JPS6398378A

JPS6398378A - 微生物又は細胞を培養するための生物反応器及び増殖能力をもつ付着性細胞を培養する方法

Info

Publication number: JPS6398378A
Application number: JP62252622A
Authority: JP
Inventors: マイクル・ジヨン・カーンズ; マイクル・ジエムズ・カマー
Original assignee: Boehringer Mannheim GmbH
Current assignee: Roche Diagnostics GmbH
Priority date: 1986-10-08
Filing date: 1987-10-08
Publication date: 1988-04-28
Also published as: EP0267408B1; DE3634203A1; EP0267408A1; JPH0421471B2; US4840905A; DE3784629D1

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、培地中の環境条件を制御する装置を有する培
地用容器と、回転駆動装置および容器内部で走る回転軸
を有する、細胞を培地中に均質に分布させる攪拌装置と
を有する増殖能力をもつ生物学的物質、殊にミクロキャ
リヤ上に付着している着生細胞を培養するための生物反
応器に関する。

従来の技術物質、殊に蛋白質を製薬学的または医学的−診断学的目
的のだめに生物工学的に製造する場合には、生成物が得
られる相当する生物学的物質は、培地中で相当する生物
反応器内で増殖される。これは屡々発酵装置とも呼称さ
れる。

生物学的物質は、通常微生物からなるか、動物細胞、人
体細胞、植物細胞からなるか、または雑種細胞からなる
。微生物は、一般に担体物質を必要とせず、細胞は、多
くの場合に適当な担体物質上でのみ培養することができ
る。この場合には、着生細胞と呼ばれる。本発明は、殊
に着生細胞が例えばデキストランからのミクロキャリヤ
と呼称される極めて小さい小球上に付着しているような
細胞を培養することに向けられている。次に、手短かに
細胞を培養することについてのみ述べる。しかし、それ
によって本発明の一般的使用可能性が別の生物学的物質
に対して限定されるものでもない。

生物反応器は、環境条件（例えば、酸素部分圧力、温度
、栄養物質濃度）を制御しかつ培養によシできるだけ強
力に増殖させる範囲内に保持するための装置を有する。

この条件ならびに培地中での細胞濃度は、あまねく生物
反応器中でできるだけ均質でなげればならず、すなわち
細胞を培地中に均質に分布させることが達成されること
は、培地の成長にとって極めて重要なことである。

このだめに、既に種々の種類の攪拌装置が使用されてい
る。例えば、生物反応器の内部で回転する軸に固定され
ているプロペラ攪拌機が使用される。この攪拌機は、そ
れが十分に迅速に回転する場合、実際に細胞が培地中で
十分に均質であることを保証する。しかし、比較的迅速
に回転することは、敏感な細胞、殊にミクロキャリヤー
上の着生細胞が損傷を受けるという危険をまねく。

欧州特許出願第５３８６９号明細書には、特に着生細胞
のミクロキャリヤ培地に適当な攪拌装置が記載されてお
り、この攪拌装置の場合、中心に懸吊された攪拌パドル
は、発酵容器中で円形状に揺動運動する。しかし、この
種のパドルミキサーは、比較的小型の生物反応器にのみ
適当である。

発明が解決しようとする問題点従って、細胞培地の比較的大きい容量（１０１を越える
）にも好適でありかつ攪拌装置が細胞を損傷すること表
しに培地中での細胞の均質な分布を保証するような生物
反応器が必要とされる要件は存在する。

問題点を解決するための手段この要件は、首記した種類の生物学的物質を培養するた
めの生物反応器によって充足され、この生物反応器の攪
拌装置は、回転軸に固定された、回転軸に対して傾斜し
た少なくとも１つの攪拌円板を有する。この攪拌円板は
、有利に平らな円形の板であシ、この板の中心を通して
回転軸が走る。この攪拌円板は、その表面上で突出して
いる構成要素または構造を有することができるが、しか
しこれらの構成要素または構造は、鋭利な縁または角を
有さすかつ培地中で撹乱を発生させないように形成する
のが有利である。また、この攪拌円板は、全体が波形で
あってもよいし、別の方法で完全に平らな表面形状から
逸脱していてもよい。しかし、特に有利なのは、円板の
両面上の平滑面の、十分に平坦な表面である。

円板の厚さは、比較的広範々範囲内で変動することがで
きるが、この円板は、その表面の拡がりがその材料の厚
さよりも数倍だけ大きいという意味において平らでなけ
ればならない。一般には、一般的な構造上の理由および
費用の理由から、所定の機械的負荷により必要とされる
場合よりも本質的に大きくない材料の厚さが選択される
。

本発明による生物反応器の場合には、培地を極めて迅速
に完全に均質化することは、既に５０　ｒｐｍ未満、有
利に３５　ｒｐｍ未満、特に有利に２［１ｒｐｍ未満の
極めて僅かな回転数で達成される。同時に生物学的物質
は、極めて注意深く処理されるので、敏感な細胞も損な
われない。

特に良好な均質化効果は、攪拌円板が回転軸に対して３
５°〜６００の傾斜角度を有する場合および有利に同じ
回転軸を中心に同じ回転速度で回転する多数の攪拌円板
が使用される場合に達成される。

前述したように、攪拌円板は、有利に円形であり、この
ことは、敏感な細胞が損傷されるという危険を付加的に
阻止する。しかし、特定の事情のもとでは、円板の縁が
正確には円形に走っていないという形状があてはまる。

しかし、全ての場合に培地の円筒形範囲は、回転運動に
よって包括される。この範囲の直径は、攪拌円板の”有
効直径′”と呼称される。

生物反応器は、通常本質的に円筒形で丸みを付けた円筒
体底面を有するように構成されている。攪拌円板の有効
直径は、生物反応器の内径の少なくとも４０％、有利に
少なくとも５０％および特に有利に少なくとも６０％で
あるのが有利であることが判明した。

攪拌円板は、多数の種々の材料、殊にプラスチックまだ
は合金鋼から製造されていてもよい。

有利には、培養された細胞を付着させない材料が使用さ
れる。殊に、テフロンが有効であることが判明した。

実施例次に、本発明を図面に示した実施例につき詳説する。

図示した生物反応器は、培地用の容器１を有し、この容
器は、本質的に円筒形中央部分２、下蓋３および上蓋４
からなる。双方の蓋は、フランジで中央部分２とねじ結
合され、かつパツキン５もしくは６によって密閉されて
いる。

容器１は、台架７上に静置されている。温度検知器８は
、培地の温度を測定することができるように配置されて
いる。この容器は、運転の場合十分に培地９で充填され
ている。培地９の表面は、１０で示されている。

温度検知器８以外に、培地中の環境条件を制御するため
の他の装置が設けられている。図面には、蓋４を貫通す
る浸漬管１１が示されておシ、この浸漬管は、例えば空
気まだは酸素を有する培地を脱ガス化するために使用す
ることができる。容器１の下蓋３には、接続管１２もし
くは１３が設けられており、この接続管を通じて熱処理
媒体は供給することができるかないしは導出することが
でき、この熱処理媒体は、判り易くするために図示され
てない冷却蛇管もしくは加熱蛇管中で容器１の内部で流
れ、したがって温度検知器８と一緒に温度制御は可能で
ある。

生物反応器の場合には、環境条件を制御するための他の
装置が常用されているが、判シ易くするだめに図面には
示してない。培地のＩＳＴ状態を観察するためには、例
えばｐＨ値、０２およびＣＯ２の部分圧力を測定するた
めの測定検知器ならびに目視するための窓が使用される
。培地９中の環境条件を制御するために、例えば物質（
ガス、栄養物質、廃棄物等）を供給するかないしは導出
するための接続管は存在していてもよい。図示した発酵
装置の蓋４中に認めることができる多目的接続管１４は
、例えばこの種の目的のために使用することができる。

しかし、またこの個所には、排気フィルターを有する還
流冷却器が接続されていてもよい。

本発明は、殊に図示した生物反応器中で使用される攪拌
装置に向けられている。この攪拌装置は、攪拌円板１５
を有し、この攪拌円板は、同心的に捩れ強さをもって回
転軸１６上に固定されている。攪拌円板１５の平面は、
回転軸に対して傾斜角度αだげ傾斜している。攪拌円板
１５を回転軸１６に固定することは、固定断片１７によ
って改善される。最下の攪拌円板１５と、容器１の底面
との間には、プロペラ攪拌機１８が同様に捩れ強さをも
って回転軸１６上に固定されている。回転軸１６は、回
転駆動装置１９によって通常調節可能な回転数で駆動さ
れる。

回転軸１６を回転すると、培地は、回転する攪拌円板に
よって押しやられ、かつ複雑な運動に移される。この運
動の詳細は、記載することができない。しかし、実際の
実験により、本発明による傾斜して立つ攪拌円板を用い
て培地９を意外なことに迅速に完全に均質化することが
得られることが判明した。この場合には、多数の攪拌円
板を使用するのが有利であり、この攪拌円板の寸法決定
および位置決定は、次の指摘に基づいて行なうことがで
きる。

傾斜角度αは、比較的重要ではないことが判明した。約
３５°〜約６０°の角度は、良好な結果を生じる。攪拌
円板１５の数および傾斜角度は、生物反応器の容器１の
寸法に対して決定されていなげればならない。生物反応
器の高さが高くなればなるほど、ますます多数の円板を
使用しなげればならない。この場合、隣接した攪拌円板
間の望ましい距離ａは、それらの有効直径りおよび傾斜
角度αに依存する。従って、このことは、傾斜角度αが
小さくかつ攪拌円板の有効直径りが大きければ大きいほ
ど、攪拌円板によって包括される範囲は回転軸１６の軸
方向にますます大きくなるということを明らかにさ゛せ
るであろう。攪拌円板縁の中心に対して多くの場合に軸
方向にずれた点は、図面中で１５ｂおよび１５ｃで示さ
れている。培地の攪拌円板によって包括される範囲は、
軸方向に近似的に回転する最高点１５ｂないしは最低点
１５ｃによって制限され、すなわちこれらの点を通って
走る、軸１６に対して垂直のそれぞれ１つの平面によっ
て制限されている。ところで、培地を攪拌円板で良好に
有効的に混合することは、隣接した攪拌円板の距離ａが
攪拌円板縁の軸方向に多くの場合互いにずれた最高点と
最低点との距離すの最大でほぼ２倍の大きさであシかつ
少なくともほぼ半分の大きさである場合に達成されるこ
とが判明した。この好ましい板間の距離範囲は、意外な
大きさであり、かつ攪拌円板の優れた混合作用を証明す
る。実際に特に良好な結果は、攪拌円板間の距離ａが距
離すよりも最大で５０９６大きい場合に達成される。

プロペラ攪拌機１８は、場合によっては容器１の底部に
存在する細胞を攪拌するために使用され、したがって細
胞は、攪拌円板１５の攪拌範囲によって一緒に包括され
る。プロペラ攪拌機１８は、それが液体を回転軸１６の
回転の際に下向きに押しやるように有利に形成されてい
る。まだ、プロペラ攪拌機の代りに容器底面に隣接して
回転する攪拌要素、例えば攪拌パドルを使用してもよい
。

本発明の図面に示した実施態様は、回転対称的に構成さ
れており、すなわち容器１の中央部分２、攪拌円板１５
および軸１６は、それぞれ円形で互いに同軸であるのが
有利である。この種の回転対称的構造は、特に簡単であ
り、かつ生物反応器の場合に常用されている。しかし、
特殊な場合には、有利にこれと偏倚させることができ、
例えば回転軸１６は、容器１の中心軸に対してずれてい
てもよい。この場合には、回転対称的構造に対して記載
した寸法決定が相応して轟ではまる。

攪拌円板は、図示した実施例の場合に全部等しい大きさ
であり、かつ均一の距離で互いに平・行にそれぞれ捩れ
強さをもって１つの共通の回転軸上に固定されている。

この構造は、簡単で安価である。しかし、また特殊な理
由から傾斜した攪拌円板を別の方法で、例えば攪拌円板
は実際に１つの共通の軸上に存在するが、互いに平行に
は走っていないような配置で使用することも有利である
ことができるか、またはむしろ攪拌円板は種々（互いに
同軸かまだは同軸でない）の軸上に存在しているような
配置で使用することも有利であることができ、したがっ
てこの攪拌円板の回転速度は異なっていてもよい。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明による生物反応器を示す略示縦断面図で
ある。８．１１，１２．１３・・・環境条件を制御する装置、
９・・・培地、１５・攪拌円板、１５ｂ・・・最高点、
１５ｃ・・・最低点、１６・・・回転軸、１８・・・プ
ロペラ攪拌機、１９・・・回転駆動装置、α・・・傾斜
角度、ａ・・隣接した攪拌円板間の距離、ｂ・・攪拌円
板縁の軸方向にずれた最高点と最低点との距離、Ｄ・・
・攪拌円板の有効直径８．１１゜１２　、１３・・・環境条件を制御する装置９・・・培
地１５・・・攪拌円板１５ｂ・・・最高点１５ｃ・・・最低点１６・・・回転軸１８・・・プロペラ攪拌機１９・・・回転駆動装置 α・・・傾斜角度ａ・・・隣接した攪拌円板間の距離Ｄ・・・攪拌円板の有効直径口「 −し！

Claims

【特許請求の範囲】１、培地（９）中の環境条件を制御する装置（８、１１
、１２、１３）を有する培地用容器と、回転駆動装置（
１９）および容器内部で走る回転軸（１６）を有する、
細胞を培地中に均質に分布させる攪拌装置とを有する増
殖能力をもつ生物学的物質を培養するための生物反応器
において、攪拌装置が回転軸（１６）に固定された、回
転軸に対して傾斜した少なくとも１つの攪拌円板（１５
）を有することを特徴とする、増殖能力をもつ生物学的
物質を培養するための生物反応器。２、攪拌円板（１５）の傾斜角度（α）が回転軸（１６
）に対して３５°〜６０°である、特許請求の範囲第１
項記載の生物反応器。３、攪拌装置が多数の攪拌円板を有する、特許請求の範
囲第１項または第２項に記載の生物反応器。４、隣接した攪拌円板（１５）の距離（ａ）が軸方向に
多くの場合互いにずれた、攪拌円板縁部の最高点（１５
ｂ）と最低点（１５ｃ）との距離（ｂ）の最大でほぼ２
倍の大きさでありかつ少なくともほぼ半分の大きさであ
る、特許請求の範囲第３項記載の生物反応器。５、攪拌円板（１５）の有効直径（Ｄ）が容器の内径の
少なくとも４０％、有利に少なくとも５０％、特に有利
に少なくとも６０％である、特許請求の範囲第１項から
第４項までのいずれか１項に記載の生物反応器。６、攪拌装置が付加的に容器底面に隣接して回転する攪
拌要素、殊にプロペラ攪拌機（１８）を有する、特許請
求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項に記載の
生物反応器。７、攪拌円板（１５）の材料が生物学的物質を付着させ
ないように選択されている、特許請求の範囲第１項から
第６項までのいずれか１項に記載の生物反応器。８、回転駆動装置（１９）が回転軸を５０ｒｐｍ未満、
有利に３５ｒｐｍ未満、特に有利に２０ｒｐｍ未満の回
転数で回転させるように設計されている、特許請求の範
囲第１項から第７項までのいずれか１項に記載の生物反
応器。