JPH0421471B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、培地中の環境条件を制御する装置を
有する培地用容器と、回転駆動装置によつて駆動
され容器内部で走行する回転軸を有する、細胞を
培地中に均質に分布させる撹拌装置とを有する、
微生物または細胞、殊にミクロキヤリヤ上に付着
している披着性細胞を培養するための生物反応
器、ならびに増殖能力をもつ付着性細胞を培養す
る方法に関する。

従来の技術 物質、殊に蛋白質を製薬学的または医学的−診
断学的目的のために生物工学的に製造する場合に
は、生成物が得られる相当する生物学的物質は、
培地中で相当する生物反応器内で増殖される。こ
れは屡々発酵装置とも呼称される。

前記細胞は、または雑種細胞からなる。微生物
は、一般に担体物質を必要とせず、細胞は、多く
の場合に適当な担体物質上でのみ培養することが
できる。この場合には、付着生細胞と呼ばれる。
本発明は、殊に着生細胞が例えばデキストランか
らのミクロキヤリヤと呼称される極めて小さい小
球上に付着しているような細胞を培養することに
向けられている。次に、手短かに細胞を培養する
ことについてのみ述べる。しかし、それによつて
本発明の一般的使用可能性が別の生物学的物質に
対して限定されるものでもない。

生物反応器は、環境条件（例えば、酸素部分圧
力、温度、栄養物質濃度）を制御しかつ培養によ
りできるだけ強力に増殖させる範囲内に保持する
ための装置を有する。この条件ならびに培地中で
の細胞濃度は、あまねく生物反応器中でできるだ
け均質でなければならず、すなわち細胞を配置中
に均質に分布させることが達成されることは、培
地の成長にとつて極めて重要なことである。

このために、既に種々の種類の撹拌装置が使用
されている。例えば、生物反応器の内部で回転す
る軸に固定されているプロペラ撹拌機が使用され
る。この撹拌機は、それが十分に迅速に回転する
場合、実際に細胞が培地中で十分に均質であるこ
とを保証する。しかし、比較的迅速に回転するこ
とは、敏感な細胞、殊にミクロキヤリヤー上の付
着生細胞が損傷の受けるという危険をまねく。

欧州特許出願第53869号明細書には、特に付着
生細胞のミクロキヤリヤ培地に適当な撹拌装置が
記載されており、この撹拌装置の場合、中心に懸
吊された撹拌パドルは、発酵容器中で円形状に揺
動運動する。しかし、この種のパドルミキサー
は、比較的小型の生物反応器にのみ適当である。

発明が解決しようとする問題点 従つて、細胞培地の比較的大きい容量（10を
越える）にも好適でありかつ撹拌装置が細胞を損
傷することなしに培地中での細胞の均質な分布を
保証するような生成反応器が必要とされる要件は
存在する。

問題点を解決するための手段 この要件は、首記した種類の生物学的物質を培
養するための生物反応器によつて充足され、この
生物反応器の撹拌装置は、回転軸に固定され、回
転軸に対して35゜〜60゜傾斜した多数の撹拌円板を
有する。この撹拌円板は、有利に平らな円形の板
であり、この板の中心を通して回転軸が走る。こ
の撹拌円板は、その表面上で突出している構成要
素または構造を有することができるが、しかしこ
れらの構成要素または構造は、鋭利な縁または角
を有さずかつ培地中で撹乱を発生させないように
形成するのが有利である。また、この撹拌円板
は、全体が波形であつてもよいし、別の方法で完
全に平らな表面形状から逸脱していてもよい。し
かし、特に有利なのは、円板の両面上の平滑面
の、十分に平坦な表面である。

円板の厚さは、比較的広範な範囲内で変動する
ことができるが、この円板は、その表面の拡がり
がその材料の圧さよりも数倍だけ大きいという意
味において平らでなければならない。一般には、
一般的な構造上の理由および費用の理由から、所
定の機械的負荷により必要とされる場合よりも本
質的に大きくない材料の厚さが選択される。

本発明による生物反応器の場合には、培地を極
めて迅速に完全に均質化することは、既に50rpm
未満、有利に35rpm未満、特に有利に20rpm未満
の極めて僅かな回転数で達成される。同時に微生
物又は細胞は、極めて注意深く処理されるので、
敏感な細胞も損なわれない。

特に良好な均質化効果は、撹拌円板が回転軸に
対して35゜〜60゜の傾斜角度を有する場合および有
利に同じ回転軸を中心に同じ回転速度で回転する
多数の撹拌円板が使用される場合に達成される。

前述したように、撹拌円板は、有利に円形であ
り、このことは、敏感な細胞が損傷されるという
危険を付加的に阻止する。しかし、特定の事情の
もとでは、円板の縁が正確には円形に走つていな
いという形状があてはまる。しかし、全ての場合
に培地の円筒形範囲は、回転運動によつて包括さ
れる。この範囲は直径は、撹拌円板の“有効直
径”と呼称される。

生物反応器は、通常本質的に円筒形で丸みを付
けた円筒体底面を有するように構成されている。
撹拌円板の有効直径は、生物反応器の内径の少な
くとも40％、有利に少なくとも50％および時に有
利に少なくとも60％であるのが有利であることが
判明した。

撹拌円板は、多数の種々の材料、特殊にプラス
チツクまたは合金鋼から製造されていてもよい。
有利には、培養された細胞を付着させない材料が
使用される。殊に、テフロン（登録商標名）が有
効であることが判明した。

本発明によれば、増殖能力をもつ付着性細胞を
培養する方法が得られ、この方法は、細胞をミク
ロキヤリヤ上に付着させ、ミクロキヤリヤを培地
中に均質に懸濁させ、培地を、上面および底面を
有する容器、培地中の環境条件を制御する装置、
ならびにミクロキヤリヤを培地中に均質に分布さ
せる撹拌装置を有し、但し、この撹拌装置は、回
転駆動装置に結合した回転軸を備え、容器の内部
に拡がり、かつ容器の内部で回転するものとし、
かつ回転軸に対して35゜〜60゜の範囲内の傾斜角度
で回転軸に沿つて隣接した個所で固定された板の
形の複数の撹拌羽根を有する生物反応器に収容
し、 撹拌羽根を回転させ、それによつてミクロキヤ
リヤを均質な懸濁液中に保持し、付着性細胞を増
殖させることによつて特徴付けられる。

更に、増殖能力をもつ付着性細胞の本発明によ
る培養法は、特許請求の範囲第８項から第９項ま
でのいずれか12項に記載されている。

実施例 次に、本発明を図面に示した実施例につき詳説
する。

図示した生物反応器は、培地用の容器１を有
し、この容器は、本質的に円筒形中央部分２、下
蓋３および上蓋４からなる。双方の蓋は、フラン
ジで中央部分２とねじ結合され、かつパツキン５
もしくは６によつて密閉されている。

容器１は、台架７上に静置されている。温度検
知器８は、培地の温度を測定することができるよ
うに配置されている。この容器は、運転の場合十
分に培地９で充填されている。培地９の表面は、
１０で示されている。

温度検知器８以外に、培地中の環境条件を制御
するための他の装置が設けられている。図面に
は、蓋４を貫通する浸漬管１１が示されており、
この浸漬管は、例えば空気または酸素を有する培
地を脱ガス化するために使用することができる。
容器１の下蓋３には、接続管１２もしくは１３が
設けられており、この接続管を通じて熱処理媒体
は供給することができるかないしは導出すること
ができ、こ熱処理媒体は、判り易くするために図
示されていない冷却蛇管もしくは加熱蛇管中で容
器１の内部で流れ、したがつて温度検知器８と一
緒に温度制御は可能である。

生物反応器の場合には、環境条件を制御するた
めの他の装置が常用されているが、判り易くする
ために図面には示してない。培地のIST状態を観
察するためには、例えばPH値、O₂およびCO₂の部
分圧力を測定するための測定検知器ならびに目視
するための窓が使用される。培値９中の環境条件
を制御するために、例えば物質（ガス、栄養物
質、廃棄物等）を供給するかないしは導出するた
めの接続管は存在していてもよい。図示した発酵
装置の蓋４中に認めることができる多目的接続管
１４は、例えばこの種の目的のために使用するこ
とができる。しかし、またこの個所には、排気フ
イルターを有する還流冷却器が接続されていても
よい。

本発明は、殊に図示した生物反応器中で使用さ
れる撹拌装置に向けられている。この撹拌装置
は、撹拌円板１５を有し、この撹拌円板は、同心
的に捩れ強さをもつて回転軸１６上に固定されて
いる。撹拌円板１５の平面は、回転軸に対して傾
斜角度αだけ傾斜している。撹拌円板１５を回転
軸１６に固定することは、固定断片１７によつて
改善される。最下の撹拌円板１５と、容器１の底
面との間には、プロペラ撹拌機１８が同様に捩れ
強さをもつて回転軸１６上に固定されている。回
転軸１６は、回転駆動装置１９によつて通常調節
可能な回転数で駆動される。

回転軸１６を回転すると、培地は、回転する撹
拌円板によつて押しやられ、かつ複雑な運動に移
される。この運動の詳細は、記載することができ
ない。しかし、実際の実験により、本発明による
傾斜して立つ撹拌円板を用いて培地９を意外なこ
とに迅速に完全に均質化することが得られること
が判明した。この場合には、多数の撹拌円板を使
用するのが有利であり、こと撹拌円板の寸法決定
および位置決定は、次の指摘に基づいて行なうこ
とができる。

傾斜角度αは、比較的重要ではないことが判明
した。約35゜〜約60゜の角度は、良好な結果を生じ
る。撹拌円板１５の数および傾斜角度は、生物反
応器の容器１の寸法に対して決定されていなけれ
ばならない。生物反応器の高さが高くなればなる
ほど、ますます多数の円板を使用しなければなら
ない。この場合、隣接した撹拌円板間の望ましい
距離ａは、それらの有効直径Ｄおよび傾斜角度α
に依存する。従つて、このことは、傾斜角度αが
小さくかつ撹拌円板の有効直径Ｄが大きければ大
きいほど、撹拌円板によつて包括される範囲は回
転軸１６の軸方向にますます大きくなるというこ
とを明らかにさせるであろう。撹拌円板縁の中心
に対して多くの場合に軸方向にずれた点は、図面
中で１５ｂおよび１５ｃで示されている。培地の
撹拌円板によつて包括される範囲は、軸方向に近
似的に回転する最高点１５ｂないしは最低点１５
ｃによつて制限され、すなわちこれらの点を通つ
て走る、軸１６に対して垂直のそれぞれ１つの平
面によつて制限されている。ところで、培地を撹
拌円板で良好に有効的に混合することは、隣接し
た撹拌円板の距離ａが撹拌円板縁の軸方向に多く
の場合互いにずれた最高点と最低点との距離ｂの
最大でほぼ２倍の大きさでありかつ少なくともほ
ぼ半分の大きさである場合に達成されることが判
明した。この好ましい板間の距離範囲は、意外な
大きさであり、かつ撹拌円板の優れた混合作用を
証明する。実際に特に良好な結果は、撹拌円板間
の距離ａが距離ｂよりも最大で50％大きい場合に
達成される。

プロペラ撹拌機１８は、場合によつては容器１
の底部に存在する細胞を撹拌するために使用さ
れ、したがつて細胞は、撹拌円板１５の撹拌範囲
によつて一緒に包括される。プロペラ撹拌機１８
は、それが液体を回転軸１６の回転の際に下向き
に押しやるように有利に形成されている。また、
プロペラ撹拌機の代りに容器底面に隣接して回転
する撹拌要素、例えば撹拌パドルを使用してもよ
い。

本発明の図面に示した実施態様は、回転対称的
に構成されており、すなわち容器１の中央部分
２、撹拌円板１５および軸１６は、それぞれ円形
で互いに同軸であるのが有利である。この種の回
転対称的構造は、特に簡単であり、かつ生物反応
器の場合に常用されている。しかし、特殊な場合
には、有利にこれと偏倚させることができ、例え
ば回転軸１６は、容器１の中心軸に対してずれて
いてもよい。この場合には、回転対称的構造に対
して記載した寸法決定が相応して当てはまる。

撹拌円板は、図示した実施例の場合に全部等し
い大きさであり、かつ均一の距離で互いに平行に
それぞれ捩れ強さをもつて１つと共通の回転軸上
に固定されている。この構造な、簡単で安価であ
る。しかし、また特殊な理由から傾斜した撹拌円
板を別の方法で、例えば撹拌円板は実際に１つの
共通の軸上に存在するが、互いに平行には走つて
いないような配置で使用すること有利であること
ができるか、またはむしろ撹拌円板は種々（互い
に同軸かまたは同軸でない）の軸上に存在してい
るような配置で使用することも有利であることが
でき、したがつてこの撹拌円板の回転速度は異な
つていてもよい。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明による生物反応器を示す略示縦
断面図である。 ８，１１，１２，１３……環境条件を制御する
装置、９……培地、１５……撹拌円板、１５ｂ…
…最高点、１５ｃ……最低点、１６……回転軸、
１８……プロペラ撹拌機、１９……回転駆動装
置、α……傾斜角度、ａ……隣接した撹拌円板間
の距離、ｂ……撹拌円板縁の軸方向にずれた最高
点と最低点との距離、Ｄ……撹拌円板の有効直
径。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 培地９中の環境条件を制御する装置８，１
   １，１２，１３を有する培地用容器と、回転駆動
   装置１９によつて駆動され容器内部で走行する回
   転軸を１６を有する、細胞を培地中に均質に散布
   させる撹拌装置とを有する微生物または細胞を培
   養するための生物反応器において、撹拌装置が回
   転軸１６に固定された、回転軸に対して35゜〜60゜
   傾斜した多数の撹拌円板１５を有することを特徴
   とする、増殖能力をもつ生物学的物質を培養する
   ための生物反応器。 ２ 隣接した撹拌円板１５の距離ａが軸方向に多
   くの場合互いにずれた、撹拌円板縁部の最高点１
   ５ｂと最低点１５ｃとの距離ｂの最大でほぼ２倍
   の大きさでありかつ少なくともほぼ半分の大きさ
   である、特許請求の範囲第１項記載の生物反応
   器。 ３ 撹拌円板１５の有効直径Ｄが容器の内径の少
   なくとも40％、有利に少なくとも50％、特に有利
   に少なくとも60％である、特許請求の範囲第１項
   または第２項に記載の生物反応器。 ４ 撹拌装置が付加的に容器底面に隣接して回転
   する撹拌要素、殊にプロペラ撹拌機１８を有す
   る、特許請求の範囲第１項から第３項までのいず
   れか１項に記載の生物反応器。 ５ 撹拌円板１５の材料が生物学的物質を付着さ
   せないように選択されている、特許請求の範囲第
   １項から第４項までのいずれか１項に記載の生物
   反応器。 ６ 回転駆動装置１９が回転軸を50rpm未満、有
   利に35rpm未満、特に有利に20rpm未満の回転数
   で回転させるようい設計されている、特許請求の
   範囲第１項から第５項までのいずれか１項に記載
   の生物反応器。 ７ 増殖能力をもつ付着性細胞を培養する方法に
   おいて、 細胞をミクロキヤリヤ上に付着させ、 ミクロキヤリヤを培地中に均質に懸濁させ、培
   地を、上面および底面を有する容器、培地中の環
   境条件を制御する装置、ならびにミクロキヤリヤ
   を培地中に均質に散布させる撹拌装置を有し、但
   し、この撹拌装置は、回転駆動装置に結合した回
   転軸を備え、容器の内部に拡がり、かつ容器の内
   部で回転するものとし、かつ回転軸に対して35゜
   〜60゜の範囲内の傾斜角度で回転軸に沿つて隣接
   した個所で固定された板の形の複数の撹拌羽を有
   する生物反応器に収容し、 撹拌羽根を回転させ、それによつてミクロキヤ
   リヤを均質な懸濁液虫に保持し、付着性細胞を増
   殖させることを特徴とする、増殖能力をもつ付着
   性細胞の培養法。 ８ 容器が円筒形の形状を有し、撹拌羽根が容器
   の内径に対して少なくとも40％の有効直径を有す
   る、特許請求の範囲第７項記載の方法。 ９ 容器中で、さらに撹拌装置が回転軸に結合し
   た、容器の底面付近の範囲内で回転する撹拌要素
   を有する、特許請求の範囲内第８項記載の方法。