JPH0695932B2 - 植物細胞の回転培養方法とその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、植物細胞を回転可能な筒型培養槽内部の気相
中で培養するための方法とその装置に関する。

従来の技術 植物細胞または植物組織の従来の大量培養は、ジヤーフ
アーメンターなどのタンクを用いた発酵法に準じる液体
培養により行なわれている。液体培養においては攪拌羽
根や空気による液体培地の混合攪拌が不可欠であるが、
攪拌はエネルギを大量に消費するうえ植物細胞を破壊し
たり損傷したりする。空気攪拌の場合は大量の空気が必
要になるためコンタミネーシヨン（汚染）が発生する率
が高くなる。培地の交換や生産物質の取り出しなどの際
には培地と細胞との分離が必要となるが、液体培養では
これが容易ではない。寒天培地を利用した場合は、培地
の供給が寒天と植物細胞の接点だけなので細胞の増殖が
遅く、さらい立体的に配置できないので大量培養に向い
ていないなどの欠点が従来技術に存在していた。

特公昭60-4713号公報には、培養槽内部の気相中に多孔
板を一段又は多段に配置して、植物組織をシードとして
接種し、培養液を多孔板上の植物組織に供給する方法と
その装置が示されている。しかしながらこの気相培養法
では、ノズルから落下する液体培地は植物組織に付着し
た分だけが保持され、残余は多孔板の孔から液体培地収
容部へと落下するようになっている。多孔板には液体培
地が保持されないので、液体培地が均一に供給されてい
ない場合には、細胞の増殖にむらができたり、供給され
ない部分では細胞が死滅してしまうという欠点がある。

特開昭58-134989号公報には、回転式円筒型培養槽を用
いてその内容積の30〜80％を培養液で満たし、槽をゆっ
くり回転させながら多孔中空体から空気を噴出させて酸
素を供給するようにした培養装置が示されている。しか
しながらこの培養方法は前述した液体培養であるから、
大量の空気を供給しなければならず、コンタミネーショ
ンが発生したり、培地と細胞とが分離しにくいなどの問
題点がある。

さらに、植物細胞はかたまりとして大きく成長しすぎる
と増殖のスピードが極端に落ちて増殖することを止めて
しまう性質を持つものが多い。これは各細胞が培地から
養分を直接吸収できなくなったり細胞間が過密になるこ
とに起因している。そのため、長期にわたり大量培養を
実現させるためには、大きく成長した細胞のかたまりを
適時分割して増殖しやすい大きさにしてやる必要があ
る。この分割を繰り返すことによって植物細胞の長期に
わたる安定した培養が可能になるが、従来の技術ではこ
のような分割をする手段を開示されていなかった。

発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、植物細胞に物理的損傷を与えないよう
にしながら、植物細胞を培養槽内で適度に分割し細胞の
増殖を持続させることができる植物細胞の培養方法とそ
の装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、従来技術の液体培養の利点と寒天
培養の利点とを兼ね備えた培養方法及び装置を提供する
ことにある。

問題点を解決するための手段とその作用 本発明の前述した目的は、その第１の態様において、概
ね水平な中心軸線のまわりを回転可能に設置された筒型
培養槽内に植物細胞と液体培地とを収容し、回転させる
植物細胞の回転培養方法において、前記培養槽内に含水
性のあるスポンジ体と植物細胞とをみかけの容積で半分
以上かつ内部で移動できるように充填し、培養槽の底部
に液体培地を収容して、低速で回転させることを特徴と
する植物細胞の回転培養方法によって達成される。

かかる手法に基づき、本発明によれば次のような作用効
果が得られる。

１）気相中で培養するので液体培養のように大量の空気
を必要とせず、コンタミネーシヨンが起きる率が減少す
る。

２）含水性のあるスポンジ体が液体培地を保持し、従来
の寒天培地としての役目を果たす。

３）植物細胞は３次元的にスポンジ体と接触しており、
３次元的に培養液を吸収できるので、細胞の増殖や二次
代謝産物を得るのに有利である。

４）培養槽内部に空間が残されているので、培養槽の回
転に従いスポンジ体と植物細胞が槽内の隙間をわずかず
つ移動して互いに適度にすれあい、細胞の塊がある程度
の大きさになると随時分割される。しかもこの時、細胞
塊のシーズとなる遊離細胞が発生し、この遊離細胞がス
ポンジ体の孔に入り新たな細胞塊の核となるので、長期
にわたる安定した培養が可能になる。従って、培養槽内
全体で従来の液体培養と同程度かそれ以上の密度で細胞
が培養できる。またスポンジ体に保持された遊離細胞か
らも細胞が増殖するので、増殖が早くなり効率的に大量
培養が出来る。なぜならば、植物細胞を効率的に大量培
養するには遊離細胞が非常に重要であり、前述した公知
例の多孔板では遊離細胞が液体培地と共に下方の収容部
へと落下し、その後ポンプやノズルによる物理的損傷を
受けて破壊されるからである。

５）筒型槽の下部にたまった液体培地には絶えずスポン
ジ体が付いたりあがったりしているため、酸素が充分に
溶け込み、溶存酸素が保たれて、回転している間液体培
地に浸漬した細胞も死滅することがない。

６）培養槽は低速で回転するので、液体培地をむらなく
スポンジ体と細胞全体に供給できる。

７）主な動力は円筒槽を回転させるエネルギーだけなの
で、ランニングコストが低い。

８）２種以上の液体培地を使用する場合でも、細胞の分
離と培地の交換が容易にできる。

９）細胞がスポンジ体間またはスポンジ体に付着して増
殖するので、培養が終了した後、スポンジ体と植物細胞
を取り出して絞るだけで目的物が得られる。

本発明は、その第２の態様として、概ね水平な中心軸線
のまわりを回転可能に設置された筒型培養槽内に植物細
胞と液体培地とを収容し、回転させる植物細胞の回転培
養装置において、前記培養槽の入口側端部へスポンジ体
と植物細胞と液体培地とを、それぞれ単独にあるいは相
互に付着又は混合した状態で供給する手段と、植物細胞
と液体培地とが付着したスポンジ体及びそれらの混合体
を前記培養槽の入口側端部から反対側端部へと移送する
手段と、前記培養槽の一方の端部からスポンジ体及び前
記混合体を受け取る手段、とを備えて成る植物細胞の培
養装置を提供する。

かかる装置によれば、筒型培養槽の入口側端部からスポ
ンジ体と植物細胞と液体培地とをそれぞれ単独にあるい
は相互に付着又は混合した状態で供給し、移送手段とし
て例えばらせん状の溝に乗せると、スポンジ体及びそれ
らの混合体は培養槽の回転に従いらせん状の溝に沿って
出口側端部へと前進する。出口側端部では、スポンジ体
間及びスポンジ体内で増殖した細胞（有用物質）がスポ
ンジ体と共に取り出されて得られることになる。かくし
て植物細胞が連続的に培養され取り出されることにな
る。

液体培地の供給は、あらかじめスポンジ体に吸収させる
か、スポンジ体とは別途に供給するか、または液体培地
を循環させる方式のいずれかでもよい。液体培地をオー
バーフローさせて循環させる場合には液体培地を常に一
定のレベルに維持でき、さらにPH調整や、液体培地の交
換などの培地の管理が容易になるなどの利点がある。

出口側端部では同時にシーズとなる細胞を分離にして取
り出し、新しい培地と共に入口側端部へと返却し、さら
に連続的に植物培養を継続することが出来る。

このシーズ返却方式には、 Ａ）培養槽の横に培養槽と同様にらせん状の仕切板をも
った返送路を設け、この返送路を筒型培養槽と同時に回
転させることにより入口側端部へと移送する回転返送方
式、 Ｂ）培養槽を二重にして外側の槽に培養槽の仕切板とは
逆巻きのらせん状の仕切板を設け、回転培養しながらシ
ーズとなる細胞をピツクアツプし入口側端部へと移送す
る二重培養槽返送方式、 Ｃ）入口側端部と出口側端部の両方を閉めて一定期間回
転培養し、終了後に出口側端部を開いて一部の増殖細胞
とスポンジ体を残して大部分を取り出し、さらに入口側
端部から新しいスポンジ体と液体培地を入れて逆方向に
回転させ、細胞とスポンジ体を混ぜ合せて次の培養を実
行する半連続方式、などを採用することが出来る。

本発明の他の特徴及び利点は、添付図面の実施例を参照
した以下の記載により明らかとなろう。

実施例 第１図は、本発明による方法を適用するための回転式培
養槽の基本的な構成を表わしており、概ね水平の中心軸
10、11を有する円筒型の培養槽12が、その一端11に取付
けられたモーター15で回転可能に保持されている。培養
槽の側端13には中心軸10の中に空気出入口16が設けられ
ている。

中心軸10,11は、第２図の断面図で示されるように培養
槽12の内部を貫通せず、培養槽から取り外し可能な側壁
部分13,14（片側だけ取り外し可能でもよい）にそれぞ
れ固定されている。

培養槽12の内部には、多数に分割されたスポンジ体20が
そのみかけの容積で80％程度にまで充填されており、底
部には液体培地30が少したまる程度、すなわち内容積の
20％程度だけ封入され、その大部分はスポンジ体に吸収
されているので、培養槽内部には空間Ｓが存在してい
る。スポンジ体は例えばウレタン、ブチレンなどの高分
子を海綿状に成形したものであり、その他にも含水性の
あるものであれば、綿状のもの等を好適に用いることが
出来る。スポンジ体には着色されていてもよいが、透明
な方が光が透過するので好ましい。各スポンジ体の大き
さは一定である必要はないが、細胞の分割を促進できる
ような大きさであることが好ましい。

第２図に示すように、円筒型培養槽12は基台18上のロー
ラー19に支持されて矢印Ｒ方向に回転し、スポンジ体20
は同時に回転するが、液体培地30はその一部がスポンジ
体20に吸収されて持ち上げられ、残りは底部にとどま
る。

植物細胞の培養をするには、分割されているスポンジ体
20のそれぞれに植物細胞25を付着させ、片方の側壁だけ
を開放した培養槽12内にひとつずつ投入することにより
実行できる。培養槽12内にみかけの容積で80％程度まで
スポンジ体20と植物細胞25を混ぜ合わせて充填した後、
液体培地30を20％程度封入する。培養槽内部には空気取
り入れ口16から酸素が自然換気により導入される。両端
の側壁13、14を閉鎖した後、モーター15を作動させて培
養槽12をその中心軸のまわりに低速で回転させる。これ
により、液体培地30がむらなくスポンジ細胞全体に供給
され、植物の増殖が実行される。

第３図は、本発明による培養装置の好適な実施例を表わ
しており、円筒型の培養槽40がモーター41とローラー42
により水平な中心軸線のまわりに回転可能に設置されて
おり、その内部に入口側端部43から出口側端部44に向っ
て延伸するらせん状の仕切板45が配置されている。仕切
板45の半径方向高さＨは、培養槽40の内径の約10％に作
られている。入口側端部では、液体培地槽50からの液体
培地と、スポンジ体収容槽51内のスポンジ体と、エアポ
ンプ52からHEPAフイルタ53を通過させた清浄空気と、返
送されてきたスポンジ体及び植物細胞とが、投入管54へ
と送られ、送給装置55から水平方向に延伸して前後に摺
動するピストン56で入口側端部43内へと送り込まれるよ
うになっている。

これにより、入口側端部43から供給されたスポンジ体及
び植物細胞は液体培地を吸収した状態で、培養槽40が回
転するにつれてらせん状の仕切板45に沿って出口側端部
へと移動し、細胞の増殖をしながら進行していく。

出口側端部44に達すると、その中央部開口46からシユー
ト47を通って、スポンジ体とスポンジ体間又はスポンジ
体に付着して増殖した細胞が落下して下方の圧縮室58内
に入り、圧縮器59により絞り出されて出口61から目的物
である有用物質が得られることになる。出口62からは使
用後の空気が排出される。中央部開口46の位置でシーズ
細胞の一部は分離されてシーズ細胞返却路60へと送ら
れ、さらに投入管54へと戻されて再培養させられる。か
くしてこの実施例によれば、細胞の連続的な生産及び連
続的な取り出しが可能になり、植物を大量に培養する実
用的な装置が得られることになる。

細胞返却路60は、前述したように培養槽40の横にらせん
状の仕切板をもった円筒型の返送路を設け、この返送路
を培養槽と同時に回転させることにより入口側端部43に
通じる投入管54へと返送する回転返送方式が好ましい。
他の方法として、培養槽40を二重にして外側の返却用槽
に培養槽の仕切板とは逆巻きのらせん状の仕切板を設置
し、入口側端部43へと返送する二重培養槽返送方式を採
用することも出来る。

第３図において培養槽内部に設けられている仕切板45
は、植物細胞と液体培地とが付着したスポンジ体を一端
から他端へと移送する手段の一例であり、円周方向に連
続する部材には限定されず、円周の一部に沿って取付け
られる三日月形のガイド板やすじ状の突起でもよく、ガ
イド板はその傾斜角を変更できるような可変型のタイプ
であってもよい。

さらに他の実施例として、これらの仕切板やガイド板は
培養槽内部に固定せず、培養槽とは別個に駆動し、培養
槽と同期させながら回転させるほか培養槽よりも回転を
早くしたり遅くしたりすることが出来る。例えば、スポ
ンジ体及び植物細胞を早く出口に移送したい場合は培養
槽と同じかそれよりも早く回転させ、その場に止めてお
きたい場合は回転を停止させる。何らか理由により元に
戻したい場合は培養槽と逆方向に回転させることも出来
る。

なお、回転式培養槽は円筒形断面に限定されるものでは
なく、正多角形の断面形状を有する筒型であってもよ
い。

実験例 内容積500CCの円筒型の培養槽の内部に、みかけの容積
で80％のスポンジと、100CCの液体培地を入れ、１回転
／分の低速で回転させながら、たばこ細胞（品種名ブラ
イトイエロー）の培養を実施した。細胞は３次元的に増
殖し、従来の液体培地よりも早く高い密度で増殖した。

発明の効果 以上詳細に説明した如く、本発明によれば前述したよう
な作用効果が得られ、特に植物細胞に物理的損傷を与え
ないようにしながら植物細胞を培養槽内で適度に分割し
細胞の増殖を持続させることができ、液体培養の利点と
寒天培養の利点とを兼ね備えた培養方法とその装置が実
現されることになり、その技術的効果には極めて顕著な
ものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を適用した円筒型の回転式培養槽
を表わす斜視図、第２図は第１図の培養槽の中央部分断
面図、第３図は本発明による回転培養装置の実施例を表
わす概略縦断面図である。 10,11……中心軸、12……培養槽 13,14……端部、15……モーター 20……スポンジ体、25……植物細胞 30……液体培地、40……培養槽 41……モーター、43……入口側端部 44……出口側端部、45……仕切板 50……液体培地槽 51……スポンジ体収容槽 54……投入管、55……送給装置． 58……圧縮室、60……返却路

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】概ね水平な中心軸線のまわりを回転可能に
   設置された筒型培養槽内に植物細胞と液体培地とを収容
   し、回転させる植物細胞の回転培養方法において、 前記培養槽内に含水性のあるスポンジ体と植物細胞とを
   みかけの容積で半分以上かつ内部で移動できるように充
   填し、培養槽の底部に液体培地を収容して、低速で回転
   させることを特徴とする植物細胞の回転培養方法。
2. 【請求項２】前記培養槽の内部に空気を供給する工程を
   含む特許請求の範囲第１項記載の方法。
3. 【請求項３】前記筒型培養槽の出口側端部から前記スポ
   ンジ体と植物細胞とを取り出し、その一部を入口側端部
   へともどして再培養させる工程を含む特許請求の範囲第
   １項記載の方法。
4. 【請求項４】概ね水平な中心軸線のまわりを回転可能に
   設置された筒型培養槽内に植物細胞と液体培地とを収容
   し、回転させる植物細胞の回転培養装置において、 前記培養槽の入口側端部へスポンジ体と植物細胞と液体
   培地とを、それぞれ単独にあるいは相互に付着又は混合
   した状態で供給する手段と、 植物細胞と液体培地とが付着したスポンジ体及びそれら
   の混合体を前記培養槽の入口側端部から反対側端部へと
   移送する手段と、 前記培養槽の一方の端部からスポンジ体及び前記混合体
   を受け取る手段、 とを備えることを特徴とする植物細胞の培養装置。
5. 【請求項５】前記移送手段は前記培養槽内部をその一端
   から他端に向って延伸するらせん状の仕切板である特許
   請求の範囲第４項記載の装置。
6. 【請求項６】前記培養槽の出口側端部から植物細胞が付
   着したスポンジ体を取り出し、その一部を入口側端部へ
   ともどして再培養させる回路を含む特許請求の範囲第４
   項記載の装置。
7. 【請求項７】前記培養槽の出口側端部から液体培地をオ
   ーバーフローさせ、その液体培地をさらに入口側端部へ
   もどして再循環させる手段を含む特許請求の範囲第４項
   記載の装置。