JPH03175973A - 動物細胞培養用担体およびその製造法 - 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】 ［発明の音量］ （産業上の利用分野） 本発明は、動物細胞を培養するために用いられる担体お
よびその製造法に関する。

（従来の技術） 従来から動物細胞培養の一手段として、マ・イクロキャ
リャを使用する培養法が試みられている。

この培養法に用いられるキャリヤは、通営、粒径１００
〜２３０μｍ（實ｅｔ）程度、比重１．０３０〜１．０
４５程度でビーズ状に形成され、素材としては、ゼラチ
ン、ポリアクリルアミド、デキストラン、セルローズ、
ポリスチレン、コラーゲン等が用いられている。場合に
よって、これらの表面には、コラーゲン等の被覆処理あ
るいは表面電荷の付加などの表面処理が施されている。

上記マイクロキャリヤは、例えばタンク内に充填され、
動物細胞をその表面に担持して、インクフエロンの生産
、モノクローナル抗体の生産、各種ウィルスの生産など
に使用されている。

しかるに上記従来のマイクロキャリヤでは、付着依存性
動物細胞の大量培養担体として用いた場合、その細胞の
種類によって付着性、増殖特性が大きく異なることから
付着性、細胞増殖量の点において種々の問題がある。た
とえば、従来の担体では、細胞増殖は担体の表面のみに
より行なわれるため、細胞の付着面積を増加させるため
には、粒子径を許容範囲内で極力小さくするか、あるい
は担体濃度を上げるかの手法で対処することになる。し
かしながら、これらの手法を採用するとキャリヤの培養
液からの分離が難かしく、そのための特殊な装置が必要
とされることになる。また高キャリヤ濃度とすると、キ
ャリヤ間での衝突が起き易くなり、これに基づく付着細
胞のダメージが大きくなって工業的規模での使用に供す
るとき大きな問題点となる。このようなことから、通常
の培養時における細胞密度は １×１０〜５　Ｘ　１０６ｃｅｌｌｓ　／ｍ＋が限界で
あるといわれている。

そのほか従来のマイクロキャリヤはそれ自体が非常に高
価であり、工業生産に使用するには経済的に不向きであ
るなど種々の問題点があった。

［発明の概要］ したがって、本発明は、動物細胞の付着性に優れ、高密
度の細胞培養を行なうことができる動物細胞培養用担体
を提供することを目的としてなされたものである。

即ち、本発明による動物細胞培養用担体は、三次元網目
構造を有する基材と、該基材表面を被覆する繊維状蛋白
質とからなるもの、である。

本発明による動物細胞培養用担体の好ましい態様によれ
ば、前記基材は、空隙率８０％以上、平均孔径０，０５
〜２．０ｍｍの発泡体からなるもの、である。

本発明による動物細胞培養用担体は、三次元網目構造を
有しているので、担体表面のみならず担体内部（むしろ
本発明による担体ては、担体内部における細胞付着が中
心となろう）においても細胞の付着が可能であり、外表
面のみに細胞を付着させる従来のビーズ状担体に比べ、
細胞付着面積が格段に大きくなる。また、三次元網目構
造は、基材内での物質移動を容易にする。すなわち培地
中の栄養分が担体内部まで容易に拡散し、かつ、産物お
よびアンモニア、乳酸等の有害物質も担体外へ容易に排
出される。これらにより担体内部であっても細胞の生育
に適する。また、担体同士の衝突があっても動物細胞の
多くは担体内部に存在することから、細胞にダメージを
与えることが大巾に減少し、担体濃度を高めることか可
能となる（見掛は容積で５０〜６０％まで担体濃度を上
げることができる）。

ざらに担体の表面は繊維状蛋白質で被覆されているので
細胞の付着性が増し、また、場合によりこの繊維状蛋白
質は架橋により不溶化されているので長期間にわたり細
胞の付着性が持続される。

［発明の詳細な説明］ 以下、本発明を図面に示す実施例を参照して説明する。

本発明による動物細胞培養用担体１は、第１図にその一
つを拡大して示し、第２図にその一部を拡大した断面を
示すように、三次元網目構造を有する基材２の表面を繊
維状蛋白質３で被覆し、場合によって、この繊維状蛋白
質を架橋処理して不溶化した構造を有するものである（
実際の構造形態は第３図、第４図の写真参照）。

本明細書において、三次元網目構造とは、動物細胞をそ
の内部において培養可能な程度の、連続した細気孔を有
した構造をいう。

本発明の好ましい態様によれば、基材は、空隙率８０％
以上、好ましくは９５％以上、更に好ましくは９７％以
上、細孔の平均孔径が０．０５〜２．０ｍｍ、好ましく
はＯ−１〜１．５ｍｍ、の発泡体からなる。基材の空隙
率及び細孔の平均孔径が上記範囲にあれば、細胞が増殖
しても、担体内部まで栄養源の供給等が可能であり、担
体深部に存在する細胞であっても壊ａ　（ｎｅｃｒｏｓ
ｉｓ）を引き起こすことはない。一方、細孔の平均孔径
が約０．０３ｍｍ以下であると、多くの動物細胞は担体
内部で、事実上培養不可能であるので好ましくない。

なお、本発明による動物細胞培養用担体は、前記のよう
な基材表面に繊維状蛋白質を被覆してなるものである。

ここで、この繊維状蛋白質の被覆層の厚さはごくわずか
であるので、前記した基材の空隙率及び細孔の平均孔径
は、はぼそのまま担体の空隙率及び細孔の平均孔径とな
る。

基材は天然高分子、例えばセルロースの発泡体からなる
のが好ましい。ここで、セルロースは天然セルロース（
結晶型Ｉ型）、再生セルロース（結晶型■型）いずれで
あってもよい。また、この基材が発泡体の様な弾力性に
富む材質であると、担体同士の衝突の細胞への影響をさ
らに低減することができる点有利であろう。

この基材として好ましいセルロース発泡体は、例えば、
木材から作った高純度パルプを、化学処理してビスコー
スとした後、細孔を形成するための第三成分を加えて混
合し、金型に注入後、加熱、凝固させ、適宜この第三成
分を除去して得られる。

この方法の第三成分としては、発泡体形成後、容易に除
去が可能な物質が用いられる。例えば、水層液に不溶も
しくは難溶性の結晶物、ワックス類やＨＬＢ価の低い界
面活性剤、昇華性物質などが用いられる。この第三成分
の除去操作は、第三成分の性質にしたがって、例えば、
有機溶媒による抽出、加熱による昇華などから適宜選択
される。

この方法によれば、第三成分の大きさ、種類、配合量を
適宜選択することにより所望の物性（気孔率、細孔径な
ど）を有した基材が容易に得られる。

最も好ましい態様において、基材は、セルロース発泡体
からなり、空隙率は９７％以上、その細孔の平均孔径は
０．５〜１．５泪、比重１．４〜Ｌａｇ／ａｍ３とされ
る。

なお、この基材の空隙率および平均孔径は、水銀圧入法
およびＢＥＴ法例えば多孔材料ハンドフック、神沢淳、
架谷昌信監修、アイビーシー発行（１９８８年）に記載
の方法によって測定できる。

本発明による動物細胞培養用担体は、前記基材の表面を
繊維状蛋白質で被覆、すなわちコーティング処理したも
のである。

繊維状蛋白質としては、コラーゲン、ゼラチン等が細胞
の付着性の観点から好ましく用いられる。

また、用いる繊維状蛋白質の種類によって不溶化、たと
えば架橋、処理することも有効である。

繊維状蛋白質の被覆は、基材を繊維状蛋白質に浸漬等し
、その後乾燥して被覆するのが一般的であろう。被覆は
、好ましくは次のような方法によって行われる。まず、
基材を酸可溶化コラーゲンあるいは酵素可溶化コラーゲ
ン等の溶液中に浸漬したのち室温で風乾することにより
基材表面に被覆する。この場合のコラーゲン溶液は、濃
度０．００１〜１．０Ｗ／Ｖ％、好ましくは０．０１〜
０．５Ｗ／Ｖ％のものを用い、ｐＨは３．０〜７．０が
適当である。

不溶化処理方法としては、グルタルアルデヒド、ヘキサ
メチレンイソシアネート等の架橋試薬による処理や、Ｕ
Ｖ照射、γ線照射等により実施することができる。多価
反応試薬による架橋処理においては、０．０５〜１．０
Ｍ（モル）のリン酸緩衝等の液中に上記試薬を０．１〜
１０Ｗ／Ｖ％になるように溶解し、１０分〜２時間程度
担体を浸漬して振盪させ、架橋反応を施す。またＵＶ照
射等は室温下で３０９〜１２時間架橋反応を施す。

上記のようにして得た架橋済の担体は、０．０５〜１．
０Ｍのリン酸緩衝液等の溶液で十分に洗浄し、平衝化さ
せることにより細胞培養用担体とする。

なお細胞の付着性をより向上させるために、細胞接着因
子として知られるフィブロネクチンやビトロネクチン等
をコラーゲンに混入補強することも可能である。

また繊維状蛋白質をセルロースからなる基材に固着させ
る場合に、セルロース製基材を種々の方法で活性化させ
ておくことも好ましい。例えば臭化シアンによる活性化
、エポキシド活性化、過ヨウ素酸活性化などから適宜選
択するのかよい。

本発明による動物細胞培養用担体は、種々の培養方法に
合わせて、その形状および大きさに成型して使用される
。上記担体１は好ましくは粒径１〜５ｍｍ程度とされ、
立方形、直方形、球形等適宜な形状とされる。基材が発
泡体である場合、本発明による動物細胞培養用担体は、
その発泡体を細断して小片とされるのが一般的であろう
。前記した繊維状蛋白質の被覆は、基材を所望の大きさ
に細断する前後いずれであっても良いが、細断後のほう
か被覆が効率よく行えるので好ましいであろう。

本発明による動物細胞培養用担体は、多くの付着性動物
細胞に対して優れた付着性および増殖特性を有する。し
たがって、広範囲な動物細胞の培養担体として利用可能
である。動物細胞の具体例としては、例えばヒト胎児包
皮線維芽細胞、チャイニーズハムスター肺線維芽細胞、
ニワトリ胎児線維芽細胞、シリアンハムスター新生児腎
臓細胞などの線維芽細胞、例えばヒト子宮頚部癌細胞、
チャイニーズハムスター卵巣細胞、マウス乳癌細胞、ア
フリカミドリザル腎細胞などの上皮細胞および血管内皮
細胞などが挙げられる。

本発明による動物細胞培養用担体は、従来の担体と同様
に利用可能であるが、従来の担体に比較して細胞の高密
度、大量培養が可能である。例えば、本発明による担体
によれば、Ｉ　Ｘ　１０７ｃｅｌｌ／１１１１の細胞密
度を実現可能である。

また、本発明による動物細胞培養用担体は、付着性細胞
のみならず、ハイブリドーマなどの浮遊性細胞の培養に
も利用され得る。

実施例 つぎに実施例に基づいて本発明をさらに説明する。

実施例１ （１）動物細胞培養用担体の製造 三次元網目構造を有する基材として、真比重１．５２ｇ
／ｃｍ３、空隙率９７％、平均孔径１．０５ｍｍのセル
ロース発泡体（酒伊エンジニアリング（株）製、福井市
）を使用し、これを１．５ｍｍ角に細断した。この基材
を０．０５Ｗ／Ｖ％のコラーゲン溶成（高研株式会社製
・牛真皮ペラジン可溶化タイプの■型コラーゲン、ｐＨ
３，０）に懸濁混合した。コラーゲンが基村内に十分浸
透した１時間後に基材をデイツシュに載せ、３７°Ｃの
雰囲気中で一昼夜風乾させ、さらに乾燥した基材を１．
０Ｗ／Ｖ％のグルタルアルデヒド溶酸（０，１Ｍリン酸
緩衝岐、ｐＨ７，０に溶解）中に浸漬し、スタークを５
０　ｒｐｍで２時間攪拌し、架橋反応を行なわせた。そ
の後０．１Ｍリン酸緩衝液（ｐＨ７，０）で十分に洗浄
し、−昼夜平衝させた。

（２）細胞の培養 上記の平衝化して得た担体１００ｍ１（見掛容積）とＰ
ＢＳ　（Ｃａ２”−、Ｍｇ２”＋、　　ｐＨ７，０）５
０ｍｌを５００ｍ１容積のスピナーフラスコに入れ、１
２０℃で１５分間滅菌し、滅菌後牛脂児血清（Ｆ　Ｂ　
Ｓ）を含まないＤＭＥＭ培地５０ｍ１で数回洗浄し、さ
らに５％ＦＢＳを含むＤＭＥＭ培地２００ｍ１を加え、
３７１℃、９５％Ａｉｒ、５％ＣＯ２の雰囲気下で平衝
させた。

細胞としてＣＨＯ−ＫＩ株を使用し、播種密度３、　　
Ｏｘ　１０５ｃｅｌｌｓ　／ｍｌで細胞を播種した。な
お３時間後まで播種を良好に実施するため、３０分間隔
でかつ１分間間欠攪拌（５Ｏｒｐｍ）を行なった。その
後攪拌速度５０　ｒｐＩＩｓ　Ａｉｒ　９５％、ＣＯ２
５％の雰囲気中で培養を実施した。その結果の細胞密度
、生存率、およびグルコース濃度変化を第５図に示す。

この図からも明らかなように、細胞の生存率及びグルコ
ース濃度を安定に維持することができ、細胞濃度は５日
間でＩ　Ｘ　１０７を超えるに至っている。

なお、培養開始２日日のＣＨＯ−ＫＩ細胞の状態を走査
型電子顕微鏡で観察した。細胞の状態の写真を第８図と
して示す。これらの写真から、ＣＨＯ−ＫＩ細胞は、担
体内部において良好に増殖していることがわかる。

実施例２ 実施例１（Ｉ〉において得たセルロース製出体を第６図
に示す流動床型反応器４に充填し、ＣＨＯ−Ｋ１株の培
養を行なった。この反応器４としては、内径２０關、高
さ７０ｍｍの容器（美容Ｑ２２ｃ＋ｎ”）に担体を見掛
容積で１５ｃｍ３充填し、培地供給タンク５から培地を
線速度４．５ｃｍ／１Ｉｌｉｎで供給し、流動化させた
。使用培地としては、５％牛脂児血清を含むＤ〜ｉＥＭ
培地を用い、培地の流入、流出速度を５０（７）３／ｄ
ａｙとした。なお培養開始後１週間はバッチ反応で行な
い、それ以後連続運転に切換えた。図においてＰはポン
プを示し、６はハーベストタンク、７はガス（エア、０
２、Ｃ０２）のタンク、８はファーメンタ−９は攪拌翼
である。

上記実施結果は、第７図に示すように、細胞密度は拾得
開始１週間後から５　Ｘ　］、　Ｏ”　ｃｅｌｌｓ　／
ｍｆ以上を維持することができた。

実施例３ 実施例１と同様に、上皮細胞であるヒト子宮頚部局細胞
（ＨｅＬａ）および線推芽細胞であるマウス話合組繊細
胞（Ｌ　９２９）を、スピナーフラスコで培養した。

培地として、５％牛脂児血清を含むＤ　Ｍ　Ｅ　Ｍ培地
を使用し、培養操作は実施例１と同＋１とした。

培養開始２目目のＨｅＬａｍ胞およびＬ９２９細胞の状
態を走査型電子顕微鏡て観察した。細胞の状態の写真を
第９図および第１０図として示す。

これらの写真から、ＨｅＬａ細胞１胞およびＬ９２９細
胞も、実施例１のＣＨＯ−Ｋ　１　！Ｕ胞と同様に、担
体内部において良好に土曽殖していることがわかる。

また培養開始４１］目および６目目の細胞密度は、第１
表に示す通りとなり、５　Ｘ　１０６ｃｅｌｌ／ｍ１以
上の細胞密度が達成されていることが確認された。

第１表 細胞密度の経時変化 ０　　　　３．０ｘｌＯ”　　　　　３．０ｘｌＯ”２
　　　　２．２Ｘ　１０６１．５Ｘ　１０”

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による動物細胞培養用担体の一例を示す
概略斜視図、第２図は同一部の拡大断面図、第３図は同
繊維形状の１４８倍の拡大写真、第４図は同繊維形状３
００倍の拡大写真を、それぞれ表す。第５図は本発明に
よる担体を用いた場合の細胞密度、グルコース濃度、生
存率の経時変化を示すグラフ、第６図は同担体を流動床
装置に適用する場合の装置例を示す構成図、第７図は同
装置による細胞密度、グルコース濃度、生存率の経時変
化をそれぞれ示すグラフである。第８図乃至第１０図は
、ＣＨＯ−Ｋｌ細胞、ＨｅＬａ細胞およびＬ９２９細胞
がその内部に付着した状態にある、本発明による動物細
胞培養用担体の繊維形状の拡大写真を、 それぞれ表す。 〕 担体、 ２・ 基材、 ３・・・繊維状蛋白質、 ・・流動床型反応器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、三次元網目構造を有する基材と、該基材表面を被覆
   する繊維状蛋白質とからなる、動物細胞培養用担体。 ２、前記基材が、空隙率８０％以上、平均孔径０．０５
   〜２．０ｍｍの発泡体からなる、請求項１記載の動物細
   胞培養用担体。 ３、前記基材が、天然高分子の発泡体からなる、請求項
   １記載の動物細胞培養用担体。 ４、前記基材が、セルロース発泡体からなる、請求項３
   記載の動物細胞培養用担体。 ５、前記基材が、粒子径１．０ｍｍ〜５．０ｍｍ、空隙
   率９７％以上、平均孔径０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ、比重
   １．４〜１．７ｇ／ｃｍ＾３である、請求項４記載の動
   物細胞培養用担体。 ６、繊維状蛋白質が、架橋処理を施されて不溶化された
   ものである、請求項１記載の動物細胞培養用担体。 ７、前記繊維状蛋白質が、コラーゲンまたはゼラチンか
   らなる、請求項６記載の動物細胞培養用担体。 ８、三次元網目構造の基材を用意する工程と、この基材
   の表面に繊維状蛋白質を被覆する工程とを含んで成る、
   動物細胞培養用担体の製造法。