JP3176628B2 - 細胞培養処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、細胞培養スライド表面の少なくとも一部が
気体透過性で、細胞を培養する処理装置に関し、特に肝
細胞を培養する処理装置に関する。

医学や薬学では、細胞培養実験を行わなければならな
いことが多い。細胞培養実験は、細胞の培養、細胞の観
察、外来物質および毒物または何れかに対する細胞の反
応、保存などに利用される。

さらに、適切な器官に置換する研究が重要になってき
ている。

主な分野の１つは、特に肝臓の代謝機能に関する実験
である。

但し、肝細胞の代謝機能の多くは、複雑であるので、
肝臓を人工的な器官に置換しなければならいことが多
い。人工腎の場合、濾過機能および代謝機能は、装置で
透析して行うことができる最重要な機能である。同様
に、人工心臓の場合、特にポンプ機能は、機械が代わり
に行う。一方、肝臓には、多数の独立機能がある。これ
らの機能には、解毒機能、タンパク質分泌機能、内分泌
機能、貯蔵機能、食作用、脂肪代謝機能、炭水化物代謝
機能などがある。

既知の培養系では、肝細胞は、分離後最初の数日で上
述の機能が低下する。このため、調査される機能によっ
て異なるが、わずか２、３日後には約80％が、一週間後
には、極めて少ない機能しか、残っていない。細胞が死
滅したのち、繊維芽細胞の増殖が起こる。従来の肝細胞
培養実験を段階的に細胞変性相で行わなければならなか
った。

培養内で肝細胞を機能させるには、上皮共存培養、培
地へのジメチルスルホキシド（DMSO）添加、あるいは、
複合基質（基質ゲル）の使用などが提案されている。た
だし、目的が可及的に「in vivo」に近い肝細胞培養を
使用することにある場合には、それらの従来の培養で
は、一連の問題が生じる。従って、DMSOは、肝細胞毒性
作用も有する化学物質である。上皮共存培養は、形質転
換細胞系であり、発がん性の特性を有する。従って、自
然に完全に分化した細胞の行動について結論を出すこと
はできない。基質ゲルは、肉腫細胞系（Engelbrecht Ho
lm肉腫）由来であり、その成分では特徴付けられない。
発がん性細胞またはその生成物（これ以上は限定を避け
るが）を使用する臨床的価値はない。

細胞培養スライドとして、ガラス、プラスチックまた
はタンパク質を含む細胞外基質の一方に肝細胞単層を有
する装置が既に提案されている。

基質肝細胞−基質構造を有するいわゆるサンドイッチ
培養系も知られている。中空細胞または微粒子担体をベ
ースとする装置によって、集団培養は実際に理論的に実
現できるが、通常、この装置では従来の培養組織を使用
する。これによって、肝細胞の機能は急速に失われ、さ
らに、重要な酸化に関する問題が生じる。接着が続いて
おこるようなサンドイッチ培養系は、生成されない。

既知の培養、特にサンドイッチ培養に関する不利益
は、細胞への酸素供給を十分に確保できないことにあ
る。ある範囲では不十分にあるが、ある範囲では培地の
潅流速度が増加し、トランスバース力が不要に増加す
る。

このような、細胞培養が酸化しないように、特に、培
養中の肝細胞が酸化しないようにするためには、気体透
過膜がすでに提案されている。この場合、細胞は膜の片
面に存在し、貫膜空気接触または酸素豊富な培地によっ
て供給され、反対側に通過する。ただし、このような個
々の膜は、実験または小量でサイズの小さい場合にしか
適していない。

また、既知の方法および構造の主な不利益は、空間的
な問題すなわち広いスペースが必要なことにある。この
ため、酸化および栄養供給に関する問題を解決するに
は、高価なポンプ回路で実際に培養された細胞数に対応
するユニットのサイズを極端に大きくするなどしなけれ
ばならない。このような技術などでヒトの肝臓などの器
官全体を置換するには家一軒分全部の空間が必要である
ので、集団培養はこの方法では不可能である。

欧州特許第0 363 262号は、固定ハウジングを有する
基本的ユニット内部で３室装置を使用する細胞培養処理
装置を開示している。互いに分離した２つの独立膜は、
このハウジングに伸び、３つの部屋を形成する。これら
の膜は、個々に基本ユニットの壁に取り付けられる。細
胞培養空間は、部屋の中央にあり、他の２室は、細胞培
養室用の供給室となる。

しかしながら、この装置を用いた場合、空間的必要条
件を考慮する点が不便である。さらに、この装置の場
合、細胞が「in vivo」状態に近づくことはない。

従って、本発明の目的は、細胞を適切な空間条件下で
「in vivo」に可及的に近い状態で培養することができ
る最初に述べたタイプの装置を提供することにある。

この目的は、酸素を板型細胞培養スライド内部に導入
し、細胞を覆うコラーゲン層を細胞培養スライドに塗布
し、次の細胞培養スライドをそのコラーゲン層の上に直
接または距離をおいて配置し、培地をコラーゲン層また
はコラーゲン層と次の細胞培養との間に導入する本発明
によって達成することができる。

本発明によれば、バイオリアクターの形態の構成原理
によって、細胞培養処理装置を最小の空間に納め、既知
の溶液内よりも相当多くの細胞を培養することができ
る。本発明に係る細胞培養スライドの設計によって、十
分かつ実質的に一様な酸素を細胞培養に供給することが
できる。

本発明に係るバイオリアクターの構成原理は、肝実質
の微細胞学的機能的単位である肝小葉を模範とする。既
知の装置および方法と比較した場合、分離動脈および門
脈−静脈相によってこの原理によっていくつかの重要な
利益が得られる。このため、最適のすなわち直接的に正
確に計量し、肝細胞に一様に分散させて酸素を供給する
ことなどができる。さらに、細胞全体数を必要条件（集
団培養）に適合させ、必要なだけ多くすることができ
る。バイオリアクターの死容量（dead volume）を最小
限にすることができる。

本発明が非常に有利に改善された点は、細胞培養は第
１のコラーゲン層上に置かれ、コラーゲンの上層は細胞
培養を覆う場合、肝細胞は一層優れた「in vivo」タイ
プの形態および細胞の機能が得られる結果として、肝細
胞をコラーゲンサンドイッチに固定される。

また、本発明を非常に有利に改善され点は、本発明に
よって定められるバイオリアクターの設計によって、第
１の細胞培養、第２の細胞培養、非実質的細胞から分離
して処理することができる。この方法の場合、シヌソイ
ド−肝細胞−基質−非実質的細胞−シヌソイド・・・な
どの整然とした三次元構造で共存培養をすることができ
る。この場合、第１のシヌソイドは、細胞培養スライド
の酸素供給室であり、第２のシヌソイドは上方コラーゲ
ン層と次の細胞培養スライドまたは次の細胞培養層の間
の隙間によつてそれぞれ構成される。

本発明に係るバイオリアクターを肝細胞培養などに使
用する場合、細胞培養スライドは肝小葉横断面を言う。
肝細胞は、コラーゲン基質内の集密層に付着し、ディッ
セ腔に類似するコラーゲンの上下層から成る。毛細管隙
はシヌソイドに対応し、積み重ね可能な細胞層の上下に
位置する。培地としてこれらの門脈−静脈栄養培地を輸
送し、分離動脈相では、酸素を細胞培養スライド内部を
通過して輸送する。供給は、門脈部分を経由し細胞培養
スライドの周辺で行われる。酸素は、門脈−静脈相に流
動し、隙間によって形成される静脈相に入る。中心静脈
と同様に、栄養培地は肝小葉または隙間を模範とする細
胞培養スライドすべてによって収集され、移送される。

すべての隙間からの栄養培地は、深皿に収集され、ぜ
ん動ポンプなどのポンプによって、バイオリアクターの
循環に戻される。必要に応じて、物質を挿入フィルター
装置で循環から分離することができる。これは、培地を
現在および今後変更しない場合に、胆汁などで利用する
ことができる。

細胞培養スライドをさまざまな材料から製造すること
ができる。重要なことは、細胞培養スライドが二層にし
か過ぎない、すなわち、少なくとも大半では、反対面は
気体透過性であり、液体透過性ではないことである。た
だし、必要に応じて表面も半透過性または液体透過性に
することもできる。このような場合、物質の交換は、細
胞培養スライドを経由して起こりうる。

単純な設計では、細胞培養スライドは、互いにスペー
サーによって隔てられる上面焼結金属ストリップと下面
焼結金属ストリップから形成される。酸素または二酸化
炭素含有気体は、それぞれ２枚のストリップの間に導入
される。細胞培養スライドの数およびタイプ別に、標準
大気圧または微小な過剰圧力で酸素か気体透過層を通っ
て拡散し、隣接のコラーゲン層に十分侵入できるように
することができる。

このような細胞培養スライドの機械的安定性は高い。

焼結金属の代わりに、同様に気体透過性のプラスチッ
クも、細胞培養スライド材料として適切である。ポリプ
ロピレンフィルムおよびシリコンフィルムは、透明であ
るという利点もあるので、材料として適切である。この
ようにすれば、光学顕微鏡で細胞を観察することができ
る。

本発明に係るバイオリアクターの設計では、各細胞に
は酸素隙間があるので、酸素を概ね一様に分布させるこ
とができる。さらに、酸素供給は、計量によって必要条
件に正確に調整され、流動技術に対応する内部条件とは
無関係である。

必要条件に合わせるために、必要な全細胞数は、酸素
供給源を共通にして、細胞培養スライドの数を問わず層
状にすることによって、きわめて単純な方法でレベルを
問わず適合させることができる（モジュール方法）。培
地を移送する空間は、細胞培養スライドと酸素供給源か
らはシール環で隔てられる。

このような方法で初めて大型の細胞単位にさえも最小
の空間内の三次元構造に均等に酸素を供給することがで
きることに留意すれば、二層膜とそれらを積み重ねる方
法によって、このように直接酸化させる重要性は、明ら
かになる。プレートの空間は、弾性シリコンシール環な
どのシール環で調整する。この際、シール環は、スペー
サーとして、また、液相（静脈側）と気相（動脈側）の
間の分離剤として作用する。シール環のサイズおよび直
径を選択することによって、プレート間の空間を必要に
応じて調整することができる。毛細管隙は、必要に応じ
てプレート間に残すことができるので、「シヌソイド」
が形成することができる。この場合、間隙を最小限に
し、死容量を回避することができるという利点がある。

プレート型細胞培養スライドを焼結金属から製造する
代わりに、必要に応じて、無毒性プラスチックから完全
に形成することができる。この場合、透明なプラスチッ
クを利用することが好ましい。こうすれば、培養を容易
に観察することができる。

この場合、細胞培養スライドは、気体透過膜を延伸し
た支持フレームから形成することもできる。

支持フレームは、外側環状部材と中心腔を囲む内側環
状部材から構成することができ、両環状部材は、スポー
ク型リブによって互いに接続することができる。

この設計の場合、生産がきわめて容易であり、支持フ
レームの安定性は十分高くなるので、必要に応じて細胞
培養スライドの厚さを1mm未満にすることができる。気
体透過膜は、0.0025mm厚さのテフロンなどであることが
好ましい。

酸素供給開口は、少なくともリブの一部に設置し、エ
アダクトはリブ内に設けると便利である。エアダクトに
よって、細胞培養スライド内部に確実に供給酸素を分配
することができる。

本発明による肝細胞培養では、これまでに、例えば、
７週間まで機能を安定化することができている。プレー
ト間の細胞層は、完全かつ十分に２方向から酸化するこ
とができる。これによって、虚血に関する問題を起こさ
ずに、シヌソイド−肝細胞−基質−非実質細胞−シヌソ
イドなど、標準的な肝臓構造を三次元的に再構成するこ
とができる。動脈および門静脈−静脈相による遊離ガス
の交換は、細胞層全体で行われる。

上述の配列とは別の配列として、必要に応じて、細胞
培養スライドの上面を完全に二倍の単位にすることもで
きる。このような場合、細胞培養スライドの上層構造
は、第１のコラーゲン層−細胞培養−第２のコラーゲン
層−細胞培養−第３のコラーゲン層の配列になる。次の
細胞培養スライドは、第３のコラーゲン層すなわち上の
コラーゲン層の上面に置かれる。組立中、第３の上面コ
ラーゲン層とその上面に置かれた細胞培養スライドの下
側の間に間隙を残すようにすべきである。次に培地をこ
の間隙に挿入する。従って、このような場合に、中間の
コラーゲン層によって、外側の両細胞培養を固着させる
ように、第４のコラーゲン層を配置する。実際、培地の
供給は２つの中間コラーゲン層間の中間では起こらない
が、コラーゲン層を培地によって支障なく透過すること
ができるので、このような場合にも十分に下側の細胞培
養に供給することができる。

肝小葉の門脈部での動脈供給に対応する細胞培養周辺
に二層細胞培養スライドのガスまたは酸素各々を供給す
ることができる。細胞培養スライドは、ハウジングとし
てガラスジャーに配置することができる。培地は、周辺
および下から（門脈−静脈摂取）添加できるので、プレ
ートの周辺で上側に分配し、各独立二層細胞培養スライ
ドの上下で中心開口に流動させることができる。例え
ば、上方に先細りのコーンをそこにおくことができる。
この結果、内腔上方向への付着または「中心静脈」の隙
間の透明幅の増大が起こり、不要の死容量がない場合に
は、培地をペリメーター中心、さらには、上方向に調整
しながら流動させることができる。バイオリアクター
は、上面内側（静脈相）で空になる。細胞層が過剰流動
する場合、門脈−静脈および動脈層から静脈層への転移
は完了している。これは、肝臓の「in vivo」体制に対
応する。

本発明に係るバイオリアクターは、薬学および医学に
おいてさまざまな用途に利用することができる。

主な使用法の一つは、人工肝臓または肝臓代用品とし
ての使用である。

薬剤の多くは、肝臓で代謝する。シクロスポリン、FK
506などの脂肪親和剤は、種依存的な方法に代謝され、
さまざまな種類の代謝生成物を産生する。これらの代謝
生成物は、物質の作用に一部反応するだけでなく、その
毒性にも反応する。動物実験とは対照的に、ヒトの場
合、臨床試験によって異なる代謝生成物試料およびその
毒性を証明することはできなかった。

ヒトを利用しない動的なヒトの系の育成には、結果の
有効性に関して臨床試験を開始する以前に、動物実験と
比較して重要な利点があると思われる。倫理的な観点か
らしても、動物実験が安全ではないため、初回試験、特
に、ヒトの脂肪親和剤の活性物質濃度が高い臨床試験を
臨床試験の枠組み内支持できるか否かに関する問題が生
じる。

さらに、大型動物実験および霊長類実験の場合、その
動物の肝臓によって一時的器官代用品を育成する方法が
研究されれきた。ヒヒの肝臓との相互潅流は、臨床上さ
まざまな成果を上げている。

本発明によれば、バイオリアクター循環の拍動特性を
利用し、薬剤代謝を検出することができる。薬剤および
ホルモン剤は、「in vivo」の拍動状態で肝臓に到達す
る。

これらの条件は、バイオリアクターによって刺激する
ことができる。母剤のピークおよび経過値の他、それら
の代謝生成物質も測定することができる。初回通過試験
および再循環試験が可能である。さらに、動物細胞およ
びヒトの細胞の代謝生成物試料を測定することができ
る。直接的な毒性、特に高用量の毒性試験が可能であ
る。

代謝生成物生成の用量関連動態の調整測定を行うこと
ができる。従来、このような状況は動物実験でしか調査
することができなかった。

ヒト肝細胞作用とラット肝細胞作用には、生理学的差
異がある。上述のような動物実験は、このような制限を
受ける。

産業的に薬物動態学的実験および代謝実験に使用する
動物数は、非常に多い。これらの実験は、実験動物専門
に行われる。ヒトに対しても適用することができるよう
に、２種類の動物のうち１種類は、ヒトの代謝作用に類
似していなければならない。ただし、使用される物質に
よって異なる。従って、適切な動物の種類は、制限によ
ってのみ決定することができる。当然、ストレスは使用
物質によって異なる。

本発明に係るバイオリアクターを使用すれば、必要に
応じてこのような実験の大部分を中止することができ
る。このため、例えば、肝臓切除後の外科的試料から得
たヒト肝細胞または非移植器官もしくは部分的にのみ移
植された器官から得たヒト肝細胞を入手し、本発明に係
るバイオリアクターで使用することができる。

肝疾患は、器官全体の不全の結果生じ、突然、急にヒ
トを問わず一般に発症する。このような疾患には、肝
炎、肝がん、death−head毒、アルコールなどの毒物に
よって引き起こされる肝障害、偶発症候などがある。

本発明に係るバイオリアクターによる人工器官置換
は、２つの目的を追求する。

1.肝不全発症時と肝移植の場合に新臓器を入手するまで
の待機時間を穴埋めする。患者は、この待機期間中に死
亡することが度々あるからである。

2.肝不全では、必ずしも致死に至らないようにする。こ
のような状態の患者に、別の提供者からの器官と置換す
ることによって、有効な治療ができれば、環境によって
は、患者はこのような状況でも生存することができるで
あろう。自分の肝臓を再生することができるようにな
る。これは、特に、肝臓に対する急性外傷性損傷や毒性
損傷の場合に可能である。なお、広範囲に外傷手術を行
う場合、一時的に器官置換すれば、手術のリスクは低減
し、より大きく介入することができる。身体自体は、大
量の成長因子を産生するので、成長因子によって残りの
健康な肝臓残部を再成長させることができる。

従来の治療法には、代謝毒素の除去、血液ろ過などが
ある。残念ながら、成長因子は成長因子は同時に除去さ
れ、治癒を阻害していた。

本発明に係るバイオリアクターは、肝合成生成物など
の凝固因子を大規模に生成することもできる。従来の凝
固因子は、血液ドナーから得たヒトの血液から得られ
た。この場合、肝炎やAIDSに感染するリスクがある。本
発明に係るバイオリアクターによれば、例えば、凝固因
子は、血液ドナーを必要とせず、感染せぜに得ることが
できる。これは、肝合成生成物を得る高価な遺伝的方法
に代わる方法である。

本発明の実施例は、原則として図面に示した。

図１ バイオリアクターの構成原理を示す詳細図であ
る。

図２ バイオリアクターの操作方法を示す基本図であ
る。

図３ 細胞培養スライド板の平面図である。

図４ 本発明に係るバイオリアクターの概略図であ
る。

図５ 別設計の細胞培養スライド板の平面図である。

複数の細胞培養スライド１は、各スライド間に空間を
設け、焼結金属から作成したシリコン被服板として構成
され、バイオリアクターの中核を成す。

図１の拡大図では、各板には、焼結金属1Aなどの薄い
表面コーティングが施されており、外側周辺に曲がり、
内側に戻るよう構成されている。自由空間は、スペーサ
ー２によって形成される（詳細には図示していない）。
上方ストリップ部と、下方ストリップ部の間の自由内部
空間を形成している。図３では、各板には中心開口３が
開けられている。さらに、直径に対向するように２つの
内腔４が開けられている。内腔４は、板（細胞培養スラ
イド）１の内部に酸素を供給するために使用する。この
ため内腔４は、各板（細胞培養スライド）１が十分かつ
均等に酸素を配分させるよう配置することが望ましい。

皮膚、骨、軟骨などから得た第１の水和コラーゲン層
５は、上方ストリップ1Aの上面で厚さが約0.5mmになる
ように塗られる。肝細胞などの細胞培養層６は、このコ
ラーゲン層５の上に乗せられる。第２の上方コラーゲン
層７は、細胞培養層６の上に塗布される。必要に応じ
て、非実質細胞８などの層を上面に塗布することができ
る（図１の波線部参照）。２つのコラーゲン層５および
７は、ガスまたは気体各々の供給や肝細胞への栄養拡散
に対する障害の原因にはならない。大型分子でさえ、こ
の層を支障なく通過することができる。細胞６は、細胞
培養スライド１に第１のコラーゲン層５による酸素輸送
担体として直接乗せられる。この結果、ガス拡散に関し
て培地除去後のインキュベーターのような状況が生じ
る。これは、融合層の多数の細胞を培養する際に酸素供
給を最適化させるための必須条件である。但し、バイオ
リアクターでは、栄養輸送培地は除去されない。これ
は、上方コラーゲン層と別の支持単位の間の狭い距離ま
たは空間によって供給される。別の後続の支持単位は、
順次、下方または内側のコラーゲン層５′からなる。コ
ラーゲン層５′は別の細胞培養スライド１′に塗布され
る。細胞培養スライド１′は第１の細胞培養スライド１
上方に距離を空けて設置されている。細胞培養層６′
は、第２のまたは外側のコラーゲン層７′によって外側
を覆われており、その上に内側コラーゲン層５′が続
く。実際には、この単位は、逆さまになっており、例え
ば、共通空間９によって栄養やプラスマの供給は行われ
る。

図１の設計を修正する場合、細胞培養６および６′の
二層を有する二倍の単位は、２枚の細胞培養スライド１
および１′の間に位置し、下方の細胞培養スライド１を
起点に完全に構成することができる。この方法は、コラ
ーゲン層５′がその上に位置する細胞培養スライド１′
の下面に付着しないか、付着しにくい恐れがある場合
に、実行すると良い。さらに、バイオリアクターの動作
および構造は、必要に応じて単純にすることができる。

この場合、上方細胞培養６′は、非実質細胞培養層８
で代用する場合、空間９の代わりに上方コラーゲン層７
に直接乗せられる。次に上方コラーゲン層５′は、上方
細胞培養層６′に塗布され、実質的に次の細胞培養スラ
イド１′が上面に位置する。この場合、上方コラーゲン
層５′と細胞培養スライド１′の下面の間の構成中、狭
い空間が培地供給用に残存することにだけは留意された
い。従って、この場合細胞培養層６および６′への栄養
供給は、コラーゲン層５′を通じて上方から行われる。
コラーゲン層７′は除去され、中央にはコラーゲン層７
が位置する。

代謝活性肝細胞の酸素必要条件は、培地や培地の流量
とは無関係に保証される。細胞培養スライド１は、酸素
供給器として作用するので、融合細胞層６は毛細管網を
利用して正確に計量した量の酸素を供給することもでき
る。

図２は、バイオリアクターの構造を示す図である。こ
こでは、黒矢印は培地の経路および流動方向を示し、白
矢印は酸素の進路を示す。図１および４の矢印も同様で
ある。

この場合、酸素は共通酸素ライン23を経由して導入さ
れる。ライン23は、図４に関して詳細に後述する。培地
は、共通ライン18経由で空間９全体に均等に分配するよ
う供給される。

バイオリアクター全体の構造は、図４から理解でき
る。図示のように、複数の細胞培養スライド１は、別の
スライドとは上面に間隔をあけて配置され、シリコンシ
ール環10の形態に形成されたシール環を有する。このシ
ール環は各板の酸素内腔４周辺に位置するので、細胞培
養スライド板１間の距離を確実に維持し、液相（静脈
側）と気相（動脈側）の間を確実にシールすることがで
きる。板が構成される際に圧縮されるシリコンシール環
のサイズまたは厚さを選択することによって、毛細管空
間９は板間に残存し、「シヌソイド」を形成することが
できる。

バイオリアクターのハウジング11への酸素供給は、細
胞培養スライド１について直線上方向に相互に並ぶ酸素
ライン23から酸素内腔４を介して行われる。ロッド12
は、断面からみた場合に三角形をしているが、細胞培養
スライド１を互いに接続するのに使用する。この方法に
すれば、酸素内腔４の内腔壁とロッド12の間に、酸素導
入用の自由空間が残る（図３参照）。ロッド12は、中央
内腔13に備えられる。中央内腔13には、歪ねじが通さ
れ、下面のロックナットまたはロック細胞培養スライド
板14で、接続と、図には示していないが方法で、シリコ
ンシール環10の気密ブレーシングを確実にする。ガラス
コーン15などのコーンは、互いに上方向に直線に並ぶ細
胞培養スライド１の中央開口３によって生じる空間に挿
入される。ガラスコーン15は、中央開口３よりも狭い直
径を有するが、これは、空間16が生じるためである。コ
ーン15は、上方向に先細りするので、空間16は次第に大
きくなるが、これは、共通出口ライン17経由の培地が良
好かつ均等に排出されるようになるためである。

図示のように、培地はバイオリアクターの両側で入口
ライン18経由でハウジング内に流動し、空間９に沿って
内側に流動し、空間16経由で流動する。

培地は循環させることができ、この場合収集深皿19と
それに続くポンプ20装備する。これによって、培地を再
び入口ライン18に波線で示されるラインを介して移送す
る。必要に応じて、バイオリアクターから生じる培地と
不要成分を分離する濾過装置を循環ラインに提供するこ
ともできる。

バイオリアクターがインキュベーターに配置されない
場合、酸素は約５％の二酸化炭素と混合し、一般に予熱
器21と給湿器22を介してバイオリアクターに供給され
る。バイオリアクターに残る空気は、水カラムを通過さ
せることができる。この場合、二酸化炭素と周囲空気の
交換は回避される。これは、所望の高い二酸化炭素含有
量は、密閉型装置で実際に安定させることができるから
である。

図５は、ディスク型細胞培養スライド１の構成を示す
図であり、無毒のプラスチックから形成されることが好
ましい。外側環状部材24と中央内腔３を包囲する内側環
状部材25は、支持フレームとして使用される。二つの環
状部材24および25を相互接続するには、スポーク型リブ
26を使用する。酸素供給開口４は、二つの対向リブに設
置される。この支持フレーム全体は、テフロンフィルム
などの透明部材が上面および下面に延伸している。酸素
は細胞培養スライド１内に均等に分するために、各リブ
26の上面および下面にはリブの幅を通過する一つ以上の
エアダクト27が設けられる。

個々の層の厚さおよび間隔は、処理すべき細胞培養に
応じて選択される。肝細胞培養に対す細胞培養スライド
１の厚さは、約0.5mmが極めて適切であり、気体透過表
面層および焼結ストリップは、それぞれ必要に応じて、
わずか0.1mm以下にすることができる。二つのコラーゲ
ン層の厚さは、0.4から0.6mmまでで、好ましくは0.5mm
が、適切であることが証明されている。細胞培養層は0.
002から0.003mmまでの厚さにすることができる。空間９
に対しては、十分の数mmで十分である。

1gの肝臓には１億の肝細胞があり、250gラットの肝臓
は８〜10gであるので、８億〜10億個の肝細胞が含有さ
れる計算になる。実験から、バイオリアクターの容量
は、内部の高さが約30mmで、板型細胞培養スライドの直
径は10〜15cmで十分なことがわかっている。

ヒトの肝機能を取り入れるためには、人工的なヒトの
肝臓などの場合、約2,000枚の板すなわち約80〜100cmを
上面に重ねて、クローバーなどの構造にカラムを配置す
ることが必要と思われる。培地に対するバイオリアクタ
ーの体積は、相対的に低く10である。患者のプラスマ
を用いる代謝過程を深皿で起こすことができる。

Claims (22)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】細胞培養スライド表面の少なくとも一部が
   気体透過性であって、細胞、特に肝細胞を集団培養する
   細胞培養装置において、 酸素を前記細胞培養スライド（1,1′）の内部に導入
   し、 前記細胞を覆うコラーゲン層（5,7）を細胞培養スライ
   ド（１）に塗布し、次の細胞培養スライド（１′）をコ
   ラーゲン層（5,7）の近くに配置し、培地をコラーゲン
   層（5,7）に、またはコラーゲン層（5,7）と次の細胞培
   養スライド（１′）の間に導入することを特徴とする細
   胞培養装置。
2. 【請求項２】細胞培養（６）を第１のコラーゲン層
   （５）上に配置し、第２のコラーゲン層（７）で細胞培
   養（６）を覆うことを特徴とする請求の範囲第１項に記
   載の細胞培養装置。
3. 【請求項３】培地供給用空間（９）を２つのコラーゲン
   層（7,7′）の間、または、コラーゲン層（５′）と細
   胞培養スライド（１′）下側の間に有することを特徴と
   する請求の範囲第１項または第２項に記載の細胞培養装
   置。
4. 【請求項４】第２の細胞培養（８）を第１の細胞培養
   （６）に接して配置することを特徴とする請求の範囲第
   １、２、３項に記載の細胞培養装置。
5. 【請求項５】第２の細胞培養（８）を細胞培養層から形
   成することを特徴とする請求の範囲第４項に記載の細胞
   培養装置。
6. 【請求項６】細胞培養スライド（１）を焼結金属から形
   成することを特徴とする請求の範囲第１項から第５項に
   記載の細胞培養装置。
7. 【請求項７】各細胞培養スライド（１）をスペーサーに
   よって分離される上方および下方の気体透過層またはス
   トリップ（1A）から形成することを特徴とする請求の範
   囲第１項に記載の細胞培養装置。
8. 【請求項８】層またはストリップ（1A）を焼結金属から
   形成することを特徴とする請求の範囲第７項に記載の細
   胞培養装置。
9. 【請求項９】細胞培養スライド（１）が気体透過プラス
   チックから形成されるか、気体透過プラスチックから成
   ることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の細胞培養
   装置。
10. 【請求項１０】細胞培養スライド（１）が気体透過膜が
    張られた支持フレーム（24,25,26）から形成されること
    を特徴とする請求の範囲第９項に記載の細胞培養装置。
11. 【請求項１１】支持フレームが、外側環状部材（24）
    と、中央内腔（３）を包囲する内側環状部材（25）とか
    ら成り、両部材（24,25）が互いにスポーク型リブ（2
    6）に接続されていることを特徴とする請求の範囲第10
    項に記載の細胞培養装置。
12. 【請求項１２】酸素供給開口（４）をすくなくともリブ
    （26）の一部に設置し、エアダクト（27）をリブ（26）
    に備えたことを特徴とする請求の範囲第11項記載の細胞
    培養装置。
13. 【請求項１３】気体透過膜表面をシリコンフィルムまた
    はポリプロピレンフィルムで形成したことを特徴とする
    請求の範囲第９項から第12項に記載の細胞培養装置。
14. 【請求項１４】スペーサーおよびシール用またはいずれ
    か一方用に用いるシール環（10）を個々の細胞培養スラ
    イド（１）の間に配置したことを特徴とする請求の範囲
    第１項から第13項に記載の細胞培養装置。
15. 【請求項１５】ハウジング内で互いに重なるように配置
    され、酸素供給用に少なくとも一つの供給ライン（23）
    と、培地用に少なくとも一つの入口ライン（18）と、少
    なくとも一つの出口ライン（17）を有する複数の細胞培
    養スライド（１）をモジュラー形式に構成したことを特
    徴とする請求の範囲第１項から第14項記載の細胞培養装
    置。
16. 【請求項１６】細胞培養スライド（１）が少なくとも概
    ねディスク型であり、周辺側で行われる培地供給と細胞
    培養スライド（１）の中央部から行われる排出は、この
    場所の自由空間に提供され、各細胞培養スライド（１）
    は、細胞培養スライド（１）周辺に均等に配置された少
    なくとも二つの酸素供給開口（４）を有することを特徴
    とする請求の範囲第15項記載の細胞培養装置。
17. 【請求項１７】各細胞培養スライド（１）は中央内腔
    （３）を有し、排出方向に先細りのコーン15を有し、コ
    ーン15は細胞培養スライド（１）の中央内腔（３）の壁
    に対する環状空間が維持される直径を有し、中央内腔に
    配置されることを特徴とする請求の範囲第15項または第
    １項に記載の細胞培養装置。
18. 【請求項１８】細胞培養スライド（１）が酸素供給開口
    （４）を通じて延長する引張装置（12,13）によって接
    続され互いに単位を形成することを特徴とする請求の範
    囲第15項から第17項に記載の細胞培養装置。
19. 【請求項１９】酸素供給開口（４）が循環構造を有し、
    引張装置が循環形から逸脱するガイドロッド（12）を有
    し、その内部に歪ねじを配置することを特徴とする請求
    の範囲第18項に記載の細胞培養装置。
20. 【請求項２０】細胞培養スライド（１）から形成された
    複数の塔を互いにクローバーの葉の形になるように配置
    したことを特徴とする請求の範囲第15項から第19項に記
    載の細胞培養装置。
21. 【請求項２１】栄養培地を収集深皿（19）とポンプ（2
    0）によって循環させることを特徴とする請求の範囲第
    １項から20項に記載の細胞培養装置。
22. 【請求項２２】循環時に収集すべき物質を濾過するため
    に濾過装置を備えたことを特徴とする請求の範囲第21項
    に記載の細胞培養装置。