JPS59118080A - 静的細胞培養維持方法および装置 - Google Patents

静的細胞培養維持方法および装置

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JPS59118080A
JPS59118080A JP58231220A JP23122083A JPS59118080A JP S59118080 A JPS59118080 A JP S59118080A JP 58231220 A JP58231220 A JP 58231220A JP 23122083 A JP23122083 A JP 23122083A JP S59118080 A JPS59118080 A JP S59118080A
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cell
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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】 発明の背景 本発明は細胞培養の方法および装置に関するものであり
、特に、静的細胞培養維持システムに関する。
種々の蛋白質、ペゾチV、ホルモン、発育因子およびそ
の他の生物学上活性な物質を生産するために動物細胞の
試験管内培養が広く研究されている。
有意義な生物医学的興味を有する重要な生物分子を分泌
せしめるために非常に多くの動物細胞が細胞培養に利用
されてきた。例えば、下垂体細胞を試験管内で培養して
成長ホルモンを生産した;腎臓細胞を培養してプラスミ
ノーゲン活性化因子を生産した;また、培養された肝蔵
細胞中でA型肝炎抗原を生産した。その他の細胞を特別
に培養して種々のウィルスワクチンや抗体を生産した。
このように、種々の動物細胞の試験管内培養によってイ
ンターフェロン、インシュリン、アンジオジェニック(
angiogenic )因子、フィブロネクチンおよ
びその他の多数の生物分子が生産されている。
興味ある生物分子を試験管内細胞培養で生産するために
は、非常に多様な手法および装置が従来使用されている
。成る比較的簡単なシステムにおいては、ティッシュ(
tissue )フラスコやローラーびん内で適切な栄
養素培地の存在下で細胞が増殖されて集合する。もつと
複雑なシステムは表面支持体として及び栄養素培地を細
胞に供給する手段として毛細中空繊維膜を使用している
。後者のシステムでは、米国特許第3.821.087
号。
第4.220.725号、および第4.184.922
号に記載されているように長い束状構造に配列された中
空繊維の内腔を通して栄養素培地を吸い上げることがで
きる;または、米国特許第3,997.696号に開示
されているように好気状態を維持するため中空繊維膜を
通して酸素を供給することができる。
中空繊維膜細胞培養技術をさらに改善したものは米国特
許第4.087.327号および第4.201.845
号から明らかなように繊維ベラVを横切って比較的短い
流路で栄養素培地を供給するフラットベッド配置である
。フラットベッド配置は中空繊維膜の長(・カート1,
1ッジ即ち束状構造配置によって生ずる望ましくない栄
養勾配を減少させる。
その他の細胞培養システムは例えば米国特許第4.05
9,485号、第4.166.768号。
第4,178.209号および第4,184,916号
に記載されているように特に大規模操作用の攪拌液体懸
濁培養で細胞を増殖させるものである。表面支持体を必
要とする細胞の場合には、支持体手段としてミクロ千ヤ
リャが懸濁培地中に使用されている。このようなミクロ
キャリヤは例えば米国特許第3.717.551号、第
4.036.693号。
第4,189.534号、第4.203.801号。
第4,237.’033号、第4,237,218号。
第4.266,032号、第4,289,854号。
第4.293,654号、および第4.335.215
号に例示されている。
さらに、ミクロキャリヤ培養における動物細胞の産生に
関する従来の培養条件についての背景情報はクラークと
ヒルテンシュタインの最近の論文Ann、NYAcad
、Sci、369.33〜4’5 (1981)が参考
になる。
上記の試験管内細胞培養システムの大部分は、数の多い
細胞の増殖を刺激する手段または極めて少なし・数の非
増殖性細胞の分化作用の検討を強調するものであった。
いくつかの分泌生物分子は高増殖中に産生されることも
あるが、このような輸出生物分子は抑制された分化され
た状態で効率良く産生される。さらに、いくつかの生体
内分泌細胞は非常に低い増殖速度を有している。従って
、極めて多数の細胞を低増畑状態でしかも連続産生物分
泌状態に維持できる試験管内細胞培養システムは大きな
価値を有する。
発明の概要 本発明によれば、 (al細胞培養反応器の室内に配置されそして流体栄養
素培地の通過のための隙間を有する半硬質マトリックス
の中に動物細胞を懸濁し、 (b)該細胞のために新鮮な栄養素培地を反応器の外部
流入口から、実質的に該マトリックスの広が)全体にわ
たって該室内に配置されている少なくとも1個の第一多
孔管の内腔中へ送シぞして該多孔管の壁を通して該栄養
素培地を該マトリックス中へ潅流することによって供給
し、 (C)該マトリックスから使用済栄養素培地と細胞産生
物を、実質的に該マトリックスの広がシ全体にわたって
該室内に配置されている少なくとも1個の第二多孔管の
壁を通して潅流しそして該使用済栄養素培地と細胞産生
物を該反応器の外部流出口を通して送多出すことによっ
て回収し、但し、該第二多孔管は該第−多孔管の孔径よ
シ大きい孔径を有している、 そして (d)該細胞のために酸素添加気体媒質を、実質的に該
マトリックスの広がり全体にわたって該室内気体の入口
および出口用の開口を有している)の壁を通して該マト
リックス中へ潅流することによって供給すること を特徴とするシステムによって、動物細胞は実質的に増
殖を抑制された状態で細胞産生物の連続分泌を伴って試
験管内に維持される。
この細胞維持システムに使用される装置は、ノ1ウジン
グ;流体培地の通過のための隙間を有する半硬質マトリ
ックス中の細胞を収容するための該ハウジング内の室;
該ノ・ウジングの壁に設けられた外部培地流入口および
流出口手段、但し該流入口手段は実質的に該室の広がり
全体にわたって配置されている少なくとも1個の比較的
低多孔度管と流体連絡しておシ、そして該流出口手段は
実質的に該室の広がシ全体にわたって配置されている少
なくとも1個の比較的高多孔度管と流体連絡している;
該ハウジングの壁に設けられた外部気体流入口および流
出口手段、但し該手段は実質的に該室の広がシ全体にわ
たって配置されている選択透過膜と気体連絡している;
からなり、該比較的低多孔度管および高多孔度管は外部
培地流入口および流出口手段に遠い末端部で閉鎖されて
(・ることを特徴とする。
発明の詳細 な説明測置は本発明を形成するものと考えられる要件を
特に指摘して明瞭に記載した特許請求の範囲をもって締
めくくっているが、図面を参考にした下記の好ましい態
様の記載から本発明はよりよく理解されるであろう。
まず、第1図および第2図に示されて℃・る態様を特に
参照しながら説明する。符号10は捕乳動物およびその
他の動物の細胞の静的維持に使用できる細胞培養反応器
を総括的に示している。反応器の外殻は好ましくは透明
ガラスまたは無毒硬質シラスチック材料からつくられる
が、生物適合性のある金属例えはステンレス鋼からつく
ることも可能である。この反応器は側壁11と両端12
および13の開口軒を有する概して円筒の外殻を有する
ことが示されている。円筒側壁はワイヤ(図示されてな
し・)または反応器支持もしくは閉鎖保持を目的とする
その他手段を収容するためにフレア端部14および15
を有していてもよい。この円筒容器の端部は弾性栓16
および17で閉鎖されていることが示されている。栓1
6は液体培地および気体の流入口および流出口として作
用する硬質の供給管および排出管を一端で反f器内へ配
設せしめるために4個の穴を有している。矢印は反応器
稼動時のこれ等流入口および流出口からの好ましいフロ
一方向を表わす。反応器の他端13は永久的に閉じられ
ていてもよいが第1図では装置の停止時間中に反応室1
8へ適宜到達できるように栓付き開口になっている。端
13が永久的に閉じられている場合には、最初に反応室
へマトリックスおよび細胞を充填するための代用開口(
端12以外のところの)を設けることが好ましい。
反応器の稼働中には、端13は当然閉鎖される。
反応器10はその内部室18内に、細胞の保持および液
体栄養素培地の通過のための隙間を有する半硬質マトリ
ックスが収容されるような構造になっている。栄養素培
地を細胞に供給するために基部に近い方の端部で開口し
そして外部流入口21と液体連絡している第一多孔管1
9は、実質的にマトリックス帯域の全長にわたって該帯
域の中心に配置されている。多孔管19は遠い方の端部
20で閉鎖されているがこの閉鎖は管19の側壁と同じ
多孔度を有していてもよい。管19の孔径は栄養素培地
が多孔壁からマトリックス中へ潅流し得るようなもので
なければならない、多孔性afft、多孔性セルロース
、ポルテトラフルオロエチレン、またはポリスルホン中
空毛細膜管、−i:たは約0.2μ〜約5μの比較的小
さな孔径を有するようなその他多孔管は、培地分布の均
一性を向上せしめるために管壁を介しての圧力降下を達
成できるので好ましい。約0.01μ程の小さな孔径も
使用できるが、かかる孔径より大きな粒状物が供給栄養
素培地中に存在する場合に詰まり易いので好ましくない
多孔管19を包囲する同心の第二多孔管22は実質的に
マトリックス帯域の全長にわたって配置されている。管
22は遠い方の端部で閉じていてもよいが、先に述べた
ように装置の停止時間中に反応器端部13かもマトリッ
クス帯域に適宜到達できるように開いている方が好まし
い。管22の外径は反応器外殻の内径よりもやや小さい
ので使用済の培地と細胞産生物を外部流出口24へ送る
ための環状溝21が形成される。管22の孔径は管19
の孔径よシ大きくすべきであり、そして好ましくは反応
器からの使用済培地と生物分子細胞産生物の除去を促進
するために大きな表面積を有する。多孔磁製管または約
10μ〜約150μの比較的大きな孔径を有するような
その他多孔管が好ましい。このよシ大きな孔径および表
面積はこの排出管による圧力降下を小さくする。マトリ
ックスの半硬質構造および栄養素培地の比較的低流量維
持は高多孔度管22を通しての細胞の移行を防止する傾
向がある。
第−および第二多孔管の相対位置を逆にして第二多孔管
22が低多孔度管であυそして第一多孔管19が高多孔
度管であるようにしてもよいと云うことは明らかであろ
う。かかる配置の場合、口24は液体培地流入口となり
、そして口21は液体培地流出口となる。
維持反応器10は一般に水平位置で操作し、そして流出
液出口24が反応器の上面近くに位置することが好まし
い。第1図では、反応器の長さが直径に比゛して長く延
びているので本発明の明瞭な図解のため、図面シートが
縦に綴じられている場合には、反応器は一般に垂直方向
に示されて(・る、酸素添加された気体媒質を細胞に供
給するため、選択透過性チューブ状膜25が実質的にマ
) 17ツクス帯域の全長にわたって配置されている。
膜25は気体透過性であり、そして実質的に液体不透過
性でなければならない:このような性質はシリコーンゴ
ムチューブ、例えはダウ−コーニング5ilastic
■医療級チューブによって達成できる。
内径約1mmおよび外径的2 mmのシリコーンゴムチ
ューブが好ましく使用される。第1図および第2図に示
されている態様においては、一本の長いチューブ状膜2
5が多孔管19にまきつけられている。チューブ状膜2
5はその両端で硬質管26および27に結合しているこ
とが示されておシ、該硬質管はそれぞれに栓16を貫通
する気体流入口および流出口を構成する。
反応器内で多孔管19および22、および管状膜25を
望複しい間隔で支持するために、反応器縁部12の近く
で栓16の内側にシリコーンゴム隔壁28が配置されて
いる。隔壁28は栓16の4個の穴に一致する4個の穴
を設けられている。
隔壁の外周に設けられたノツチ29は環状溝23からの
流出液が外部流出口24を介して回収されることを促進
する。隔壁の周辺のフランジ部分は環状溝の中心側端部
30と多孔管22を受けるようにつくられている。さら
に、隔壁は外部流出液と内部マトリックス帯域の間に液
体シール関係を生ぜしめる。
さらに、多孔管19の支持は、栓16の外部流入口21
から挿入されて管19内に長さ方向に配置すれたステン
レス鋼管31によっても行われる。
反応器内部へ延びる管31の長さは、流入栄養素培地が
管31の遠方端部のまわりに流れて同心多孔管19の内
周全体に達し得るように、管19よリモ短くすべきであ
る。管19のスペーシングは管31に管19を近端部3
2でシールすることによって維持できる。管22の遠方
端部と弾性栓17の間に弾性0−リングシール33を配
置することによって、内部室18.環状溝23および栓
17の間に液体シール関係が付与される。このような液
体シール関係をさらに促進するためにフレア端部15お
よび栓17のまわpKワイヤ(図示されてない)または
その他のかかる保持手段を装備してもよい。
半硬質マトリックスは動物細胞を反応器内部の比較的静
的または固定位置に維持するために反応室内へ充填する
ことが可能であシ且つマトリックス中での液体栄養素培
地の通過を許す間隙を生ずるような微細な無毒性固体材
料であればよい。ガラスまたはシリカビーズ、重合体r
ルろ過ビーズ例工ば5ephaaex■架橋デキストラ
ンおよびBio −Gel■ポリアクリルアミドビーズ
、および細胞培養ミクロキャリヤビーズ例えばDEAE
 −5ephadex。
Cytode連負荷デキストラン、およびBio −C
arr−ier■アクリルアミrビーズは市販の適する
マトリックス材料の例である。先に、本発明の背景の項
で引用した米国特許は本発明での使用に適する周知のそ
の他のミクロキャリヤを記載している。
好ましいミクロキャリヤは直径約60μ〜約400μの
直径を有する概して球形の重合体粒子である。
第1図および第2図に示されている態様によって表わさ
れる本発明の方法においては、栄養素培地は外部流入口
21かも多孔管19内腔中へ供給される。栄養素培地は
所望の新鮮培地貯蔵槽(図示されていない)から適宜汲
み上げることができる。新鮮な培地は比較的低多孔管1
9の多孔壁を通して、ミクロキャリヤまたはその他の微
細なマトリックス形成材料の間に点在した所望の動物細
胞を含有する半硬質マトリックス中へ潅流する。
このような手段によって、全ての栄養素培地は多孔管2
2および流出口24を通って反応室の外へ出る前に細胞
と接触する。これは従来のフロー・スルー中空繊維膜装
置と区別される:従来装置においては、栄養素培地の一
部分だけが膜壁を通して拡散して細胞に達するが、残り
は連続中空繊維内腔を通って装置の他端の流出口へ流れ
てしまう。
細胞とミクロキャリヤは最初に栓17をとって端部13
かも反応器の内部室18中へ装填することができる。本
発明の細胞培養維持反応器内へ導入する前に、別の細胞
増殖システムにおける懸濁培養またはミクロキャリヤ接
着懸濁培養のような従来手段によって細胞を増殖する。
個々の細胞またはミクロキャリヤに接着した細胞を濃縮
し、マトリックス材料と混合し、それから本発明の静的
維持反応器内へ導入する。
細胞の酸素添加または空気添加は選択透過性膜25全通
しで酸素、空気またはその他の酸素添加気体媒質を循環
させることによって達成される。
て潅流し、環状溝23中を移送し、そして外部流出口2
4から回収することによって使用済培地と細胞生物分子
産生物は反応器の外に出る。使用済培地は適宜に流出液
溜め(図示されて℃・ない)K回収され、細胞産生物は
吸着、抽出、イオン交換クロマトグラフィー、免疫親和
性クロマトグラフィー、デルろ過および電気泳動のよう
な従来手段によって使用済培地から単離・精製される。
第6図〜第5図は別の態様の静的細胞培養維持反応器を
示す。第1図およ2び第2図の態様とは区別されるよう
に、この第6図〜第5図の反応器は複数の第一多孔管と
複数の第二多孔管を有する。
従って、この態様は概して先の態様よシも大規模操作に
適する。
第6図〜第5図における符号35は、側壁36゜端壁3
7および着脱可能な円盤状端板38を具備した概して円
筒の外殻を有する静的細胞培養維持反応器を総括的に示
す。この反応器35はその内部室39の内に、細胞の保
持および流体栄養素培地の通過のための隙間を有する半
硬質マド1)ツクスを収容する。細胞に新鮮な栄養素培
地を供給するため、12本の比較的低多孔度管4(l設
ゆられている。使用済培地と細胞産生物を除去するため
、9本の比較的高多孔度管41が設けられて〜・る。こ
れ等管は遠い(端板3BK遠(・)方の端部が閉じてい
る。これ等は実質的に互(・に平行関係をもってマトリ
ックス帯域中に配置されてオ6シ、好ましくは使用済培
地用管は各新鮮培地用管力・ら横に約2G以内の間隔の
処に配置されて(・る。マトリックス容積の大部分が新
鮮培地用管から横に約2071Lの距離内にあるように
十分多数の新鮮培地用管を設けることが好ましい。径約
100〜1000μの中空繊維膜のような中空毛細膜を
多孔管として使用する場合には新鮮培地用管と使用済培
地用管の横間隔がもつと小さし・(2儒未満)方が好ま
い+。多孔管は実質的にマトリックスの長さくまたは、
室長さより太き(・室直径を有する反応器の場合には巾
)全体に広がって配置されていなげればならない。
細胞の酸素添加または空気添加を行うため、長い選択イ
過膜チューブ42が多孔性の新鮮培地管と使用済培地管
のまわりに入りくんでまきつけられている。この管の流
入口と流出口&−iそれぞれ43と44で図示されて℃
・る。平明にするため、図には数回のまきつけが示され
て(・るにすぎな(・。
実際には、反応器の長さ1フイート当シ200直線フイ
ートのシリコーンゴムチューブを使用している。酸素ま
たは空気は約り〜約2 Q 1b / 1nr−ジ(0
〜約1.5 K / cm”)の圧力下でシ1):l−
ンゴムチューブ内を流れ、そしてチューブの壁を通して
周囲のマトリックス帯域中へ拡散する。好ましくは、マ
トリックス帯域中にki酸素供給管力)らの間隔が約2
cmより太き(・地点レマ存在せず、より好ましくは約
1cm未満である。
反応容器35の内部への細胞およびマド1ノツクス材料
の導入は容器の底部近くに位置したマド1ノックス人口
45かも行うことができる。容器の頂上部近くにマトリ
ックスオーlぐ−フローロ467%設けられている。ま
た、この口をま、最初に入口45から導入した材料の沈
降後に追加のマトリックス材料を導入するために使用す
ることも可能である。
反応容器の着脱可能な端板38は、反応容器をそのつば
端部48でとシ囲むスプリットリングブラケット、およ
び周辺から等距離のところに位置するブラケットの穴5
oと端板周辺の穴51を貫通する−揃い締結具(例えば
、図示されているようなナツトとボルト集合物)によっ
て適宜反応容器へ取シ看けられる。例示の態様における
金属ブラケットのシール圧によってガラス反応器壁が破
壊されないようにブラケットと反応容器の間に環状繊維
クッション52を配置することが図示されている。反応
器のっぽ端部48のリップと端板38のくぼみの間に配
置された弾性。−リングシール53は締結具を閉めた時
に端板と反応器内部の間に液体シール関係を付与する。
気泡を除去するために側壁311C任意の口54を設け
てもよい。
第5図は一対の多孔管4oおよび41の細部を拡大して
示したものである。矢印は反応器稼働時のこれ等管およ
びマ) IJソックス域を通る栄養素培地の液体フロー
の好ましい方向を示す。この拡大図において、多孔管4
oおよび41はそれぞれ硬質管55および56によって
支持されていることが示されている。硬質管はステンレ
ス鋼またはその他の硬質材料からつくることができる。
これ等硬質管は端板38の開口から挿入されて多孔管中
に長さ方向に配置される。硬質管の遠方端部のまわシに
新鮮培地および使用済培地がフローできるようにするた
め、反応器内部へ延びた管55および56の長さは管4
oおよび41よシも短い。
高多孔度管41と硬質管56の整合はシリコーンゴムス
ペーサー57によって容易になる。このスペーサーは培
地の通過を可能にするため切込みが入っている。多孔管
を硬質管55および56にシールするためにシリコーン
ゴムシール58および59が使用されている。また、管
4oおよび41の末端にそれぞれシリコーンゴムシール
6oおよび61を配備してそれ等管を閉鎖している。代
9に、これ等封鎖は管40および41と同じ多孔度を有
していてもよい。硬質管55および56を封鎖するため
、および反応器を便利な組立体にするため、それぞれS
wagelok■ユニオン62および63が端板38に
接合されていることが図示されている。
第3図〜第5図の反応容器の操作を説明するため、まず
細胞を別の容器または細胞培養システム例えば米国特許
第4.289.854号および第4,335.215号
に示されている細胞培養容器およびシステムで増殖させ
る。細胞はミクロキャリヤに付着させてもよい(例えば
、FS−4またはAG 1526細胞のようなヒト二倍
体線維芽細胞)、またはミクロキャリヤを使用しなくと
もよい(例えば、SK −HEP −1ヒト肝臓細胞ま
たはバイブIJ s−マ細胞)。それから、これ等細胞
を高濃度(例えば、パンク細胞10〜2 D D ml
l /Aりでマトリックス材料(例えば5ephade
x () −10。
G−25またはG−50ビーズ)と混合する。それから
、細胞−マトリックスのスラリを人口45から反応容器
35中へ汲み入れて反応器の内部室39を完全に充填す
る。過剰の流体を低多孔度潅流管40から注ぎ、そして
捨ててもよい。反応器内部を満たすに十分な細胞−マト
リックスのスラリーが得られなかった場合には、追加の
マ) IJラックスラリを上部入口46から反応容器内
へ注入してもよい。マトリックスの充填および沈降後に
、再び追加マトリックスを入口46から注入して反応器
を完全に充填する。
維持反応器の正常稼働を開示する前に、好ましくは入口
45を細胞−マトリックス供給源から断絶しそして高多
孔度管41かも低多孔度管40への新鮮培地の逆流を起
して高多孔度管のすぐ近くから非付着細胞を除去する。
維持反応容器の稼動中に、新鮮培地貯蔵槽(図示されて
いない)から直接またはマニホルVを介して新鮮培地を
低多孔度管40中へ汲み入れる。この新鮮培地フローに
よって生ずる低多孔度管曲後の圧力降下は反応器全体の
潅流の均一性を推進する。流出産生物は細胞−マトリッ
クスから高多孔度管41中へそして産生物/流出液貯蔵
槽(図示されていない)へと流れる。反応器稼働中の培
地の汲入れは反応器内に維持されている具体的細胞の生
存に必要な栄養素を供給するに十分な且つ細胞産生物を
除去するに十分な流量で連続的に又は間欠的に行われる
細胞は使用済培地から連続して産生物を収穫することに
よって長時間このシステム中に維持できる。長さ15.
24cx、直径15.24に771の円筒反応容器にお
いては、従来の懸濁培養の細胞100〜400ノを維持
できる。長さ81.28cIrL、直径15.24CT
Lの円筒反応容器にお(・ては、従来の懸濁培養の細胞
500〜20001を維持できる。
反応容器の水平配列は潅流パラメーターを変動させずに
長さを長くすることを可能にするが、他のシステム配置
も利用できる。例えばシリンダーは非常に大きな直径と
比較的短い長さくまたは巾)であってもよいが垂直に立
てて使用する。培地潅流の不均一性を防止するように潅
流管の静水圧効果を最小にすることが好ましい。
本発明の装置はさらに補助的特徴例えば、PHおよび溶
解酸素検出電極、サンプリング口、直列エアフィルター
等の細胞培養システム的特徴を備えていてもよい。
次に詳細な実施例によって上記静的細胞培養維持システ
ムの使用をさらに説明するが、本発明が特定の実施例に
制限されるものではないことは理解できるであろう。
実施例1 第1図および第2図に示されているようなミクロ−静的
維持反応器(M −SMR)を組み立てた。
この反応器はおおよそ長さ165.1 mmで外径25
.4 mmのPyrex@円筒外殻からなシ、その内に
単一の高多孔度管と低多孔度管を有していた。高多孔度
管はおおよそ長さ127 mmで外径17.5mm、肉
厚3.18 mmであった。この管は公称孔径20μを
有していた(カイナー多孔プラスチック管;入手先:ポ
ルテックス・チクノロシーズ社ガラスロック部門メジカ
ルサービス、7エアパーン、GA 30213 )。こ
の高多孔度管の内に、外径0.555C7rLで肉厚0
.0794cmの低多孔度管を収容させた。この微孔質
の磁器製管は公称0.8μの孔を有しており、セラス社
フロトロニクス部門()l、ンチンゲバレー、PA19
0.06)からカタログ番号105779−04をもっ
て購入した。この内側の多孔管に医療縁のシリコーンゴ
ムチューブ(内径1mm、外径2 mm )約60.9
6cmを巻きつげた。このイムチューブはバッター拳プ
ロダクツ社(ビーバートン、MT 48612 )から
カタログ番号518−145をもって購入した。内側多
孔管と外側多孔管の間のこの反応器の稼働容積は約10
 mAであった。
この実験に使用した細胞はモンサント社のRKimes
とJ、 01andsrによって開発された1−152
F9で表わされるアンコラ−ジ−インディペンデント 
ハイプリドーマ細胞系であった。このマウス−マウス 
ハイプリV−マはヒト肝癌細胞系(SK −HEP −
1)に関係した抗原に対してIg()単クローン抗体を
産生ずる。例示のSK −HgP −1細胞系に関する
背景情報は米国特許第4.209.587が参考になる
。このハイプリp−マ培養株を従来のスピナー500 
+nA?中で細胞数106/ mlに増殖し、そして2
0 Orpmの低速遠心分離によってマトリックス材料
中に回収した。このマトリックス材料は5ephade
x■C)−50クロマトグラフイービーズからなり、燐
酸塩緩衝食塩水(PBS )中でオートクレーブ滅菌し
、そしてこの実施例で潅流用に使用する栄養素培地によ
って洗浄したものであった。6%ウシ胎児血清を付加し
たDulbecco改良MEM培地4.5g/IIcゲ
ルコール)を抗生物質無しで使用した。上澄を吸引した
後の遠心ボトルの円錐部には細胞とクロマトグラフィー
ビーズのペレットが残った。それから、細胞とビーズの
稠密スラリをピペットでM −SMR装置へ移し、ビー
ズを含有しない流出液を除去した。この細胞含有流出液
はビーズスラリをさらに洗浄するために使用したもので
ある。高多孔度管の孔径はノ・イプリV−マ細胞の平均
サイズよシも大きいので、これ等細胞の一部が接種手続
中に高多孔度管の壁から流出液中に移行した。しかしな
がら、反応器を密封して栄養素培地の潅流を開始してか
らは、ノ・イブリドーマ細胞は比較的殆んど失われなか
った。
細胞接種物の正確な値の測定は遠心分離中の及び高多孔
度管からのロス故に不可能であるが、反応器の稼働容積
10mA!中には2 X 10”’〜5 x 1 []
’細胞数が保有されているものと推定される。これ等細
胞の生活力は色素排除テストによって約80%であると
推定された。培地を約2 m1ls / hrの速度で
反応器中を潅流させ、そして気体混合物を1〜2 ml
s / minの速度でシリコーンゴム中に流した。こ
の気体混合物は二酸化炭素、酸素および空気からなり、
その流入気体の平均濃度は二酸化炭素67±i 2mm
Hgおよび酸素610±46mmHgであった。これ等
濃度はIL血液−ガス分析機(インスツルメンテーショ
ン・ラボラトリーズ製)で測定した。この反応器を2週
間運転する間に、1〜6日毎にPHおよび溶解された気
体濃度を測定し、さらに抗体レベルを測定した。運転中
の平均PH値は7.13±0.11であシ、溶解CO2
は58.7±14 mmHgであシ、そして酸素レベル
は116±13 mmHgであった。これ等結果は培養
パラメーターが全生長期間を通して望丘しい操作範囲に
維持されたことは示している(望ましい…は約6.9〜
Z6;望ましい酸素は約20 mmHg〜160 mm
Hg ;そして、望ましL−’Co2は約65mmHg
 〜I D OmmHg )。
さらに、反応器から取シ出されたサンプルを2種のEL
ISA検定法(酵素結合免疫吸着剤検定法)によって単
クローン抗体の存在についてテストした。第一の検定法
はマウス免疫グロブリンの存在を検出するものであり、
次のように行う:非標識ヤギ抗マウス免疫グロブリンを
ミクロタイタープレートに一晩4℃で結合させた。この
プレートラ洗浄してからウシ血清アルブミンの1%溶液
中に遮断して非特異結合を減少させた。さらに洗浄して
から、サンプルを添加して2時間室温で保温した。洗浄
後、標識ヤギ抗マウス免疫グロデリン(アルカリ性ホス
ファターゼで標識)を添加してさらに2時間保温した。
後者の材料を洗い落としてから、p−ニトロフェニルホ
スフェートを基質として添加しそして60分間室温で保
温した。着色反応物の光学濃度をミクロタイター光学リ
ーダーで410 nmで読み取る。第二の検定法はこの
ノ・イデリr−マの調製のためにマウスが免疫性を与え
られたヒト肝癌抗原の特異な認識を含む。この場合、肝
癌抗原をミクロタイタープレートに一晩4℃で結合させ
てから後の工程は全て上記と同じに行う。どちらの検定
法によっても、反応器からの流出培地中にはかなシの量
の単クローン性抗体が検出された。この量はノ・イブリ
ドーマ細胞の従来ノ培養からコンディショニングされた
培地中に見い出される量と同等またはそれ以上であるこ
とを示していた。これ等結果は、M −SMRシステム
における高濃度に維持された細胞による特殊な単クロー
ン抗体の長期持続産生を表わしている。運転の最後に、
約2 X 10”の活性細胞が回収された。
実施例2 第6図から第5図に示されているような約21の稼働容
積を有する大規模静的持続反応器(S+VR)を用いて
アンコラ−ジ−ディペンデント細胞系を約2ケ月間維持
した。この反応器外殻は長さ15.24crIL、直径
15.24cIrLの円筒Pytexガラスパイプエン
Vキャツ7°(コーニングナ72−6400)から構成
された。高多孔度管と低多孔度管は実施例1で用いたも
のと同じ材料および直径を有しておシ、その低多孔度管
12本と高多孔度管9本のアレイから構成された。これ
等多孔管に実施例1で用いたものと同じようなシリコー
ンゴムチューブ33.528m〜56.576 mをラ
ンダムに巻きつげた。操作中に約10 m/sのガス/
分の流量を確保するためにこのシリコーンゴムチューブ
を介する約0.15 kFi / crrL2の圧力降
下を用いた。
この実施例に使用したAG 1523ヒト包皮線維芽細
胞系はインスチチュート・フォー・メジカル・リサーチ
(カムデン、NJ州)からパッセージ6で得た。これ等
細胞を米国特許第4,273,871号に記載されてい
る手順に従ってTフラスコおよびローラーびん内で成長
させた。もつと多くの数の細胞が米国特許第4.335
,215号記載の41ミクロキャリヤ反応システム中で
産生された。細胞濃度がZO±0.6X106細胞数/
 mlになった後で、ミクロキャリヤ(ポリアクリルア
ミ)FBio−Carriers■;入手先:2′オラ
−・ラボラトリーズ、リツチモンr、cA州)に接着し
たままの細胞を追加のBio −Carriersと混
合して全体の沈降体積を約i s o o mlにした
。この濃厚スラリをポンプで静的維持反応器の底部へ汲
み入れながら、反応器の上部から空気を抜いた。反応器
を完全に満たすために5ephadex G −50ク
ロマトグラフイービーズかもなる追加のマトリックス材
料を使用した。充填操作中に、過剰の液体を低多孔度管
から培地供給マニホルr中へ流し、そして廃棄容器へ排
出させた。約2.8 x 101O(IMの細胞を含有
するマトリックス材料で反応室内全体を固形′充填した
後、上部に圧力オーパーンロー容器を取シ付げ、そして
5ephadex G −5Q−rトリックススラリで
一部充填した。この容器を0.4 kg/ crfL2
の逆止め弁で密閉して反応器の過圧化を防止した。それ
から、培地フローを反応器内中で高多孔度管から低多孔
度管へと、そしてIN()OLD pH電極含有外部マ
ニホールrから外の流出液収容器内へと確立した。最初
に、約41の新鮮培地を2時間かけて汲み上げてマトリ
ックスと細胞の全体に新鮮培地を含浸させた。6%ウシ
胎児血清を付加したゲルコース11当D 4.59のD
ulbecco改質MEM培地を抗生物質無しで使用し
た。62日間の運転期間中、液体培地の流量上5〜6m
1s / minを用いた。
2日毎のサンプリングで測定した平均液体流量は2.1
8±0.38 mA?s / minであった。気体中
の酸素および二酸化炭素の濃度を反応器への流入前と、
35.528〜36.576mのシリコーンゴム管通過
後に測定した。SMR運転期間中、反応器を介した圧力
降下を約0.15 kg/ cyrt2にしながら気体
流量を約10 ml/ minに維持した。気体サンプ
ルをIL血液−ガス分析機で読み取ったところ、運転期
間中連続して酸素の消耗とCO2増加を示した。
気体流量10 mll / minおよび培地流量約2
”’/minから測定した反応系の酸素消費は平均して
酸素2.1±0.8 X 10−5モル/分であった。
二酸化炭素に対する同様の計算は、反応系を介してPH
の変動を伴う重炭酸塩緩衝液からのco2発生故に、不
可能であった。しかしながら、CO2濃度は流入気体に
おける約45 mmHgから反応器通過後の60〜70
 mmHgまでの範囲にあった。流入気体のレベルはお
およそ40〜45 mmHgの二酸化炭素および250
〜300 mmHgの酸素であった。最初の血清含有培
地187を反応器中に約6.5日間かけて潅流させてか
ら、0.5〜/mlウシ血清アルブミン、O15μj!
 / mlJインシュリンおよび0.5μ& / ml
ヒトのトランスフェリン、および5nl/ m1IJル
イン酸を付加した無血清培地を使用した。この無血清培
地を24日間潅流し;最後の62日間には、6%ウシ胎
児血清付加培地を使用した。2ケ月間を通して、酸素消
耗および002発生、並びにPHレベルは実質的に一定
に保たれた。
2ケ月の運転中に、サンプルを取シ出してアンジオジエ
ネシス因子およびプラスミノ−rン活性化因子を検定し
た。アンジオゾエネシス因子の検定はJ、 V、 01
ander 、 J、 C,Marasa 、 R,C
,Kimes。
G、 M、 JohnstonおよびJ、 Feder
の論文[−培養されたヒト腫瘍細胞由来の発育因子によ
るウシ内皮細胞の数タイプの刺激を測定する検定法(A
n AssayMeasuring the Stim
ulation of 5everal Typeso
f Bovine Endothelial Ce1l
s by Growth FactorsDerive
d from Cu1tured Human Tum
or Ce1ls ) J、InVitro 18 、
99〜107 (1982)に記載されているように内
皮細胞成長の刺激によって行った。運転中ずつと、かな
りのレベルの内皮細胞成長刺激活性度が観察され、血清
付加培地の再導入後に最高値を生じた。維持期間中に対
照培地(細胞にさらされなかった新鮮な増殖培地)に比
較して内皮細胞数が2倍〜5倍に増加した。
プラスミノ−rン活性化因子(PA )の活性度はAr
5trup (Arch、 Biochem、 Bio
phys、 40 +664〜351(1952)]の
フフィブリンプレート法、およびその変形方法(例えば
米国特許第3.778.352号に記載されている)に
よって測定できる。この一般的方法において、サンプル
中のプラスミノーデン活性化因子はケゞル中の既知量の
クロケラト化フイプリノーデンのフイプリン溶解によっ
て生ずるデルプレートまたは皿の透明な放射拡散域の直
径を測定することによって求められる。このような透明
化域検定法を用いて上記実験のサンプル中のデラスミノ
ーケゞン活性化因子を次のように検出した:シープラー
クアがロースをフイプリノーケゞン、トロンビンおよび
プラスミノーゲンと混合し、それから大きなペトリ皿に
注いで一晩ケル化させた。トロンビンとフイブリノーゲ
ンの間の反応によってアがロースケゞル中にフィブリン
マトリックスが生じた。このゲルに、静的維持反応器運
転によってコンディショニングされた培地のサンプル5
μlで、並びに種々の既知濃度のウロキナーゼ標準溶液
で、斑点をつけた。
このデルを一晩67°Cで保温した。サンプ0ル中のプ
ラスミノーゲン活性化因子が存在すると、それはデル中
に含有されたプラスミノーゲンからのプラスミンの産生
を触媒する。そしてプラスミンはフィブリンマトリック
スを溶解してサンプル斑点のまわシに円形の透明域を形
成する。保温後、デルを70%エタノール、10%酢酸
、20%水の溶液中で0.1%アミノプラックによって
室温で2時間染色し、それから同一溶剤中で1日間脱色
した。サンプル斑点のまわシの透明円形ゾーンの直径と
既知濃度のウロキナーゼのまわシの同様のゾーンを比較
した。24日間の血清無し潅流の間はプラスミノーゲン
活性化因子のかなシのレベルの活性度が観察されたが、
ウシ胎児血清が存在する期間に検出されたレベルは概し
て低かった。ウシ胎児血清はPA活性度に対する抑制剤
を含有しているので、その分だけ低い応答を示す原因と
なる。
プラスミノ−rン活性化因子の活性度はさらに、Fed
er等によってBiochem、Biophys、 R
es、 Commun。
83(3)、1164〜1170(1978)に記載さ
れているような改良フィブリン皿検定法において125
■−フィブリンの放出を測定することによって確認した
成長のウシ胎児血清含有部分と反応器運転の無血清部分
の両方からコンディショニングされた培地をAm i 
c o n中空繊維システムで濃縮して分子量10.0
00以上の材料を保留せしめた。これ等濃縮物はさらに
種々のその他の活性度を検定できる。
こうして、これ等濃縮物はDvorak等によってψJ
、Immuna1.122(1) 、 166〜173
 (1979)に記載された方法に従って血管透過性因
子に対して正の活性度を有することが判明した。
本発明の方法および装置によって全てのタイプの動物細
胞、例えば、哺乳動物、両生類およびニワトリの細胞を
維持できると云うことが解るはずである。上記実施例で
示した細胞の他に、その他の細胞が使用できる:例えば
、ノ・イブリーーマ、正常および腫瘍細胞の一次培養株
、形質転換および非形質転換動物細胞系、例えばヒト肺
線維芽(WI −、”) 8 )細胞、池すル腎(’ 
MK −2’)細胞、頚部癌(HeLa )細胞、ノ・
ムスター乳児腎(BHK−21)細胞、シミアンウィル
ス40形質転換6T6マウス胚線維芽(SV 3 T 
3 )細胞、ニワトリ胚線維芽細胞等である。また、本
発明の装置および方法は従来の細胞栄養素培地例えばE
agle基礎培地、Dulbecco改良MEM (最
小必須培地)、培地199、RPMI 1640培地等
と一緒に使用できる。
本願の開示を読んだ後では、当業者であれば本発明の思
想および範囲から逸脱せずに本発明の別の態様および実
施例が明らかになるであろう。そしてそのような別の態
様および実施例が本発明の請求の範囲に包含されると云
うことは理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の静的細胞培養反応器の一態様の正面図
を部分断面図として表わしたものである。 第2図は第1図の2−2線に沿って切断した断面図であ
る。 第6図は本発明の静的細胞培養反応器の別の態様の正面
図を部分断面図として表わしたものである。 第4図は第6図に示されている態様の側面図である。 第5図は第3図の培養反応器の一部分である一対の流入
および排W、多孔管の細部を示す拡大正面図を部分断面
図として表わしたものである。 反応器・・・10,35、反応室・・・18,39、第
−低多孔度管・・・19.40、第二高多孔度管・・・
22.41、支持管・・・31,55,56、選択透過
膜チューブ・・・25.42 代理人 浅 村  皓 鷲予別 49 席+旧 1 手続補正書(睦) 昭和59年 1 月θθ日 特許庁長官殿。 ■、小事件表示 昭和58 年持ごrにヅ1第231220  弓2、発
明の名称 静的細胞培養維持方法および装置 3、補正をする者 事1牛との関係 !l!R′[出願人 4、代理人 5、補i[E命令の日付 昭和  年  月  日 8、補正の内容  別紙のとおり 明細書の浄書(内容に変更なしン −柘

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1) (a)細胞培養反応器の室内に配置されそして
    流体栄養素培地の通過のための隙間を有する半硬質マト
    リックスの中に動物細胞を懸濁し、 (b)該細胞のために新鮮な栄養素培地を反応器の外部
    流入口から、実質的に該マトリックスの広がり全体にわ
    たって該室内に配置されている少なくとも1個の第一多
    孔管の内腔中へ送シそして核多孔管の壁を通して該栄養
    素培地を該マ) IJソクス中へ潅流することによって
    供給シ、 (C)該マトリックスから使用済栄養素培地と細胞産生
    物を、実質的に該マトリックスの広がシ全体にわたって
    該室内に配置されている少なくとも1個の第二多孔管の
    壁を通して潅流しそして該使用済栄養素培地と細胞産生
    物を該反応器の外部流出口を通して送シ出すことによっ
    て回収し、但し、該第二多孔管は該第−多孔管の孔径よ
    シ大きい孔径を有している、 および (d)該細胞のために酸素添加気体媒質を、実質的に該
    マトリックスの広がp全体にわたって該室内に配置され
    ている少なくとも1個の選択透過性チューブ状膜(その
    内腔の両端に該反応器外から外への該気体の入口および
    出口用の開口を有している)の壁を通して該マトリック
    ス中へ潅流することによって供給すること を特徴とする、細胞産生物の連続分泌を伴う実質的に増
    殖を抑制された状態に試験管内の動物細胞を維持する方
    法。 (2)該第二多孔管が該第−多孔管と同心である、特許
    請求の範囲第1項の方法。 (3)複数の第一多孔管と複数の第二多孔管が実質的に
    平行関係をもって該マトリックス中に配置されている、
    特許請求の範囲箱1項の方法。 (4)第一多孔管の孔径が0.2μ〜5μでり、6、そ
    して第二多孔管の孔径が10μ〜150μである、特許
    請求の範囲第1項の方法。 (5)第一多孔管の孔径が0.2μ〜5μであシ、そし
    て第二多孔管の孔径が10μ〜150μである、特許請
    求の範囲第6項の方法。 (6)半硬質マトリックスが粒径60μ〜400μを有
    する概して球形の重合体ミクロキャリヤの充填容積から
    なる、特許請求の範囲第1項の方法。 (力 動物細胞が哺乳動物の)・イデリシーマ細胞であ
    シ、そして細胞産生物が該細胞によって産生された単ク
    ローン性抗体である、特許請求の範囲第1項の方法。 (8)動物細胞が哺乳動物の線維芽細胞であシ、そして
    細胞産生物がアンジオジェニックまたはプラスミノーゲ
    ン活性化因子活性を有する、特許請求の範囲第1項の方
    法。 (9)ハウジング;流体培地の通過のための隙間を有す
    る半硬質マトリックス中の細胞を収容するための該ハウ
    ジング内の室;該ハウジングの壁に設けられた外部培地
    流入口および流出口手段、但し該流入口手段は実質的に
    該室の広がシ全体にわたって配置されている少なくとも
    1個の比較的低多孔度管と流体連絡しておシ、そして該
    流出口手段は実質的に該室の広がり全体にわたって配置
    されている少なくとも1個の比較的高多孔度管と流体連
    絡している;該ハウジングの壁に設けられた外部気体流
    入口および流出口手段、但し該手段は実質的に該室の広
    が9全体にわたって配置されている選択透過膜と気体連
    絡している;からなシ、該比較的低多孔度管および高多
    孔度管は外部培地流入口および流出口手段に遠い末端部
    で閉鎖されていることを特徴とする、細胞並生物の連続
    分泌を伴う実質的に増殖を抑制された状態に試験管内の
    動物細胞を維持する装置。 00)該比較的高多孔度管が該比較的低多孔度管と同心
    である、特許請求の範囲第9項の装置。 (1υ 複数の比較的高多孔度管と複数の比較的低多孔
    度管が実質的に平行関係をもって該マl−IJラックス
    中配置されている、特許請求の範囲第9項の装置。 (12)比較的高多孔度管の孔径が10μ〜150μで
    あり、そして比較的低多孔度管の孔径が0.2μ〜5μ
    である、特許請求の範囲第9項の装置。 α3)比較的高多孔度管の孔径が10μ〜150μであ
    り、そして比較的低多孔度管の孔径が0.2μ〜5μで
    ある、特許請求の範囲第11項の装置。
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