JPS6188893A - 細胞により産生される物質の製造方法 - Google Patents

細胞により産生される物質の製造方法

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JPS6188893A
JPS6188893A JP60184995A JP18499585A JPS6188893A JP S6188893 A JPS6188893 A JP S6188893A JP 60184995 A JP60184995 A JP 60184995A JP 18499585 A JP18499585 A JP 18499585A JP S6188893 A JPS6188893 A JP S6188893A
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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】 本発明は、細胞によシ産生されるタイプの生物質を製造
する方法に関する。
細胞生物学の発達によって、種々の高等生物の細胞が、
病気の治療ないし診断において有意な潜在的若しくは明
白な有用性を示す物質を少量産生することがわかってい
る。かかる物質の例は文献に多く記されており、それに
は、ホルモン、インク−フェロ/およびリン小力インの
如キ(・E々の生物学的応答改変剤並びに、診断テスト
に用いられる抗体の如きflit物質が含まれる。また
、抗生物質を大微生産するのに、微生物系統の雌胞培養
が長い間用いられてきた。
特に、高等動物からの細胞培養においては、バクテリア
その曲(・てよる汚染の危険が常(て存在する。
まだ、はとんどの場合、ボ(B胞の培養によって産生さ
れる興味深い物質の量は非常に少く、しかもそれは、血
清たん白質および他物質の複雑な混合物を含む培養基に
集まる。これは、興味深い物質の単離ないし精製を困難
なものとする。
概記するに、本発明は、生きている細胞によって産生さ
れる物質の製造系および製造方法を提供する。本発明の
実施によって、培養する細胞のための保獲環境がもたら
され且つ混入異質成分をほとんど含まない培養基に興味
ちる物質を集める手段が提供されるという二つの個有な
利点が達成される。本発明は、興味ある物質を、より高
分子量の血清たん白質その他、産生性細胞の継続的生存
能力および代謝を保持するのに通常必要とされる類似物
から分離するのに使用されうる。別法として、本発明は
、比較的少量の低分子量栄養又は細胞代謝生成物を含む
培養基に興味ある物質を集めるのに使用されうる。
本方法は、細胞の標準的代謝作用ないし璧)・&的生存
能力に必要な栄養、イオンおよび他の比較的低分子量の
旧料金透過しうる膜の中に細胞を・封入、カプセル化す
る工程を含む。この膜は、細胞が分泌した興味ある物質
を透過してもよく透過しなくてもよいが、いずれにせよ
、分子量が一般に、約20 X 10”ダルトンよりも
小さな成る選定レベルにある分子の通り抜けないし貫通
を許容するのに十分な透過度上限を有する。このように
して産生されたカプセルを次いで、慣用の水性培養基に
懸濁させて、該カプセル内の細胞に通常のインビトロ代
謝作用を行わせる。細胞によって分泌された、分子量が
膜の透過度上限よりも小さな物質は膜を通り抜けて培養
基中に集まる。有利なことに、高等動物からの多種の細
胞培養物の生存能力ないし保健に必要なしかも典型的に
はそれ自体消費されない血清たん白質の如き高分子量物
質をマイクロカプセルに入れ、そこに閉じ込めて該物質
が培養基中に拡散しないようにすることができる。細胞
培養物が代謝の際消費する物質が、カプセル膜を通って
拡散しうるのに十分低い分子量を有するとき、それは培
養基を出て膜を貫通する。また、膜の通り抜けを許容す
るのに十分小さな分子寸法を有する、細胞の代謝生成物
は、カプセル外部の培養基中へと拡散する。興味ある物
質が、透過度上限よりも小さな分子量を有する場合、そ
れはカプセル外培養基中に拡散し、その培養基中で比較
的容易に収得されつる。なぜなら、従来法のカプセル化
しない細胞培養物に存在する汚染注高分子計材料がない
からである。興味ある物質が膜の透過度上限よりも大き
な分子量を有するとき、それはカプセル内に蓄積するの
で、後刻、その回収に備えてカプセルを培養基から分離
し、破壊することができる。
本発明は、カプセル膜内に封入することのできる細胞の
種類に関して本質上制約がない。特に、企図されること
は、微生物や、高等動物全ての組織からの細胞の培養物
が使用されうることでちる。
1合細胞、例えばハイズリビーマ細胞又は、例として最
近の組換えDNA技法により製せられる遺伝学的改変日
胞も同じく容易にカプセル化することができる。要する
に、懸案のタイプの細胞をインビトロ維持することので
きる培養基があれば、その細胞は、ここをて開示する方
法に従って用いられうる。本発明の方法および本発明の
系に従って製造することのできる物質の種類は、インシ
ュリン、グリコーゲン、プロラクチン、ソマトスタチン
、チロキシン、ステロイドホルモン、脳下垂体ホルモン
、インターフェロン、卵胞刺激ホルモン(FSH)、P
THおよびモノクローナル抗体である。
が、本発明はこれに限定されない。
本発明の方法に使用する系は、生存性細胞をカプセル封
入しこれを水性培養基に懸濁させたものよりなる。カプ
セル化した細胞は、該細胞の継続的生存能力ないし代謝
に必要な栄養の貫通を許容するのに十分な透過度上限に
よって特徴づけられる膜を有する。この膜は、細胞の代
謝を維持するのに必要なしかも、膜の透過度上限よりも
大きい寸法範囲にある成分全てを含む培養基に配分され
た生存性細胞を封入する。培養基は、膜の透過度上限よ
りも小さな分子te有する、細胞の生存能力を維持する
のに必要な成分を含む。
従って、本発明の一つの目的は、細胞Qてよって産生さ
れるタイプの生物質を製造する系および方法を提供する
ことである。本発明の別の目的は、かかる系にして、産
生性細胞を健康的な保護小環境に入れこれを、該細胞の
代謝生成物と、細胞の生存能力ないし保全に必要な高分
子量物質とを分けるのに役立つ半透膜によって閉じ込め
た系を提供することである。本発明の他の目的は、細胞
培養物から生物学上活性な物質を製造するための改良方
法を提供することである。本発明の更に池の目的は、抗
体ホルモン、インターフェロン、す/ホカインの如き生
物学的応答改変剤を血清不含培衣基中で製造することで
ある。
如上および他の目的並びに本発明の特徴は以ドの記載と
添付図面より明らかとなろう。
本発明の広い概念は、細胞培養基による完全な、細胞の
ための小環境を、半透膜によって外部の水性培舊基から
分離するように側々の細胞若しく・;は細胞群周囲に半
透膜を介在させることでちる。−))乳類からの細胞は
代表的には、その継fj6的な生存能力ないし健康を推
持するために血、′ftたん白質の存在を必要とし、そ
の一部分は約65,000〜150,000ダルトンよ
りも大きな分子殿ヲ有する。従来法のカプセル化しない
細胞培養においては、細胞から分泌された興味ある物質
を培養基中に分散させ、これを高分子量成分、低分子量
成分の両者と混合せしめる。典型的には、細胞産生物の
量はかなり少いだめ、興味ある物質の単離′+々製は困
難な仕事となる。更に、哨乳類細胞の培養は、バクテリ
ア等による汚染に対してまぎれもなく敏感でちる。
そのため、無菌状態を保持する種々の技法を用いて培養
を行わねばならず、また往々培養基中に抗体を含ませね
ばならない。
本発明のプラクテイスに従えば、上記問題は、一般に約
200,000よりも大きくない選択された透過度範囲
を有する半透膜の中に培養細胞全カプセル化することに
よって軽減される。すなわち、半透膜は、最大分子量が
透過度上限と同じか又はそれより小さな物質をして該膜
を貫通させる多孔質のものである。而して、透過度上限
よりも大きな分子量の物質は膜を通り抜けることができ
ない。
このことから、継続的生存能力、代謝作用、更には有糸
分裂に必要な成分全てを含有する培養基と一緒に細胞を
カプセル化することができ、次いでこのようにカプセル
化された細胞を、該細胞により消費される低分子量物質
を含む(しかし所要の高分子量物質を含む必要のない)
培養基中に翌濁させることができる。
典型的には、高等生物からの細胞は、高分子量の血清た
ん白質を摂取せず、継続的な標準生物学的応答のために
近似したものを要求する。細胞により摂取され或は代謝
作用の行われる塩、アミノ酸、その他低分子量の要素は
膜を自由に通り抜け、また必要に応じカプセル外培養基
を単に変えることで補給されうる。膜の透過度上限より
も小さな分子量を有する、細胞の代謝作用による分泌物
はカプセル外培養基中に蓄積する。この培養基(ては高
分子量の物質がないため、興味ある代謝物の収得ないし
単離は簡素化される。また、透過度上限よりも大きな分
子量2有する興味ある生成物の収得も、該生成物がカプ
セル内部に在ってカプセル外容積中に分散していないこ
とで促進される。
低分子量の細胞産生物に適用したときの本発明概念を添
付図面に概略例示する。第1図に示す如く、細胞10は
、孔16を有するカプセル膜12内に配置されている。
高分子量の要素18も膜12内部に封入され、その中に
在って培養基14内を自由に循環する。細胞に必要な成
分20や、興味ある物質22′を含む代謝生成物22は
、カプセル内培養基、カプセル外培養基いずれにおいて
も自由に循環し、また孔16全通って膜を横切る。周期
的(ないし連続的)基準での作業が必要とされるとき、
カプセル外培養基はその成分全てと一緒に、カプセルそ
のものから吸引等によって分離され、新たな培養基に置
き換えられる。集められた培養基には、高分子量の成分
18が事実上なく、かくして収得、単離の手順が簡素化
される。しかも、細胞10は、常時カプセル内部の小環
境内に在って保進され定ま\である。
いくつかの場合において、例えば、カプセル化した。;
田胞による特定の興味ある物質の産生全刺激するために
、該細胞を、膜の貫通には大きすきる分子寸法の高分子
量成分にさらすことが要求される。一つの例は、ヒトの
線維芽細胞、白血球又は、成る種のウィルス若しくは高
分子量核酸による処理でインターフェロンを分泌するよ
う誘発されるリンパ芽細胞からのインターフェロン製造
である。
このような場合、もし膜の透過度上限が誘発性要素の分
子量よりも低ければ、細胞を、カプセル化に先立ちイン
ターフェロン誘発に付すか或は、二廿胞培養ののちカプ
セル膜全選択的に破壊して高分子量材料を細胞によって
摂取させるかせねばならない。米国出願番号243,5
84に相当する同日出順の明細書には、かかる目的ない
し他の目的のため、細胞を損うことなく用いられうる特
を重なカプセル膜の選択的破壊方法が開示されている。
本発明の方法は、+18胞周囲に半透膜を形成しうると
同時にその継続的生存能力に悪影響しない方法に依拠す
る。一つの適当なカプセル化方法ヲ以下に詳述する。
細胞のカプセル化 カプセル化しようとする組織ないし細胞を、保全に適し
た或は、かかわり合う特定タイプの組織若しくは細胞の
継続的代謝作用を保持するのに適し之水性培養基に懸濁
させる。この目的に適した培養基は市販されている。カ
プセル化しようとする原料の平均径は数μm〜数罷数回
範囲く変動しうる。しかしながら、最良の結果は、30
0〜1000μm範囲の大きさのカプセルを以て達成さ
れる。
咄乳類のランゲルハンス島は、典型的には50〜200
μmの径である。線維芽細胞、白血球、リンパ芽細胞、
膵臓のβ細胞、α細胞、β細胞の如き個々の細胞、これ
ら細胞の種々の比の混成物又は他の組織単位を所望に応
じカプセル化することがセル化することができる。
このような生物の継続的生存能力は殊に、所要栄養の入
手性、酸素移動、培養基中の有毒物の不在および培養基
のpHに依存する。それ故、かかる生物を生理学上相客
しつる環境に保持ししかも同時にカプセル化することは
従前不可能であった。
問題は、膜形成の所要条件が組織に対し有害若しくは致
死的であるということだった。而して、ギ且織を健康状
態で生き残らせる膜形成の方法は、米国出願番号24,
600の発明前何ら出現しなかった。
しかしながら、生きている組織と生理学上適合し得しか
も、それ自体水不溶化して保形性凝着塊を形成すること
のできる成る種の水溶性物質が、個々の細胞若しくは細
胞群周囲に保護バリヤ一層すなわち「一時カプセル」を
形成するのに用いられ、またこの一時カプセルが、細胞
を損うことなく細胞周囲に、より恒久的な半透膜を沈着
させるべく処理されうろことが発見された。かかる物質
は組織培養基に対し数重量%程度の濃度で加えられる。
なお、この培養基には、培養細胞と必要に応じ血清成分
が含まれ、また随意成分として、コラーゲンの如き細胞
基質又は、固定基質として作用する水分散性高分子量物
質が含まれる。コラーゲンを用いる場合、その濃度を約
10μf/rni〜約1mg/ml範囲内とすべきであ
るが、好ましくは100〜500μf / me程度と
する。
次いで、組織をその培養基と一緒に含む上記溶液を小滴
形状にし、これを直ちに水不溶化し、そして少くとも表
面層をゲル化させる。しかるのち、この保形性一時カプ
セルに゛、よシ恒久的な膜企付与する。もし組織を、損
うことなく放出することが望まれるなら、引続いて膜そ
のものを選択的に破壊することができる。一時カプセル
の形成に用いられる材料に依っては、この恒久的な膜を
形成したあとカプセル内部を再液化させてもよい。これ
は、培養基中に、該材料がmけうる条件を確立させるこ
とによって遂行される。
一時カプセルの形成に用いられる材料は、イオン環境又
はイオン濃度の変化によって保形性のものに転化しうる
水(容性無毒材料ならいずれであってもよい。又、この
材料は、複数のカチオン基金有する重合体と反応して塩
形成することのできる複数の易イオン化アニオン部分例
えばカルボキシル基を含むべきである。あとで説示する
如く、この種の材料を用いることにより、一時カプセル
の表面層において、選択された透過度上限を有する恒久
的な膜を、困難を伴わずに沈着させることができる。
一時カプセルを形成するのに現在好ましい材料は、水に
可溶の天然ないし合成の酸性多糖類コ゛ムであり、かか
る材料は市販されている。これらは典型的には、植物か
ら抽出され、各種食品の添加剤として往々用いられてい
る。アルギン酸ナトリウムが今日好適な水溶性ゴムでち
ゃ、150,000ダルトン以上の分子量範囲にあるア
ルギン酸塩を用いることができるが、しかし該塩はその
分子叶寸法および粘度故に、最終的に形成されたカプセ
ル膜全透過することは通常不可能である。こわよりも低
分子量例えばso、ooo〜so、oooり9ルトンの
アルギン酸塩は、十分な多孔性を有する膜を経てカプセ
ル内部容積から、拡散によって、よシ容易(こ除去され
、それ故に好ましい。使用しうる他のゴムに、ダアーガ
ム、カラジーナン、Rクチン、トラガカントイム又はキ
サンタンゴムが包きされる。
これらの材料は、グリコンド結合した糖類鎖を含む。そ
の遊離酸基は往々、アルカリ金属イオン形例えばす) 
IJウムイオン形状で存在する。もしカルシウム若しく
はアルミニウムの如き多価イオンがこのアルカリ金属イ
オンと交換するなら、水溶性多糖類分子は「架橋」され
て、水に不溶の保形性ゲルを形成し、そして該ゲルは、
イオン交換により或は金属イオン封鎖剤を通してイオン
を除去するとき再溶解せしめられうる。酸性ゴムと塩形
成することのできる多価イオンなら本質止金てが作動性
であるが、生理学上相客しうるイオン例えばカルシウム
を用いることが好ましい。これは組織を生きている状態
で保全しやすい。他の多価カチオンも使用することがで
きる。ただし、マグネシウムイオンはアルギン酸ナトリ
ウムをゲル化するのに有効でない。
代表的な溶液組成物は、培養基中等容量の細胞培養物と
生理的食塩水中1ないし2係のゴム溶液よシなる。アル
ギン酸ナトリウム金用いるとき、12〜16チ溶液が首
尾よく使われている。もし、カプセル化しようとする細
胞が有糸分裂するのに固定基質への付着を要求する種類
のものなら、また該細胞がカプセル内部で増殖されるべ
きものなら、コラーゲンか或は、水に分散しうる天然な
いし合成の高分子量たん白質若しくはホリ又プチドを細
胞培養物に含ませることができ、そして最終的に形成さ
れたカプセル内部の容積中に留められる。この目的に、
複数のカチオン基金有する重合体例えばポIJ IJシ
ンが用いられる場合、該カチオン基は水溶性ゴムのアニ
オン箇所と反応して、ゴムと絡み合わされた実質上水に
不溶のマトリックスを形成する。かかる原料の好ましい
濃度は、懸濁物(ゴム溶液を含む)1mJ当9100〜
500μm程度である。
次工程のカプセル化において、組織と含むコ゛ム溶液は
所望寸法の小滴形状にされる。しかるのち、該小滴は直
ちにゲル化されて好ましくは球状ないし扁球状を保持す
るものとなるが、しかし必ずしもかかる形態を呈さない
。小滴形成は既知の方法によって実施されうる。その手
il@IIP11は以下の如くである。
多価カチオンの水溶液例えば15係のCaCl。
溶、夜を入れたチューブに、小滴形成装置を保持するス
トッパーを嵌合させる。この装置は、上方空気取入口と
細長い中空体とを中に摩擦嵌合させたハウジングよりな
る。このハウジングの頂部に、段階式ポンプを備えた1
0CC注入器を、例えば長さ方向に沿いハウジングを貫
通するテフロン被覆された内径0.01in針によって
取付ける。ハウジングの内部は、針の先端が、エアナイ
フとして機能する一定の空気層流にさらされるように設
計されている。使用時、注入器に、カプセル化しようと
する原料を含む(容液全満たし、針の先端から浴液の小
滴を増分的に強制押出すべく段階弐月でンプを作動させ
る。空気流れによって、液滴同士を[切り一1eJL、
而してこの、夜温はCaC1゜溶1夜中約2.5 cm
に落下し、そこでカルシウムイオンを吸収して直ちにダ
ル化する。この場合、針の先端とCadl。石液面との
距;Itは、アルギン酸す) IJウム/細胞懸濁物を
して物理的に1νも有利な形状である球体(最小の表面
積に最大容積)を呈させるに十分長い。ストッパー中の
開口部を通ってチューブ内の空気が流出する。これはゲ
ルの「架橋」をもたらし、また懸濁せる組織とその培養
基を含む高粘度保形性保護一時カプセルの形成をもたら
す。カプセルは別個の相として溶液中に蓄積し、吸引に
よって分離されうる。
次の処理工程において、この一時カプセルの表面周囲に
、表面層を「架橋」することによって半透膜を沈着させ
る。これは、ゲル化した一時カプセルを、該ゲル分子中
のアニオン官能基と反応しうるカチオン基を有する重合
体の水@液にさらすことによって遂行されうる。遊離イ
ミンないしアミン基の如き酸反応性基を有する重合体が
好ましい。この状況において、多糖類ゴムは、カルボキ
ンル基とアミン若しくはイミン基との相互作用(塩結合
形成ンによって架橋される。用いられる架橋性重合体の
分子量を選定し且つ重合体イ容液の濃度および暴露時間
を調節することにより、通過度を範囲内に制御すること
ができる。低分子It 6有する重合体の溶液は、一定
期間では、高分子量重合体の場合よりも一層、一時カプ
セル内部に侵入する。架橋剤の侵入度は、得られる透過
度と相関関係がある。一般に、分子量が高く侵入が少い
ほど、細孔寸法は大きい。反応の期間、重合体浴液の濃
度および所望される透過度に依拠して、広くいえば3,
000から100.000ダルトン以上の分子量範囲内
の重合体を用いることができる。平均分子量約35,0
00ダルトンのポリリシンを用いるとき、一つの好首尾
な反応条件組合せとして、ポリリシン含量0.0167
%の生理的食塩水溶液を2分間攪拌しながら反応させる
ことが挙げられる。これは、約100,000ダルトン
の透過度上限を有する膜をもたらす。所定の系で透過度
を制御するのに最適な反応条件は上記指針にかんがみて
実験によシ容易に決定されうる。この方法を用いるなら
、膜の透過度上限を約20Q 000ダルトンよシも小
さな選定レベルに設定することができる。
適当な架橋用重合体の例には、遊離アミン若しくはイミ
ノ基を有する天然ないし合成のたん白質およびポリRプ
チド、ポリエチレンアミン、ポリエチレンイミンおよび
ポリビニルアミンが含捷れる。現在、DおよびL両形の
ポリIJシンが首尾よく使われている。ポリアルゲニン
、ポリシトルリン又は41Jオルニチンの如きたん白質
も弁作動することができる。正電荷の濃度がより高い範
囲にある重合体例えばポリビニルアミンはゲル分子のア
ニオン基に激しく結合して安定な膜を形成するが、しか
しこの膜は破壊するのにかなシむづかしい。
コ゛ムの稀溶液で処理すると、カプセルの表面に遊離ア
ミノ基が結合するが、処理しないなら、カプセル同士が
凝集しやすくなる。
カプセル化でのこの時点において、カプセルを集めるこ
とができる。それは、コ゛ム、細胞、細胞と相客しうる
培養基並びに随意成分としてのコラーゲン若しくは別の
固定基質の内部マトリックスの溶液ゲル化物を囲繞する
半透膜よりなる。カプセル内部のまた膜を横切っての物
質移動を促進すべき故、ゲル化物全再液化してその水溶
性形状に戻すことが好ましい。これは、ゴムが液状をな
す条件を再確立させることによシ、例えば内部ゲルから
カルシウム又は他の多価カチオンを除去することによっ
て遂行されうる。また、アルカリ金属イオンおよび水素
イオンを含むりん酸塩緩衝剤人9食塩水にカプセルを単
に浸漬することによって、カプセル内の培養基を再尋解
させることができる。
而して、カプセルを攪拌下溶液に浸漬するとき、−価イ
オンはコ゛ム内部のカルシウム若しくは他の多価イオン
と交換する。同じ目的にくえん酸ナトリウム溶液ヲ用い
ることができ、そしてこのものは金属イオン封鎖剤とし
て二価イオンを失活させるのに役立つ。
上記の如くカプセル化した細胞培養物は、関連せる特定
細胞タイプの要件全てを満たすべく特に設計された培養
基に懸濁され得、それによって該培養物は標準的なイン
ビトロ代謝を示し続ける。
もし、培養物が血清成分の如き高分子量成分の環境全必
要とするなら、この成分をカプセル外培養基から省くこ
とができる。細胞によって通常摂取される成分は典型的
には、比較的低分子咄であり、該成分が細胞膜を透過す
るときそれはカプセル膜を横切って細胞の小環境内に容
易に拡散する。カプセル内培養基中に分泌された、細胞
の代謝生成物は、もしそれがカプセル膜の透過度上限よ
りも小さな分子量を有するなら同様に該膜を(黄切って
拡散し、カプセル外培養基中に蓄積する。
カプセル化された細胞は、在来の培養物と同じ条件例え
ば温度、pHおよびイオン環境のもとで培養することが
できる。また、細胞の産生物も、慣用技法によってカプ
セル外培養基から或は力′セル内から収得することがで
きるが、ここ(こ開示する培養技法は次の如き利点を有
する。すなわち、■ 培養中の細胞は、膜の透過度上限
よりも大きな寸法を有する要素による汚染から保証され
、まだ剪断力ないし機械的損傷からも保護される。
これは、培養法に通常付帯する取扱い要件ないし滅菌要
件が幾分緩和されうろこと全意味する。々ぜなら、微生
物は、カプセル化されたイ■I胞に;?j’ L得ず、
またウィルス感染した細胞が他〆]11胞全イ゛η染す
ることもないからでちる。
2 カプセルは、高分子が原料が留めおかれている環境
内で細胞を事実上不動にし、しかもより低分子量の細胞
栄養や産生物が容易に取り出され或は導入される。この
ことから、細胞を損うことなく、栄養流体培養基を既述
の如く間欠的に或は連続的に集め、また補給することが
可能となる。
:3 細胞によって産生された興味ある物質は、一層容
易に回収される。高分子量の血清成分等はカプセル外培
養基中に解放されず、カプセル内に蓄積する。かくして
興味ある細胞生成物の回収が簡素化される。すなわち、
膜の透過度上限よりも大きな分子寸法を有する分泌され
た細胞産生物はカプセル内に蓄積する。熱論、細胞膜外
に分泌されない細胞産生物にも、興味あるものがある。
これらの産生物は、カプセルを単離し引続き例えば後述
の技法を用いてカプセル膜を選択的に破壊し、必要に応
じて細胞膜を破壊することにより比較的濃厚な形状で回
収することができる。
4 カプセル内容積は、細胞分割によく適した環境を供
与する。懸濁物培養は、カプセル内部で有糸分裂するこ
とが観察されている。標準培養においては二次元の単層
で増殖する固定基質依存細胞がカプセル内に配列すべく
増加する。かかる−1田胞は基質として膜の内面を用い
且つ(或は)、カプセル内部に配置された既述の高分子
母材料に係留する。これは、在来の培養物と比較したと
き細胞密度の有意な増加をもたらす。かかる細胞群の継
続的生存能力は、カプセルの表面積対容積比がかなり大
きく、かくして細胞膜てが所要栄養、酵素等への近づき
を得るという事実によって促進される。
成る特定の状況において、細胞を、損うことなく開放す
るためにカプセル膜を選択的に破壊することが有利であ
る。注目しうる一つの例はインターフェロン(INF)
の製造にある。INFi産生ずることのできる細胞は、
INFfi造工程に両工程、用意された成る種のウィル
ス又は核酸に付されねばならない。また、いくつかのI
NF誘発方法では、たん白質合成を抑制するだめの試薬
を培養物に添加する。従って、培養の増殖工程は、IN
F誘発工程とは全く異なる条件下で実施されねばならな
い。
もし、INF誘発に用いられる物質がカプセル膜の透過
度上限よりも大きな分子量であるなら、(ウィルス誘発
の場合のように)誘発処理は、カプセル化された細胞の
培養物中で遂行され得ない。従って、工NF&生性細胞
は、これをカプセル内で増殖するとき誘発処理に付さし
めるために膜の破壊によって解放されねばならない。
膜の破壊 と述せるタイプの膜内に留めおかれた7圃胞は、このカ
プセル化細胞に有意には悪影響しない性質を有する市販
試薬を用いる方7’bbζよって放出せしめられうる。
先ず、カプセルをその懸濁培養基から分流し、十分に洗
浄して、マイクロカプセル外部に存在する汚染物を全て
除去し、次いで、このマイクロカプセルを、カルシウム
イオンの如き単原子多価カチオ/と、ポリスルホン酸塩
若しくはボリリ/し酸塩の如き複数のアニオン部分を有
するストリッピング重合体との混合8液(で攪拌下で分
散させる。この工程に好ましいのは、天然のスルホン化
多糖類へバリンである。用いられるストリッピング重合
体のアニオン電荷濃度は、膜を形成するのに当初用いら
れたポリアニオン原料の電荷密度に等しいか、好ましく
は該密度よりも高くあるべきである。重合体の分子量は
、少くとも、膜形成時に使用せる複数のカチオン基を有
する重合体の分子量に相応し、好ましくは該分子量より
も大きくあるべきである。上記7昆合1・容C夜中のカ
ブ七ル懸濁物内では、水溶性ゴム上のアニオン箇所(て
ついて、カルシウムイオンが膜形成に使用せる多カチオ
ン重合体鎖と競合し、同時に重合体鎖上のカチオン箇所
について、@液中に俗解せるヘパリン若しくは、複数の
アニオン部分を有する能の重合体が膜内のゴムと競合す
る。これは、例えばボIJ IJシンおよびヘパリンの
水分散性好ましくは水溶性錯体にして、ゲ゛ルの分子に
より単原子カチオンと結合したものをもたらす。
この工程によって、膜は、後続の金属イオン封鎖剤に暴
露されるとき溶解しやすくなる。なお、この金属イオン
封鎖剤は、ゲルから単原子イオン全吸収することによっ
て破壊処理全完了させる。
培養基中にカプセル膜の破片が残存するとしても、それ
は細胞から容易に分離することができる。
選択的な破壊処理の第一工程で現在好ましい溶液は11
%(w/v )の塩化カルシウムと、溶液1ml当り5
00〜1,500単位のヘパリンを含む。懸濁物の全容
積に対し約20〜30%を占めるに十分なこの溶液にマ
イクロカプセル1容を加える。細胞全収容せるカプセル
膜を破壊するのに塩化カルシウムとヘパリンが好ましい
。なぜなら、両試薬はほとんどの細胞と生理学上相客し
得、それ故に細胞損傷の可能性を最小限におさえるから
である。
アルミ−ラム塩又は他の多価カチオン(但しMg廿イオ
ンを除外)の混合物も亦、既述タイプのポリスルホン酸
塩若しくはポリシん酸塩と一緒に用いることができる。
一般に、この工程で用いられる単原子イオンおよびアニ
オン重合体の濃度は広範囲で変動することができる。最
適濃度は実験によって容易に決定されうる。而して、そ
れは、膜形成に用いられる特定の重合体および暴露時間
によって異なる。
現在、選択的破壊を行なうのに好ましい金属イオン封鎖
剤はくえん酸ナトリウムであるが、しかしくえん酸およ
びEDTAの他のアルカリ金属塩を用いることもできる
。くえん酸ナトリウムを用いる場合、その最適濃度は5
5 mM程度である。くえん酸塩又は他の金属イオン封
鎖剤を等張件の食塩水に溶かして細胞排傷を最小限にお
さえることが好ましい。
更に、本発明は下記の非制限例から理解されよう。
例1:インシュリンの製造 ヒト死体又は動物の膵臓からランゲルハンス島を取得し
、これをl ml当り約103個の高濃度で完全な組織
培養(CMRL−1969、カナダ国トロント所在のC
onnaught Laboratories)に加え
る。
この組織培養には、インシュリン製造のためβ細胞によ
って用いられるアミノ酸のみならず、島の継続的生存能
力に必要な栄養全てが含まれている。
次いで、l ml当シ103個濃度の島懸濁物0.4 
mlを生理的食塩水中1.2 %のアルギン酸ナトリウ
ム(Sigma Chemical Company)
 0.5 m11!容に加える。
そのあと、15係の塩化カルシウム溶液ヲ用いて、既述
の如く形成した浴液の小滴をゲル化させる。針の先端よ
り出てくる、径が300〜400μ程度の小滴はこのカ
ルシウム溶液に入ると直ちにゲル化する。次いで、ゲル
化したカプセルを、0.6%のNaCl中2係の2−(
シクロヘキシルアアミノ)エタンスルホン酸緩衝剤溶液
(等張性、pH=8.2)1部を1チの9aCl。20
部で稀釈してなる溶液15m1の入ったビー力に移し入
れる。3分間の浸漬後、カプセルを1係のCaC1゜で
2回洗浄する。
次いで、該カプセル金、生理的食塩水中1係のポリリシ
ン(平均分子量35,000ダルトン) 1/80より
なる溶液32meに移す。3分後、ポリリシン溶液をデ
カンテーションする。カプセルを1%のCaC1□で洗
浄し、これを随意、モルホリノプロパンスルホン酸緩衝
)夜中3.3%のポリエチレンイミン原液(0,2M1
7)H=6)を0.12%の最終重合体濃度とするのに
十分な1%CaC]2で稀釈して製せられるポリエチレ
ンイミン(M W 40.000〜60.000 )溶
液に3分間再懸濁させる。得られた「恒久的」半透膜を
有するカプセルを次いで1%のCadl。
で2回、生理的食塩水で2回洗浄し、そして012チの
アルギン酸溶液IQmJと混合する。
カプセルは凝集化に抵抗し、多くはランダル・・ンス島
を含むとみることができる。カプセル内部のゲルは、該
カプセルを食塩水とくえん酸發衝1夜(pH7,4)と
の混合物に5分間浸漬すること(でよって再液化する。
最後に、該カプセルf、HGMLR−69培養基に懸濁
させる。
顕微鏡下で、これらのカプセルは、個々の細胞をその内
部にみることのできる島を囲った非常に薄い膜よりなる
ことがわかる。約十万までの分子量を有する分子は膜を
横切ることができる。このことから、培養基中に用いら
れる血葉成分(すなわち低分子量のウシ胎児性血漿成分
)、栄養、アミノ酸および酸素が島に到達し、インシュ
リンを分泌させる。
生理的食塩水中で反復洗浄後、上記手順に従って製せら
れた、約15個の島を有するマイクロカプセルf CM
RL −19693meに懸濁させる。600 m9/
de濃度でグルコースを存在させて8日経たのち、カプ
セルは、カプセル外培養基中に1回の実験で15時間中
67単位/mlのインシュリンを分泌した。2回目の実
験では、同じ時間内で68単位/meのインシュリンを
産生した。また、同じ培養基中、100 mq/ dl
濃度でグルコースを存在させて1週間経たカプセルは最
初の実験で12時間中25単位/miのインシュリン全
分泌し、2回目の実、験では10単位/mlを分泌した
例2 : INF−βの製造 ヒトの包皮組織と既知方法によシトリプシンとEDTA
で5分間37Cで処理して得た繊維芽細胞を、40%(
v/v )の精製したウシ胎児性血清、08チのアルギ
ン酸ナトリウム(シグマ)および200μf/meの精
製子ウシ皮コラーゲンを補った完全培養基(G ML 
R−1969Connaught Latnrator
ies)に懸濁させる。細胞懸濁物の密度は約1.5 
X 107個細胞/ mlである。例1に記載の如く、
アルギン酸塩の一層カプセルを形成する。これヲポリリ
ンン(MW43.000ダルトン)の0.005 % 
(W/v )水溶液に3分間懸濁させることによって、
カプセルの表面層に半透膜を沈着させる。
得られたカプセルを、10チのウシ胎児性血清を補った
GMLR−1969培養基に意濁させる。上記工程は全
て37Cで行なう。同じ温度でインキュベートしたのち
、カプセルを顕微鏡下で試験するとき、それは、有糸分
裂を行なって、マイクロカプセル内に3次元の線維芽細
胞形態を示す細胞を含むことがわかる。
4〜5日間インキユヘートシ、たのち、カプセル内の繊
維芽細胞をVilcek法によるINF−β超誘発技術
に付す。5係のCO□(95チの空気)雰囲気下、ウィ
スコンシン州ミルウオーキ所在のPLBiochemi
calsより入手される二重ラセンRNA(既知のIN
F−β誘発剤)ポリニーポリC100μy−/mlとシ
クロヘキシイミド(たん白質合成抑制剤、カリフォルニ
ア州うジョラ所在のCalbiochem )50μf
 /mlの存在下37trで1時間インキュベートする
。1時間後、懸濁せるカプセルを、シクロヘキシイミド
5011g−/mef含む培養基(GMLR−1969
)で洗浄し、次いで再び、同じ溶液中に5%C○2雰囲
気下37Cで3時間懸濁させる。このインベーションが
完了したとき、洗浄工程を繰返し、シクロヘキシイミド
50μf/meとアクチモミシ7D(既知のRNA合成
抑制剤、Calbicchem )5μf/mlを含む
培養基にカプセルを再懸濁させて、56i)CO2雰囲
気下37′cで2時間インキュベートする。次いで、カ
プセルを培養基で2回洗浄し、血清不含培養基に37C
で18〜2・1時間懸濁させる。この間、繊維芽細胞は
INF−βを分泌する。
これは21,000グルトン程度の分子量を有し、カプ
セル外培養基から収得される。
例3 : INF−βの製造 例2の手順を反復したが、但し誘発に先立ち、カプセル
膜を選択的に破壊して、ポリニーポリCが繊維芽細胞に
一層容易に近づきうるようにする。
破壊工程は次のように実施する。
l ml当り約500〜1000個のカプセルを含むマ
イクロカプセル懸濁物IQmi部分を沈降させ、懸濁培
養基を吸引によって除く。該カプセルをりん酸塩緩衝剤
入り食塩水(PBS、 pH= 7.4 )で2回洗浄
する。次いで洗浄したカプセルを、ヘパリン1000単
位/meおよびGaC12i1% (vr/ v) f
含むアリコート3.0mlと混合する。この懸濁物ヲ3
7Cで3分間かき混ぜたのち、カプセルを沈降させ、上
澄み液の吸引除去後、該カプセル’to、15MのNa
013.0 mlで2回洗浄する。2回目の洗浄K q
吸収したのち、カプセルに、等容量の110 rnM 
(えん酸ナトリウムと0.15 M Na1lよりなる
混合溶液(PH7,4)2.0m1f混合する。該混合
物を1分間手で渦動させて膜の溶解を誘い、そのあと細
胞を培養基で2回洗浄する。
次いで、細胞を培養基に懸濁させ、例1に記載の誘発工
程に付したのち、再度例1に記載の如くカプセル化する
。次いで、カプセル野濁物亡血清不含培養基中で18〜
24時間インキュベートし、その間細胞からINF−1
3が分泌され、このものはカプセル膜を通り抜けてカプ
セル外培養基中に蓄積する。
例2および例3を、ポリニーポリC(5S)(沈降値、
二重ラセンRNA=i構成すべくアニールされたボリエ
とポIJ C) ’に用いて実施するとき、それは下記
のINF−β産生量(細胞105当りのINF−β単位
数)をもたらす: l      」ユ 例1   25     25 例3   2,500    2.500例2および例
3を、ポリニーポリc (12s)(沈降値、購入時二
重ラセン)を用いて実施した場合、それは下記のINF
−β産生量(細胞105個当りのINF−β単位数)を
もたらす:1       」工 例2   25     25 例3    2500    2.500例3の手順を
用いたとき例2の場合よりも産生量が100倍高いこと
の少くとも部分的根拠は、例3の手順によるときポリT
−ポIJ Cが細胞に、より近づきやすいという事実に
あると信じられる。
例4 例2の手順を繰返すが、但しコラーゲンを含まないカプ
セルを用いる。カプセル化した1細胞を在来の単層培養
基中で増殖させ、トリビンで処理し、ポリニーポリc 
(5S)で誘発し、同時にマイクロカプセル化した。カ
プセル外培養基は、細胞105個当り2.500単位の
INF−βを含むことがわかった。
例5:モノクローナル抗体 MITのHermam Eisen より入手したハイ
ブリド−マ細胞を3.0X10  個細胞/ meの密
度に培養した。この細胞は、従来技術で今日よく知られ
た方法によりマウスの牌細胞とマウスの骨髄腫細胞から
融合され友もので、培養中ジニトロフェニルウシ血清ア
ルブミンに対する抗体を産生じた不死の細胞系を構成す
る。ウシ胎児性血清0.6 mlと生理的食塩水(15
0mM) 0.3 mlに14係のアルギン酸ナトリウ
ムを含有する懸濁物2.1 mlを加えることによって
、細胞懸濁物3mlアリコートを調製した。この懸濁物
の小滴を直ちにCaCl2溶液中でゲル化し、次いでポ
リLリシンの0.016重量係溶液で処理した。得られ
たカプセルの内部を、110mMのくえん酸す) IJ
ウム1部と150mMの食塩水3部の溶液に6分間浸漬
することによって再液化した。
次いで、ハイブリドーマ細胞を含むカプセルを、20%
の熱失活ウシ胎児性血清を含むRPMI−1640培養
基(C1bco)の混合物中に懸濁させた。
ハイブリド−マ培養物のカプセル化した場合としなかっ
た場合の細胞のカウント数および、これらカプセル化培
養物と未カプセル培養物により産生されたモノクローナ
ル抗体の量全周期的に測定した。その結果を第2図のグ
ラフに示す。
例6:白血球からのエトIF−α アメリカンレッドクロス(American  Red
Cross)から取得せる軟膜30 ml t 5 %
 (D EDTA3、omt、テ処理し、4 ’C)0
83 % N 84G l ヘノ反復10分間暴露に付
して赤血球を溶解させた。NH4Clによる処理の合い
間に5分間の遠心処理(4rで1200rpm) f行
なった結果、残存せる完全な白血球から残層が分離され
た。次いで、細胞Q MEM(最小必須培養基、血清不
含、Gibco)に懸濁させ、100の要素によって稀
釈し、トリブタン青で15分間染色した。試料について
行なった細胞のカウントは、軟膜30m1当り1.3 
X 10 個の白血球が生き残ったことを示した。次い
で、該細胞を、2チの熱失活ウシ胎児性血清を補なった
培養基に1X10個拙胞/meの濃度で懸濁させた。
この細胞懸濁物を攪拌下センダイウィルス(各種濃度の
ヒーム凝集(HA)単位/me、メリーランド所在のF
low Laboratories )に37Uで1時
開暴露することにより、誘発工程全実施した。次いで、
室温で遠心処理することにより、細胞からウィルスを分
離し、細胞を等容量のMEM−4%熱失活ウつ胎児性血
清と14係アルギン酸す) l)ラムに再懸濁させた。
カプセル企既述の如く形成し念のち、これを血清不含培
養基と血清含有培養基(こ再懸濁させた。これら試験試
料のカプセル外培養基中で検出されたINF量に有意な
差はなかった。
また、未カプセル対照培養物におけるINF産生量も同
じであった。これらの実験結果を下に示す:センダイウ
イルス    INF産生単位アメリカンタイプカルチ
ヤーコレクシヨ/(A+merica Type Cu
1ture Co11ection )からのナマルワ
(Namalwa )細胞を慣用培養基中で増殖させ、
また同細胞をマイクロカプセル封入後、10%熱失活ウ
シつ児性匍清を補ったRPMI−1460培養基中で増
殖させた。l容の未カプセル細胞懸濁物、またカプセル
封入した細胞懸濁物をINFの誘発産生処理に付した。
培養基には実質上等数の細胞が含まれた。未カプセル細
胞培養基とカプセル化細胞培養物に、2回蒸留した水中
25mt)/ml濃度のブロムデオキシウリジンを加え
て有糸分裂を抑制した。37rで36時間のインキュは
−シロ/後、両細胞培養物を洗浄し、次いで2多熱失活
ウシ胎児性血清を補ったRPMI −1640培養基に
懸濁させた。
次いで、カプセル化細胞培養物を処理して、そのカプセ
ル膜を選択的に破壊した。該カプセルを生理的食塩水で
3回洗浄し、1.1チのCaC1□を含む1000単位
/ rnlヘパリン溶液中37Cで10分間インキュイ
ードしたのち、食塩水で再洗浄した。
洗浄せるカプセルを次いで、生理的食塩水中稀くえん酸
ナトリウム溶液とともに37Cで5分間インキュ(−ト
シた。この時点でカプセル懸濁物を攪拌したところ、膜
の溶解とナマルワ綿胞の解放がもたらされた。次いで、
細胞懸濁物を遠心処理して残層を除き、くえん酸塩/食
塩水で数回洗浄した。
そのちと、両培養物を、1. OX 106細胞/me
の密度で、2%熱失活ウつ胎児性血清と緩衝1ffl(
pH7,4)を補った新た力RPMI−1640培養基
中に悲濁させた。
在来の培養物と以前カプセル化した培養物に、羊水中ノ
ニューキャツスル病ウィルスのバ/コフスキ(Bank
owski )株を加えた。このウィルスは、1、0 
X 10  pfu/ 1neの濃度であり、カリフォ
ルニア州ディビス所在のボウルトリーヘルスラボラトリ
ーズ(Pou、1もry Health Labora
tories )より購入した。イ側泡1°罰濁物IQ
ml毎にウィルス1me金加えた。培養物を37Cで2
4時間インキュに一トし念。
次いで、旧用培養物を五つの部分(下記1〜5)に分け
、また以前カプセル化した培養物は四つの部分(下記6
〜9)に分けた。培養物の9アリコートを各々、下記処
理後INF産生に関して試験した。
■ 処理せず 22係の熱失活ウシ胎児性血清を含むRPMI’−16
−10に再晋濁 3 血1n不含RP M ニー16 =10 K 再懸
濁・1.  RPMI−164Q培養基と5多熱失活ウ
ン胎児性血〃tと一緒にカプセル化し、生成せるカプセ
ルを血清不含培養基中に懸濁 5、  RPMI−1640培養基と5多熱失活ウシ胎
児性血清と一緒にカプセル化し、得られたカプセルを、
2チウン胎児性血清を含む培養基中に懸濁6 血清不含
培養基に再懇濁 7.2多熱失活ウシ胎児性血清を含む培養基に再懸濁 8、培養基+5チ熱失活ウシ胎児性血清と一緒に再カプ
セル化し、得られたカプセルを血清不含培養基に懸濁 9 培養基+5係熱失活ウン胎児性血清と一緒に再カプ
セル化し、得られたカプセル全培養基+2係血清中に懸
濁 細胞培養物1〜9各々におけるINF−α1単位を産生
するのに必要な細胞量を次表に示す:3  −    
  8  1000.3604  680     9
  200.100他の具体化も、前掲特許請求の範囲
内で実施される。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の概念を例示する略図であり、第2図
は例5に記載の実験結果を示すグラフである。 第1図中主要な部分を表わす符号の説明は以下の通りで
ある: 10:細胞      12:カプセル膜14:培養基
     16:孔 18:高分子量の要素又は血清成分 20:細胞に必要々成分 22′:興味ある物質  22:代謝生成物C9khテ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、生きている細胞によつて産生される物質を製造する
    方法であつて、 A、該細胞を、選択された透過度上限を有する膜の中に
    封入、カプセル化し B、該カプセル化せる細胞を水性培養基に懸濁させ、 C、該細胞にインビトロ代謝を行わせ且つ前記物質を分
    泌させ、 D、該カプセル内に上記物質を蓄積させ、 E、該物質を前記カプセルの中より取得する 諸工程からなる方法。 2、カプセル化工程(A)が、水不溶性の塩結合せるマ
    トリツクスを生成すべく重合体鎖上のカチオン基と水溶
    性ゴム上のアニオン基とを反応させて膜を形成すること
    により遂行される特許請求の範囲第1項記載の方法。 3、カプセル化工程(A)が、 1)細胞を、該細胞と生理学上相容し得しかも複数のア
    ニオン部分を有する水溶性ゴムを含有する水性培養基中
    に懸濁させ、 2)該懸濁物を、細胞を含む小滴に形成し、 3)この小滴を、生理学上相容しうる多価カチオンの溶
    液にさらして、該小滴を、ばらばらな或は離散した、水
    に不溶の保形性一時カプセルとしてゲル化し、 4)この一時カプセルを、前記アニオン部分と反応しう
    る複数のカチオン基を有する重合体にさらすことにより
    該カプセルの表面層を架橋して前記小滴周囲に半透膜を
    生成する 諸工程によつて遂行される特許請求の範囲第1項記載の
    方法。 4、工程4)で形成された膜の中のゲルを再溶解させる
    追加工程を含む特許請求の範囲第3項記載の方法。 5、細胞が、該細胞を維持し且つ物質のインビトロ生合
    成を許容するのに十分な完全細胞培養基と一緒にカプセ
    ル化される特許請求の範囲第1項記載の方法。 6、工程(B)で用いられる水性培養基が、細胞を維持
    し且つ物質のインビトロ生合成を許容するのに十分な完
    全細胞培養基である特許請求の範囲第1項記載の方法。 7、物質のインビトロ生合成を許容するために、膜の透
    過度上限よりも大きな分子量を有する成分を細胞が必要
    とし、而して細胞と一緒に該成分をカプセル化する追加
    工程を含む特許請求の範囲第5項記載の方法。 8、細胞が哺乳類の細胞である特許請求の範囲第1項記
    載の方法。 9、カプセル内で細胞に有糸分裂を行わせる追加工程を
    含む特許請求の範囲第1項記載の方法。 10、細胞が、遺伝子操作された細胞である特許請求の
    範囲第1項記載の方法。 11、カプセル化工程(A)において、約0.5mm以
    下の径を有する球状マイクロカプセルが形成される特許
    請求の範囲第1項記載の方法。 12、工程(E)で収得される物質が、インシユリン、
    グルカゴン、プロラクチン、トマトスタチン、チロキシ
    ン、ステロイドホルモン、脳下垂体ホルモン、インター
    フエロン、FSHおよびPTHよりなる群から選ばれる
    特許請求の範囲第1項記載の方法。 13、工程(B)で収得される物質が、ホルモン、イン
    ターフエロン、リンホカインおよび抗体よりなる群から
    選ばれる特許請求の範囲第1項記載の方法。 14、工程(A)でカプセル化される細胞が、物質の産
    生を保持するために膜の透過度上限よりも大きな分子量
    を有する成分との接触を必要とし、而して工程(A)で
    は、この成分を細胞と一緒にカプセル化し、工程(B)
    で用いられる水性培養基には該成分が実質的にない、特
    許請求の範囲第1項記載の方法。 15、選択された透過度上限が約1.5×10^5ダル
    トンである特許請求の範囲第1項記載の方法。 16、細胞がハイブリドーマ細胞よりなり、物質が、選
    択された透過度上限よりも大きな分子量を有するモノク
    ローン抗体よりなり、該抗体が膜内から収得される特許
    請求の範囲第1項記載の方法。
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