JPH04148675A

JPH04148675A - 細胞培養装置

Info

Publication number: JPH04148675A
Application number: JP2271924A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Hasegawa; 長谷川　嘉一; Akira Hashimoto; 明橋本
Original assignee: Eisai Co Ltd
Current assignee: Eisai Co Ltd
Priority date: 1990-10-09
Filing date: 1990-10-09
Publication date: 1992-05-21
Anticipated expiration: 2015-08-28
Also published as: JP3080647B2; US5188962A

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、細胞を培養するための装置に関し、特に付着
性の高い細胞の高密度培養システムにおいて、長期間細
胞の生存率を高く維持するための培養システムに関する
ものである。

（従来の技術）従来から中空糸の束を内蔵した細胞培養容器を用いて細
胞を培養する手段が知られており、例えば特公昭５４−
６６３４号などが周知である。

以上のような従来の手段は、貯水槽に充填されている培
地をベローズポンプや歯車ポンプ、チュービングポンプ
などで細胞培養容器に送るようになっている。また、ガ
ス混入機やガス混入量を制御するための各種センサーを
主管路の途中に接続し、設けている。

（発明が解決しようとする課題）しかし、従来の手段では、中空糸表面に培養中に生ずる
固形分が付着することにより細胞への栄養や酸素の補給
が次第に不十分となり、死滅する細胞が増加し、更にそ
の細胞固形か分となるので、加速度的に細胞が死滅する
という問題があり九更に、遊離した固形分が循環し、ガ
ス混入機やセンサーなどへ捕捉されて、循環を阻害した
り、制御が困難になるという問題が生じてぃ九（課題を
解決するための手段）従って、本発明は以上の技術的課題を解決し、流速で細
胞に充分な量と質の培地を送り込むことにより、多くの
細胞を長期間培養できる手段を提供することを目的とす
るものである。

そこで、培地が充填された貯水槽と中空糸の束を内蔵し
た細胞培養容器を結ぶ主管路に振動柱ポンプを配設した
細胞培養装置を構成し池そして、このような細胞培養装
置の主管路末端に浮遊する固形分を捕捉するための容器
を配設しｔラ　　また、主管路に副管路を分岐して設け
ると共に、貯水槽にガス混入機を連通して設け、副管路
に配設した各種センサーでガス混入量を制御するように
構成し總（作用）以上のように構成された本発明の細胞培養装置にあって
は、振動柱ポンプの稼働によって貯水槽に充填されてい
る培地が主管路と細胞培養容器を循環し、培地中の栄養
分や酸素などを細胞培養容器内の細胞に供給して、培養
するようになってい（実施例）以下、本発明の実施例を図面について説明する。

第１図は本発明にかかる細胞培養装置の構成を表すブロ
ック図である。

（１）は貯水槽であり、貯水槽（１）には培地（２）が
充填されている。　（３）は貯水槽（１）内に成分を補
給する補助ポンプであり、レベルメーター（４）が培地
（２）の液面高さが低くなったことを検知すると、補助
ポンプ（３）が稼働して成分を補給するように制御され
ている。

（５）は貯水槽（１）に連通するガス混入機であり、ガ
ス混入機（５）で混合されたガスは貯水槽（１）内に浸
設された螺旋状多孔性通気管（６）を介して、培地（２
）に溶けるようになっている。

ガス混入機（５）において、　（７）（８）（９）（１
０）はそれぞれ空気　酸乳　二酸化炭敷　窒素の注入口
であり、ここから注入された各ガスがバルブ（１１）　
　（１２）　　（１３）　　（１４）で流量制御されて
所望の比率にガスを混合するようになっている。　（１
５）　　（１６）は各注入口とバルブの間に設けられた
フィルターと流速計である。

その慰　貯水槽（１）には、攪拌羽（１８）、ヒーター
（１９）、温度計（２０）が設けられている。また、貯
水槽（１）内の余剰の培地（２）はポンプ（２１）で汲
み出されるようになっており、余剰ガスはダクト（２２
）から外部に出るようになっている。

以上のような貯水槽（１）には主管路（３０）（３１）
が接続されており、これら主管路（３０）（３１）の間
に細胞培養容器（３２）が接続されている。　（３３）
は主管路（３０）中に配設された主ポンプであり、この
主ポンプ（３３）で貯水槽（１）中の培地（２）を主管
路（３０）から細胞培養容器（３２）に送り込べ　主管
路（３１）から再び貯水槽（１）に培地（２）を戻すよ
うになっている。主管路（３１）を戻る培地（２）の流
速は流速計（３４）で測定されるようになっている。ま
た、主管路（３０）（３１）中の培地温度は温度計（３
５）（３６）で測定されるようになっている。その（Ｌ
　　細胞培養容器（３２）の前後には主管路（３０）（
３１）を跨ぐように切り替え管路（３７）（３８）が設
けられており、４つのバルブ（３９）の開閉の組合せに
よって細胞培養容器（３２）における培地（２）の流れ
方向を換えられるようになっている。

主管路（３０）には副管路（４０）が分岐して設けられ
ており、この副管路（４０）に補助ポンプ（４１）、サ
ンプリングコック（４２）、溶存酸素計（４３）、ＰＨ
計（４４）、流速計（４５）が配設されている。

同様に、主管路（３１）にも副管路（４６）が分岐して
設けられており、この副管路（４６）に補助ポンプ（４
７）、サンプリングコック（４８）、溶存酸素計（４９
）、ＰＨ計（５０）、流速計（５１）が配設されている
。

また、主管路（３１）の末端には、貯水槽（１）に戻ろ
うとする培地（２）中に浮遊している固形分を捕捉する
ための捕捉容器（５２）が配設されており、この捕捉容
器（５２）は第２．３図のような構造になっている。主
管路（３１）の末端部の周りを覆うように網上の電体（
５３）が装着されており、該電体（５３）の内部には、
スチールウールやテフロンウール、ガラスウールなどの
耐熱製繊維（５４）が詰められている。第３図に示され
るように、主管路（３１）の先端は閉塞（５５）されて
いて、主管路（３１）中の培地（２）は先端よりも手前
に穿設された多数の孔（５６）から流出して、耐熱製繊
維（５４）で濾過されてから、電体（５３）の外部にで
るようになっている。この様に、耐熱製繊維（５４）で
濾過して、培地（２）中に浮遊している固形分を捕捉す
る用になっている。

そして、以上のような細胞培養容器（３２）、主管路（
３０）（３１）、副管路（４０）（４６）などの部分は
無菌雰囲気で所望の温度、例えば３７°Ｃに保温された
恒温タリンベンチ（５７）内におかれている。

次に、細胞培養容器（３２）は第４図のようになってい
る。

（６０）は細胞培養槽であり、細胞の出入口（６１）　
　（６２）が設けられている。細胞培養槽（６０）の両
側にはチャンバー（６３）　　（６４）があり、これら
チャンバー（６３）（６４）同士は細胞培養槽（６０）
の内部を通る多数の中空糸（６５）で連通されており、
この中空糸（６５）の外側で細胞が培養されるようにな
っている。そしテ、チャンバー（６３）には主管路（３
０）が接続されており、チャンバー（６４）には主管路
（３１）が接続されている。

しかして、主管路（３０）から流れてきた培地（２）が
中空糸（６５）を通過すると、培地中に含まれている栄
養分や酸素などが中空糸（６５）の外に出て、それらが
細胞培養槽（６０）内に充填されている細胞に供給さ札
　培養が行われるようになっている。

次鳳　主ポンプ（３３）は第５図のような、振動柱ポン
プで構成されている。この振動柱ポンプは例えば特開平
１−２１９４００号などで開示されたポンプであり、以
下のような構成になってい（７０）は磁性材料で作られ
た振動管であり、バネ（θ９）で下端を支持されている
。振動管（７０）の上端にはバネ（７１）で下向きに付
勢された弁（７２）が圧接しである。振動管（７０）の
外周にはＳ極とＮ極の永久磁石（７３）が交互に貼着し
てあり、各永久磁石（７３）同士の間にはスペーサー（
７４）が設けられている。また、振動管（７０）の周り
には永久磁石（７３）に対面するようにして電磁石（７
５）が配設されており、各電磁石（７５）同士の間には
スペーサー（７６）が設けられている。こうして、各電
磁石（７５）に交互に逆向きの交番電流を流すと、振動
管（７０）が上下に振動するようになっている。

そして、振動管（７０）が上昇するときは弁（７２）が
閉じていて吸引口（７７）から液体を吸い込べ　振動管
（７０）が下降するときは弁（７２）が開かれて振動管
（７０）上端から溢れ出た液体が吐き出し口（７８）か
ら流れ出るようになっている。かくして、以上のような
振動柱ポンプを主管路（３０）に配設して、吸引口（７
７）から吐き出し口（７８）に培地（２）を流すように
構成することにより、ポンプの稼働で培地（２）が脈打
ちながら流れて、主管路（３０）、細胞培養容器（３２
）、主管路（３１）の順に循環するようになっている。

なお、このような培地（２）の流速や脈流の振動数は電
磁石（７５）に流される交番電流の大きさや周期を変え
ることにより、変更可能になっている。

しかして、以上のような構成からなる細胞培養装置にあ
っては、補助ポンプ（３）を稼働して貯水槽（１）に成
分を充填しておき、ガス混入機（５）で混合したガスを
螺旋状多孔性通気管（６）を介して成分中に溶かし込べ
　培養に必要な栄養とガスを含んだ培地（２）を作る。

なお、貯水槽（１）に入れられる前の成分は冷やして保
管されている場合もあるので、そのような場合はヒータ
ー（１９）で所定温度まで加熱する。

次に、主ポンプ（３３）を稼働して、主管路（３０）、
細胞培養容器（３２）、主管路（３１）の順に培地（２
）を循環させる。こうして、細胞培養容器（３２）の細
胞培養槽（６０）内に充填された細胞に、中空糸（６５
）表面を介して培地中に含んでいる栄養分や酸素などを
供給し、細胞を培養する。

なべ　培地（２）中の溶存酸素濃度やＰＨ値などは副管
路（４０）（４６）に設けた各種センサーの測定値に基
づいてガス混入機（５）を制御することにより、所望の
値に制御する。例えば、入口側の副管路（４０）に設け
ている溶存酸素計（４３）の測定値から酸素が足りない
と判断される場合には、酸素用のバルブ（１２）もしく
は空気用のバルブ（１１）を開いて酸素の含有率を高い
混合ガスを作って、貯水槽（１）の培地中に溶は込ませ
る。逆に、酸素が多いときは窒素用のバルブ（１０）を
開いて窒素の含有率を増やし、酸素の比率を減らすよう
にすると、培地中に溶けるガスのトータル量が一定のた
め、相対的に酸素の溶ける量を減らすことができる。そ
して、出口側の副管路（４６）についているセンサー（
４９）により、中空糸中の細胞の代謝によって変化した
測定値から出口側の酸素が足りないと判断した場合には
主ポンプ（３３）の流速を上げて調整する。

また、溶存酸素計（４３）（４９）の測定値を比較して
酸素の消費量を調べることにより、細胞数を算出するこ
ともできる。

そして、混合ガス中の空気によって培地中の炭酸ガスを
追い出して、培地（２）をアルカリ性に傾くようにしで
あるので、ＰＨ計（４４）でアルカリ性が強くなったこ
とが判断された場合には、二酸化炭素用のバルブ（１３
）を開いて含有率を増やし、ＰＨ値を整える。

また、主ポンプ（３３）を振動柱ポンプで構成したこと
により、以下の作用を奏することができる。

即ち、第５図で説明したように、交番電流の作用によっ
て振動管（７０）が上下に振動すると、培地（２）が脈
打ちながら細胞培養容器（３２）内を流れるようになっ
ており、この様な脈流によって中空糸（６５）の表面が
振動し、培養中に固形分が付着しずらい状態が作られて
いるのである。

例えば、第６図のように一本の振動していない中空糸（
６５）を考えると、培地（２）が流れ込む上流側（６５
ａ）では中空糸（６５）の内面に培養中に生じる固形分
が詰まりやすい状態となり、また下流側（６５ｂ）では
中空糸（６５）の外面に固形分が詰まりやすい状態とな
る。この様な状態を放っておくと、培地（２）中の栄養
分が中空糸（６５）の外側に充分に放出されず、細胞に
栄養が行き届かなくなって細胞が死んでしまう問題が生
ずる。この様な状態は、特に付着性細胞を培養する場合
に起こりやすい。

しかるに、本発明のように生ポンプ（３３）に振動柱ポ
ンプを用いたことにより、中空糸（６５）の表面が振動
して、固形分の付着を防止できるのである。

な転　培地（２）の流速や脈流の振動数は電磁石（７５
）に流される交番電流の大きさや周期を変えることによ
り、変更可能であるから、例えば、細胞数が少ないとき
は流量を少なくしておいて、細胞数が増加するに従って
流量を増やすようにしたり、固形分が中空糸（６５）の
表面に付着しにくい最適な周波数を適宜選択するように
制御することが可能である。

（発明の効果）以上向れにしても本発明によれば、振動柱ポンプによっ
て培地を脈打って流すようにしているので、中空糸が振
動し、固形分の中空糸への付着が少なくなり、中空糸の
詰まりを防ぐことができ、容易に細胞培養が長期間でき
るようになる。また、培養槽全体に栄養分や酸素を行き
渡らせることができるので、大量の細胞を高密度に培養
できるという効果がある。

そして、主管路末端の捕捉容器で浮遊した固形分が再び
主管路にはいることを防ぐことが出来るので、固形分が
中空糸やセンサーへ捕捉されて循環を阻害したり、制御
が困難に困難になることを防　ぐ。

また、ガス混入機を主管路に直接接続することなく貯水
槽に連通させ、副管路に各種センサーを設けて制御して
いるので、主管路や培養容器などのメインのラインでト
ラブルが発生しにくく、細胞の培養に影響を与えないで
トラブルを解決できるという優れた特徴がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる細胞培養装置の構成を表すブロ
ック艮　第２．３図は捕捉容器の斜視図と縦断面は　第
４図は細胞培養容器の断面欧　第５図は主ポンプ（振動
柱ポンプ）の断面歇　第６図は振動しない中空糸の断面
図である。１・・・貯水槽、２・・・培眠　５・・・ガス混人焦０
．３１・・・主管路、３２・・・細胞培養容器３・・・
主ポンプ、４０．４６・・・副管路、２・・・捕捉容Ｈ
，６０・・・細胞培養槽、５・・・中空糸、７０・・・
振動管、第図第図Ｄ主ポンプ３３第図〃特許庁長官　　植　松　　敏　　殿１．事件の表示平成２年特許願第２７１９２４号２、発明の名称細胞培養装置３、補正をする者事件との関係　特許出願人住　所　東京都文京区小石川４丁目６番１０号名称（０
２１）エーザイ株式会社代表取締役社長　内　藤　晴　夫４、代理人　〒１０２（外１名）５゜補正命令の日付自発、補正の内容（１）明細書第２頁第１６行目の「細胞固形が分」とあ
るを、「細胞固形分」と補正する。（２）明細書第３頁第３行目の「流速で」を削除する。（３）明細書第５頁第５行目の「余剰の」を削除する。（４）明細書第７頁第１２行目の「捕捉する用」とある
を、「捕捉するよう」と補正する。（５）明細書第１４頁第１７行目の「制御が困難に困難
に」とあるを、「制御が困難に」と補正する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）培地が充填された貯水槽と中空糸の束を内蔵した
細胞培養容器を結ぶ主管路に振動柱ポンプを配設した細
胞培養装置。
（２）請求項（１）の細胞培養装置の主管路末端に固形
分を捕捉する容器を配設した細胞培養装置。
（３）請求項（１）または（２）の細胞培養装置の主管
路に副管路を分岐して設けると共に、貯水槽にガス混入
機を連通して設け、副管路に配設した各種センサーでガ
ス混入量を制御するようにした細胞培養装置。