JP3420615B2 - 微生物を培養しおよびその代謝を利用し及び／又は維持するためのモジュール、モジュールの作動方法、肝臓維持システム、バイオリアクター、及び生物細胞生成物を製造する方法 - Google Patents

微生物を培養しおよびその代謝を利用し及び／又は維持するためのモジュール、モジュールの作動方法、肝臓維持システム、バイオリアクター、及び生物細胞生成物を製造する方法

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  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、培養を行ない、代謝を
利用し、あるいは、微生物、特に細胞または細菌を培養
し、維持するモジュールに関し、またモジュールの操作
方法およびその用途に関する。
【０００２】
【従来の技術】物質交換装置、例えばバイオリアクタ
ー、細胞灌流（perfusion）手段または、より一般的に
はモジュールが、特に肝臓維持システムの分野で、動物
実験や生物細胞生成物を発生する方法に代るものとし
て、知られている。
【０００３】トイツ特許公開３８ ３７ ２２６号公報
には肝細胞（hepatocytes）を培養し、取得するための
灌流装置が開示されている。この灌流装置は、半透性の
メンブレン（membrane）で隔てられた細胞分室および灌
流分室を有する槽を含む。肝細胞は、肝細胞分室で固定
化される。さらに、細胞分室の中空のファイバーメンブ
レンが胆汁（bile）を収容する。
【０００４】米国特許第３，７３４，３５１号明細書
は、肝特異的な、血液処理の方法および対応する装置を
開示している。この装置は、３つの独立の、重ねられた
分室を持つ槽を有する。３つの分室は、槽に挿入され
た、２つの平坦なメンブレンにより形成されている。第
１の分室には血液が入れてあり、その成分は第１のメン
ブレン層を通り抜け第２の分室に入る。第２の分室には
肝臓の細胞が入れてあり、該細胞は血液の成分を代謝す
る。第２のメンブレンはこの細胞分室を第３の分室から
隔てている。該第３の分室は透析液（dialyzate fluid)
を収容する。この第３の分室には、細胞分室から物質が
拡散する。またそこから搬出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この従来技術では、細
胞と血液または培地分室の間の物質交換、拡散により行
なわれる。しかし、これは細胞の代謝およびその制御性
の点で問題がある。培地が一方の側で流入し、メンブレ
ンを介して拡散した後、再び通過して外に出るので、培
地の流入および流出の間に基質交換(substrate exchang
e)に対する寄与の差がある。最初の領域では、基質交換
が増加する。しかし、培地が中空のファイバーメンブレ
ンを通過するに伴い、これが減少する。従って、基質お
よび代謝生成物の交換に関し、細胞は異なる寄与を受け
る。従って、基質交換が均一に行なわれず、従って、細
胞の代謝およびその生存能力が著しく害される。
【０００６】フランス特許２，６６０，３２３号明細書
は、互いに分離された３つの独立のメンブレンシステム
を有する細胞培養モジュールを開示している。しかし、
この場合も供給と排出に関し、物質の勾配が著しい。
【０００７】本発明の目的は、微生物、特に細胞と培地
の間の物質交換モジュールを提供し、基質および代謝生
成物の交換の改善および代謝生成物の交換の制御性の改
善を可能にすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、請求項１
によって解決される。請求項２〜８はモジュールのさら
なる展開に関する。
【０００９】モジュールの操作方法は、請求項９に記載
されている。請求項１０〜１５は方法のさらなる展開に
関する。
【００１０】モジュールの特定の用途が請求項１６〜１
８に記載されている。
【００１１】本発明においては、モジュールという用語
は、３次元体の形態の物質交換装置であって、外側の容
器と内側の空間とを有し、モジュールの内側のに密に充
填された(close packed)空間的ネットワークを収容した
ものを意味する。モジュールの形は様々である。モジュ
ールは例えば直方体であってもよく、ｎ個の角を持つ形
でも良い。球形またはディスク状のモジュールもまた適
切である。
【００１２】少なくとも３つの独立のメンブレンシステ
ムを利用し、少なくとも２つの独立のメンブレンシステ
ムが中空のファイバーメンブレンシステムとして形成さ
れ、後者が内部領域に密に充填されたネットワークを形
成することが重要である。
【００１３】第１の独立の中空のファイバーメンブレン
システムは培地の流入のために用いられる。第２の独立
の中空のファイバーメンブレンシステムは微生物に例え
ば酸素を供給し、またはＣＯ2の除去のために用いられ
る。培地の流出は第３の独立のメンブレンシステムによ
り行なわれる。
【００１４】個々の独立の中空のファイバーメンブレン
システムの各々は、複数の個々の中空のファイバーメン
ブレンを有し、システムの中空のファイバーは少なくと
も一つの流入口、または一つの流入口および一つの流出
口と連通している。これにより、いずれの独立のシステ
ムの中空のファイバーにも、流入口を介して、同時に例
えば培地が供給される。
【００１５】モジュールの内側の空間には、独立の中空
のファイバーメンブレンシステムが、密に充填されたネ
ットワークのどの位置でも、基質の供給に関し、微生物
が実際上同一位置の条件下にあるように、三次元的に、
密に充填されたネットワークを形成しており、この結
果、動脈および静脈を備えた生理学的器官、例えば、肝
葉（lobuli）に肝細胞を配置した、肝臓の内部の条件を
実質的にシミュレートしたものを得ることができる。異
なるメンブレンシステムを独立に配置しているので、モ
ジュールは、天然の器官内と同様に、例えば栄養、合成
生成物およびガスを、複数の微生物へまたは微生物か
ら、モジュール内におけるそれらの位置とは無関係に、
分散的に輸送を行ない得ると言う利点がある。
【００１６】本発明によれば、培地の流出は第三の独立
のメンブレンシステムにより行なわれる。このメンブレ
ンシステムもまた中空のファイバーメンブレンであって
も良く、あるいは取替え可能な平坦なメンブレンでもよ
く、または取替え可能な毛細管メンブレンであっても良
い。重要なのは、第３のメンブレンシステムが、他の２
つの中空のメンブレンシステムから独立していることで
ある。
【００１７】好ましい実施例では、内部領域の密に充填
されたネットワークが３つの独立の中空のファイバーメ
ンブレンシステムで形成されている。この場合、独立の
メンブレンシステムはすべて内部領域内に位置する中空
のファイバーメンブレンである。第１の独立の中空のフ
ァイバーメンブレンシステムは培地の流入のために用い
られる。第２の独立の中空のファイバーメンブレンシス
テムは培地の流出のために用いられる。第３の独立の中
空のファイバーメンブレンシステムは例えば酸素の追加
的供給のために用いられる。密に充填されたネットワー
クはこれらの３つの独立のシステムを有する。
【００１８】密に充填されたネットワークは、種々の異
なる部材で構成し得る。但し、内部領域内の微生物が同
等の基質供給を受けられることが重要である。空間的に
密に充填されたネットワークは、例えば密に充填された
層を含み、いずれの場合も、独立のシステムの層は交互
に位置する。個々の中空のファイバーメンブレンを有す
る第１の層は水平に配置される。第２の層も、個々の中
空のファイバーメンブレンで構成され、同じ平面に配置
されている。しかし、第１の層に対し、９０゜回転して
いる。これらの層は交互に位置し、密に充填されたネッ
トワークを形成する。第３の独立の中空のファイバーメ
ンブレンシステムは、中空のファイバーのメンブレンの
個々の層を含み、上記二つの層を、例えば垂直に上から
下まで横断し、従って上記二つの層と織り合わされてい
る。
【００１９】本発明の他の展開によれば、３つの独立の
中空のファイバーメンブレンシステムの層が交互に重ね
合わせられ、一つの面内には位置しており、互いに６０
゜回転している。
【００２０】この密に充填されたネットワークはモジュ
ールの内部領域内に配置される。各独立のシステムが少
なくとも一つの流入口、または一つの流入口および一つ
の流出口と連通しているため、供給された培地がモジュ
ール内の全ての位置に、均一に到達し、また同様に均一
な酸素供給が得られる。培地の流出のための第３の独立
のシステムにより、培地がモジュール全体の全ての点か
ら、連続的にかつ均一に除去される。
【００２１】好ましい実施例によれば、内部空間内の３
つの中空のファイバーメンブレンシステムに加えて、培
地の流出のための更に他の独立のメンブレンシステムが
用いられる。このため、本発明のよれば、外側の容器に
取替え可能な平坦なメンブレンまたは取替え可能な毛細
管メンブレンが取り付けられる。これにより、長い時間
使用しても、問題のない培地流出を確保することができ
る。
【００２２】本発明の他の展開によれば、密に充填され
たネットワークが二つの独立の中空のファイバーメンブ
レンシステムで形成される。第１の中空のファイバーメ
ンブレンシステムは、培地の流入に用いられ、第２の中
空のファイバーメンブレンシステムは、酸素の供給に用
いられ、第３の中空のファイバーメンブレンシステム
は、取替え可能な平坦なまたは毛細管のメンブレンで形
成され、外側の容器に固定されて培地の流出に用いられ
る。内部領域内の密に充填されたネットワークは二つの
中空のファイバーのメンブレンシステムで形成され、上
記したのと同様に構成されている。
【００２３】本発明によれば、中空のファイバーメンブ
レンには、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリスルフォ
ン、セルロースまたはシリコーンを用いることが望まし
い。中空のメンブレンは、物質交換に提供される分子に
応じて選択される。しかし、本発明によれば、物質交換
装置に関し従来から知られている、全ての中空のファイ
バーメンブレンを用い得る。
【００２４】本発明によれば、内部領域内に密に充填さ
れたネットワークを形成する３つの独立の中空のファイ
バーメンブレンシステムを用いる場合、例えば精練鋼ま
たはガラスの、液体不浸透性の毛細管の毛細管システム
を用い得る。これはモジュールの内部領域の温度制御を
するために使用し得る。また、モジュールの内部空間お
よび導入された微生物を−２０゜Ｃ以下に均一に冷却す
る上でも役立つ。本発明の他の展開によれば、更に他の
中空のファイバーシステムを温度制御し、または凝固温
度以下に冷却するのに用いることができる。
【００２５】更に他の展開によれば、外側の容器が、外
側から毛細管の内側へのアクセス（出入）が可能なよう
に、鋳造組成物により形成されている。
【００２６】更に他の展開によれば、モジュールが異な
るアクセス部を有する。第１のアクセス部はモジュール
内への微生物の導入に用いられる。他のアクセス部はモ
ジュールの内部領域内の圧力、ｐＨ、温度の測定に用い
られる。
【００２７】本発明はまた、モジュールの操作方法に関
する。本発明によれば、モジュールの内部領域は微生物
が充填されている。この後、培養または取得のために必
要な生理学的条件が設定される。培地は第１の独立の中
空のファイバーメンブレンシステム内に供給され、中空
のファイバーメンブレンを通過し、空洞内に位置しまた
はメンブレンに付着している微生物と代謝を行なう。微
生物と培地の物質交換は対流により行なわれる。このた
めには、培地が供給される独立の中空のファイバーメン
ブレンシステムの流出口を閉鎖しておけば良い。そうす
れば、培地は中空のファイバーメンブレンを通過せざる
を得ない。しかし、本発明のモジュールは拡散動作モー
ドでも動作可能である。独立の中空のファイバーメンブ
レンシステム内の培地流れの流出口は開いておけば、拡
散動作だけが起こる。
【００２８】
【作用】本発明の利点の一つは、対流動作により、最適
の制御可能な基質交換が行なわれることである。これに
対し、従来技術では拡散によってのみ物質交換が行なわ
れる。
【００２９】本発明の他の利点は、中空のファイバーメ
ンブレンまたは毛細管を細胞または微生物に適切な基質
で被覆し、これにより毛細管システムへの微生物の付着
を可能にすることができることである。
【００３０】本発明の他の利点は、使用される細胞タイ
プに加えて、コカルチャー（coculture)の手順に従って
一つまたはそれ以上の細胞タイプ(cell type)を用い得
ることである。これらの、付加的な細胞タイプは一つま
たはそれ以上の独立の毛細管システムの内腔（lumen）
内で培養される。コカルチャーのための細胞は、例えば
肝臓類洞（sinusoids）からの非実質（non-parenchyma
l）細胞である。
【００３１】本発明のモジュールの更に他の利点は、独
立のメンブレンシステムの一つを例えば胆汁（bile）成
分の搬出のために用い得ることである。
【００３２】本発明の他の変形例によれば、独立のメン
ブレンシステムが透析（dialysis）のために用いられ
る。
【００３３】本発明の独立のメンブレンシステムによれ
ば、モジュールの用途が広い。
【００３４】好ましい実施例によれば、微生物は細胞で
あって、特に肝臓の細胞である。
【００３５】
【実施例】以下添付の図面を参照して、本発明の実施例
を説明する。ただし、本発明はこの実施例に限定されな
い。
【００３６】図１はモジュールの一例の縦断面図であ
る。このモジュール１は、３つの独立のシステムの密に
充填されたネットワーク５を有する。モジュール１は外
側容器２と、ネットワーク５を収納した内側の空間４と
を有する。外側の容器２は、密封組成物を有し、その中
に毛細管が鋳造してある。外側の容器２は、外部から、
毛細管の内径へのアクセス部を有する。密封組成物はモ
ジュールの機械的安定性を維持する。モジュール１の内
部領域４内のネットワーク５は以下の構造を有する。
【００３７】第１の独立の中空ファイバーメンブレン
（膜）システムは、各々複数の中空のファイバー３から
成る複数の層で形成されている。これらの第１の層は水
平である。各層は線状の、密に（近接して）並設された
複数の中空のファイバーメンブレン３を備えている。第
２の独立の中空のファイバーメンブレンシステムもまた
複数の層により形成されているが、これらの層は同一の
面内で９０゜回転しており、従って二つの独立のシステ
ムは交互に位置している。これらの層は、図１には部分
的に円で示されている。これらの交互に位置する層は、
密に重ねられている。外部の寸法が１２ｘ１２ｃｍのテ
ストモジュールでは、およそ１００の層が重ねられてい
る。第３の独立の中空ファイバーメンブレンシステムは
図１に垂直の線で表わされている。これらの線は、単一
の面内に位置する複数の層を上から下まで垂直に横断す
る中空のファイバーメンブレンを表わす。本テストモジ
ュールでは、およそ５０の層が設けられており、モジュ
ールの上から下まで垂直に織り合わされている。密に充
填されたネットワークがこのように構成されているの
で、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように細胞が同
等の基質供給を受ける。モジュールの動作のため、培地
が、培地流入ヘッド（端末）６を通して毛細管の内径内
に供給される。このヘッド６と反対側の端部は閉じられ
ている。培地は、毛細管のメンブレンを通り抜け、空洞
内に位置しまたは毛細管に付着している細胞９との間で
も物質交換を行なう。物質交換の際、細胞９は酸素の供
給を受ける。酸素は酸素流入ヘッド１３を通して毛細管
の内径に流れ込み、酸素流出ヘッド１４を通して排出さ
れる。本例では、酸素供給のための独立のシステムの中
空のファイバーメンブレン３は、Ｕ字形の中空のファイ
バーメンブレンで形成されている。物質の搬出は、円で
示されたメンブレンを介して、第３の独立の中空のファ
イバーメンブレンシステム経由で行なわれる。これらの
中空のファイバーメンブレンから、培地流出ヘッド１５
に至り、その後培地は除去される（図示しない）。
【００３８】細胞９はアクセス部を介してモジュール１
の内部領域に供給される。モジュールの内部領域で測
定、例えば圧力、温度、ｐＨの測定を行なうための、他
のアクセス部８が設けられている。
【００３９】上記のモジュールの構成は、任意に変更す
ることができる。モジュールの形は矩形でなくても良
い。例えば、ｎ個の角を有する形でもまた他の任意の中
空体でも良い。但し、中空体が内部の空間４に独立の中
空のファイバーメンブレンシステムの密に充填されたネ
ットワーク５を収容可能である必要がある。本発明に重
要であるのは、中空のファイバーメンブレンシステムの
密に充填されたネットワーク５である。図１の例とは異
なるものとして、互いの交互に位置する、独立の中空の
ファイバーメンブレンから成る個々の層を、密に充填さ
れたな方法で重ねることとしても良い。また、最初の二
つの層の成す角を９０゜ではなく、０ないし１８０゜の
角αとしても良い。第３の独立の中空ファイバーメンブ
レンシステムに関しても任意の構成が可能である。但
し、培地の供給および酸素の供給および培地の流出のた
め、ほぼ同等の基質供給があることが必要である。
【００４０】図２は、３つの独立の中空のファイバーメ
ンブレンシステムの個々の中空のファイバー３２を示
す。図２（ａ）および（ｂ）はモジュール１の内部空間
４からの任意の点を示す。図２（ａ）および（ｂ）は、
本発明の重要な概念を示す。矢印で示すように、培地は
中空のファイバーメンブレン３を通して供給される。図
示のファイバーメンブレン３は、第１の独立のメンブレ
ンシステムの一つのメンブレンである。本例では、微生
物９は細胞の形態であるが、密に充填されたネットワー
ク５の空洞に位置しており、あるいは図３に示すように
毛細管に付着している。細胞９と培地の間で物質交換が
行なわれる。本発明によれば、他の独立の中空のファイ
バーメンブレンシステム（図２（ａ）および（ｂ））に
は単一のメンブレン３が示されている）を通して、細胞
に酸素が供給される（水平のメンブレン）。第３の独立
の中空のファイバーメンブレンシステムについてもま
た、単一のメンブレン３で表わされており、培地の流出
のために用いられる。このようにして、細胞との交換の
後培地は除去される。
【００４１】図２（ａ）および（ｂ）に示された個々の
中空のファイバーメンブレンは、モジュール１の内部の
密に充填されたネットワーク５の構成する部材であり、
モジュール１内部の各点において基質供給条件が同等で
あるように構成されている（図１および図１０）。モジ
ュール１の各点において、細胞９は均一に供給を受け、
最適の交換および制御性が保証される。図２（ｂ）は、
細胞９の灌流および毛細管に沿う培地の流れを示す。本
発明の構成によれば、実際の状態即ち肝臓内部と極めて
類似の状況が得られる。
【００４２】図３はモジュール内での異なる細胞培養方
法を示す。本発明によれば、微生物９はモジュール１内
に異なる態様で配置される。図３（ａ）はメンブレンへ
の付着培養を示す。図３（ｂ）はメンブレン間での凝集
体培養を示す。図３（ｃ）はメンブレン間での微小担体
培養を示す。図３（ｄ）はメンブレン間でのカプセル内
培養を示す。図３（ｅ）は異なるメンブレン分室でのコ
カルチャーを示す。本発明のモジュール１の構成を採用
する結果、即ち個々の中空のファイバーメンブレンによ
って、構成されたモジュールの内部領域内に密に充填さ
れたネットワークを用いる結果、異なる細胞培養方法を
利用することができ、従って本発明の用途は広い。
【００４３】図４は、４つの独立のシステムの個々の毛
細管を示し、かつ毛細管が付着因子(adhesion factors)
によってどのように被覆されるかを示す。一つの面に３
つのシステムがある。図４は、４つの独立のメンブレン
システムを示すが、これらは各々の場合全体システムの
一部である。図１および図２に関して説明したように、
一つの中空のファイバーメンブレンシステムが培地の流
入に用いられ、第３のシステムは酸素化のために、そし
て更に他の独立のシステム１０は、例えば透析のため
に、他の細胞タイプとのコカルチャーのためまたは細胞
の凍結真空乾燥（lyophilization）のための熱交換器と
して用いられる。メンブレン３上の黒い点は孔の開口で
ある（細胞は示されていない）。４つの異なる独立の中
空のファイバーシステムを設けることにより、本発明の
用途を一層広くすることができる。モジュール内おいて
いかなる細胞に対しても同一の基質の供給があると言う
利点のほかに、モジュール内において、毛細管を付着因
子で被覆することによって、最大数の細胞を収容するこ
とも可能になった。そして、これらの細胞のほとんどす
べてが同等の基質供給を受けるので、その寿命が延び
る。
【００４４】図５は、図４と同様４つの独立の中空のフ
ァイバーシステムを備えたモジュールの一つの面の、３
次元的平面図である。第１の独立のシステムは培地の流
入のために用いられ、第２の独立のシステムは培地の流
出のために用いられ、第３の独立のシステムは酸素の供
給のために用いられる。第４の独立の中空のファイバー
システムは透析のため、または細胞の凍結乾燥のための
熱交換器として、またはコカルチャーのために用いられ
る。
【００４５】図６は、モジュール１からの培地流出の別
の例を示す。図１ないし５を参照して説明した本発明の
構造では、培地流出は中空のファイバーメンブレン３に
よって行なわれた。他の例では、培地流出は、密に充填
されたネットワーク５の独立の中空のファイバーメンブ
レンシステムの一部をなす中空のファイバーメンブレン
を通して行なわれるだけでなく、幾つかの他のものを通
して行なわれる。図６は異なる可能性を示す。流出は、
他の毛細管メンブレンに対して、所定の関係で配置さ
れ、空間的に固定され、挿入された毛細管メンブレン
（流出口ヘッド６に接続されている）によって行なわれ
るか、または他のメンブレンシステムに対して空間的に
独立の、取替え可能な毛細管メンブレン１２を介して行
なわれる。取替え可能な毛細管メンブレン１２は外側の
容器２に固定され、該外側の容器は上記メンブレン１２
を受けるのに適した開口を備えている。
【００４６】他の変形例によれば、取替え可能な平坦な
メンブレン１１が外側の容器２上に配置され、該外側の
容器は対応する開口を備えている。更に他の変形例で
は、取替え可能な毛細管メンブレン１８が利用されてい
る。この毛細管メンブレン１８は詰まったときには引出
される。
【００４７】特定の培地流出装置が他の中空のファイバ
ーメンブレンシステムから独立であることが重要であ
る。これらの異なる培地流出装置は、密に充填されたネ
ットワークの一部をなす中空のファイバーメンブレンを
介して行なわれる、既に存在する培地流出に付加して設
けることができる。
【００４８】図７はモジュール１の一方の側のメンブレ
ンヘッド６、１３、１４、１５の特殊な配置を示す。こ
の実施態様では、モジュール１の外側のメンブレンの流
入および流出をすべて単一の側に配置しており、この結
果接続が一つの面で行なわれるという利点がある。
【００４９】図８は毛細管メンブレンおよびメンブレン
ヘッド６、１３、１４、１５を備えた八角形のモジュー
ルの断面を示す。図８は、一つの面に毛細管を配置する
ための異なる例を示す。毛細管は二重管の形態であって
もよく、流入および流出を一つのヘッドで行ない得る。
他の変形例によれば、一つの毛細管が直線状であり、対
応するヘッドが培地の流入のためのものである。第３の
例によれば、単一の直線状の毛細管に、封鎖された端部
と、培地の流入および流出のためのヘッドが設けられて
いる。第４の例によれば、循環を行なわせる二重管状の
毛細管に、培地の流入および流出のためのヘッドが設け
られている。
【００５０】図９は、モジュール内部領域４へのアクセ
ス部の他の例を示す。このモジュールは、圧力、温度、
流れ、ｐＨおよび浸透性の測定を行なうための、異なる
アクセス部７、８を有する。
【００５１】図１０は、体外肝臓維持システムにモジュ
ール１を使用した例を示す。培地、この場合は血漿(blo
od plasma)、は血液ポンプ１６によりモジュールの培地
流入ヘッド６に供給される。酸素の供給は、流入ヘッド
１３から行なわれる。酸素は流出ヘッド１４（図示され
ていない）を介して除去される。培地の除去は、培地流
出ヘッド１５および対応する制御装置およびポンプユニ
ット１７により行なわれる。
【００５２】
【発明の効果】本発明の構成を採用する結果、全てのシ
ステム内の細胞が類似の基質供給条件下におかれる。供
給される培地や酸素はモジュール内において均一に与え
られる。異なる毛細管を用いることにより、例えば親油
性（lipophilic）基質の選択的除去が可能である。本発
明の構成によれば、例えば肝臓細胞の寿命を１０日から
７週間まで伸ばすことができた。そして、活性は４０％
の上昇をみた。
【図面の簡単な説明】
【図１】直方体の持つモジュ−ルの断面図である。
【図２】３個の独立のメンブレンシステムの、図１に対
応する中空のファイバーメンブレンを示す図である。
【図３】図１の独立の中空のファイバーメンブレンシス
テムを、細胞培養とともに示す図である。
【図４】４個の独立システムの個々の毛細管を示す図で
ある。
【図５】図４の４個の独立の中空のファイバーメンブレ
ンシステムを持つモジュ−ルの１面を示す３次元的図で
ある。
【図６】モジュ−ルからの培地流出の３つの可能性を示
す図である。
【図７】モジュールの一つの側面にメンブレンヘッドを
設けた例を示す図である。
【図８】異なるタイプの中空のファイバーメンブレンを
備えた、中空のファイバーメンブレン及びメンブレンの
ヘッドを持つモジュ−ルの断面図である。
【図９】モジュ−ルへの異なったアクセス部を示す図で
ある。
【図１０】体外維持装置としてのモジュ−ルの用途の例
示する図である。
【符号の説明】
１ モジュール ２ 外側容器 ３ ファイバーメンブレン ４ 内部空間 ５ 密に充填されたネットワーク ６、１３、１４、１５ ヘッド ７、８ アクセス部 ９ 微生物 １０ メンブレンシステム １１ 平坦なメンブレン １２ 取替え可能なメンブレン １６ 血液ポンプ １７ ポンプユニット １８ 毛細管メンブレン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C12M 1/00 - 3/06

Claims (18)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 微生物（９）、特に細胞または細菌、を
    培養し、及びその代謝を利用し、及び／又は維持するた
    めのモジュ−ル（１）であって、外側容器（２）と、少
    なくとも３個の独立の中空のファイバーメンブレンシス
    テムとを有し、上記メンブレンシステムがモジュ−ル
    （１）の内部領域（４）中に配置され、そしてその中空
    のファイバーメンブレン（３）が密に充填された空間ネ
    ットワ−ク（５）を形成しており、微生物（９）が、上
    記ネットワ−ク（５）の空洞中に位置し及び／又は中空
    のファイバーメンブレン（３）に付着しており、上記ネ
    ットワ−ク（５）は独立の中空のファイバーメンブレン
    の対の各々が互いに交差し及び／又は重ねられ、モジュ
    −ル（１）の内部領域（４）中におけるほとんど全ての
    点で微生物（９）にほとんど同等の基質供給及び処理条
    件を与えるように構築されていることを特徴とする微生
    物（９）を培養し、及びその代謝を利用し及び／又は維
    持するためのモジュ−ル（１）。
  2. 【請求項２】 取り替え可能の平坦なメンブレン（１
    １）又は毛細管メンブレン（１２）が外側容器（２）上
    に追加的に装着されていることを特徴とする請求項１に
    記載のモジュ−ル。
  3. 【請求項３】 密に充填された空間ネットワ−ク（５）
    が追加的に、さらに他の液体不浸透性の独立の毛細管シ
    ステムを持つことを特徴とする請求項１又は２に記載の
    モジュ−ル。
  4. 【請求項４】 密に充填された空間ネットワ−ク（５）
    が追加的に、さらに他の透析目的用の独立の毛細管シス
    テムを持つことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
    に記載のモジュ−ル。
  5. 【請求項５】 外側容器（２）が外側から毛細管又は中
    空のファイバーメンブレンの内径までへのアクセスを許
    す鋳造組成物によって形成されていることを特徴とする
    請求項１乃至４のいずれかに記載のモジュ−ル。
  6. 【請求項６】 流入及び／又は流出のために、対応する
    流入及び／又は流出ヘッド（６，１３，１４，１５）が
    毛細管又は中空のファイバーメンブレンの内径内に装備
    され、かつそれらが各々の場合で独立の毛細管システム
    と連通していることを特徴とする請求項１乃至５のいず
    れかに記載のモジュ−ル。
  7. 【請求項７】 微生物（９）をモジュ−ル（１）中に導
    入するため、及び／又は圧力、温度及び／又はｐＨの測
    定を行なうために、内部空間（４）内に繋がる１個又は
    それ以上のアクセス部（７、８）がモジュールの外側容
    器（２）内に設けられていることを特徴とする請求項１
    乃至６のいずれかに記載のモジュ−ル。
  8. 【請求項８】 出入路（７）が貫通した管の形でモジュ
    −ル中へ続き、そしてこれが内部空間（４）内での微生
    物（９）の均一な分布を可能にするものであることを特
    徴とする請求項７に記載のモジュ−ル。
  9. 【請求項９】 微生物を取得しかつその代謝を利用し、
    及び／又は培養するために、請求項１乃至８のいずれか
    に記載のモジュ−ルを作動させる方法であって、モジュ
    −ル（１）の内部領域（４）を微生物（９）で充填し、
    このものを培養し及び／又は取得するのに必要な条件を
    設定し、第１の独立の中空のファイバーメンブレンシス
    テムによって培地を供給し、微生物（９）に例えば酸素
    を追加的に第２の独立の中空のファイバーメンブレンシ
    ステム経由で供給し、ＣＯ2を排出し、そして物質交換
    に引き続き、第３の独立の中空のメンブレンシステム経
    由で培地を除去することを特徴とするモジュ−ルの作動
    方法。
  10. 【請求項１０】 培地の流出がモジュ−ル（１）の外側
    容器（２）上で、取替え可能の毛細管メンブレン（１
    ２）又は平坦なメンブレン（１１）経由で行なわれるこ
    とを特徴とする請求項９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 微生物（９）がネットワ−ク（５）の
    空洞に、及び／又は凝集体が積み重なった態様で位置
    し、かつ凝集体／個々の細胞が毛細管の壁に付着してい
    ることを特徴とする請求項９又は１０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 微生物（９）と共にモジュ−ル（１）
    の冷却のために１個又は数個の独立の毛細管システムが
    モジュール（１）を微生物（９）とともに冷却するため
    に一時的に使用され、かつ冷却培地（cooling medium)
    がそこを流されることを特徴とする請求項９乃至１１の
    いずれかに記載の方法。
  13. 【請求項１３】 長期間にわたり、微生物（９）の保存
    又は輸送を可能にするために、モジュ−ル（１）とそこ
    に収容された微生物（９）が−２０℃未満の温度に冷却
    されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 モジュ−ル（１）とそこに収容された
    微生物（９）の冷却が、細胞栄養培地と適当な冷凍培地
    (freezing medium)との間での交換に続いて、行なわれ
    ることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 微生物が細胞、特に肝細胞であること
    を特徴とする請求項９乃至１４のいずれかに記載の方
    法。
  16. 【請求項１６】 請求項１乃至８のいずれかに記載のモ
    ジュ−ルを用いた肝臓維持システム。
  17. 【請求項１７】 請求項１乃至８のいずれかに記載のモ
    ジュ−ルを動物試験の代替として用いたバイオリアクタ
    ー。
  18. 【請求項１８】 請求項１乃至８のいずれかに記載のモ
    ジュ−ルを用いて生物細胞生成物を製造する方法。
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