各多孔質担
体間に培地の流路が確保できるため、担体外では多量の
培地が流れるため栄養分濃度を従来のものよりも均一に
でき、しかも多孔質担体内部にも徴量の培地が入り込
み、細胞を担体内部の微小な孔に保持したままで、細胞
への充分な栄養分供給が可能になる。これにより、充填
層全体に酸素や栄養分を充分にかつ均一に供給できるよ
うになり、培養装置全体での反応(生産)効率が増大す
る。また、従来のものよりもスケールアツプが容易にな
る。
に適度な間隔が確実に形成される。すなわち各多孔質担
体間に培地の流路が確保できるため、担体外では多量の
培地が流れるため栄養分濃度を従来のものよりも均一に
でき、しかも多孔質担体内部にも徴量の培地が入り込
み、細胞を担体内部の微小な孔に保持したままで、細胞
への充分な栄養分供給が可能になる。これにより、充填
層全体に酸素や栄養分を充分にかつ均一に供給できるよ
うになり、培養装置全体での反応(生産)効率が増大す
る。また、従来のものよりもスケールアツプが容易にな
る。
【図１】本発明を実施するのに適した、一般的な培養装
置の縦断面図である。
置の縦断面図である。
【図２】本発明の一実施例になる担体保持材を用いた図
１内の充填層の充填例を示す横断面図である。
１内の充填層の充填例を示す横断面図である。
【図３】図２の充填層の縦断面図である。
【図４】本発明の他の実施例になる、担体形状例を示し
た充填層の横断面図である。
た充填層の横断面図である。
【図５】図４の充填層の縦断面図である。
【図６】本発明の他の実施例になる、担体保持材を用い
た充填層の横断面図である。
た充填層の横断面図である。
【図７】図６の充填層の縦断面図である。
１…培養装置、２…充填層、３…電極ノズル、４…培地
供給ノズル、５…培地抜出ノズル、６…通気ノズル、７
…連通管、２０…担体、２１…担体保持材
供給ノズル、５…培地抜出ノズル、６…通気ノズル、７
…連通管、２０…担体、２１…担体保持材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−25476（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C12M 1/40 - 3/08 C12N 5/00 - 5/06
Claims (6)
- 【請求項１】 担体を充填した充填層を有する培養層内
に、培地を循環させる動物細胞用の充填層型培養装置に
おいて、 前記担体は、該担体内部へ前記細胞及び前記培地の入り
込みを許容する多孔質部を有する多孔質担体であり、 前記個々の担体間に液流通に十分な間隔を与える該担体
とは別の立体構造の担体支持装置を有し、 該担体支持装置を前記充填層内に配置し、該充填層を貫
通する複数の培地循環用の流路を前記担体間に形成した
ことを特徴とする充填層型培養装置。 - 【請求項２】 前記担体が、個々の多孔質構造を包括する
立体の最大半径をｒ、立体の表面積をＳ、体積をＶとし
たとき、Ｓ／Ｖ＞１０／ｒであり、該担体を充填するこ
とにより、前記担体相互の間隔を維持するようにしたこ
とを特徴とする請求項１記載の充填層型培養装置。 - 【請求項３】 複数の異種形状の担体を混合して前記担体
支持装置に担体を支持させることによって前記担体相互
の間隔を維持することを特徴とする請求項１記載の充壌
層型培養装置。 - 【請求項４】 前記担体内の多孔質部を除く、充填層の空
隙率が０．５以上となるように担体相互の間隔を持たせ
たことを特徴とする請求項１−３のいずれか１項に記載
の充填層型培養装置。 - 【請求項５】 前記各担体の外表面を、複数の凹部を有す
る立体形状とすることにより、前記充填層を貫通する複
数の培地循環用の流路を前記各担体間に形成したことを
特徴とする請求項１−３のいずれか１項に記載の充填層
型培養装置。 - 【請求項６】 担体を充填した充填層を有する培養層内に
培地を循環させる充填層型培養装置を用いて、動物細胞
を培養すものにおいて、 前記担体は、該担体内部へ前記細胞および前記培地の入
り込みを許容する多孔質部を有する多孔質担体であり、 前記個々の担体間に液流通に十分な間隔を与える前記担
体とは別の立体構造の担体支持装置により前記担体を支
持し、該担体支持装置を前記充填層内に配置し、該充填
層を貫通する複数の培地循環用の流路を前記担体間に形
成し、 前記複数の流路を介して前記培地を循環させることによ
り前記各担体に培地を供給することを特徴とする細胞の
培養方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4335686A JP3041378B2 (ja) | 1992-12-16 | 1992-12-16 | 充填層型培養装置及び培養方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4335686A JP3041378B2 (ja) | 1992-12-16 | 1992-12-16 | 充填層型培養装置及び培養方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06181748A JPH06181748A (ja) | 1994-07-05 |
| JP3041378B2 true JP3041378B2 (ja) | 2000-05-15 |
Family
ID=18291369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4335686A Expired - Fee Related JP3041378B2 (ja) | 1992-12-16 | 1992-12-16 | 充填層型培養装置及び培養方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3041378B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4601746B2 (ja) * | 1999-10-25 | 2010-12-22 | エイブル株式会社 | 三次元動物細胞培養装置及び培養方法 |
| WO2004050823A1 (en) | 2002-12-02 | 2004-06-17 | Council Of Scientific And Industrial Research | Porous vessel bioreactor |
-
1992
- 1992-12-16 JP JP4335686A patent/JP3041378B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06181748A (ja) | 1994-07-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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