JPH0640819B2 - 細胞培養方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ．発明の目的 産業上の利用分野 この発明は、細胞含有液中の細胞濃度を測定しながら細
胞を培養する方法に関するもので、細胞含有液を処理す
る槽、例えば発酵槽、動物細胞培養槽、植物細胞培養
槽、下水処理槽などにおける適正操業条件の維持管理に
有効である。

従来の技術 細胞含有液中の細胞濃度の従来の測定法は、オンライン
測定が可能なものとしては、濁度式、間接的測定法
があるが、濁度式は透過光を測定するため高濃度域で
の誤差が大きく、間接的測定法は細胞中の成分［ＤＮ
Ａ、ＲＮＡ、ＡＴＰ、ＮＡＤ（Ｐ）Ｈ、タンパク等］を
測定して細胞濃度を推定する方法で、ＮＡＤ（Ｐ）Ｈを
蛍光で測定する方法が現存するが、直接的でない為すべ
ての細胞に対して普遍的な相関がとれないという弱点が
ある。また比重式、粘度式などがあるが、比重式
は誤差が大きく、粘度式は温度補正が必要であり、低
濃度域での誤差が大きく、また消泡剤の影響が大きい。

その他一般論として、全般的に信頼性のある測定の範
囲が狭く、希釈などの操作が必要となる場合もある、
オンライン可能なものでも、センサーに含有液が接触し
ている為センサー表面の汚れによる感度低下が起こり信
頼性に限界がある、オンラインのものはセンサーに構
造上デッドスペースが多くなり、洗浄、殺菌に手間がか
かり、また洗浄、殺菌不十分による槽内の殺菌汚染を生
じる可能性が大きい、オンライン不可能なものの場
合、含有液の一部をサンプリングして分析することにな
り、測定に人手と時間がかかる、オンラインのもので
は含有液の気泡の影響を受け易い、といった欠点があ
る。

発明が解決しようとする問題点 本発明は上記のような従来の方法の欠点を解決した、液
中の細胞濃度を正確かつ迅速に測定しながら適正操業条
件に維持管理する細胞培養方法を提供することを目的と
する。

ロ．発明の構成 問題点を解決するための手段 本発明による細胞培養方法は、攪拌器及び空気分散管を
備えた細胞培養容器中で細胞を培養するに当り、光を照
射する角度がサイトグラス面に対して２０度乃至８０度
でしかも照度が１万ルクス以上となる条件で細胞含有液
にサイトグラスを通して光を照射し、その反射光の強さ
を測定し既知の値と照合して細胞含有液中の細胞濃度を
測定し、攪拌器の回転数の増減及び／又は空気分散管へ
の送気量の増減により細胞含有液中の細胞濃度を基準値
に保つように操作することを特徴とする。

細胞濃度測定法を第１図により説明すると、細胞含有液
を保持している容器（細胞培養容器）、又は細胞含有液
が流れている管１中の液１１に、サイトグラス２を通し
て光を照射し、受光部３２によりその反射光を受光す
る。

光照射は受光部３２とは別個に設けた光源によって行っ
てもよいが、光照射部３１と受光部３２が一体化された
構造を有するプローブ３を使用するのが便利である。

このようなプローブ３では、ランプ３３からの光は光フ
ァイバー３４を通して光照射部３１に送られサイトグラ
ス２を通して容器又は管１内に照射され、その反射光が
受光部３２にとらえられ、光ファイバー３５を通して光
照射解析ユニットに送られる。光照射解析ユニット（第
２図に記号４で示す）により反射光の強さを測定し、既
知の値と照合する。

細胞含有液からの反射光の強さは、後述のように細胞含
有液中の細胞濃度と直線的な比例関係を有するので、そ
の値を既知の測定値と照合することにより、その液中の
細胞濃度を容易に知ることができる。

例えば培養の経時変化に伴って適宜に試料を採取し、数
段階の希釈細胞懸濁液を調製して、予め細胞の絶対量を
測定し、反射率と細胞の絶対量との相関関係、即ち検量
線を求めておく。次いで測定すべき液の反射率を測定
し、前記の検量線に照合することにより液中の細胞濃度
を求める。

反射率を測定する際のリファレンスとしては、一般的に
は白紙の場合の反射率を１００％として行ってもよい
が、細胞が着色していたり、倍地に色がついている場合
には、その細胞の最大濃度の懸濁液を調製し、その反射
率をリファレンスにしてもよい。

空気が吹き込まれ分散している状態の培養液でも気泡の
影響をそれほど受けることなく測定しうるが、適当なリ
ファレンスを取ることにより、精度よく測定値を得るこ
とができる。

例えば気泡の含まれる培養液を適宜サンプリングして前
記の如く数段階の希釈細胞懸濁液を調製して細胞の絶対
量を測定し、作成した検量線をもとに測定すべき液中の
細胞濃度を求めることができる。

細胞培養容器又は管内に光を照射する角度は、サイトグ
ラス面に対して２０度乃至８０度、好ましくは４５度前
後とするのが適当である。

直角（９０度）の場合はサイトグラスからの反射光が強
すぎて反射率の差が不明瞭となり、２０度以下の場合は
細胞培養容器内又は管内からの反射光が弱すぎて測定困
難となる。

本発明の細胞濃度測定法は、細胞培養容器自体に適用し
てもよいし、細胞培養容器から流出する培養液に適用し
てもよいが、一例として、細胞培養容器自体に適用し適
正操業条件を維持管理する手段として応用する場合につ
いて第２図により発酵槽を例として説明する。

発酵槽１２の側壁に設けたサイトグラス２を通して、発
酵液１１にプローブ３中の光照射部（３１）から光を照
射し、その反射光の強さをプローブ３中の受光部（３
２）で受光し、光照射解析ユニット４で既知の値と照合
することにより発酵液中の細胞濃度を測定する。

その測定値の運転基準値からの偏差の度合に応じて、変
換器５１を経て攪拌器６のモーター６１の回転数を増減
したり、変換器５３を経て弁７１をコントロールして空
気分散管７への送気量を増減することにより、発酵液中
の細胞濃度を基準値に保つように操作することができ
る。なお発酵液中の細胞濃度は変換器５２を経て細胞濃
度計８に表示される。

本発明における光源としては、光を照射した際の細胞か
らの反射光が信号として検出されるだけの強さを有する
ことができる充分な光を照射し得るものを使用する。

測定の対象となる細胞の濃度範囲などに応じて適した光
源を用いてもよい。

光源として高出力のもの、例えばハロゲンタングステン
ランプなどを用い、高照度となるように光照射すれば細
胞濃度が高い場合であっても希釈することなく直接測定
することができるので望ましい。

照度としては１万ルクス以上の高照度とする。これ以下
では液からの反射光が弱くなり、さらにノイズが増大す
るため測定が難しい。照度をあまり高めると消費電力の
増大を伴なうので、通常は１〜３０万ルクスの範囲が好
ましく、さらに１〜２５万ルクスの範囲が好ましい。ま
た測定に使用する光の波長は、測定の対象となる細胞及
び液の性状により適宜選定すればよい。

［実施例１］ 最高７７ドライセルｇ／、最低１．３ドライセルｇ／
の間の高・中濃度領域の各段階の濃度のイースト液を
調製し、分光光度計用のセルに入れ、セルのガラス面に
対して４５度の角度から光を照射し、その反射率を測定
した結果を第１表に示す。

なお光源としてハロゲンタングステンランプを用い、セ
ルのガラス面での強さが１８万ルクスとなるように光照
射した。

リファレンスには最高濃度である７７ドライセルｇ／
を用いた。

また第１表中、６６０ｎｍの波長の光の反射率とイース
ト濃度の関係を第３図に示した。ここで横軸はイースト
濃度（ドライセルｇ／）、縦軸は反射率（％）を示
す。

第３図から明らかなように、イースト濃度と光の反射率
との間には直線的な比例関係が認められる。また７７ド
ライセルｇ／程度の高濃度でも希釈することなく測定
できることがわかる。

その測定値の運転基準値からの偏差の度合に応じて、攪
拌器の回転数を増減したり、空気分散管への送気量を増
減することにより、細胞含有液中の細胞濃度を基準値に
保つように操作することができる。

［実施例２］ ３３ドライセルｇ／のイースト培養液を原液とし倍地
で稀釈して、最低３．３５ドライセルｇ／までの中濃
度領域の各段階のイースト液を調製し、試験管に入れ、
ガラス面に対して４５度の角度から光を照射し、その反
射率を測定した。

その結果を第２表に示す。なおリファレンスとして白紙
を用いた。

また第２表中、６６０ｎｍの波長の光の反射率とイース
ト濃度の関係を第４図に示した。ここで横軸はイースト
濃度（ドライセルｇ／）、縦軸は反射率（％）を示
す。

第４図から明らかなように、中濃度領域でも、イースト
濃度と光の反射率との間には直接的な比例関係が認めら
れる。

その測定値の運転基準値からの偏差の度合に応じて、攪
拌器の回転数を増減したり、空気分散管への送気量を増
減することにより、細胞含有液中の細胞濃度を基準値に
保つように操作することができる。

［実施例３］ 実施例１と同様にして、最高３．１ドライセルｇ／、
最低０．０３１ドライセルｇ／の間の低濃度領域の各
段階のイースト液を調製し、分光光度計用のセルに入
れ、セルのガラス面に対して４５度の角度から光を照射
し、その反射率を測定した結果を第３表に示す。

リファレンスには最高濃度である３．１ドライセルｇ／
を用いた。

また第３表中、６６０ｎｍの波長の光の反射率とイース
ト濃度の関係を第５図に示した。ここで横軸はイースト
濃度（ドライセルｇ／）、縦軸は反射率（％）を示
す。

第５図から明らかなように、低濃度領域でも、イースト
濃度と光の反射率との間には直線的な比例関係が認めら
れる。

その測定値の運転基準値からの偏差の度合に応じて、攪
拌器の回転数を増減したり、空気分散管への送気量を増
減することにより、細胞含有液中の細胞濃度を基準値に
保つように操作することができる。

ハ．発明の効果 広い範囲の細胞濃度に対して信頼性の高い測定値を得る
ことができ、また必要に応じて高濃度領域、中濃度領
域、低濃度領域と測定範囲を切り換えて精度の高い濃度
測定を行うことができる。

そして迅速且つ簡単で、温度、比重、粘度の変化による
影響が少なく、センサーの洗浄、殺菌を必要とせず、培
養液の雑菌汚染を生じるおそれがなく、気泡の影響の補
正が容易であり、発酵槽、動物細胞含有槽、植物細胞含
有槽などにおける適正操業条件の維持管理に有効であ
る。

またサイトグラスを有する既設の槽に対しては特別な改
造を加えることなく本発明を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における細胞濃度測定法を説明する為の
図、第２図は細胞培養容器における適正操業条件を維持
管理する手段の説明図、第３図、第４図及び第５図は細
胞濃度測定の試験結果を示す図である。 １……容器又は管の壁、 １１……細胞含有液（発酵液）、 １２……細胞培養容器（発酵槽）、 ２……サイトグラス、 ３……プローブ、３１……光照射部、 ３２……受光部、３３……ランプ、 ３４，３５……光ファイバー、 ４……光照射解析ユニット、 ５１，５２，５３……変換器、 ６……攪拌器、６１……モーター、 ７……空気分散管、７１……弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】攪拌器及び空気分散管を備えた細胞培養容
   器中で細胞を培養するに当り、光を照射する角度がサイ
   トグラス面に対して２０度乃至８０度でしかも照度が１
   万ルクス以上となる条件で細胞含有液にサイトグラスを
   通して光を照射し、その反射光の強さを測定し既知の値
   と照合して細胞含有液中の細胞濃度を測定し、攪拌器の
   回転数の増減及び／又は空気分散管への送気量の増減に
   より細胞含有液中の細胞濃度を基準値に保つように操作
   することを特徴とする細胞培養方法。
2. 【請求項２】１万ルクス以上で３０万ルクス以下の照度
   となるように細胞含有液に光を照射する特許請求の範囲
   第１項記載の細胞培養方法。