JPH01199572A - 回転容器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ）産業上の利用分野 本発明は生物工学装置に関する。特定すれば、組織培養
用回転容器に関するものである。

口）従来の技術 遺伝子工学は遺伝子により処理されたいくつかの製品、
特にインターフェロン、人間の成長ホルモン、インシュ
リン、テイシュープラスノミノゲン活性剤（ＴＰＡ）及
びエリトロポエチン（ＥＰＯ）のような動物細胞から発
現される薬剤に対する最近の政府の認可により商業的に
採算のとれる段階に来ている。現在化学的方法で生産さ
れる約７兆円（６００億ドル）の薬剤の２０％が純粋の
方法及びもっと経済的な遺伝子工学的方法により生産さ
れていると見積られている。

遺伝子工学により生産された早期の蛋白質製品は単一細
胞のバクテリア又はイースト細胞中で生産されていた。

バクテリアやウィルスは単一の生物細胞であるからもっ
と複雑な分子及び分子の複合物を生産することが不可能
であった。ＴＰＡ及びＥＰＯは糖蛋白質である。バクテ
リア又はイースト細胞で生産される簡単な蛋白質は、別
々の処置で糖蛋白質にする必要がある。さらに、単一細
胞は通常所望の蛋白質を周囲の媒質に分泌しない。所望
の蛋白質を採取するためにはその細胞を化学的又は機械
的に断片にしなければならない。哺乳類の細胞は糖を変
質させた蛋白質を合成でき、かつより重要なことはそれ
は通常所望の糖蛋白質を媒質に分泌し容易に収集するこ
とができることである。しかしながら、哺乳類の細胞は
非常に破損しやすい。それは繊細な膜を包含しておりそ
の膜は生物反応器の表面からの剥離により又は従来のバ
クテリア発酵槽の撹拌機により容易に破断し損傷を受け
る。−旦膜が破断するとその細胞は死ぬ。

哺乳類の細胞における他の困難性は、その成長が遅いと
いうことである。１時間に２回乃至３回分裂するバクテ
リアと異なり、哺乳類の細胞は１８時間乃至４８時間に
一回分裂するだけである。さらにそれは自給自足できる
有機体ではない。それはもっと大きな有機体の一部であ
りそれ故生存しかつ成長するための栄養分、ホルモン及
び他の化合物の定常的な補給を必要とする。

はとんどの哺乳類の細胞は生存する有機体の状態に類似
した支持体又は基質に取付ける必要がある。多くの生物
工学的処理は、回転容器の表面に固定されている間に哺
乳類の細胞を培養する。いくつかの培養工程においては
細胞を取付ける表面積を増加するために、細胞はゲルの
中に固定された不活性ビードに取付けられるか又は中空
のファイバーの表面に取付けられている。これらの装置
は複雑でかつ高価でありそして十分な栄養分を受は取れ
なくかつ／又は過度の無用な生産物をつくり出す停滞領
域を発生ずる。

回転容器は、細胞をその容器の内面に取付けている間そ
の細胞を培養するのに広く使用されている。生物工学会
社及び動物ワクチン会社には随所に多数の回転反応容器
設備がある。これ等の反応設備は短時間の一括操業には
適している。しかしながら、各容器につき処理される細
胞の量が増加され得るならば、経済性及び効率が大きく
増加するであろう。

従来技術には下記のものがある。

米国特許登録番号　　　　　特許権者 第３，８９３，８８７号　　　スミス（Ｓｍｉ　ｔｈ）
　、その他第４，１７６．７５６号　　　ゲルマン（Ｇ
ｅｌｌｍａｎ）第４，３１７，８８６号　　　ジョンソ
ン（ＪｏｈｎＳｏｎ）　、その他 第４，６５７，８６７号　　　ブール（Ｇｕｈｌ）、そ
の他上記従来技術において、米国特許第４，３１７，８
８６号は容器の軸線に平行な円筒状挿入物の形をした複
数の同心リングにより拡がった成長面を備えた発明を開
示している。円筒状の挿入物の間の分離を維持するのに
クリップが必要である。第５図の実施例は波形をした表
面を有し得る挿入部を示している。この波形は容器の軸
線に平行となっている。ジョンソンの発明したこの容器
はいくつかの別々の部品で製造されておりこの部品は組
立てられ共に接着されて密閉室を形成している。この容
器は相当高価であり意図した通りの利益をあげられない
。この容器は市販で入手できない。

米国特許第４，２３８，５６８号、第４，２８３，４９
５号及び第４，３３７，１０４号の発明は外周にセレー
ションが必要である。米国特許第４，１７６．７５６号
の発明は培養容器のストッパーロックに関するものであ
る。米国特許第０２８５，７２５号の発明は長方形の培
養容器に関するものである。米国特許第３，５８９，９
８３号は容器のトレイ挿入部の発明を開示している。米
国特許第３，８９３，８８７号は回転容器の傾斜装置を
プログラム制御する方法について開示している。米国特
許第３，２４９，５０４号は二つの容器について開示し
ており、一つは安定な液体材用のものであり、もう一つ
は乾燥した不安定材料用のものである。米国特許第４，
６５７，８６７号は多細胞組織培養装置の発明を開示し
ている。

回転装置の制約により、回転容器は特殊な円周形状と長
さを有することが必要である。従って、外形を変更する
ことはできない。米国特許第４．３１７，８８６号の発
明は回転容器に円筒状の挿入部分を取付けている。その
ことが容器の細胞取付面を増加する唯一の方法であると
発明者が考えたからである。

ハ）発明が解決しようとする課題 本発明の目的は、組織を成長させるための表面を非常に
増大させた改良した回転容器を提供することである。

二）課題を解決するための手段 本発明の回転容器は単一部品として単一の処理工程で容
易に製造されかつ外形寸法又は容器の本質的な形状を変
更することなく細胞取付のための表面積を増加すること
ができる。

本発明の回転容器は、容器の内面に取付けられかつそこ
からある距離だけ内方に伸長する細胞を成長させる取付
は面を含んでいる。最初の形状のものでは複数の仕切り
板が容器の壁部に取付けられていた。これ等の仕切り板
は容器の表面積を著しく増加させた。しかしながら、い
くらかの細胞が回転作動中に仕切り板からはずれること
がわかった。細胞は壁面に対して１０度から８０度の角
度で適度に傾斜する面に取付けるとより確実な取付状態
を維持することがわかった。

傾斜した面における好適形状は容器の側壁部を形成する
アコーデオン状のひだにより与えられる。

二つの傾斜した面が接続されて内部波形部を形成する。

隣接する波形部はローラの上に乗る複数の外側帯部を形
成するように交差する。この波形部は相互に平行である
ことが望ましい。この波形部は容器の軸線に対して直角
であってもよくまたは容器の外面を囲む渦巻状の三角形
のひだの如く軸線に対しである角度で形成されてもよい
。渦巻のバンドを有する容器は回転する時にローラにそ
って移動する傾向がある。

′容器は不要な生産物を除去し、発現した生産物又は細
胞を採取するために定期的に内容物が排出される。波形
をしたひだ付きの面は容器が回転している間に液体栄養
分の水路として作用する。しかしながら、その面は排出
中には急速に流出するのを防ぐダム部として作用する。

本発明の回転容器の他の特徴は、側壁部にひだのない扇
形の形状をした少なくとも一つ望ましくは少なくとも二
つの排出水路の設備を備えその水路は容器の軸線に平行
に容器の頂部から底部へ帯部として伸びていることであ
る。排出水路はこの帯部の外周に沿うひだの外縁部に沿
って形成されており、従って容器はローラ装置のローラ
円筒面上で滑らかに回転する。排出水路の他の利点はそ
れが容器に寄与する支持となることである。波形のひだ
は概して弱く、取扱う時に容器にアコーデオン状の伸び
若しくは圧縮が発生するか又は液体栄養素基質の重量に
よる容器の曲げが発生する。ひだのくり返し伸縮は、特
に細胞培養の一括工程において長周期での使用中に疲労
及び破断を引き起こし得る。しかしながら、排出水路は
波形のひだの曲げ、伸び又は圧縮を防止する梁として作
用する。付加的な補強は容器の側壁部に排出水路及び／
又はもっと狭い軸方同梁を追加して形成することにより
付与される。梁は容器の全長にわたって形成する必要は
ない。それは容器の底部付近のように強度を追加する必
要がある部分に選択的に取付けられる。本発明の他の特
徴は組織培養基質としてのプラズマにより表面処理され
た線形ポリエステルの優れた特性である。

本発明のこれ等の及び他の多くの特徴や注目すべき効果
は、添付図面と共に本発明が下記詳細説明を参照してよ
り理解されるにつれて明らかとなるであろう。

ホ）発明の詳細な説明 第１図乃至第３図を参照すると、第１の回転容器１０が
底部板１２と、波形のひだの付いた中間部分１４と、図
示されないキャップを取付けるねじ部２０を含む頚部１
８を有する上部１６とで形成されたほぼ円筒状の部材と
して図示されている。ひだの付いた中間部分１４は少な
くとも一つ、望ましくは対向して配設された少なくとも
二つのパネルすなわち排出水路２２．２４を内蔵してい
る。上縁部すなわち上部の接合部２６と下縁部すなわち
底部の接合部２８には中間部分と共に丸みをつけて応力
と破断面を低減することが望ましい。不可撓性の壁部を
底部板１２又は上部１６と上部ひだ部３０又は下部ひだ
部３２との間に広く設けることもできるが、しかし、こ
壁部のいくらかの表面積は排出水路により除去されるが
、しかし表面積は同じ外形寸法のひだ付でない容器の少
なくとも１１０％以上増加する。典型的な標準容器は８
５０ｃＪの表面積を有する使い捨てのプラスチック容器
である。最大表面積の増加は通常たかだか５００χであ
って細胞培養基のための容積を確保しかつ容器の構造的
完全性を維持する。

最適な設計は表面積を約１７５乃至２５０χ増加するこ
とが明らかである。ひだの数又は波形の数は波形の高さ
、波形のピッチ及び容器の高さと体積によって決まる。

−船釣には、普通の２．２５リツトルの回転容器では１
０乃至５０の波形、通常は約２０乃至４０の波形を含む
。排出水路と補強梁とを形成するパネルの幅は、パネル
が増加した表面積の損失となることを除けば重要なこと
ではない。水路と補強梁の領域は容器の円周の５乃至４
０％の間を維持することが望ましい。

第３図を参照すると、波形部３４のピッチ又は角度は、
液体培養基が排出水路２２．２４へ向かって流出するよ
うに設計される。市販のミネラル水の容器の波形部は、
ミネラル水が容易に上部から流出するように下向きにピ
ッチがついている。本発明の回転容器の波形部３４は上
面３６と下面３８が対称であることが望ましい。この上
面３６と下面３８は該二面３６．３８の接合部４０を通
る容器の軸線に垂直な面に対して同じ長さとピッチを有
している。接合部４０は丸くなっていることが望ましい
。細胞が鋭くとがった面よりも丸い面に固着しやすくさ
らに丸い接合部は鋳造又は鋳込みによる形成が容易であ
るからである。丸くなった面はまた強度があり繰り返し
曲げによる亀裂が生じにくい。

接合部４０の湾曲した縁部の半径は少なくとも０．２５
４　ｍｍ（０，０１０インチ）、望ましくは１．２７ｍ
ｍ（０，０５インチ）乃至２．５４ｍｍ（０，１インチ
）である。

波の振幅は５．０８ｍｍ（０，２インチ）乃至１２．７
ｍｍ（０，５インチ）、一般的には約７．６２ｍｍ（０
，３インチ）乃至１０．１６　ｍｍ（０，４インチ）で
あってもよい。これは波形部３４の間に約２．５４ｍｍ
（０，１インチ）乃至１２．７ｍｍ（０，５インチ）の
空所を与える。

容器は殺菌のための放射線及び細胞を取付けるためぬれ
やすい表面を与える表面処理にさらされ得る生物学的適
合性のある樹脂でつくられる。表面処理は、被膜、コロ
ナ放電又はプラズマで行われ得る。樹脂材はまた回転装
置にかけて長周期の回転作動にも耐えることができる。

本発明の回転容器は種々の成型工程により単一の処理で
製造できる。

容器の壁部は、細胞培養基で充填した時容器に適当な強
度を持たせるのに十分な厚さを有している。一般的には
、薄膜の厚さは２．２５リツトルの回転容器に対して千
から６万倍である。樹脂は小さな半径の波形を形成する
ように容易に流動し得るものでなければならない。樹脂
は生物工学的工程での使用に対してエフデイニー（ＦＤ
Ａ）により認定されるようにいかなる抽出容易性を有し
ていてはならない。プラズマ処理されただポリスチレン
容器を利用する初期の試みは細胞が付着しない結果で終
わった。それは表面に可塑剤又は他の重合混合剤が存在
した可能性による。

もっと−様で早い細胞の付着は、プラズマ処理された容
器を形成するための線形ポリエステル樹脂を使用して達
成される。ポリエチレングリコール−ポリエステル又は
ＰＥＴもしくはＰＥＴＧコポリエステル６７６３（エチ
レングリコールと１．４シクロヘキサンジメタツールの
共重合体）のようなコポリエステルの如き透明な熱可塑
性樹脂は、押し出しブロー成型又は射出ブロー成型技術
により本発明の回転容器を形成するのに適していること
がわかった。コポリエステルは押し出しブロー成形によ
り容器を作るのに使用されてもよい。

再び第１図及び第２図を参照すると、容器１０を回転す
るための外周面は排水路の二つのパネル２２゜２４及び
波形部３４の壁部３６．３Ｂの外側接合部を形成するリ
ム４２とにより形成されている。パネルすなわち排出水
路２２．２４に隣接した各波形部３４の内側両端部は、
パネルすなわち水路２２．２４に向かって傾斜しそして
液体を導くための滑らかな斜面として又は各波形部３４
の内側の内部水路４６に対する支持として作用する三角
形の壁部４４と対向している。

上部１６は、培養基の容器１０からの排出を援助する傾
斜面２１を有している。底部１２は平面であってもよく
又は円錐形の凹部を有して隣接する容器の頚部を受は回
転装置の上で緊密に重なるようにしてもよい。

約２６６．７−ｍｍ（１０，５インチ）の高さと約１２
７ｍｍ（５インチ）の幅を有し、７．９２ｍｍ　（０，
３１２インチ）の振幅と１．５７ｍｍ（０，０６２イン
チ）の半径と１０．２ｍｍ（０，４０３インチ）の空所
を有する波形部を含む２．２５リツトルの回転容器の内
部表面積は、約１７２５ｃ＋ｆｌと計算される。これは
同し外部寸法の標準的な２．２５リツトル容器の表面積
の約２倍である。

対向する位置に二つの排出水路を有する回転容器は水路
のないひだ付きの容器よりも強度がありかつ細胞の産出
量を相当に増大する。しかしながら、この容器は特に底
部付近でいくらかの可撓性が表れる。対向する水路によ
り与えられる排出水路の面積は十分であるので、狭い平
坦な軸方同梁を容器の外面に形成することにより、付加
的な強化がなされ得る。これ等の梁は小水路として機能
し得るが、しかしその主目的は容器の軸方向剛性を備え
ることである。梁又はリブの数は２から１０゜望ましく
は４から６であって容器の周囲に等間隔に配置されてい
ることである。全てのリブは同一の長さである必要はな
い。他のリブを容器の底部付近のように最も補強を要す
る領域に集中して設けてもよい。通常はこれ等の小リブ
は容器のひだ部の長さの約１０乃至２０％まで伸びてい
るだけでもよい。

第５図と第６図を参照すると、回転容器１００の好適外
形は、−組の対向する排出水路１０２．１０４と、排出
水路１０２．１０４の中心から９０度離れた一組の対向
する狭い軸方向リブ１０６．１０Ｂと、二番目の波形部
１１４の帯部１１２まで伸びる、二組の短いリブ１０９
゜１１０とを備えた波形部１０１を有する容器である。

この容器はその他は第１図乃至３図に図示された容器と
類似している。

第４図を参照すると、本発明の回転容器１０は細胞を付
着させるための面を準備するために最初に処理され、そ
して放射線又は他の技術で殺菌される。次に容器は、該
容器の内面に層４８を形成する細胞で満たされる。次に
液体栄養素培養基５０を容器に入れそしそ水密性又は通
気性のキャップ５２を容器の頚部１８に取付ける。容器
は水平なローラ５４上に配置されて生産工程の間回転さ
れる。生産工程の中間段階又は終了時点で、回転容器は
排出水路２２．２４のどちらかを下側位置にした状態で
位置決めされる。キャップ５２が取外されそして容器１
０が傾斜されて培養基５０を容器から排出する。

本発明の回転容器は、複数操業での組織培養成長におい
て試験されておりこの容器は同一外形寸法の容器と比べ
てほとんど２倍の生産量を供する。

容器は一つの処置で容易に製作されかつ中間部分が波形
をしていても明瞭さと透明度を与える。回転容器はワク
チンの生産、及び動物又は人間の細胞の培養にも使用さ
れるであろう。

ここに示したものは本発明の好適実施例のほんの一例で
あり本発明の精神と範囲から逸脱することなく多数の代
用、修正及び変更が可能であることは理解されるべきで
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の回転容器の実施例の正面図、第２図は
第１図の２−２線に沿って切断した断面の拡大詳細図、
第３図は第１図の３−３線に沿って切断した断面図、第
４図は一組のローラを図解式に示した回転容器の斜視図
、第５図は本発明における回転容器の別の実施例の正面
図、第６図は第５図の６−６線に沿う断面図である。 １０：回転容器　　　　　　１２：底部板１６：上部　
　　　　　　　１８：頚部２０：ねじ部　　　　　　２
２．２４：パネル２６：上縁部　　　　　　　２８：下
縁部３４：波形部　　　　　　　４４：三角形の壁部１
００：別の実施例による回転容器 １０６：軸方向リブ　　　　１０８：支持リブ１０９、
１１０　：短いリブ　　　１１２：帯部（外４名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、上縁部と下縁部を有する壁であって、その壁の軸線
   と交差する向きに配設された複数の波形部を含む外側の
   ほぼ円筒状の壁と、 該波形部の外縁部に沿って外壁に形成されて排出水路を
   形成する少なくとも一つの波形になっていないパネルと
   、 該壁の上縁部に接続された頚部を有する上部と、及び 該壁の下縁部に接続された底部板と、を組合わせて構成
   した組織培養成長用の回転容器。 ２、該波形部が容器の軸線に垂直に配設されている請求
   項１記載の回転容器。 ３、該壁が少なくとも一つ又はそれより多くの該パネル
   を備えさらに該パネルが軸方向に配設されている請求項
   ２記載の回転容器。 ４、該回転容器が該排出水路より狭い複数の軸方向支持
   リブを備えている請求項３記載の回転容器。 ５、該リブの一部は、波形部の全部に恒っては交差して
   伸びていない請求項４記載の回転容器。 ６、該短いリブは波形部の下部から波形部のほんの２０
   ％しか伸びていない請求項５記載の回転容器。 ７、該パネル及び該リブが該壁の周囲のほんの４０％の
   範囲にしか形成されていない請求項６記載の回転容器。 ８、対向する二つの該パネルが該壁に備わっている請求
   項７記載の回転容器。 ９、二つの該リブが該パネルから等距離離れて該壁に備
   わっている請求項８記載の回転容器。 １０、底部から上方に伸び第１５番目の波形部よりも高
   い位置までは伸びていない四つの部分リブをさらに備え
   てなる請求項９記載の回転容器。 １１、該壁が１０乃至５０の波形部を備えている請求項
   ２記載の回転容器。 １２、該波形部が対称になっている請求項１１記載の回
   転容器。 １３、該波形部が該円筒壁のほぼ全長に沿って伸びてい
   る請求項１２記載の回転容器。 １４、該波形部の内縁部及び外縁部が丸くなっている請
   求項１３記載の回転容器。 １５、該容器の表面積が、同一外形寸法を有する波形部
   のない容器の表面積の１１０％乃至５００％である請求
   項１４記載の回転容器。 １６、該波形部が排出水路の領域では存在せず各波形部
   の内縁から該パネルの内方面まで伸びる内部の三角形の
   壁閉鎖部をさらに備えている請求項２記載の回転容器。 １７、該壁閉鎖部が傾斜している請求項１６記載の回転
   容器。 １８、該上部が凸状の傾斜した外形をしている請求項２
   記載の回転容器。 １９、該頚部がねじ付きである請求項１８記載の回転容
   器。 ２０、透き通った、安定性のある濡れやすい樹脂で形成
   されている請求項２記載の回転容器。 ２１、該樹脂がアルキレングリコールポリエステルであ
   る請求項２０記載の回転容器。 ２２、該樹脂がポリエチレングリコールテレフタレート
   ポリマーである請求項２１記載の回転容器。 ２３、該樹脂がエチレングリコール１，４シクロヘキサ
   リンメタノールテレフタレートコポリエステルである請
   求項２２記載の回転容器。 ２４、請求項１記載の容器の内面に細胞を加える処理と
   、 培養基を容器に加える処理と、 細胞を培養している間容器を回転する処理と、排出水路
   を下に向けて容器を位置決めする処理と、及び 容器を傾けて該排出水路に沿って容器の頚部から該培養
   基を排出する処理と、 から成る細胞を培養する方法。