JPS61282072A - 細胞培養基支持体、細胞培養装置および細胞培養方法 - Google Patents

細胞培養基支持体、細胞培養装置および細胞培養方法

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JPS61282072A
JPS61282072A JP60123884A JP12388485A JPS61282072A JP S61282072 A JPS61282072 A JP S61282072A JP 60123884 A JP60123884 A JP 60123884A JP 12388485 A JP12388485 A JP 12388485A JP S61282072 A JPS61282072 A JP S61282072A
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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】 「技術分野」 大発明は、バイオインダストリー分野で発達しつつある
動植物細胞や細菌などの有用細胞種の大量培養のための
培養基支持体として、ハイドロキシ・カルシウム拳アパ
タイトと多糖体との複合体を利用する技術に関する。
「従来技術およびその問題点」 従来、各種細胞の培養基としては、寒天培地がその大半
を占めていた。寒天培地は、寒天ゲルの持つミセル構造
、形態保持能、無毒性、そして豊富な水酸基による蛋白
質、糖質、塩類、必須アミノ酸類など培養に必要な成分
の吸着部など、理想的な培地の支持構造体となっている
しかしながら、寒天培地による細胞培養は、主としてそ
の表面部分で行なわれ、いわば二次元培養基であるため
、試験培養には適しているが、大量生産を必要とする生
産培養には適していなかった。すなわち、通常の細胞種
は、その本性としてコンタクト・インヒビッションなる
現象を有し、培地の面が増殖細胞でカバーされつくした
とき、分裂増殖を止める。そのため、二次元培養基によ
る細胞生産量は、その面積に支配されてしまい、大量生
産には限度がある。
このため、大量生産を目的とするバイオインダストリー
の分野では、三次元構造を有する培養基支持体に細胞を
吸着保持させ、培養液を流通させて培養させることによ
り、空間利用効率を高めるようにした、いわゆるバイオ
リアクターが開発され、利用され始めている。このよう
な三次元構造を有する培養基支持体としては、細胞を安
定して吸着保持できること、細胞の吸着保持面積が大き
いこと、培養した細胞の分離φ取得が容易であることが
必要とされる。
「発明の目的」 本発明の目的は、培養空間を二次元から三次元に拡大し
、細胞を安定して吸着保持でき、細胞の吸着保持面積が
大きく、培養した細胞の分離・取得が容易であり、しか
も培養細胞の分裂、増殖を促進することができるように
した細胞培養基支持体、細胞培養装置および細胞培養方
法を提供することにある。
「発明の構成」 本発明による細胞培養基支持体は、グルコマンナンゲル
の分子架橋により相互に連通して構成された多孔構造体
中に、全体の乾燥重量100重量%に対して10〜90
重量%のハイドロキシ・カルシウム会アパタイトの微粉
末が分散されてなることを特徴とする。
また、本発明による細胞培養装置は、上記の細胞培養基
支持体と、この細胞培養基支持体中に培養液を流通させ
る機構とを備えていることを特徴とする。
さらに、本発明による細胞培養方法は、上記の細胞培養
基支持体に細胞を吸着保持させ、この細胞培養基支持体
中に培養液を流通させつつ前記細胞の分裂増殖を行なう
ことを特徴とする。
このように、本発明は、細胞培養基支持体として、グル
コマンナンゲルと、ハイドロキシ・カルシウム・アパタ
イトとの複合体を利用することに着眼してなされたもの
である。
グルコマンナンゲルは、こんにヤ〈芋から得られる多糖
類の一種で、これにアルカリ水を添加して混練するとゲ
ル状になる。アルカリとしては、水酸化カルシウム、水
酸化ナトリウム、アンモニアなどが使用できる0本発明
では、グルコマンナンにあらかじめハイドロキシ・カル
シウム・アパタイト微粉末を混合した後、アルカリ水を
添加してゲル化してもよく、あるいはグルコマンナンに
水を加えて糊状とし、これにハイドロキシ・カルシウム
・アパタイト微粉末を添加混合した後、アルカリを添加
してゲル状としてもよい、得られたグルコマンナンゲル
は、水等に浸漬して脱アルカリを行なう、そして、この
グルコマンナンゲルを凍結乾燥すると、不可逆的に水に
膨潤はするが、不溶性の多孔体構造の支持体としての機
能を有するようになる。この場合、グルコマンナンゲル
は、内部に多数のミクロボアーを有し、これらのミクロ
ボアーがトンネルを介して連通し、三次元網目構造をな
している。一方、ハイドロキシ・カルシウム・アパタイ
トの微粉末は、グルコマンナンゲルの組織で囲まれた部
分(スケルトン)にも分布するが、含有量の増大と共に
ミクロボアーの内面にその表面を部分的に直接露出させ
た状態のものが多くなる。このように、ハイドロキシ・
カルシウム・アパタイトの微粉末がミクロボアーの内面
に露出すると、細胞に対してより好ましい吸着点゛とな
る。
そこで、細胞含有液を上記培養基支持体中に流通させる
と、細胞含有液は、グルコマンナンゲル中のミクロボア
ーおよびトンネルを通って内部に浸透し、ミクロボアー
内面に露出したハイドロキシ・カルシウム・アパタイト
に吸着される。この状態で、培養液を培養基支持体中に
流通させると、細胞は培養基支持体中に吸着保持された
状態で分裂、増殖する。このようにして、三次元的な空
間における細胞培養が行なわれ、生産効率を高めること
ができる。なお、増殖した細胞は、遠心分離などの手段
によって容易に分離取得することができる。
本発明の培養基支持体は、グルコマンナンゲルと、ハイ
ドロキシeカルシウムーアパタイトとの複合体からなる
のであるが、ハイドロキシ轡カルシウム争アパタイトは
、哺乳動物の骨成分であって、生体親和性の極めて高い
活性生体材料であるため、特に付着性細胞種に関しては
、優れた吸着能を有し、グルコマンナンゲルのミクロボ
アー表面への細胞滞留性を良好とする。また、ハイドロ
キシ舎カルシウム・アパタイト分子中のCサイトやP・
サイトなどによる活性化作用により、細胞増殖促進効果
も有する。
本発明の培養基支持体において、グルコマンナンゲル中
へのハイドロキシ・カルシウム・アパタイト微粉末の配
合量は、全体の乾燥重量100重量%に対してハイドロ
キシ・カルシウム・アパタイト微粉末10〜90重量%
とされる。ハイドロキシ・カルシウム・アパタイト微粉
末の配合量が上記範囲よりも少ない場合には、好ましい
吸着点の露呈が少なすぎ、所望の培養効果が得られない
という問題が生じ、上記範囲よりも多い場合には、支持
体としての構造上の強度が低下し、実用に供し難くなる
という問題が生じる。
本発明の培養基支持体において、ミクロボアーのサイズ
や、単位体積当りのボアーの密度は、グルコマンナンゲ
ルとハイドロキシ・カルシウムΦアパタイトとの複合体
の製造条件によちて、自由に制御することができる。そ
して、ミクロボアーのサイズ、単位体積当りのボアーの
密度、ミクロボアーを連通させるトンネルの状態などは
、目的とする増殖細胞の大きさ、マイクロコロニーの性
質や形態、細胞の増殖に見合った栄養補給や老排物の排
除の速度など、培養条件によって適宜選択する。この場
合、細胞の生育、増殖に対する好ましい条件は、細胞種
によって異なるので、実験事実の積み上げにより、それ
ぞれ決められなければならない、なお、一般的条件とし
て、平均的ミクロボアーのサイズは数IL11から数千
g+i程度、ミクロボアーの密度は平均50%(具体的
範囲は10〜90%)程度が好ましい。
なお、本発明の培養基支持体において、ミクロボアーの
表面を化学修飾することによって、細胞種によっては、
その吸着、滞留性を増大させ、または逆に離脱させやす
くすることが可能である。
さらに、培養基支持体のゲルとしては、グルコマンナン
に他の多糖類、例えば寒天、アルギン酸、ペクチン、セ
ルロースなどを混入してなるゲルを用いてもよい、なお
、上記のような生物由来の多糖類のみでなく、細胞種に
よっては石油化学的合成物質を利用することもできる。
しかし、これら全ての素材は、細胞に対する毒性、ある
いは抗原性を有してはならない。
本発明は、リンパ球、マクロファージ等の生体細胞、大
腸菌等の細菌など、各種の細胞培養に適用することがで
きる。
「発明の実施例」 第1図には、本発明による細胞培養基支持体の具体例が
示されている0図において、グルコマンナンゲルlは、
多数のミクロボアー2と、これらのミクロボアー2を連
通させるトンネル3とからなる三次元網目構造をなして
いる。そして、ハイドロキシ−カルシウム会アパタイト
の微粉末4はグルコマンナンゲルl中に包埋されて支持
され、その表面が部分的にミクロボアー2の内面に露出
している。したがって、細胞含有液や培養液は。
ミクロボアー2およびトンネル3を通って、三次元網目
構造の内部をすみずみまで流通することができる。そし
て、細胞は、ミクロボアー2の内面に露出したハイドロ
キシ・カルシウム・アパタイト微粉末4の表面に吸着さ
れて滞留する。
この細胞培養基支持体の製造例を挙げると、グルコマン
ナンを水に溶かしてグルコマンナン5%のペーストを作
り、ハイドロキシ噂カルシウム・アパタイトとグルコマ
ンナンとの重量比が5:1となるようにハイドロキシ・
カルシウム・アパタイト微粉末を入れて混練し均一化す
る。これに水酸化カルシウムを約10重量%加えて架橋
反応を起こさせ、ゲル化させる。ゲル化終了後、水中に
浸漬して脱アルカリを行ない、凍結乾燥する。なお、使
用時には、再び水で膨潤させた後、絞ってミセル構造を
再現すると、引張り強度3.97kgf/c腸2の培養
基支持体となる。
細胞培養基支持体の他の製造例を挙げると、グルコマン
ナンを水に溶かしてグルコマンナン5重量%のペースト
を作り、ハイドロキシ・カルシウム・アパタイトとグル
コマンナンとの重量比が2:1 となるようにハイドロ
キシ・カルシウム・アパタイト微粉末を入れて混練し均
一化する。これに水酸化ナトリウムの0.1規定溶液を
20容量%加えて架橋反応させ、ゲル化させる。ゲル化
終了後、水で脱アルカリを行ない、凍結乾燥する。なお
、使用時には、上記製造例と同様に水で膨潤させること
により、引張り強度5.21kgf/c■2の培養基支
持体となる。
第2図には、上記細胞培養基支持体を利用した本発明の
細胞培養装置の具体例が示されている。
培養液入口11を有する容器蓋体12と、培養液出口1
4を有する容器本体13とからなる容器内に、上記培養
基支持体17が保持されている。なお、培養基支持体1
7は、多孔質セラミックスあるいはガラスウールなどか
らなる保持体15.1Bを介して、容器内に保持されて
いる。
この培養装置を用いた本発明の培養方法は、次のように
して行なう、まず、培養液などに分散された細胞含有液
を培養液入口11から流入し、保持体15を通して培養
液支持体17中に浸透させる。細胞含有液は、培養基支
持体17中のミクロボアー2およびトンネル3を通って
浸透し、ミクロボアー2の内面に露出したハイドロキシ
・カルシウムφアパタイト微粉末鑞に吸着され、滞留す
る。細胞が必要個数吸着された後、約1時間程度インキ
ュベーションを行ない、細胞の活性化を促し吸着を確実
にする。そして、計量された定温の培養液を培養液入口
11から流入し、培養基支持体17に流通させ、培養液
出口!4から流出させる。この場合、培養液は、還流さ
せることがより好ましい、こうして、細胞を培養基支持
体17に支持させた状態で培養液を供給し、三次元空間
における培養を行なう、細胞が充分に分裂、増殖した時
点で培養基支持体17を取出して遠心分離し、増殖細胞
を分離取得する。勿論、これらの操作は全て無菌的に行
なわなければならない、なお、培養液の供給は間欠的に
行なってもよい。
細胞培養基支持体17の全体的な形状は、直方体状1円
板状、球状、その他不規則形状などいかようにもするこ
とができる。また、細胞培養基支持体17は、一体構造
でもよく、不規則な小ブロックの集合体構造でもよい、
さらに、細胞培養基支持体17を保持する容器は、ガラ
ス、セラミックス、プラスチックスなど種々の材質の容
器が使用できる。
「発明の効果」 以上説明したように、本発明によれば、グルコマンナン
ゲルとハイドロキシφカルシウム・アパタイトとの複合
体からなる細胞培養基支持体を用いるので、細胞を表面
積の大きい三次元網目構造体中に吸着保持することがで
きる。そして、培養液を流通させることにより、細胞を
三次元空間で効率的に増殖させることができる。その場
合、ハイドロキシ・カルシウム・アパタイトの有する活
性作用により、細胞の増殖を良好にする効果も得られる
。また、細胞増殖後は、遠心分離などの簡単な手段によ
って細胞を容易に分離取得することができる。なお、本
発明は、インビトロにおける細胞培養に適しているが、
生物の体内空間を利用するいわゆるインビボの細胞培養
にも利用゛することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による細胞培養基支持体の具体例を示す
断面図、第2図は本発明による細胞培養装置の具体例を
示す断面図である。 図中、1はグルコマンナンゲル、2はミクロボアー、3
はトンネル、4はハイドロキシ−カルシウム・アパタイ
トの微粉末、11は培養液入口、12は容器蓋体、13
は容器本体、14は培養液出口、 17は細胞培養基支
持体である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)グルコマンナンゲルの分子架橋により相互に連通
    して構成された多孔構造体中に、全体の乾燥重量100
    重量%に対して10〜90重量%のハイドロキシ・カル
    シウム・アパタイトの微粉末が分散されてなることを特
    徴とする細胞培養基支持体。
  2. (2)グルコマンナンゲルの分子架橋により相互に連通
    して構成された多孔構造体中に、全体の乾燥重量100
    重量%に対して10〜90重量%のハイドロキシ・カル
    シウム・アパタイトの微粉末が分散されてなる細胞培養
    基支持体と、この細胞培養基支持体中に細胞液を流通さ
    せる機構とを備えていることを特徴とする細胞培養装置
  3. (3)グルコマンナンゲルの分子架橋により相互に連通
    して構成された多孔構造体中に、全体の乾燥重量100
    重量%に対して10〜90重量%のハイドロキシ・カル
    シウム・アパタイトの微粉末が分散されてなる細胞培養
    基支持体に細胞を吸着保持させ、この細胞培養基支持体
    中に培養液を流通させつつ前記細胞の分裂増殖を行なう
    ことを特徴とする細胞培養方法。
JP60123884A 1985-06-07 1985-06-07 細胞培養基支持体、細胞培養装置および細胞培養方法 Granted JPS61282072A (ja)

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