JPH03195486A

JPH03195486A - 細胞培養器

Info

Publication number: JPH03195486A
Application number: JP1337298A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Matsuda; 松田　義章; Shinjiro Mitsuda; 満田　伸二郎; Eitaro Kumazawa; 熊沢　栄太郎; Masakatsu Kamisaka; 上坂　正勝
Original assignee: Snow Brand Milk Products Co Ltd
Current assignee: Snow Brand Milk Products Co Ltd
Priority date: 1989-12-26
Filing date: 1989-12-26
Publication date: 1991-08-27

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】（産業上の利用分野）本発明は細胞を培養し、生理活性物質等を生成させる培
養器であって、付着性の動物細胞等を固定化担体に付着
させて増殖し、生産物を生成する細胞培養器に関するも
のである。

（従来の技術）付着性細胞培養には浮遊式（均−系）と固定式（不均一
系）とがあり、浮遊式培養はマイクロキャリア方式が代
表的で、固定式培養では膜や担体に固定化されたものが
知られている。

マイクロキャリアを培養液中に浮遊させて細胞培養する
マイクロキャリア方式としては、特開平１−１７４３７
６号公報に示されたようなものがある。

固定式培養では、特開昭６１−２８３８５号公報のよう
にグラスウールを固定化担体として用いたものや、特開
昭６４−８６８７０号公報のように立体網状多孔質構造
体を固定化担体としたもの、さらに特開昭６３−１５８
７１５号公報のようにセラミックを固定化担体としたも
のが提案されている。

又、培養液の調製を培地タンクで行ない、細胞培養槽と
離した上記技術とは別に、細胞培養槽内で培地調製を行
なうものとして特開昭６０９４８２号公報のように培地
と浮遊細胞の分離機能を備えたものや、特開平１−２１
５２７６号公報のように固定化担体の滞留保持部と培地
調製循環部を設けたものがある。

（発明が解決しようとする課題）以上のような従来技術のマイクロキャリア方式のもので
は、細胞への酸素供給に偏重を来さないように大きな攪
拌流を発生させると剪断力によるダメージを細胞に与え
てしまい、細胞剥離を起こすという問題がある。

グラスウールや筒状の立体網状多孔質構造体及び定形セ
ラミックを固定化担体として用いるものでは、培地流路
を固定化させてチャネリングを起こすという欠点があり
、したがって培地流路を閉鎖したりするので、固定化さ
れない担体を利用した培養が望まれる。このチャネリン
グは、培地流路が固定化されて培地の流路から外れた細
胞が死滅したり、不活性になったりする部分が生じる現
象で問題である。

この現象と共に培地を一方向の流れで供給しつづけるこ
とによって、固定化担体の充填層の入口側と出口側の栄
養源の濃度やｐＨ，ＤＯに勾配が生じ、細胞増殖や生理
活性物質の生産に悪影響を与える。

固定化担体の充填層における培地の入口側と出口側では
出口側の酸素が不足傾向となり、かつ細胞の老廃物の蓄
積も多くなって出口側の細胞の増殖、生産物の生成に影
響を及ぼす、かかる欠点を解消し酸素供給を均一にする
ためには培地の循環速度をあげる方法もあるが、培地の
循環速度は充填層内で一定値を越えると、流れによる剪
断力によって細胞剥離を起こす、そこで、培地循環速度
には自ら限界がある。

又、培地は調整槽内で酸素通気され、それ自体がタンパ
ク質等の成分を含むことにより発泡し易いもので、発生
した泡が固定化担体の充填層内で滞留してチャネリング
を起こす原因の一つとなっている。

さらに、培養槽は培地調製槽と連結するに当って連結管
が複数であると、設備的に大きなスペースを要すると共
に、接続部分での無菌化が難しく、滅菌性をいかに維持
するかが大きな課題となる。

本発明は以上のような欠点をすべて解消し、付着性の動
物細胞等の培養を行なうに適する細胞培養器をうろこと
を目的とするものである。

（課題を解決するための手段）本発明は以上のような目的を達成するために次のような
細胞培養器を提供するものである。

すなわち、細胞の固定化担体を充填する充填層を培養液
面下に浸漬されるように培養槽内に配置し、該充填層の
上下の片方もしくは両方において培地を充填層内へ導く
回転羽根を設けた細胞培養器である。

この細胞培養器において、細胞の固定化担体を充填する
充填層の上下の片方もしくは両方の羽根が一定時間ごと
に正逆回転して培地循環方向を交互に切り換えられるよ
うに構成し、又、培養槽に隣接して培地調製槽を設け、
該培地調製槽と培養槽を上下で連結し、培地が培地調製
槽と培養槽の間を培養槽の上下の羽根の回転によって循
環できるように構成されたものである。

更に又、培地調製槽の周囲に複数の培養槽を配置して連
結し、一つの培地調製槽で複数の培養槽を稼動できるよ
うに構成する他、充填層は上下に開口のある筒体内に配
置し、筒体と培養槽との間の隙間を培地の循環スペース
とするものであって筒体内の充填層上下に回転羽根を配
置する。

そして、充填層を直径の異なる培養槽内に配置するとき
、培養槽に対して偏心する位置に配置するようにし、筒
体と培養槽との隙間が太きな方で培地の酸素供給用スパ
ージング管や培地回収用配管を配置する細胞培養器であ
る。

以上のような細胞培養器において、充填層を多段に分割
して配置し、各段の間に回転羽根を配置し、固定化担体
が不定形のセラミック粒体でこれを充填層内に充填して
細胞を付着させるものであり、培地の循環用回転羽根と
してタービン羽根を用いるものである。

又、回転羽根の一部を閉鎖し開口している部分のみで培
地を充填槽内に供給することにより、培地の脈動供給を
してチャネリングを防止するものも含む。

（作用）培地が培地調製槽と培養槽との間を培養槽の上下の羽根
によって循環する他、上下に開口のある筒体と培養槽と
の間の隙間を培地の循環スペースとして充填層上下の回
転羽根によって培地を循環させる。

（実施例）以下、図面に示す実施例について説明する。

第１図において、（１）は培養槽であり、（２）は培地
調製槽であって、之等は上下の連結管（３）（４）で相
互に連結されている。

培地調製槽（２）では新鮮培地が培地供給管（５）から
供給され、エアガス供給管（６）から槽内にフィルター
（７）を介してスパージングされるようになっている。

培地調製槽（２）内の培地は攪拌羽根（８）のモータ（
９）による回転で攪拌されるようになっている。（１１
）は培地回収管である。

培地調製槽は以上の如（構成されているので、培地が培
地供給管（５）から供給され、酸素がエアガス供給管（
１１）からスパージングされると同時に攪拌羽根（８）
で培地調製槽（２）内は攪拌され、培地の栄養分、ｐＨ
やＤＯ１ｌ製が行なわれる。

そして、過剰の空気又は培地中に溶存されなかった酸素
は培地調製槽（２）上部のフィルター付エア抜き（１０
）から外部に排出される。

以上の如く培地の栄養分、ｐＨやＤＯ調製されたものは
連結管（３）（４）の何れかを通じて培養槽（１）に供
給される。

又、培地回収管（１１）から培地が抜きとられるとそれ
に代ってその分新鮮培地が培地供給管（５）から培地調
製槽（２）に供給される。

増殖用培地を用いて培養槽（１）の間で培地循環を行な
い、所望細胞数に培養槽（１）で増殖後培地調製槽（２
）の排出管（１２）から増殖用培地が取り出され、代っ
て図示しないタンクから培地供給管（５）で生理活性物
質産生用培地が培地調製槽（２）に供給され、生理活性
物質が産生された培地は培地回収管（１１）から回収さ
れ、カラムを使用して生理活性物質を溶出させることに
なる。

連結管（３）（４）で培地調製槽（２）と連結された培
養槽（１）には培養液面下に充填層（１３）が設けられ
ており、固定化担体である不定形セラミック粒体（ａ）
が上下の保持網（１４）（１５）で保持されている０図
示の充填層（１３）は培養槽壁とほぼ密接していて培養
槽壁に図示しない支持金具で保持される構造となってい
るので、充填層（１３）の側壁は綱体でなくともよい。

上下の保持網（１５）　（１４）に近く上部羽根（１６
）と下部羽根（１７）とがあり、培養槽（１）上部のフ
ランジで着脱自在な蓋体（１７）に取付けられたモータ
（１８）で軸（１９）を介して羽根（１６）　（１７）
が回転するようになっている。図示の羽根（１６）（１
７）は１つの軸で連結されているが、それぞれが単独の
駆動装置を設けてもよい。又、モータ（１８）が回転制
御可能なものが望ましい。

充填層（１３）における固定化担体の出し入れは培養槽
（１）上部の蓋体（１７）のフランジ部分（１７ａ）を
開けて行なうことができるが、この場合羽根の軸の連結
は嵌合可能なもので構成される。

図示の羽根は上下に設けたが片方に設けてもよいので、
この羽根の回転で培地が培地調製槽（２）から充填層（
１３）に供給されて固定化担体に付着する細胞を増殖さ
せる。

そして、羽根を一定時間ごとに正逆回転することにより
連結管（４）から培地が充填層（１３）に供給されたり
、連結管（３）から培地が充填層（１３）に供給され循
環する。なお、連結管（３）（４）のどちらか、もしく
は両方に送液ポンプを別途介在させてもかまわない。

以上の如く、回転羽根で充填層内の培地の流通方向が切
り換えられ、かつ充填層には不定形に形成されたセラミ
ック粒体が充填されているので、充填層（１３）のチャ
ネリングを解消でき、充填層のどの部分でも同じ環境に
維持され、したがって、培地流路から外ずれた細胞が死
滅したり不活性になったりする部分が生じない。

培地を一方向の流れで循環しつづけることによって固定
化担体の充填層の入口側と出口側の栄養源、ｐＨ，ＤＯ
ｌの供給濃度に勾配が生じ、細胞増殖や生理活性物質の
生産に偏重を来すが、以上のように流通を変更すること
によりその欠点が全くない。

又、培地は酸素供給されていることやそれ自体がタンパ
ク質等の成分を含むことにより発泡し易いものであるが
、これが固定化担体の充填層内で滞留してチャネリング
を起こすという欠点も解消される。

そして、培地から分離された気泡は蓋体（１７）のフィ
ルター付エア抜き（２０）で外部に排出される。

なお、図示のものでは液面計や溶存酸素測定センサーが
ないが、必要に応じて設けられるものである。

何れにしても、第１図のものは培養槽（１）に隣接して
培地調製槽（２）が設けられたものであり、培地調製槽
（２）と培養槽（１）を上下で連結し、培地が培地調製
槽（２）と培養槽（１）との間を羽根で循環するように
なっているものであるが、第２図に示す如く培地調製槽
（２）の周囲に複数の培養槽（ＩＡ）　（ＩＢ）　（Ｉ
Ｃ）を配置して連結し、一つの培地調製槽で複数の培養
槽を稼動させることができて培養効率を上げることがで
きる。

更に又、スケールアップ倍率を高めるために第３図の如
く充填層（１３）を多段（１３ａ）　（１３ｂ）に分割
して配置し、各段の間に回転羽根（２１）（２１ａ）　
（２１ｂ）を設けてモータ（１８）で駆動してもよい。

充填層のある培養槽に隣接して培地調製槽を設けないも
のでは、充填層と培養槽の直径を変え充填層を培養槽に
対して偏心して配置し、大きな隙間部分でスパージング
したり培地回収することができる配管を配置したものが
第４図に示されている。

第４図において、（２３）は培養槽でこの中に上下に開
口のある筒体（２４）があり、この筒体（２４）内に充
填層（２５）が培養液面下にあるように配置されている
。（２６）は筒体（２４）の上部開口であり、（２７）
は筒体（２４）の下部開口である。

充填層（２５）は上部！ｉｉ　（２８）と下部網（２９
）との間にセラミック粒体が保持されたもので構成され
、充填層（２５）の上下に回転羽根（３０）（３１）が
あり、モータ（３２）で軸（３３）を介して駆動される
。

そして、充填層（２５）は培養槽（２３）に対して偏心
する位置に配置され、筒体（２４）と培養槽（２３）と
の間の隙間が大きな方で培地の酸素供給用スバージング
を行なう。

（３４）はそのエアガス供給管でフィルター（４３）を
介してスパージングするようになっている。

培地の供給、回収用配管類も筒体（２４）と培養槽（２
３）との間の隙間が大きな方に設ける。

（３５）はその培地供給管であり、（３７）はその培地
回収管である。

培養槽（２３）の蓋体（４４）には以上の他ｐＨ１１製
液供給管（３６）　、エア抜き（３８）が設けられてお
り、培養槽（２３）の下部に培地排出口（４０）が設け
られている。

図示の充填層（２５）への固定化担体の出し入れは培養
槽（２３）の側壁と充填層（２５）を貫通する出し入れ
口から行なわれるもので、（４２）はその充填口であり
、（４１）はその充填物取出口である。このように上部
に入口を下部に出し口を設けることが望ましい。それは
、上部から固定化担体は充填し易く下部から固定化担体
が排出し易いためでる。

かくして、培養槽（２３）内の培地は、栄養分やｐＨ，
Ｄｏ調製され、充填層（２５）に循環されて固定化担体
上の細胞の増殖や有用物質の生産が行なわれるもので、
羽根（３０）　（３１）の切替回転で培地の流れは第５
図矢印の如く行なわれるものである。第１図のものと同
様に充填層を第６図の如く分割（２５ａ）　（２５ｂ）
　（２５ｃ）　シてそれらの間に羽根（４５）　（４６
）　（４７）　（４Ｂ）を介装することにより、培養効
率を上げることができる。

本発明の第１図、第４図に用いられる羽根はタービン羽
根であって、回転が自由に調整できるものが望ましいし
、回転羽根の羽根角度も自由に調整できるものが望まし
く、これによって培地流速を調整できる０回転羽根は軸
付近と外周付近とで単位時間当りの移動距離が異なり、
外周付近程培地流速が早くなってしまう。

したがって、その回転羽根の放射方向における羽根角度
を内方と外方とで段階的もしくは連続的に変えることに
より、培養槽内の培地の流速を平面的に一定に平均化す
ることができる。

（発明の効果）本発明請求項（１）（２）のものによれば、充填層の上
下の片方もしくは両方に設けた回転羽根で培地の充填層
内における循環方向が変更できるので、流路が常に変化
して同じところでチャネリングを起こすことがない、こ
のたーめ、すべてのセラミック粒子の表面を増殖面とし
て有効に利用できると共に増殖や生成効率を低下させな
い。

請求項（３）のものによれば、充填層のある培養槽と培
地調製槽とが短管で連結されて結合部分が少なく、構成
が単純で一体的に殺菌が可能なため、殺菌操作が従来の
各部分ごとに殺菌を必要とするものに比べて簡単である
。又、構造上汚染原因となる部分を少なくできる。

請求項（４）のものによれば、一つの培地調製槽で複数
の培養槽を稼動できるため、培養効率を上げることがで
き、もし可能なら培養槽ごとに異なる細胞を付着させ、
混合培養の効果により一つの培地内に複数の生産物を得
ることができる。

請求項（５）（６）のものによれば、一つの培養槽内で
付着性細胞の増殖が行なわれるから、構成が単純で充填
層と培養槽を一体的に殺菌が可能なため殺菌操作が簡単
である。しかも、充填層を筒体を介して培養槽に対して
偏心して配置することにより、隙間の大きな方で培地の
酸素供給用スパージング管や培地回収用配管を配置する
ことができてコンパクトな装置かえられる。

請求項（７）（８）（９）によれば、培養効率を上げる
ことができる。そして、固定化担体として不定形セラミ
ックを利用することにより、完全な固定状態ではないが
粒子同志が絡み合って安定した状態で細胞が保持され、
かつ培地流路を閉鎖することがなく、細胞の生育を阻害
することがない、又、固定化担体として不定形セラミッ
クを使用することにより、培地の循環方向を変更できる
ことと相俟ってチャネリングが簡単に解消され、これに
より充填層内の酸素供給が均等にでき、細胞の増殖及び
物質生産に偏重を来さない。

請求項（１０）のものによれば、回転羽根の一部を閉鎖
し、開口している部分のみで培地を供給することにより
、培地の脈動供給をしてチャネリングを防止することが
できる。

何れにしても本発明のものは付着性の動物細胞等の培養
を行なうように適する細胞培養器をうろことができると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は培地調製槽と培養槽を連結した本発明細胞培養
器の切断して示す斜面図、第２図は培地調製槽の周囲に複数の培養槽を配置した説
明図、第３図は充填層を複数に分割したものの説明図、第４図は培養槽内に充填層を設けたものの切断斜面図、第５図は同上の培地の循環状態を示す説明図、第６図は
同上の充填層を多数に分割したものの説明図である。（１）・・・・（２）・・・・（３）（４）　　・・（１３）・・・・（１４）・・・・（１５）・・・・（１６）・・・・（１７）・・・・（２３）・・・・（２４）・・・・（２５）・・・・（２８）・・・・（２９）・・・・（３０）・・・・（３１）・・・・・培養槽・培地調製槽・・・連結管・充填層・下部網・上部網・上部羽根・下部羽根・培養槽・筒体・充填層・上部網・下部網・上部羽根・下部羽根第２図粥図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）細胞の固定化担体を充填する充填層を培養液面下
に浸漬されるように培養槽内に配置し、該充填層の上下
の片方もしくは両方において培地を充填層内へ導く回転
羽根を設けた細胞培養器。
（２）細胞の固定化担体を充填する充填層の上下の片方
もしくは両方の羽根が一定時間ごとに正逆回転して培地
循環方向を交互に切り換えられるように構成した請求項
（１）に記載の細胞培養器。
（３）培養槽に隣接して培地調製槽を設け、該培地調製
槽と培養槽を上下で連結し、培地が培地調製槽と培養槽
の間を培養槽の上下の羽根の回転によって循環できるよ
うに構成された請求項（１）（２）に記載の細胞培養器
。
（４）培地調製槽の周囲に複数の培養槽を配置して連結
し、一つの培地調製槽で複数の培養槽を稼動できるよう
に構成された請求項（１）乃至（３）に記載の細胞培養
器。
（５）充填層は上下に開口のある筒体内に配置し、筒体
と培養槽との間の隙間を培地の循環スペースとするもの
であって筒体内の充填層上下に回転羽根を配置した請求
項（１）（２）記載の細胞培養器。
（６）充填層を直径の異なる培養槽内に配置するとき、
培養槽に対して偏心する位置に配置するようにし、筒体
と培養槽との隙間が大きな方で培地の酸素供給用スパー
ジング管や培地回収用配管を配置してなる請求項（５）
に記載の細胞培養器。
（７）充填層を多段に分割して配置し、各段の間に回転
羽根を配置した請求項（１）乃至（６）に記載した細胞
培養器。
（８）固定化担体が不定形のセラミック粒体でこれを充
填層内に充填して細胞を付着させるものである請求項（
１）乃至（７）に記載の細胞培養器。
（９）培地の循環用回転羽根がタービン羽根である請求
項（１）乃至（８）に記載の細胞培養器。
（１０）培地の循環用回転羽根が一部閉鎖されている請
求項（１）〜（９）記載の細胞培養器。