JP5217407B2 - Biological cell separation device, culture device, and biological cell separation method - Google Patents
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Description
本発明は、生体細胞の培養液から細胞を分離する分離装置、及び当該分離装置を有する培養装置並びに生体細胞の培養液から細胞を分離する分離方法に関する。 The present invention relates to a separation device that separates cells from a culture solution of biological cells, a culture device having the separation device, and a separation method that separates cells from the culture solution of biological cells.
生体の細胞の培養では、目的生産物の生産性向上のために生体細胞を高密度で培養することが望まれており、これを達成する培養手法として連続培養法がある。動物細胞の連続培養では、培養液中の細胞を分離して液成分のみを培養槽から抜き出し、新たな培地を供給する操作が必須であり、これまでに種々の細胞分離手段が開発されている。 In the culture of biological cells, it is desired to culture biological cells at high density in order to improve the productivity of the target product, and there is a continuous culture method as a culture technique for achieving this. In continuous culture of animal cells, it is essential to separate cells in the culture medium, extract only the liquid components from the culture tank, and supply a new medium. Various cell separation means have been developed so far. .
非特許文献1及び特許文献1には、重力沈降法を用いた連続培養装置に関する記載がある。特許文献2及び特許文献3には、遠心分離により細胞を沈降分離する手法が記載されている。特許文献4には、培養槽内に細胞の通過を阻止するろ過材で囲った培養領域を設け、培養領域外に通過してきたろ過液を引き抜くことを特徴とする培養装置が記載されている。特許文献5には、ろ過膜として多孔質中空糸膜を使用し、培地を用いて逆洗することが記載されている。特許文献6には、二対のろ過膜を設置し、一方を通気手段、残る一方をろ過手段として使用し、これを交互に切り替えることによってろ過と逆洗を繰り返し行なうことが記載されている。特許文献7には培養槽内に回転するろ過膜を設けた培養装置が述べられている。特許文献8には培養槽外に回転するろ過膜を設置する培養装置が記載されている。
しかし、これら従来の手法にはそれぞれ大きな課題がある。すなわち、重力沈降法は、細胞の沈降速度が小さいために静置領域を大きくする必要があり、大型培養装置への適用がきわめて困難である。遠心分離装置は装置構成が複雑であり、大型化が難しい。ろ過分離装置は装置構成が簡単であってスケールアップも容易であるが、ろ過膜の目詰まりが実質的に不可避であり、分離操作を長期間実施することは困難である。 However, each of these conventional methods has significant problems. That is, the gravity sedimentation method requires a large stationary region because of the low sedimentation rate of cells, and is extremely difficult to apply to a large culture apparatus. The centrifugal separator has a complicated apparatus configuration and is difficult to increase in size. Although the filtration separation device has a simple device configuration and is easy to scale up, clogging of the filtration membrane is substantially inevitable, and it is difficult to carry out the separation operation for a long period of time.
そこで、本発明は、生体細胞の培養液から細胞を円筒型の回転フィルタを用いて分離する分離装置において、フィルタの目詰まりを効果的に洗浄することができる分離装置、当該分離装置を供えた培養装置及び、フィルタの目詰まりを効果的に洗浄することができる分離方法を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention provides a separation apparatus that separates cells from a culture solution of living cells using a cylindrical rotary filter, and that can effectively clean the clogging of the filter, and the separation apparatus. It is an object of the present invention to provide a culture apparatus and a separation method capable of effectively cleaning clogged filters.
上述した目的を達成した本発明は以下を包含する。
すなわち、本発明に係る分離装置は、生体細胞の培養液から生体細胞を分離する分離装置であって、円筒型回転体の外周面に細胞の通過を阻止するフィルタを設けた回転フィルタと、槽内部の圧力を検出する圧力検出手段を有し、上記回転フィルタの内部に供給するための逆洗液を充填する逆洗液貯槽と、上記逆洗液貯槽の圧力検出手段で測定した当該逆洗液貯槽内部の圧力値に応じて、当該逆洗液貯槽から上記回転フィルタ内部へ供給する逆洗液を制御する制御装置とを備えている。本発明に係る分離装置において上記制御手段は、上記回転フィルタの外側の圧力よりも大であり且つ上記フィルタのバブルポイント圧よりも小となるエアー圧で、上記洗浄液貯槽から供給される逆洗液を上記回転フィルタ内部からフィルタを介して上記回転フィルタの外方に排出させる。
The present invention that has achieved the above-described object includes the following.
That is, the separation device according to the present invention is a separation device that separates biological cells from a culture solution of biological cells, and includes a rotary filter provided with a filter that prevents the passage of cells on the outer peripheral surface of a cylindrical rotating body, and a tank A pressure detection means for detecting an internal pressure, a backwash liquid storage tank filled with a backwash liquid to be supplied to the inside of the rotary filter, and the backwashing measured by the pressure detection means of the backwash liquid storage tank And a control device for controlling the backwash liquid supplied from the backwash liquid storage tank to the inside of the rotary filter according to the pressure value inside the liquid storage tank. In the separation apparatus according to the present invention, the control means includes a backwash liquid supplied from the washing liquid storage tank with an air pressure that is greater than the pressure outside the rotary filter and smaller than the bubble point pressure of the filter. Is discharged from the inside of the rotary filter to the outside of the rotary filter through the filter.
また、本発明に係る分離装置は、上記回転フィルタの内部及び外部の圧力を検出する第2の圧力検出手段と、上記第2の圧力検査手段で測定した上記回転フィルタの内部及び外部の圧力値に応じて、上記回転フィルタの内部及び外部の圧力を制御する第2の制御手段と更に備えるものであってもよい。この場合、分離装置における上記第2の制御手段は、上記回転フィルタ内部の圧力を外部の圧力より低くすることによって前記生体細胞の培養液から生体細胞を含まないろ過液を分離することができる。 The separation apparatus according to the present invention includes a second pressure detecting means for detecting the pressure inside and outside the rotary filter, and a pressure value inside and outside the rotary filter measured by the second pressure inspection means. Depending on the above, a second control means for controlling the pressure inside and outside the rotary filter may be further provided. In this case, the second control means in the separation device can separate the filtrate containing no living cells from the living cell culture solution by making the pressure inside the rotary filter lower than the outside pressure.
特に、本発明に係る分離装置においては、上記逆洗液貯槽から上記回転フィルタに逆洗液を供給する際に上記回転フィルタを回転することが好ましい。このとき、上記回転フィルタの回転速度は、上記生体細胞の培養液から生体細胞を含まないろ過液を分離する際の回転速度よりも大であることがより好ましい。 In particular, in the separation apparatus according to the present invention, it is preferable to rotate the rotary filter when supplying the backwash liquid from the backwash liquid storage tank to the rotary filter. At this time, the rotational speed of the rotary filter is more preferably higher than the rotational speed at the time of separating the filtrate not containing biological cells from the culture solution of biological cells.
一方、本発明に係る培養装置は、上述した本発明に係る分離装置と、生体細胞の培養液を充填する培養槽とを備えるものである。本発明に係る培養装置において上記分離手段は、生体細胞の培養液から生体細胞を含まないろ過液を分離する。 On the other hand, the culture apparatus according to the present invention includes the separation apparatus according to the present invention described above and a culture tank filled with a culture solution of living cells. In the culture apparatus according to the present invention, the separation means separates a filtrate that does not contain biological cells from the culture solution of biological cells.
また、本発明に係る培養装置は、上記分離装置における上記回転フィルタの外側と上記培養槽とが連結されており、上記培養槽内に充填された生体細胞を含む培養液が上記回転フィルタの外側に供給される。さらに、本発明に係る培養装置は、上記分離装置における上記逆洗液貯槽の気相部と上記培養槽の気相部との間を連通せしめる管路を更に備えることが好ましい。 In the culture apparatus according to the present invention, the outside of the rotary filter in the separation apparatus and the culture tank are connected, and a culture solution containing biological cells filled in the culture tank is outside the rotary filter. To be supplied. Furthermore, it is preferable that the culture apparatus according to the present invention further includes a conduit for communicating between the gas phase part of the backwashing liquid storage tank and the gas phase part of the culture tank in the separation apparatus.
一方、本発明に係る生体細胞の分離方法は、円筒型回転体の外周面に細胞の通過を阻止するフィルタを設けた回転フィルタを用いて、当該フィルタの外部から当該フィルタに培養液を通過させることで培養液から生体細胞を含まないろ過液を分離するろ過工程と、逆洗液を充填した逆洗液貯槽から、上記回転フィルタの外側の圧力よりも大であり且つ上記フィルタのバブルポイント圧よりも小となるエアー圧で逆洗液を上記回転フィルタ内部からフィルタを介して上記回転フィルタの外方に排出させる逆洗工程とを交互に行うものである。 On the other hand, the biological cell separation method according to the present invention allows a culture solution to pass from the outside of the filter to the filter using a rotary filter provided with a filter that prevents the passage of cells on the outer peripheral surface of the cylindrical rotating body. From the filtration step for separating the filtrate not containing biological cells from the culture solution, and the backwash solution storage tank filled with the backwash solution, the bubble point pressure of the filter is greater than the pressure outside the rotary filter. The backwashing step of alternately discharging the backwashing liquid from the inside of the rotary filter through the filter to the outside of the rotary filter with a lower air pressure is performed.
特に、本発明に係る生体細胞の分離方法において上記ろ過工程では、上記回転フィルタ内部の圧力を外部の圧力より低くすることによって前記生体細胞の培養液から生体細胞を含まないろ過液を分離することが好ましい。さらに、本発明に係る生体細胞の分離方法において上記逆洗工程では、上記逆洗液貯槽から上記回転フィルタに逆洗液を供給する際に上記回転フィルタを回転することが好ましい。さらにまた、本発明に係る生体細胞の分離方法では、上記逆洗工程における回転フィルタの回転速度は、上記ろ過工程における回転フィルタの回転速度と比較して大であることが好ましい。 In particular, in the biological cell separation method according to the present invention, in the filtration step, the filtrate containing no biological cells is separated from the culture solution of the biological cells by making the pressure inside the rotary filter lower than the external pressure. Is preferred. Furthermore, in the biological cell separation method according to the present invention, in the backwashing step, it is preferable to rotate the rotary filter when supplying the backwash liquid from the backwash liquid storage tank to the rotary filter. Furthermore, in the biological cell separation method according to the present invention, it is preferable that the rotational speed of the rotary filter in the backwashing step is larger than the rotational speed of the rotary filter in the filtration step.
本発明に係る分離装置及び分離方法によれば、生体細胞の培養液から細胞を円筒型の回転フィルタを用いて分離する際にフィルタの目詰まりを効果的に洗浄することができる。また、本発明に係る培養装置によれば、分離装置を用いることによって生体細胞の培養液から細胞を円筒型の回転フィルタを用いて分離する際にフィルタの目詰まりを効果的に除去することができ、これにより効率的に細胞培養を長期間に亘って継続することができる。 According to the separation device and the separation method of the present invention, clogging of a filter can be effectively washed when cells are separated from a culture solution of living cells using a cylindrical rotary filter. In addition, according to the culture device of the present invention, it is possible to effectively remove the clogging of the filter when separating the cells from the culture solution of the living cells by using the cylindrical rotary filter by using the separation device. This makes it possible to continue cell culture efficiently over a long period of time.
以下、本発明に係る生体細胞の分離装置、分離方法及び培養装置を図面を参照して詳細に説明する。本発明に係る生体細胞の分離装置、分離方法及び培養装置は、医薬品等の主原料となる物質を生産する細胞を培養する際に適用することができる。本発明において、生産対象の物質としては、何ら限定されるものではなく、例えば抗体や酵素等のタンパク質、低分子化合物及び高分子化合物等の生理活性物質を挙げることができる。また、培養対象の細胞としては、何ら限定されるものではなく、動物細胞、植物細胞、昆虫細胞、細菌、酵母、真菌及び藻類等を挙げることができる。特に、本発明に係る生体細胞の分離装置、分離方法及び培養装置は、抗体や酵素等のタンパク質を生産する動物細胞を培養対象とすることが好ましい。 Hereinafter, a biological cell separation apparatus, separation method, and culture apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The biological cell separation apparatus, separation method, and culture apparatus according to the present invention can be applied when culturing cells that produce substances that are main raw materials such as pharmaceuticals. In the present invention, the substance to be produced is not limited in any way, and examples thereof include proteins such as antibodies and enzymes, physiologically active substances such as low molecular compounds and high molecular compounds. Further, the cells to be cultured are not limited in any way, and examples include animal cells, plant cells, insect cells, bacteria, yeasts, fungi, and algae. In particular, the biological cell separation apparatus, separation method, and culture apparatus according to the present invention preferably target animal cells that produce proteins such as antibodies and enzymes.
本発明を適用した生体細胞の分離装置の一例を図1に模式的に示す。また、詳細は後述するが、本発明を適用した培養装置の一例を図2に模式的に示す。先ず、本発明に係る分離装置について説明する。本細胞分離装置32は、図1に示すように、外周面に細胞の通過を阻止するフィルタ2を設けた回転フィルタ1、該回転フィルタ1を収容するフィルタ収容容器4、フィルタを回転させるためのフィルタ駆動モータ5、回転フィルタ1の内部の圧力を検出する圧力計6並びに回転フィルタ1の外部の圧力を検出する圧力計7(圧力計6及び7を合わせて第2の圧力検出手段)、回転フィルタ1の内部と連通した逆洗液貯槽8、逆洗液貯槽8内部の圧力を検出する圧力計9、及び逆洗液貯槽内部8の圧力を調整する圧力調整弁10を備えている。なお、分離装置は、圧力計6によって測定した回転フィルタ1内部の圧力値、圧力計7によって測定した回転フィルタの外部の圧力値及び圧力計9によって測定した逆洗液貯槽8内部の圧力値を入力して、これら入力値及び予め設定された条件に従って圧力調整弁10を制御する制御装置23を有している。
An example of a biological cell separation apparatus to which the present invention is applied is schematically shown in FIG. Moreover, although mentioned later for details, an example of the culture apparatus to which this invention is applied is typically shown in FIG. First, the separation apparatus according to the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the
フィルタ収容容器4には培養槽との間に培養液循環管路20及び21が設けられており、ポンプ等の送液手段によって培養液22の循環を行なわせる。なお、培養槽及び送液手段は図1中への記載を省略した。これにより、フィルタ収容容器4内部の培養液は常に更新されることになり、ろ過によってろ過液が抜き出されることによる細胞の部分的な高密度化や長時間滞留による環境の悪化で生じる培養への悪影響を抑えることができる。
Culture
フィルタ収容容器4には内部の培養液の流出を防ぐことと外部からの雑菌等の侵入を防ぐ機能が備わっている。具体的にフィルタ収容容器4には、メカニカルシールを使用した軸シール15が設けられている。メカニカルシールは、回転軸13に固定されて回転する摺動部材と軸シール15に固定された摺動部材とを密着させて摺動させることにより気体や液体の漏洩を阻止するものである。本例においては、フィルタ収容容器4内の培養液の流出を防ぐためのメカニカルシール16aと、外部からの侵入を防止するためのメカニカルシール16bの二つのメカニカルシールを用いている。メカニカルシール16aとメカニカルシール16bの間にはシール室17が形成され、回転フィルタ1の内部と外部とを連結する流路となる。なお、本発明においてはメカニカルシールとして特に限定するものではなく、通常の培養装置に使用されるメカニカルシールやドライタイプのメカニカルシールなど気密性を保持できるものであれば用いることができる。また、メカニカルシールの使用方法及び配置等についても本例に限定するものではない。
The
回転軸13は両端が封止された中空構造となっており、一端をシール室17に開口させ、他の一端を後述する円筒3に設けられたろ過液流路12に連通するよう開口させることによって軸流路14を形成している。軸シール15には、シール室17と外部とを連結する連通ノズル18が設けられており、ろ過液や逆洗液の出し入れに使用される。
The rotating
回転フィルタ1は、回転軸13に円筒3とフィルタ2とを同軸となるように取り付け、上端と下端を封止部材で封じた構造となっており、フィルタ2内部の圧力を外部より低くすることによってろ過が行なわれ、フィルタの細孔を通過したろ過液が得られる。ろ過にあたって、回転フィルタ1をフィルタ収容容器4内部で回転させるとフィルタ2表面に平行な培養液の流れが生じ、いわゆる直交流ろ過の状態となる。フィルタ収容容器4の内壁面とフィルタ2表面との間隔を小さくして流れを乱流状態とすれば、ろ過液が抜き出されることによって形成される細胞や微細粒子の高密度化層を拡散させることができる。これによって、フィルタの目詰りを抑制でき、より高速でより多量のろ過液を得ることが可能となる。回転フィルタの回転速度は、培養する生体の細胞の物理的な外力に対する耐性と、分離装置の形状とによって決定される。
The
フィルタ2を通過したろ過液は円筒3とフィルタ2の間に形成されている円筒状間隙11を通り、円筒3に設けられたろ過液流路12及び回転軸13に設けられた軸流路14を経て軸シール15のシール室17に導かれ、連通ノズル18に接続された連通流路によって弁40及び41を経て逆洗液貯槽8に移送される。
The filtrate that has passed through the
本発明に使用するフィルタ2の材質としては、一般的に用いられるろ布、メンブランフィルタなど、細胞の通過を阻止できるものであれば特に限定するものではない。特に、回転フィルタ1内部に蒸気を吹き込んでの殺菌や洗浄の際の洗浄液注入に耐えられる機械的強度と耐熱性及び耐腐食性を有するものを選定することが好ましい。また、培養液中には死んだ細胞が崩壊して生じる微細な細胞断片が多数存在することから、健全な細胞の通過を阻止し、微細な細胞断片を通過させるろ過特性を有するフィルタが特に好ましい。本例ではステンレス細線を所定の間隔をあけて円筒状に巻きつけてスリット状の開口部を形成させた金属フィルタを使用している。通常のフィルタでは、阻止しようとする粒子径よりも小さな細孔が多数存在しており、微細な細胞断片をも阻止することによって目詰りの原因となっている。本フィルタ2には、上記スリット以外の細孔は実質的に存在しない。これにより、本フィルタではスリット幅より大きい細胞についてのみ通過を阻止し、スリット幅より小さい細胞断片等の微細な粒子は通過させることができる。スリット幅は培養する細胞の大きさによって決定されるものであり、通常は5〜30μmとする。
The material of the
逆洗液貯槽8は、液面の位置を計測するための液面レベル計19と、内部の圧力を検出する圧力計9と、逆洗液貯槽8内部の圧力を調整する圧力調整弁10とを備えている。逆洗液貯槽8は、弁40及び41を開放することによって連通ノズル18と、弁41及び44を開放することによってハーベスト槽と、また、弁42を開放することによって培地槽とそれぞれ接続され、液の移動が可能となる。なお、ハーベスト槽と培地槽の図1中の記載は省略した。
The backwash liquid storage tank 8 includes a
逆洗液貯槽8の内部の圧力の調整は、弁43を開閉しておこなう空気の吹き込み量調節と圧力調整弁10の開閉による排気量の調節により行なわれる。なお、逆洗液貯槽8の内部圧力は、本発明においては常に大気圧より高く保持することが好ましい。圧力の調整用に使用される空気はあらかじめ細菌等の微粒子を除去した無菌空気を使用することが好ましい。
The pressure inside the backwash liquid storage tank 8 is adjusted by adjusting the amount of air blown by opening and closing the
液面レベル計19としては特に限定するものではないが、逆洗液貯槽8内部に蒸気を吹き込んでの殺菌や、洗浄の際の洗浄液注入に耐えられる機械的強度、耐熱性及び耐腐食性を有するものを選定することが好ましい。また、培養液中には細胞や細胞が崩壊して生じた微細な細胞断片が多数存在し、液面には泡沫が滞留する虞があることから、センサの汚れによって誤動作を起こす恐れないものを選定することが好ましい。本例では静電容量式のレベルセンサを使用している。
Although it does not specifically limit as the
以下、以上のように構成された分離装置を用いて、生体細胞を含む培養液をろ過するろ過工程、及びフィルタ2を洗浄するための逆洗工程を含む各種工程について詳しく説明する。
Hereinafter, using the separation apparatus configured as described above, various steps including a filtration step for filtering a culture solution containing biological cells and a backwashing step for washing the
(1)ろ過工程
先ず、ポンプ等の送液手段により培養液循環管路20及び21を介して、フィルタ収容容器4の内壁と回転フィルタの外周とで形成される空間部に培養液を循環させながら、回転フィルタ1をフィルタ駆動モータ5で回転させる。圧力計7でフィルタ収容容器4内部の圧力(回転フィルタ1の外部の圧力と同義)、及び圧力計9で逆洗液貯槽8内部の圧力を計測する。フィルタ収容容器4内部の圧力は培養槽の圧力と同一であり、通常は0.01〜0.05MPaに加圧されている。制御装置23は、逆洗液貯槽8内部の圧力がフィルタ収容容器4内部の圧力よりわずかに低くなるよう、逆洗液貯槽8内部の圧力を圧力調整弁10で調整する。ついで、弁41及び弁40を順次あけると、フィルタ収容容器4内部の培養液はフィルタ2でろ過され、ろ過液流路12及び回転軸13に設けられた軸流路14を経て軸シール15のシール室17に導かれ、連通ノズル18に接続された連通流路によって弁40及び41を経てろ過液が逆洗液貯槽8に移送される。
(1) Filtration step First, the culture solution is circulated in the space formed by the inner wall of the
液面レベル計19によってろ過液の液面位置を計測し、所定位置になった時点で弁40及び弁41を順次閉じ、ろ過工程を終了する。ろ過操作においては、大きなろ過差圧をかけて急速に行うことは目詰まりを促進させるため好ましくない。本例ではフィルタ収容容器4と逆洗液貯槽8の圧力差すなわちろ過差圧を0.04MPa以下としている。この値は制御装置23に予め入力することができる。ろ過速度の調節はフィルタ収容容器4と逆洗液貯槽8の圧力差を調節することにより行なう。ろ過速度より低く抑える必要がある場合には、弁40の開閉を断続的に行い、開放時間の長さを調節することにより行なってもよい。
The liquid level position of the filtrate is measured by the
また、弁40及び41の開閉タイミングは、液面レベル計19から出力された信号を入力値とする制御装置によって行っても良いが、上述した制御装置23が制御しても良い。或いは、弁40及び41の開閉タイミングは操作者が行っても良い。
Further, the opening / closing timing of the
(2)ろ過液排出工程
ろ過液排出工程とは、逆洗液貯槽8に移送されたろ過液を図示しないハーベスト槽へ移送する工程である。まず、弁43を開けて逆洗液貯槽8の内圧をハーベスト槽の内圧より高く設定する。そののち、弁41及び弁44を順次開けることによって、逆洗液貯槽8内部のろ過液はハーベスト槽に移送される。液面レベル計19によってろ過液の液面位置を計測し、所定位置になった時点で弁44及び弁41を順次閉じ、ろ過液排出工程を終了する。
(2) Filtrate discharging step The filtrate discharging step is a step of transferring the filtrate transferred to the backwash liquid storage tank 8 to a harvest tank (not shown). First, the
なお、ろ過液排出工程においては、ハーベスト槽の液面位置が逆洗液貯槽8の液面位置より低い場合には、弁44及び弁41を順次開けることによって、逆洗液貯槽8内部のろ過液をハーベスト槽内部へ移送しても良い。但し、この場合には、逆洗液貯槽8からろ過液の流出によって逆洗液貯槽8の内部圧力が大気圧より低くならないよう、弁43を開けて空気の注入を行なうことが好ましい。
In the filtrate discharging step, when the liquid level position of the harvest tank is lower than the liquid level position of the backwash liquid storage tank 8, the
(3)培地移送工程
培地移送工程とは、逆洗液貯槽8内部に対して、その後の逆洗工程で使用する培養液を図示しない培地槽から供給する工程である。先ず、制御装置23の制御に従って圧力調整弁10により逆洗液貯槽8の内圧を培地槽の内圧より低く調節する。その後、弁42を開けることによって培地は、培地槽から逆洗液貯槽8に流入する。液面レベル計19によって培地の液面位置を計測し、所定位置になった時点で弁42を閉じ、培地の供給を終了する。
(3) Medium transfer process The medium transfer process is a process of supplying the culture solution used in the subsequent backwashing process from the medium tank (not shown) to the backwashing liquid storage tank 8. First, the internal pressure of the backwash liquid storage tank 8 is adjusted to be lower than the internal pressure of the medium tank by the
なお、圧力の設定に当たっては、培地槽と逆洗液貯槽8の液面高さについて考慮することが望ましい。すなわち、培地槽の液面位置が逆洗液貯槽8の液面位置より高い場合には、培地の移送速度が大きくなりすぎないように圧力差を小さくすることが好ましい。また、培地槽の液面位置が逆洗液貯槽8の液面位置より低い場合には、培地が移送されるように圧力差を大きくすることが好ましい。培地の移送速度を調節する必要がある場合には、弁42の開閉を断続的に行い、開放時間の長さを調節することにより行なってもよい。 In setting the pressure, it is desirable to consider the liquid level height of the medium tank and the backwash liquid storage tank 8. That is, when the liquid level position of the medium tank is higher than the liquid level position of the backwash liquid storage tank 8, it is preferable to reduce the pressure difference so that the transfer speed of the medium does not become too high. Moreover, when the liquid level position of a culture tank is lower than the liquid level position of the backwashing liquid storage tank 8, it is preferable to enlarge a pressure difference so that a culture medium may be transferred. When it is necessary to adjust the transfer rate of the culture medium, the valve 42 may be opened and closed intermittently to adjust the length of the opening time.
また、培地槽の液面位置が逆洗液貯槽8の液面位置より高い場合には、弁42及び弁43を順次開けることによって、逆洗液貯槽8内部と培地槽内部との圧力差を設定することなく、培地槽内部の培地を逆洗液貯槽8内部へ移送しても良い。
Further, when the liquid level position of the medium tank is higher than the liquid level position of the backwash liquid storage tank 8, the pressure difference between the backwash liquid storage tank 8 and the medium tank inside is increased by sequentially opening the valve 42 and the
(4)逆洗工程
逆洗工程とは、上述した(1)ろ過工程を経ることによって生体細胞により目詰まりした(目詰まりしている虞のある)フィルター2を洗浄して目詰まりを解消する工程である。まず、弁43を開けて逆洗液貯槽8の内圧をフィルタ収容容器4の内圧より高く設定する。なお、フィルタ収容容器4の内圧が0.01〜0.05MPaに加圧されている場合には、制御装置23の制御により圧力調整弁10により逆洗液貯槽8の内圧をフィルタ収容容器4の内圧より高くなるように調節する。その後、弁41及び弁40を順次あけることによって、逆洗液貯槽8内部の培地は、弁40及び41を経て連通流路を通り、軸シール15のシール室17、回転軸13に設けられた軸流路14及びろ過液流路12へと順次導かれ、円筒状間隙11を通り、フィルタ2の細孔をろ過工程とは逆方向に通過してフィルタ収容容器4に流入する。これにより、目詰まりした(目詰まりしている虞のある)フィルター2を洗浄して、目詰まりを解消することができる。その後、培地は、培養液循環管路21によって培養槽に供給される。すなわち、本例において、逆洗液貯槽8に貯められた培地は培養槽に供給される際に、フィルタ2の逆洗液としての役割を果たしている。
(4) Backwashing step The backwashing step is to eliminate clogging by washing the filter 2 (which may be clogged) clogged by living cells through the above-mentioned (1) filtration step. It is a process. First, the
特にこのとき、回転フィルタ1の回転数をろ過工程での回転数より大きくすることが好ましい。回転フィルタ1を高速で回転させる中で逆洗を行なうことにより、フィルタ2内面全面に逆洗液を均一に行き渡らせることができる。また、回転によって生じる遠心力による洗浄作用も加わることによってより大きな逆洗効果が得られる。
In particular, at this time, it is preferable that the rotational speed of the
また、本工程では、逆洗液貯槽8の内圧をフィルタ収容容器4の内圧より高く、かつフィルタ収容容器4の内圧にフィルタ2のバブルポイント圧力を加算した圧力より小さくなるように圧力調整弁10により調節することが好ましい。特に、この圧力調節は、液面レベル計19によって培地の液面位置を計測して所定位置になった時点の逆洗工程終末期に行うことが好ましい。逆洗液貯槽8の内圧をフィルタ収容容器4の内圧より高く、かつフィルタ収容容器4の内圧にフィルタ2のバブルポイント圧力を加算した圧力より小さくなるように調節することにより、円筒状間隙11やろ過液流路12、軸流路14及び連通流路内の培地をすべてフィルタ収容容器4に排出できる。すなわち、このように設定することによって、高価な培地を無駄にすることなくそのすべてを培養に供することが可能となる。また、このように設定することによって、フィルタ2から気泡が生ずることを防止でき、確実に目詰まりを解消することができる。なお、フィルタのバブルポイント圧力は、回転フィルタ1を培地中に沈め、これに空気を注入してフィルタ表面から気泡が放出され始めた時点の圧力を測定して求めることができる。
In this step, the
次いで、あらかじめ設定された時間が経過した後に弁44及び弁41を順次閉じ、回転フィルタ1の回転数をろ過工程での回転数に戻して逆洗工程を終了する。
Next, after a preset time has elapsed, the
本例では、上記の(1)〜(4)の操作を繰り返すことによって生体細胞の分離操作を継続することが可能となる。また、以上で詳述した分離装置は、図2に示すような培養装置に適用することができる。すなわち、本発明を適用した培養装置は、図2に示すように、培養槽31、細胞分離装置32、培地槽33及びハーベスト槽34とで構成されている。細胞分離装置32としては、図1に示した本発明を適用した生体の細胞の分離装置を用いている。また、図2中には図示していないが、空気、酸素、窒素及び炭酸ガス等のガス供給設備、温水冷水供給設備、蒸気供給設備並びに給排水設備を具備している。また、培養槽31は、培養液22の性状を計測する計測手段38を具備しており、溶存酸素濃度、溶存炭酸ガス濃度、pH、温度、アンモニア濃度、乳酸濃度及びグルタミン濃度の計測値39を得る。計測手段38については、実装置では検出項目毎または制御項目毎に1つの検出手段が用いているが、図2中には簡略化の為1つのみ記載した。
In this example, the biological cell separation operation can be continued by repeating the operations (1) to (4). Moreover, the separation apparatus detailed above can be applied to a culture apparatus as shown in FIG. That is, the culture apparatus to which the present invention is applied includes a
培養槽31は断面で表わしている。培養槽31内に張り込まれた培養液22は、駆動用モータ35により駆動される攪拌機36で撹拌され、均一に混合される。培養に必要な酸素は、酸素含有ガスを槽底部に配置された散気手段37から液中に供給する液中通気法と槽上部気相部に通気する上面通気法の二つの方法により供給される。
The
液中及び上面への通気系統はそれぞれの供給ガスを制御する個別操作手段50a及び50bを具備している。また、個別操作手段50a及び50bはそれぞれに空気、酸素、炭酸ガスの各ガスについての流量制御機能と供給量計測機能を具備している。上面への通気は、供給ガスを制御する個別操作手段50aによりその組成及び通気量を制御する。本実施形態では空気を一定量で通気し、培養液のpHに対応して炭酸ガスを混合した。炭酸ガス濃度の制御はpHを制御量とし、炭酸ガス流量を操作因子とする通常の比例制御で実施した。散気手段37より培養液中への通気は、供給ガスを制御する個別操作手段50bによりその組成及び通気量を制御する。 The ventilation system to the liquid and to the upper surface includes individual operation means 50a and 50b for controlling the respective supply gases. The individual operation means 50a and 50b have a flow rate control function and a supply amount measurement function for each of air, oxygen, and carbon dioxide. The ventilation to the upper surface is controlled by the individual operation means 50a for controlling the supply gas, and the composition and the amount of ventilation. In this embodiment, air is aerated at a constant amount, and carbon dioxide gas is mixed corresponding to the pH of the culture solution. The carbon dioxide gas concentration was controlled by normal proportional control using pH as the control amount and carbon dioxide flow rate as the operating factor. The aeration from the aeration means 37 into the culture solution is controlled by the individual operation means 50b for controlling the supply gas.
培養槽31は圧力計51の計測結果をもとに、圧力調整弁52によって一定の圧力に保持されている。通常は外部からの細菌等の侵入を防ぐため、0.01〜0.05MPaに加圧されている。なお図2おける圧力計51は、図1における圧力計7と同義である。培養槽31には細胞分離装置32との間に培養液循環管路20及び21が設けられており、ポンプ48によって培養液22の循環を行なわせる。培養液循環管路20及び21には弁45、弁46及び弁47が設けられており、培養液循環の停止、細胞分離装置32からの培養液の抜き取りなどの際に必要に応じて開閉される。
The
培養槽31と逆洗液貯槽8の間には、それぞれの気相部同士を連通せしめる連通管路53及び弁54が設けられていることが好ましい。連通管路53及び弁54を配設した場合には、弁54を開放することにより、培養槽31と逆洗液貯槽8の内部の圧力を容易に同一なものとすることができる。これは、ろ過工程を開始するにあたって逆洗液貯槽8の内圧を培養槽31の内圧よりわずかに低く調整する際に特に有効である。
It is preferable that a
培地槽33は培養槽31に供給する培地を保管するタンクであり、撹拌機55、撹拌機駆動用モータ56、内部の圧力を検出する圧力計57、圧力調整弁58及び空気供給用の弁59を備えている。培地槽33は、弁42、弁60及び連通管路によって逆洗液貯槽8に接続されており、培地の逆洗液貯槽8への移送が可能となる(上記(3)培地移送工程の説明参照)。培地槽33は圧力計57の計測結果をもとに、圧力調整弁58によって一定の圧力に保持される。通常は外部からの細菌等の侵入を防ぐため、0.01〜0.05MPaに加圧されている。また、培地の保管中の変質を防ぐため、5℃〜10℃に冷却している。
The
ハーベスト槽34は、細胞分離装置32で分離した生産目的とした物質を溶解しているろ過液を保管するタンクであり、撹拌機61、撹拌機駆動用モータ62、内部の圧力を検出する圧力計63、圧力調整弁64及び空気供給用の弁65を備えている。ハーベスト槽34は、弁41、弁44及び連通管路によって逆洗液貯槽8に接続されており、逆洗液貯槽8のろ過液の受け入れが可能である(上記(2)ろ過液排出工程の説明参照)。ハーベスト槽34は圧力計63の計測結果をもとに、圧力調整弁64によって一定の圧力に保持される。通常は外部からの細菌等の侵入を防ぐため、0.01〜0.05MPaに加圧されている。また、保管中に目的物質が変質するのを防ぐため、5℃〜10℃に冷却している。
The
本培養装置での連続培養は、前記の生体細胞の分離手法である、(1)ろ過工程、(2)ろ過液排出工程、(3)培地移送工程、(4)逆洗工程の4工程を繰り返し反復することによって行なわれる。 The continuous culture in the main culture apparatus is the above-described biological cell separation method, (1) filtration step, (2) filtrate discharge step, (3) medium transfer step, and (4) backwash step. This is done by iteratively repeating.
特に、本培養装置において分離装置32は、逆洗液貯槽8の内圧をフィルタ収容容器4の内圧より高く、かつフィルタ収容容器4の内圧にフィルタ2のバブルポイント圧力を加算した圧力より小さくなるように調節して逆洗工程を行っている。従って、本培養装置においては、逆洗工程において、円筒状間隙11や、ろ過液流路12、軸流路14及び連通流路内の培地をすべてフィルタ収容容器4に排出できる。これにより、本培養装置は、逆洗工程に使用した高価な培地を無駄にすることなくそのすべてを培養に供することが可能となる。また、本培養装置においは、逆洗工程においてフィルタ2から気泡が生ずることを防止でき、確実に目詰まりを解消することができる。これにより本培養装置では、長期間の連続培養を継続することが可能となり、生産性の向上を達成することができる。
In particular, in the main culture apparatus, the
なお、上述した分離装置及び培養装置においては、逆洗工程に使用する逆洗液として培地を用いたが、本発明の技術的範囲はこれに限定されるものではない。逆洗工程に使用する逆洗液としては、培地成分のうち少なくとも1種を含む溶液であっても良いし、逆洗専用の溶液や滅菌水等であっても良い。なお、逆洗液が培養槽に加えること考慮すれば、逆洗液としては培地又は培地成分のうち少なくとも1種を含む溶液を使用することが好ましい。換言すれば、逆洗液を培養槽に加えないような構成とすれば、逆洗液としては、特に限定されず如何なる組成の溶液を使用しても良い。 In the separation apparatus and the culture apparatus described above, the culture medium is used as the backwashing liquid used in the backwashing process, but the technical scope of the present invention is not limited to this. The backwashing solution used in the backwashing step may be a solution containing at least one of the medium components, a solution dedicated to backwashing, sterilized water, or the like. In consideration of adding the backwash solution to the culture tank, it is preferable to use a solution containing at least one of the medium and the medium components as the backwash solution. In other words, as long as the backwash solution is not added to the culture tank, the backwash solution is not particularly limited, and a solution having any composition may be used.
また、上述した分離装置及び培養装置においては、逆洗液を逆洗液貯槽8に供給する培地槽を備えていたが本発明の技術的範囲はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明を適用した分離装置及び培養装置は、種々の培地成分毎に貯めた複数の培地成分槽を備え、所望の組成比となるように混合して調製した溶液を逆洗液貯槽8に供給することもできる。 Moreover, although the separation apparatus and culture apparatus mentioned above were provided with the culture tank which supplies backwash liquid to the backwash liquid storage tank 8, the technical scope of this invention is not limited to this. That is, the separation apparatus and the culture apparatus to which the present invention is applied include a plurality of medium component tanks stored for each of various medium components, and a solution prepared by mixing so as to obtain a desired composition ratio is the backwash liquid storage tank 8. Can also be supplied.
1…回転フィルタ、2…フィルタ、4…フィルタ収容容器、8…逆洗液貯槽、31…培養槽、32…細胞分離装置、33…培地槽、34…ハーベスト槽。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
円筒型回転体の外周面に細胞の通過を阻止するフィルタを設けた回転フィルタと、
槽内部の圧力を検出する圧力検出手段を有し、上記回転フィルタの内部に供給するための逆洗液を充填する逆洗液貯槽と、
上記逆洗液貯槽の圧力検出手段で測定した当該逆洗液貯槽内部の圧力値に応じて、当該逆洗液貯槽から上記回転フィルタ内部へ供給する逆洗液を制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記回転フィルタの外側の圧力よりも大であり且つ上記フィルタのバブルポイント圧よりも小となるエアー圧で、上記洗浄液貯槽から供給される逆洗液を上記回転フィルタ内部からフィルタを介して上記回転フィルタの外方に排出させることを特徴とする分離装置。 A separation device for separating biological cells from a culture solution of biological cells,
A rotary filter provided with a filter for preventing the passage of cells on the outer peripheral surface of the cylindrical rotating body;
A pressure detection means for detecting the pressure inside the tank, and a backwash liquid storage tank filled with a backwash liquid to be supplied to the inside of the rotary filter;
Control means for controlling the backwash liquid supplied from the backwash liquid storage tank to the inside of the rotary filter according to the pressure value inside the backwash liquid storage tank measured by the pressure detection means of the backwash liquid storage tank,
The control means filters backwash liquid supplied from the cleaning liquid storage tank from the inside of the rotary filter with an air pressure that is larger than the pressure outside the rotary filter and lower than the bubble point pressure of the filter. A separation device for discharging to the outside of the rotary filter through
上記第2の制御手段は、上記回転フィルタ内部の圧力を外部の圧力より低くすることによって前記生体細胞の培養液から生体細胞を含まないろ過液を分離することを特徴とする請求項1記載の分離装置。 Second pressure detecting means for detecting the pressure inside and outside the rotary filter, and the inside and outside of the rotary filter according to the pressure values inside and outside the rotary filter measured by the second pressure detecting means. Second control means for controlling the external pressure;
The said 2nd control means isolate | separates the filtrate which does not contain a living cell from the culture solution of the said living cell by making the pressure inside the said rotary filter lower than an external pressure. Separation device.
生体細胞の培養液を充填する培養槽とを備え、
上記分離装置は、生体細胞の培養液から生体細胞を含まないろ過液を分離することを特徴とする培養装置。 A separation device according to any one of claims 1 to 4,
A culture tank filled with a culture solution of biological cells,
The separation apparatus separates a filtrate containing no biological cells from a culture solution of biological cells.
円筒型回転体の外周面に細胞の通過を阻止するフィルタを設けた回転フィルタを用い、当該フィルタの外部から当該フィルタに培養液を通過させることで培養液から生体細胞を含まないろ過液を分離するろ過工程と、
逆洗液を充填した逆洗液貯槽から、上記回転フィルタの外側の圧力よりも大であり且つ上記フィルタのバブルポイント圧よりも小となるエアー圧で逆洗液を上記回転フィルタ内部からフィルタを介して上記回転フィルタの外方に排出させる逆洗工程とを交互に行うことを特徴とする、生体細胞の分離方法。 A method for separating a living cell from a living cell culture,
Using a rotary filter with a filter that prevents the passage of cells on the outer peripheral surface of the cylindrical rotating body, the culture solution is separated from the culture solution by allowing the culture solution to pass through the filter from the outside of the filter. Filtration step to
From the backwash liquid storage tank filled with backwash liquid, the backwash liquid is filtered from the inside of the rotary filter with an air pressure that is greater than the pressure outside the rotary filter and smaller than the bubble point pressure of the filter. And a backwashing step for discharging the rotating filter to the outside of the rotating filter alternately.
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