JPS63233777A - 細胞培養器 - Google Patents

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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、細胞を高密度に培養する細胞培養器に関する
。さらに詳しくは、細胞に栄養物、酸素等を効率的に供
給できると共に、増殖細胞が産生ずる有用物質を回収で
きる中空糸を用いた細胞培養器に関する。

〈従来の技術〉 近年、生物の細胞を培養し、その細胞の代謝活動により
有用な生理活性物質、例えば、ワクチン、ホルモン、イ
ンターフェロン、モノクローナル抗体等を生産する研究
が活発に行なわれている。

このような方法において、従来、動物細胞の培養は、一
般に、ガラスシャーレやルー瓶等を用いて培養されてい
たが、上記の細胞培養では、細胞が生存、増殖するため
に必要な栄養分、酸素等の供給が不十分であるため、極
めて短期間の細胞培養にしか利用できないだけでなく、
細胞の接着面積が小さいため、培養可能な細胞の量は極
めて少なく、従って、上記有用物質の生産量が少量であ
る。

かかる問題点から、上記有用物質を工業的に生産するに
は、細胞のＩｎ　ＶＩｔｒＯでの大量培養技術の確立が
不可欠であり、近年、細胞培養床として、物質交換可能
な多孔性、半透過性膜を用い、膜のうち細胞が接着した
面とは反対側の面から栄養分、酸素等を供給するシステ
ムが提案されている。例えば、半透過性を有する中空糸
を複数本束ね、束ねた複数の中空糸の外面に細胞を接着
させ、上記中空糸の中空部に培養液を送液することによ
り、中空糸の壁膜を介して栄養分等を細胞に供給し、か
つ多数の細胞が十分に物質交換できるようにして細胞を
大量培養する細胞培養器（特開昭４９−４１５７９号公
報）や、透過性、半透過性の中空糸を複数用いた細胞培
養装置として、酸素ガスを直接中空糸の内部に供給する
細胞培養装置（特開昭５０−３８８８４号公報）、中空
糸モジュールを気体透過膜で覆い、酸素の供給を一層有
利に行なえる細胞培養装置（特開昭５１−９８３８２号
公報）等が提案されている。

また、中空糸における細胞付着性をさらに向上させるた
め、中空糸の素材として含水メタクリル酸メチル重合体
を用いたもの（特開昭５５−１３１３８６号公報）、容
器隔壁の間隔よりも大きな有効長を有する中空糸を、一
定の形態で容器内に充填したもの（特開昭８１−２５４
７６号公報）等が提案されている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、上記いずれの技術をもってしても、長期
に亘り細胞を大量培養することが困難である。すなわち
、培養液を中空糸の内部に送液する上記技術においては
、培養液中の血清蛋白等が中空糸の内面に吸着し易く、
吸着した血清蛋白等により、中空糸の物質透過性が阻害
され、中空糸の外面に接着した細胞への栄養分や酸素等
の供給が不十分なものとなる。従って、細胞培養床とし
て多数の中空糸を用いているにも拘らず、長期かつ高密
度の細胞培養が困難であるという問題がある。

く目　的〉 本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、細胞
培養床として物質透過性を有する中空糸を用い、中空糸
のもつ利点を最大限生かしつつ、中空糸の物質透過性を
向上させて中空糸内部から細胞への栄養分や酸素等の供
給を十分なものとし、大量かつ高密度の細胞培養を長期
に亘り行なうことのできる細胞培養器を提供することを
目的とする。

く問題点を解決するための手段および作用〉上記の目的
を達成すべくなされた本発明の細胞培養器は、物質透過
性を有する複数の中空糸と、該中空糸を収容し、中空糸
の両端を固定する隔壁を備えた容器とを有する細胞培養
器において、上記複数の中空糸のうち少なくとも１つの
中空糸の内面に凸部または凹部が形成されていることを
特徴とするものである。

上記の構成よりなる細胞培養器によれば、中空糸の内面
に凸部または凹部が形成されているので、培養液が、上
記凸部または凹部により乱流状態で送液され、培養液中
の血清蛋白等の中空糸の内面への吸着量を少なくするこ
とができる。従って、中空糸の物質透過性、ひいては細
胞の物質代謝性を向上させることができ、中空糸の外面
に細胞を接着させ、中空糸の中空部に培養液を送液する
ことにより、中空糸の外面で細胞を長期かつ高密度に増
殖させることができる。

〈実施例〉 以下に、本発明の実施例を添付図面に基づき詳細に説明
する。

第１図は本発明の一実施例を示す細胞培養器の概略断面
図、第２図および第３図は第１図に示される細胞培養器
に用いられる中空糸を示す概略図であり、細胞培養器（
１）は、物質透過性を宵する複数の中空糸（２）と、こ
の中空糸０）を収容するポリカーボネート等の合成樹脂
製容器（３）とを存しており、上記中空糸■の両端は、
中空糸（２）の中空部へ培養液を送液可能にシリコーン
接着剤（４）にて構成された隔壁に固定されている。す
なわち、上記中空糸（２）の両端は、中空糸０）の端面
中空部がＭＷした状態で前記接着剤（４）にて互いに接
合され、かつ前記容器（３）の端部に固着されている。

また、容器（３）の上部には、前記中空糸（２）の外面
に接着させて細胞を培養するため、細胞を含む細胞懸濁
液を注入する細胞懸濁液注入口（５）が設けられ、容器
（３）の下部には、上記細胞懸濁液中の細胞を中空糸（
２）に接着させた後、前記懸濁液を流出する流出口（６
）が設けられている。なお、上記懸濁液注入口（５）か
らは、培養液を注入することも可能である。

また、培養液を前記中空糸（２）の中空部に送液するた
め、前記容器（３）の一方の端部には、培養液注入口（
７）を有するキャップ（８）が装着されており、容器（
３）の他方の端部には、培養液流出口（９）を有するキ
ャップ００）が装着されている。

上記中空糸（２）は、細胞に栄養分、酸素等を供給し、
かつ細胞が産生ずる生理活性物質等の有用物質を回収す
るため、物質交換可能な素材にて形成されていればよい
が、多孔性または半透過性材料で形成されているものが
好ましい。上記中空糸（２りの素材としては、材料自体
に毒性がなく耐久性の大きいものであればよく、例えば
、酢酸セルロース、ポリスルホン、ポリエーテルスルホ
ン、ポリメタクリル酸メチル等のアクリル系ポリマー、
ポリテトラフルオロエチレン、ポリへキサフルオロプロ
ピレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロ
ピレン共重合体等のフッ素系ポリマー等が例示でき乙。

また、上記中空糸（２）の寸法は、所望する物質交換性
、培養密度等に応じて適宜選択することができるが、長
期かつ高密度の細胞培養を行なうため、内径２０〜１０
００μｍ１膜厚２０〜２００μｍのものが好ましい。中
空糸の内径が２０ａ量未満であると培養液を円滑に送液
することが困難となり、１０００μｍを越えると単位容
積当りの細胞の接着表面積が低下する。

また、膜厚が２０ａ皇未満であると中空糸の強度が低下
し、２００μ厘を越えると物質交換性が低下し、長期に
亘る高密度の細胞培養が困難となる。

上記中空糸（２）は、高密度の細胞培養を行なえるよう
に、複数本用いられる。中空糸（２）の使用量は、培養
密度等に応じて適宜選択することができるが、培養密度
を高めるため、容器に対する中空糸の充填密度が３０〜
６５％、特に、４０〜６０％が好ましい。

中空糸の充填密度が３０％未満であると細胞の接着表面
積が低下し、６５％を越えると接着した細胞が伸展、増
殖する空間が小さくなり、高密度の細胞培養が困難とな
る。

そして、培養液の送液中に、中空糸口）の内面に培養液
中の血清蛋白等が吸着して中空糸の物質交換性が低下す
るのを防止するため、第２図に示すように、上記複数の
中空糸（２）のうち、少なくとも１つの中空糸（２）の
内面には、複数の凸部（１１）がそれぞれ対向して形成
されている。

上記の構成よりなる細胞培養器によれば、中空糸（２）
の内面に形成された凸部（１１）により、培養液が乱流
状態で送液され、中空糸（２）の物質交換性が向上する
。従って、細胞を中空糸（２）の外面に接着させ、多孔
性または半透過性を有する中空糸（２）の中空部に培養
液、酸素ガス等を供給することにより、上記中空糸（２
）通じて細胞に栄養分、酸素ガス等が供給され、しかも
増殖細胞から排出される老廃物が前記中空糸（２）を通
じて排出されるので、長期かつ高密度の細胞培養を行な
うことができる。

なお、第３図Ａに示されるように、上記凸部（１１）に
代えて凹部（１２）が、中空糸（２ａ）の内面に形成さ
れていても上記凸部（■１）と同様の機能を果すことが
できる。さらには、第３図Ｂに示されるように、中空糸
（２ｂ）の内面には凸部（ｌｌａ）および凹部（１２ａ
）が不規則的に形成されていてもよい。また、上記凸部
（１１）（ＩＬａ）　、凹部（１２）　（１２ａ）は、
中空糸（２）の内径、形状等に応じて適宜の大きさ、数
だけ規則的あるいは不規則的に形成されていればよく、
中空糸（２）　（２ａ）　（２ｂ）の内面全体に亘り散
在していてもよい。すなわち、上記凸部（１１）（ｌｌ
ａ）およ・び／または凹部（１２）　（１２ａ）は、培
養液が乱流状態で送液され、前記血清蛋白等が中空糸（
２）（２ａ）（２ｂ）の内面に吸着して中空糸（２）　
（２ａ）　（２ｂ）の物質交換性が低下しないものであ
ればよく、中空糸（２）（２ａ）　（２ｂ）の内面に、
少なくとも部分的に形成されていればよい。

なお、前記凸部（１１）（ｌｌａ）または凹部（１２）
（Ｌ２ａ）は、上記のものに限らず、中空糸（２）（２
ａ）（２ｂ）の軸線方向に沿って突条または凹溝として
形成されていてもよく、培養液を乱流状態で送液するた
め、中空糸（２）　（２ａ）　（２ｂ）の軸線方向と直
交する方向に、突条、凹溝として形成されていてもよい
。

また、凸部（１１）（ｌｌａ）が突条として形成されて
いる場合、突条は、直線状に限らず、螺旋状であっても
よく、適所で適数切欠されているものであってもよい。

また、第４図に示すように中空糸■は同時に外表面に凹
部（１１）または凸部（１２）を持つものでもよい。

なお、上記凸部、凹部は、適宜の手段により形成するこ
とができ、例えば、シート状の中空糸材料の片面を凹凸
処理した後、チューブ状に成形する等の中空糸を製造す
る過程で形成することができる。また、押出し成形等に
よりチューブ状の中空糸を形成した後、中空糸内面を表
面加工することにより製造することができる。なお、上
記凹凸処理、表面加工としては、エンボス加工等の物理
的手段や、各種薬品による蝕刻等の化学的手段が例示で
きる。

本発明の細胞培養器は、種々の細胞の培養に使用するこ
とができ、細胞の種類は特に限定されず生体由来細胞、
ハイブリドーマ−等が挙げられ、例えば、チャイニーズ
１１ムスター肺由来細胞Ｖ−７９、ヒト子宮癌由来細胞
）１　ｅ　Ｌ　ａ　ｓヒト胎児肺由来細胞ＭＲＣ−５、
ヒト肝由来細胞ＣｈａｎｇＬｌｖｅｒ　、ヒト肺由来正
二倍体線維芽細胞Ｉ　ＲＣ−９０、ヒトリンパ腫由来ナ
マルバ細胞等が例示される。

また、本発明の細胞培養器を用いて動物細胞を培養する
場合、培養する細胞の種類に応じて種々の培養液が用い
られ、細胞の増殖に適した至適温度、ｐＨ等の条件で培
養が行なわれ、回収した培養液より有用物質は分離精製
される。

く実験例〉 以下に、実験例に基づき本発明をより詳細に説明する。

実験例１ 中空糸として、内面に凹凸部を冑する平均内径２５０／
ｆｆｉ、外径３５０μ層、分画分子量５００００の酢酸
セルロース製中空糸を用いた。上記中空糸を５００本集
束し、細胞懸濁液注入口が装着されたポリカーボネート
製円筒状容器に充填した。次いで、前記中空糸の端部を
シリコーン接着剤を用いて接着固定した後、円筒状容器
の軸線に垂直に切断することにより、中空糸の端部が全
て露呈させ、一方の端部に、培養液注入口を有するキャ
ップを装着し、他方の端部に培養液流出口を有するキャ
ップを装着することにより細胞培養器を作製した。

また、培養に先だち、細胞培養器を滅菌するため、細胞
培養器にエチレンオキサイドガスを６時間通じ、その後
、無菌状態で空気中に４８時間晒した。さらに、細胞培
養器内に残有するエチレンオキサイドガスを完全に取除
くため、５％牛脂児血清を添加したＲＰＭ±１６４０培
地で十分にフラッシングした。

上記細胞培養器を用いて、マウスハイブリドーマ４Ｃ１
０８Ｂ株を培養した。すなわち、上記細胞培養器を、温
度３７℃、湿度１００％、５％炭酸ガスを含む空気が潅
流しているインキュベータ内に設置した後、前記中空糸
と容器との隙間に、細胞懸濁液注入口より、上記培養液
にマウスハイブリドーマ４Ｃ１０８Ｂ株を懸濁させた懸
濁溶液（細胞数４．３Ｘ１０５個／　１１　’）を注入
した。そして、ペリスタポンプを用いて前記中空糸の内
部に培養液を送液することにより１週間培養を続けた。

その後、トリプシン、ＥＤＴＡを含むＰＢＳを用いて細
胞を剥離し、血球計算板を用いて細胞数を調べたところ
、３．８Ｘ１０６個／−Ｉ！にまで増殖していることが
判明した。

一方、内面に凹凸部を有しない中空糸（平均内径２５０
−１外径３５０μ膳）を用いて上記実施例と同じ条件で
細胞培養を行なったところ、１週間で２．５Ｘ１０６個
／　ｘｌまでしか増殖していなかった。

〈発明の効果〉 以上のように、本発明の細胞培養器によれば、中空糸の
内面に凸部または凹部が形成されているので、培養液は
乱流状態で中空糸の中空部に送液され、培養液中の血清
蛋白等が中空糸内面に吸着するのを防止できる。従って
、中空糸の物質透過性を向上させ、中空糸内部から栄養
分や酸素等を中空糸外面に接着した細胞に十分に供給す
ることができ、中空糸の外面で大量かつ高密度の細胞培
養を長期に亘り行なうことのできるという特有の効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す細胞培養器の概略断面
図、 第２図は第１図に示す細胞培養器に用いる中空糸の概略
図、 第３図Ａ、Ｂおよび第４図はそれぞれ中空糸の他の例を
示す概略図である。 （１）・・・細胞培養器、（２）　（２ａ）　（２ｂ）
・・・中空糸、（３）−・・容器、（４）−・・接着剤
、（ｌｌ）（ｌｌａ）　−・・凸部、（１２）（１２ａ
）・・・凹部。 特許出願人　　住友電気工業株式会社 （ほか３名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、物質透過性を有する複数の中空糸と、 該中空糸を収容し、中空糸の両端を固定 する隔壁を備えた容器とを有する細胞培 養器において、上記複数の中空糸のうち 少なくとも１つの中空糸の内面に凸部ま たは凹部が形成されていることを特徴と する細胞培養器。 ２、中空糸が、多孔性材料で形成されてい る上記特許請求の範囲第１項記載の細胞 培養器。 ３、中空糸の内面に、凸部または凹部が、 少なくとも部分的に形成されている上記 特許請求の範囲第１項または第２項記載 の細胞培養器。