JPH0659206B2 - Bioreactor - Google Patents

Bioreactor

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JPH0659206B2
JPH0659206B2 JP4770988A JP4770988A JPH0659206B2 JP H0659206 B2 JPH0659206 B2 JP H0659206B2 JP 4770988 A JP4770988 A JP 4770988A JP 4770988 A JP4770988 A JP 4770988A JP H0659206 B2 JPH0659206 B2 JP H0659206B2
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JP
Japan
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membrane
cells
bioreactor
medium
gas
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JP4770988A
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正彦 山口
秀則 三井
俊史 福永
稔 佐内
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Ube Corp
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Ube Industries Ltd
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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M25/00Means for supporting, enclosing or fixing the microorganisms, e.g. immunocoatings
    • C12M25/10Hollow fibers or tubes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
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Abstract

PURPOSE:To meet the cell culture of a large scale by providing the bioreactor with the membrane for feeding the culture medium and the other membrane for exchanging the gases using porous hollow fiber membranes which are made hydrophilic by treatment as the membrane for feeding culture medium to make it possible to feed a sufficient amount of oxygen gas to the culture medium and the cells. CONSTITUTION:The culture medium is fed through the membrane 8 and the cells are proliferated on the membrane 8 and the outer space of the membrane 8. In addition, the bioreactor 14 is provided with the other membrane 9 for exchanging gases inside, while the membrane 8 for supplying the medium is constituted with porous hollow fibers which is made hydrophilic by treatment. As a result, sufficient amount of oxygen-containing gas and pH-controlling gas are supplied sufficiently to the culture medium and the cells to grow and proliferate the cells without any trouble whereby the process according the present invention can meet satisfactorily a large scale of cell culture.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、細胞を生育させる為のバイオリアクターに係
り、更に詳しくは大規模に細胞培養を行なう為のバイオ
リアクターに関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a bioreactor for growing cells, and more particularly to a bioreactor for culturing cells on a large scale.

[従来の技術] 微生物または細胞を培養する培養槽を用いる培養装置に
おいて、培養の容積効率を高めるための手段の一つとし
て、培地への通気ガス供給を増大させることが知られて
おり、この場合、一般に培地の激しい攪拌が行なわれ
る。
[Prior Art] In a culture device using a culture tank for culturing microorganisms or cells, it is known to increase the supply of aeration gas to the medium as one of the means for increasing the volumetric efficiency of the culture. In this case, vigorous stirring of the medium is generally performed.

一方、中空糸膜を用いて細胞を培養する、いわゆるホロ
ーファイバー法と呼ばれる培養方法が知られている。
On the other hand, there is known a culture method called a hollow fiber method, in which cells are cultured using a hollow fiber membrane.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、通気ガス供給を増大させる方法において
は、培地中への通気バブリングによる泡立ちによって細
胞と気泡とが接触することや、攪拌による機械的なスト
レスが細胞に加わるために、細胞、特に動物細胞などの
脆弱な細胞が死滅損傷する慮れがあるなどの問題があ
る。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the method of increasing the supply of aeration gas, cells are brought into contact with each other due to foaming caused by aeration bubbling into the medium, and mechanical stress due to stirring is applied to the cells. Therefore, there is a problem that cells, particularly fragile cells such as animal cells, may be killed and damaged.

一方、ホローファイバー法と呼ばれる培養方法にあって
は、第3図に示すようにホローファイバーバイオリアク
ターとガス交換器が分離して設けられているため、O2
びpH調整用ガスの供給が不十分で、大規模な細胞培養に
は適していないという問題がある。この点を説明する
と、ホローファイバーバイオリアクターにおいては、中
空糸膜の外側にいる細胞に厳密に制御される培地を送る
必要があるが、バイオリアクター14とガス交換器17
が分離して設けられている場合、第3図に示すように、
バイオリアクター14の前(又は後)において培地のp
H、DOをpHセンサー13及びDOセンサー18にて測
定し、その信号に応じてガス交換器17よりガスを送り
込むが、細胞が急激に増殖した場合、バイオリアクター
14に入り込む培地のpH値、DO値が異なることにな
る。これは細胞により培地中のグルコース等が消費され
るためである。従って、バイオリアクター14の前にお
いてpH値、DO値を測定したとしても、単に目安程度に
しかならず、その値の信号によりガス交換を行なっても
あまり意味がないことになるのである。
On the other hand, in the culture method called the hollow fiber method, since the hollow fiber bioreactor and the gas exchanger are separately provided as shown in FIG. 3, the supply of O 2 and pH adjusting gas is not performed. There is a problem that it is sufficient and not suitable for large-scale cell culture. Explaining this point, in the hollow fiber bioreactor, it is necessary to send a strictly controlled medium to the cells outside the hollow fiber membrane, but the bioreactor 14 and the gas exchanger 17 are required.
When the two are separately provided, as shown in FIG.
Before (or after) the bioreactor 14, p
H and DO are measured by the pH sensor 13 and the DO sensor 18, and gas is sent from the gas exchanger 17 according to the signal, but when the cells grow rapidly, the pH value of the medium that enters the bioreactor 14, DO The values will be different. This is because the cells consume glucose and the like in the medium. Therefore, even if the pH value and the DO value are measured in front of the bioreactor 14, the values are merely approximate values, and it is meaningless to perform gas exchange based on the signals of the values.

さらに、従来のホローファイバー法の場合、O2の供給が
培地だけに行なわれているため、細胞が酸素不足になり
死滅するという問題もあった。
Furthermore, in the case of the conventional hollow fiber method, since O 2 is supplied only to the medium, there is a problem that cells become deficient in oxygen and die.

[課題を解決するための手段] そこで、本発明は上記従来技術の欠点に鑑み、なされた
もので、O2ガスの供給が培地だけでなく細胞にも十分に
なされる、大規模な細胞培養に適したバイオリアクター
を提供することを目的とするものである。そして、その
目的は、本発明によれば、培地供給膜を介して培養液を
供給し、該培地供給膜上及び培地供給膜の外部空間で細
胞を増殖するバイオリアクターにおいて、該バイオリア
クター内に前記培地供給膜とともにガス交換用の膜を配
設し、且つ前記培地供給膜は親水化処理した多孔性中空
糸膜からなるものであることを特徴とするバイオリアク
ター、により達成することができる。
[Means for Solving the Problems] Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned drawbacks of the prior art, and a large-scale cell culture in which O 2 gas is sufficiently supplied not only to the medium but also to the cells. The purpose of the present invention is to provide a bioreactor suitable for. And, according to the present invention, the purpose thereof is to supply a culture solution through a medium supply membrane, and in a bioreactor for growing cells on the medium supply membrane and in an outer space of the medium supply membrane, in the bioreactor. This can be achieved by a bioreactor characterized in that a gas exchange membrane is provided together with the culture medium supply membrane, and the culture medium supply membrane is composed of a hydrophilic hollow fiber membrane.

[作用] 本発明のバイオリアクターにおいては、バイオリアクタ
ー内に配設した培地供給膜の内側に培地を流し、該膜の
細胞を通じて培地供給膜の外側に培地をにじみ出させ、
培地供給膜の外側に植え込んである細胞を増殖させる。
その際、同じく、バイオリアクター内に前記培地供給膜
と共に配設したガス交換膜の内側を通って送られてくる
ガスが、ガス交換膜を介して培地供給膜よりにじみ出た
培地と接触するようになっており、O2が培地に供給され
るほか、培地供給膜の外側に植え込まれた細胞にもO2
供給する。
[Operation] In the bioreactor of the present invention, the medium is flown inside the medium supply membrane arranged in the bioreactor, and the medium is exuded to the outside of the medium supply membrane through the cells of the membrane,
Grow the cells that are seeded on the outside of the media feeding membrane.
At that time, in the same manner, the gas sent through the inside of the gas exchange membrane disposed together with the medium supply membrane in the bioreactor is brought into contact with the medium that has exuded from the medium supply membrane through the gas exchange membrane. turned in and supplies addition, the O 2 in cells implanted on the outside of the medium supply film O 2 is supplied to the medium.

また、本発明の培地供給膜は親水化処理したものである
ため、透水量を大きくすることができる。
Further, since the culture medium supply membrane of the present invention is hydrophilized, the amount of water permeation can be increased.

[実施例] 以下、本発明を図示の実施例に基いて詳細に説明する。[Examples] Hereinafter, the present invention will be described in detail based on illustrated examples.

第1図は本発明のバイオリアクターの構造の一例を示し
た縦断面図である。筒状容器7の内部には培地供給膜8
およびガス交換膜9を構成する多数の中空糸膜が配設さ
れており、該筒状容器7の両端部において、該筒状容器
7の内面と前記培地供給膜8およびガス交換膜9の外面
が、ポリウレタン樹脂等のポッティング材からなる支持
部材10により気密に支持されるとともに、培地供給膜
8およびガス交換膜9の両端部は、該筒状容器7の両端
側に開口している。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing an example of the structure of the bioreactor of the present invention. Inside the cylindrical container 7, a medium supply film 8 is provided.
And a large number of hollow fiber membranes constituting the gas exchange membrane 9 are provided, and the inner surface of the tubular container 7 and the outer surfaces of the medium supply membrane 8 and the gas exchange membrane 9 are provided at both ends of the tubular container 7. Is airtightly supported by a supporting member 10 made of a potting material such as polyurethane resin, and both ends of the medium supply membrane 8 and the gas exchange membrane 9 are open to both ends of the tubular container 7.

培地供給膜8とガス交換膜9は、筒状容器7内におい
て、中心部にガス交換膜9、その外側に培地供給膜8が
配置され、各々気液が通過し得る多数の透孔12を有す
る隔壁11によって分離されて設けられている。
The medium supply membrane 8 and the gas exchange membrane 9 are arranged in the cylindrical container 7 such that the gas exchange membrane 9 is arranged at the center and the medium supply membrane 8 is arranged on the outer side thereof, and a large number of through holes 12 through which gas and liquid can pass. The partitions 11 are provided so as to be separated from each other.

また、ポート5は、使用済みの栄養培地と細胞産生物を
バイオリアクターから取り出すポートであり、ポート6
は、ガスの供給量及び濃度を制御するセンサーの導入口
である。尚、Oリング19は、外部との気密性保持およ
びガスと培地とを混合させないために設けられている。
Port 5 is a port for taking out the used nutrient medium and cell products from the bioreactor.
Is an inlet of a sensor that controls the supply amount and concentration of gas. The O-ring 19 is provided in order to maintain the airtightness with the outside and to prevent the gas and the medium from being mixed.

以上の構成において、培地Aは培地入口2より培地供給
膜8の中空糸膜内に入り、膜にかかる圧力により、少量
培地供給膜8の外側ににじみ出し、残りの培地は培地出
口3より筒状容器7を出る。一方、空気などのガスB
は、ガス入口1よりガス交換膜9の中空糸膜内に入り、
ガス交換膜9を介し隔壁11の透孔12を通して培地に
ガスを供給し、残余のガス及び交換したガスがガス出口
4より筒状容器7を出る。
In the above configuration, the medium A enters the hollow fiber membrane of the medium supply membrane 8 from the medium inlet 2, and oozes out to the outside of the small amount medium supply membrane 8 due to the pressure applied to the membrane, and the remaining medium from the medium outlet 3 into a cylinder. Exit the container 7. On the other hand, gas B such as air
Enters the hollow fiber membrane of the gas exchange membrane 9 from the gas inlet 1.
Gas is supplied to the culture medium through the through holes 12 of the partition wall 11 through the gas exchange membrane 9, and the residual gas and the exchanged gas exit the tubular container 7 from the gas outlet 4.

本発明のバイオリアクターを構成している培地供給膜8
の基体は、種々の重合体よりなる多孔性中空糸であっ
て、その重合体としては、例えばセルロースアセテー
ト、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、弗素ポリマ
ー、ポリオレフォン(ポリプロピレン、ポリエチレン
等)などが挙げられる。
Medium supply membrane 8 constituting the bioreactor of the present invention
The substrate is a porous hollow fiber made of various polymers, and examples of the polymer include cellulose acetate, polysulfone, polyacrylonitrile, fluoropolymers, polyolefins (polypropylene, polyethylene, etc.) and the like.

培地供給膜8たる多孔性中空糸膜の壁膜には、栄養分及
び細胞の老廃物、代謝生産物などは透過するが、細胞は
透過しない大きさの細胞が多数設けられている。細胞自
体を浮遊させて培養させる場合、細孔の大きさは、細胞
の大きさにより決定されることになるが、一般に、平均
孔径が10μm以下、好ましくは8μm以下が適当であ
る。
The wall membrane of the porous hollow fiber membrane, which is the medium supply membrane 8, is provided with a large number of cells having a size that allows nutrients, cell waste products, metabolic products, etc. to pass through but does not pass through. When the cells themselves are suspended and cultured, the size of the pores is determined by the size of the cells, but generally, the average pore diameter is 10 μm or less, preferably 8 μm or less.

又、培地供給膜8は親水化処理をしたものであるため、
透水量を大きくすることができる。
Further, since the medium supply film 8 is hydrophilized,
The amount of water permeation can be increased.

親水化処理の方法としては、次のものが挙げられる。Examples of the hydrophilic treatment method include the following.

培地供給膜である疎水性多孔性中空糸膜の表面に、カル
ボキシメチルエチルセルロース、グリセリン脂肪酸エス
テル、ヒドロキシプロピルメチルセルロースアセテート
サクシネート、ヒドロキシプロピルメチルセルロースフ
タレーチ、ポリ(2−ヒドロキシエチルメタクリレー
ト)、エチレンオキサイドグラフトナイロン、6/66
/610ナイロンターポリマー、8−タイプ可溶性ナイ
ロン(メトキシナイロン)等の親水化剤をコーティング
する方法が挙げられる。
Carboxymethyl ethyl cellulose, glycerin fatty acid ester, hydroxypropyl methyl cellulose acetate succinate, hydroxypropyl methyl cellulose phthalate, poly (2-hydroxyethyl methacrylate), ethylene oxide graft nylon , 6/66
/ 610 Nylon terpolymer, 8-type soluble nylon (methoxy nylon) and the like.

即ち、培地供給膜8は、水の透過係数(ml/m2・hr・mmH
g)が10以上、好ましくは100以上とすることが好
ましい。一方、上限は特にないが、20,000以下、
好ましくは10,000以下が望まれる。
That is, the medium supply membrane 8 has a water permeability coefficient (ml / m 2 · hr · mmH
It is preferable that g) is 10 or more, preferably 100 or more. On the other hand, there is no particular upper limit, but 20,000 or less,
It is preferably 10,000 or less.

さらに、培地供給膜8としては、栄養分や細胞の老廃物
などの分子量の小さい化合物は透過するが、分子量の大
きい化合物は透過しない膜、例えば限外濾過膜を使用す
ることも可能である。
Further, as the medium supply membrane 8, it is also possible to use a membrane which allows compounds having a small molecular weight such as nutrients and waste products of cells to permeate but does not allow compounds having a large molecular weight to permeate, for example, an ultrafiltration membrane.

本発明のバイオリアクターを構成しているガス交換膜9
としては、種々の重合体よりなるものであればよく、例
えばセルロース、ポリアクリルニトリル、ポリカーボネ
ート、ポリフッ化ビニリデン、ポリメチルメタクリレー
ト、ポリエチレン、ポリプロピレン、シリコーンゴム等
およびそれらの変成素材などが挙げられる。
Gas exchange membrane 9 constituting the bioreactor of the present invention
It may be made of various polymers, and examples thereof include cellulose, polyacrylonitrile, polycarbonate, polyvinylidene fluoride, polymethylmethacrylate, polyethylene, polypropylene, silicone rubber and modified materials thereof.

又、ガス交換膜9は、ガス透過能を有することが必要で
ある。即ち、ガス交換膜9は、ガスの透過係数(ml/m2
・hr・mmHg)が10以上、好ましくは100以上である
ことが有利である。
Further, the gas exchange membrane 9 needs to have gas permeability. That is, the gas exchange membrane 9 has a gas permeability coefficient (ml / m 2
-Hr · mmHg) is advantageously 10 or more, preferably 100 or more.

さらに、ガス交換膜9としては、単位体積当りの膜面積
が小さくできる中空糸膜が好ましい。特に、高い透過能
を有する多孔質膜がよく、その中でもポリオレフィン系
多孔質膜が好ましい。
Further, the gas exchange membrane 9 is preferably a hollow fiber membrane that can reduce the membrane area per unit volume. In particular, a porous membrane having high permeability is preferable, and among them, a polyolefin-based porous membrane is preferable.

なお、第1図においては、説明の便宜のため同心状で、
その中心部にガス交換膜9、その外側に培地供給膜8を
設け、各々隔壁11により分離された構成としたが、ガ
スを十分に培地に供給するためには、筒状容器7内にお
いてガス交換膜9および培地供給膜8が混在した構成の
ものがより好ましい。
Note that, in FIG. 1, for convenience of description, they are concentric,
A gas exchange membrane 9 is provided in the center of the medium, and a culture medium supply membrane 8 is provided outside the gas exchange membrane, and the culture medium supply membrane 8 is separated by a partition wall 11. It is more preferable that the exchange membrane 9 and the medium supply membrane 8 are mixed.

また、細胞を増殖させるためには、細菌による汚染をな
くすことが絶対的に必要であり、ガス交換膜9としてポ
リプロピレン多孔質膜、培地供給膜8としてポリエーテ
ルサルホン限外濾過膜、筒状容器7としてポリカーボネ
ート製の容器、支持部材10としてポリウレタン樹脂な
どを用いることにより、バイオリアクター全体が高温高
圧蒸気滅菌が可能である構成とすることがより好まし
い。
Further, in order to grow cells, it is absolutely necessary to eliminate bacterial contamination, and the gas exchange membrane 9 is a polypropylene porous membrane, the medium supply membrane 8 is a polyethersulfone ultrafiltration membrane, a tubular shape. It is more preferable to use a polycarbonate container as the container 7 and a polyurethane resin or the like as the support member 10 so that the entire bioreactor can be sterilized by high-temperature high-pressure steam.

第2図は本発明のバイオリアクターを用いた細胞培養方
式を示したもので、pHセンサー13及びDO(溶存酸
素)センサー18を備えたバイオリアクター14、培地
タンク15、pHセンサーおよび灌流物の流速を制御する
ポンプ16から成る系を示している。一方、第3図は従
来のバイオリアクターとガス交換器を用いた細胞培養方
式を示したもので、第2図と相違するのはガス交換器1
7がバイオリアクター14内に包含されておらず、外部
に設置されている点である。
FIG. 2 shows a cell culture system using the bioreactor of the present invention. The bioreactor 14 equipped with a pH sensor 13 and a DO (dissolved oxygen) sensor 18, a culture medium tank 15, a pH sensor and a perfusate flow rate. 1 shows a system consisting of a pump 16 for controlling the. On the other hand, FIG. 3 shows a cell culture system using a conventional bioreactor and a gas exchanger. What is different from FIG. 2 is the gas exchanger 1
7 is not contained in the bioreactor 14 but is installed outside.

そこで、以下、本発明を第2図および第3図に基いて行
なった実施結果について、より具体的に説明する。
Therefore, the results of carrying out the present invention with reference to FIGS. 2 and 3 will be described below in more detail.

(実施例) 培地供給膜として、内径300μm、外径400μm、
平均孔径0.3μm、空隙率68%の、グリセリン樹脂
酸エステルにて被覆してなるポリプロピレン多孔質中空
糸膜2,500本、ガス交換膜として、内径300μ
m、外径400μm、平均孔径0.2μm、空隙率65
%のポリプロピレン多孔質中空糸膜2,500本からな
るバイオリアクターを使用した。(有効膜面積はどちら
とも0.5m2である。) バイオリアクター14およびpHセンサー13、DO(溶
存酸素)センサー18、CO2センサー(図示せず)およ
び培地タンク15、ポンプ16をシリコーンチューブに
て接続し、閉鎖回路とした。回路内をプライミングし、
全回路をそのまま、25分間高圧蒸気滅菌を行なった。
(Example) As a medium supply film, an inner diameter of 300 μm, an outer diameter of 400 μm,
2,500 polypropylene porous hollow fiber membranes coated with glycerin resin acid ester having an average pore diameter of 0.3 μm and a porosity of 68%, an inner diameter of 300 μ as a gas exchange membrane
m, outer diameter 400 μm, average pore diameter 0.2 μm, porosity 65
A bioreactor consisting of 2,500% polypropylene porous hollow fiber membranes was used. (Effective membrane area is 0.5 m 2 for both.) Bioreactor 14 and pH sensor 13, DO (dissolved oxygen) sensor 18, CO 2 sensor (not shown) and medium tank 15, pump 16 in silicone tube. Connected to form a closed circuit. Prime the circuit,
All circuits were subjected to high-pressure steam sterilization for 25 minutes without any change.

滅菌終了後回路を37℃の恒温槽内に配置し、基礎培地
として、無血清のイーグル(Eagle′s)MEM-E(Minimum
Essential Medium-Eagle)培地(ペニシリンカリウム
10万単位/L、硫酸カナマイシン100mg/Lを含む)
を80ml/minにて48時間循環した後、10%FBS(Fet
al Bovine Serum)(子牛の血清)を含むMEM-E培地に交
換した。
After sterilization, the circuit was placed in a constant temperature bath at 37 ° C, and serum-free Eagle's MEM-E (Minimum
Essential Medium-Eagle) medium (including 100,000 units of penicillin potassium / L and 100 mg / L of kanamycin sulfate)
Was circulated at 80 ml / min for 48 hours, then 10% FBS (Fet
al Bovine Serum) (calf serum) was replaced with MEM-E medium.

ヒーラ(HeLa)細胞を中空糸膜外側の空間に5×10
セル(cell)/mlを接種(イノキュレート)した。接種
後、4時間は培地を循環させずに、1時間ごとにバイオ
リアクターを90度づつ回転させて、中空糸膜外側の空
間に均一にヒーラ(HeLa)細胞を分散させた。その後、
培地を40ml/min、4時間循環した後、80ml/minに流
量を上げた。同様に細胞増殖用の培地にpHを7.4に保
持するように空気(1000cc/min)、炭酸ガス(50cc/mi
n)をガス交換膜の内側に流入した。
5 × 10 6 HeLa cells in the space outside the hollow fiber membrane
Cells / ml were inoculated. After inoculation, the medium was not circulated for 4 hours, and the bioreactor was rotated by 90 degrees every hour to uniformly disperse HeLa cells in the space outside the hollow fiber membrane. afterwards,
After circulating the medium at 40 ml / min for 4 hours, the flow rate was increased to 80 ml / min. Similarly, air (1000 cc / min) and carbon dioxide (50 cc / mi) were added to the cell growth medium to maintain the pH at 7.4.
n) flowed inside the gas exchange membrane.

2の培地を3日おきに15日間交換し、培地槽内のグ
ルコース濃度、酸素分圧、炭酸ガス分圧を測定した。1
6日目より、2日おきに培地交換を行ない、31日後に
装置を停止した。
The medium of No. 2 was replaced every 3 days for 15 days, and the glucose concentration, oxygen partial pressure, and carbon dioxide partial pressure in the medium tank were measured. 1
From the 6th day, the medium was replaced every 2 days, and the apparatus was stopped after 31 days.

装置停止後、培地供給膜内をPBS(リン酸緩衝液)(-)、
0.25%トリプシンへと順次置換し、各15分37℃
で培養した後、浮遊させて細胞を回収し、細胞数を算定
した。又、同様に培地供給膜内をPBS(-)、2%グルター
ルアルデヒドへと順次置換し、2.5%グルタールアル
ヒデドにて一昼夜固定した後、PBS(-)にて水洗後、1%
オスニウム酸にて染色し、以後凍結乾燥を行ない、金蒸
着後SEM(走査型電子顕微鏡)観察を行なった。
After stopping the device, PBS (phosphate buffer) (-),
Subsequent replacement with 0.25% trypsin, 37 ° C for 15 minutes each
After culturing in, the cells were collected by floating and the number of cells was calculated. Similarly, the inside of the medium supply membrane was sequentially replaced with PBS (-) and 2% glutaraldehyde, fixed with 2.5% glutaraldehyde for one day and then washed with PBS (-), 1%
It was dyed with osninic acid, freeze-dried thereafter, and subjected to SEM (scanning electron microscope) observation after gold deposition.

培地のグルコース濃度は初期値100mg/dlに調整し
た。培養開始後6日間(2回の培地交換)は顕著なグル
コース濃度の減少は認められなかった。
The glucose concentration of the medium was adjusted to an initial value of 100 mg / dl. No remarkable decrease in glucose concentration was observed for 6 days (two medium changes) after the start of culture.

9日目より徐々にグルコース濃度の減少を認め、15日
目では3日間で100mg/dlから20mg/dlに減少した。
以後、16日目から2日おきの測定では、100mg/dl
から30mg/dlへとほぼ一定の減少であった。
A gradual decrease in glucose concentration was observed from the 9th day, and on the 15th day, it decreased from 100 mg / dl to 20 mg / dl in 3 days.
After that, 100 mg / dl was measured every two days from the 16th day.
To 30 mg / dl, the decrease was almost constant.

酸素分圧、炭酸ガス分圧は終始各々約150、20mmHg
とほぼ一定値をとり、pHの変動は7.36から7.40
の間で安定していた。
Oxygen partial pressure and carbon dioxide partial pressure are about 150 and 20 mmHg from beginning to end.
And the pH value varies from 7.36 to 7.40.
Was stable between.

31日間培養の細胞数は6×10セル(cells)/ml
であった。
Number of cells in 31-day culture is 6 × 10 8 cells / ml
Met.

SEMによる観察では、中空糸膜上に付着した細胞は、膜
の内部に入り込んで成長するとともに、外側に向っても
成長していた。膜の内部に入り込んだ細胞には、さほど
立体的な成長は認められなかったが、膜の外部に向って
成長した細胞では、細胞同士が隣接しあい、生体内にお
いて形成している3次元構造に似た成長を示した。
According to SEM observation, the cells attached to the hollow fiber membrane entered the inside of the membrane and grew, and also grew outward. The cells that entered the inside of the membrane did not show much three-dimensional growth, but in the cells that grew toward the outside of the membrane, the cells were adjacent to each other and formed into a three-dimensional structure formed in vivo. It showed similar growth.

(比較例) 実施例に用いた培地供給膜及びガス交換膜と同一のもの
を用いて、それぞれ有効膜面積が0.5m2のバイオリア
クターとガス交換器を第3図のように別々にして使用し
た。
(Comparative Example) A bioreactor and a gas exchanger each having an effective membrane area of 0.5 m 2 were separately prepared as shown in FIG. 3 by using the same medium supply membrane and gas exchange membrane used in the examples. used.

実施例と同様の操作で滅菌、プライミング、細胞培養を
行なった。
Sterilization, priming, and cell culture were performed in the same manner as in the examples.

その結果、グルコース濃度は、実施例と同じように9日
目より徐々に低下したが、15日目からグルコース濃度
は、初期値の100mg/dlから変化しなかった。
As a result, the glucose concentration gradually decreased from day 9 as in the example, but from day 15 the glucose concentration did not change from the initial value of 100 mg / dl.

また、pHの変動は5.83から8.14の間で激しく変
動し、酸素分圧も同様に激しく変動した。
Further, the fluctuation of pH fluctuated drastically between 5.83 and 8.14, and the oxygen partial pressure fluctuated similarly.

15日目からグルコース濃度が変化しなかったのは、細
胞が死滅したためであり、バイオリアクター内の酸素分
圧を測定すると、ほとんど0を示していた。
The glucose concentration did not change from the 15th day because the cells died, and the oxygen partial pressure in the bioreactor was almost 0.

これは、バイオリアクター内の培地中の溶存酸素が、細
胞増殖に伴って消費され、ほとんど酸素がなくなり、細
胞が死滅したものと推定される。
It is presumed that the dissolved oxygen in the medium in the bioreactor was consumed along with the cell growth, the oxygen was almost lost, and the cells were killed.

[発明の効果] 以上詳細に説明したように、本発明のバイオリアクター
によれば、バイオリアクター内に培地供給膜とともにガ
ス交換膜を配設し、且つ培地供給膜として親水化処理さ
れた多孔性中空糸膜を用いたので、O2ガス及びpH調整用
ガスが培地及び細胞に十分に供給され、細胞の生育、増
殖を何ら支障なく行なうことができ、大規模な細胞培養
にも十分対応できる、という利点を有する。
[Effects of the Invention] As described in detail above, according to the bioreactor of the present invention, a gas exchange membrane is arranged together with a medium supply membrane in the bioreactor, and the hydrophilicity-improved porosity is used as the medium supply membrane. Since a hollow fiber membrane is used, O 2 gas and gas for pH adjustment are sufficiently supplied to the medium and cells, cell growth and proliferation can be performed without any trouble, and it is also possible to cope with large-scale cell culture. , Has the advantage.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明のバイオリアクターの構造の一例を示し
た縦断面図、第2図は本発明のバイオリアクターを用い
た細胞培養方式を示す概要図、第3図は従来のバイオリ
アクターとガス交換器を用いた細胞培養方式を示した概
要図である。 7……筒状容器、8……培地供給膜、9……ガス交換
膜、10……支持部材、11……隔壁、12……透孔、
13……pHセンサー、14……バイオリアクター、17
……ガス交換器、18……DOセンサー。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of the structure of the bioreactor of the present invention, FIG. 2 is a schematic view showing a cell culture system using the bioreactor of the present invention, and FIG. 3 is a conventional bioreactor and gas. It is a schematic diagram showing a cell culture system using an exchanger. 7 ... Cylindrical container, 8 ... Medium supply membrane, 9 ... Gas exchange membrane, 10 ... Supporting member, 11 ... Partition wall, 12 ... Through hole,
13 ... pH sensor, 14 ... Bioreactor, 17
...... Gas exchanger, 18 ... DO sensor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】培地供給膜を介して培養液を供給し、該培
地供給膜上及び該培地供給膜の外部空間で細胞を増殖す
るバイオリアクターにおいて、該バイオリアクター内に
前記培地供給膜とともにガス交換用の膜を配設し、且つ
前記培地供給膜は親水化処理した多孔性中空糸膜からな
るものであることを特徴とするバイオリアクター。
1. A bioreactor in which a culture solution is supplied through a medium supply membrane and cells are grown on the medium supply membrane and in an outer space of the medium supply membrane, in the bioreactor together with the medium supply membrane, a gas. A bioreactor in which a replacement membrane is provided, and the medium supply membrane is a hydrophilic hollow fiber membrane.
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