KR101367870B1 - Cell culture device of perfusion type - Google Patents
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Abstract
교호 접선 흐름(Alternating Tangential Flow, ATF) 시스템을 이용한 관류식 세포 배양 장치를 제공한다. 관류식 세포 배양 장치는 세포 배양액을 저장하는 배양기; 제1 포트와 제2 포트 및 유출 포트를 구비하는 하우징과, 하우징 내부에 설치된 복수의 중공사를 포함하는 필터 모듈; 배양기와 제1 포트 사이에 설치된 연결관; 제2 포트에 연결 설치되어 중공사 내부로 펌핑 압력을 제공하는 다이어프램 펌프; 및 유출 포트에 연결 설치된 역류방지 밸브와, 역류방지 밸브의 전단 또는 후단에 설치된 핀치 밸브를 구비하는 회수 장치를 포함한다.Provided is a perfusion cell culture device using an alternating tangential flow (ATF) system. The perfusion cell culture device includes an incubator for storing cell culture solution; A filter module including a housing having a first port, a second port, and an outlet port, and a plurality of hollow fibers installed inside the housing; A connecting tube installed between the incubator and the first port; A diaphragm pump connected to the second port and providing a pumping pressure into the hollow fiber; And a recovery device having a non-return valve connected to the outlet port and a pinch valve provided at the front or rear end of the non-return valve.
Description
본 발명은 관류식 세포 배양 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 교호 접선 흐름(Alternating Tangential Flow, ATF) 시스템을 이용한 관류식 세포 배양 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a perfusion cell culture device, and more particularly, to a perfusion cell culture device using an alternating tangential flow (ATF) system.
동물 세포를 이용한 단백질 치료제 생산 방법 중 고농도의 세포가 필요하거나 목적 단백질이 불안정한 경우 관류식 배양 방법이 널리 사용되고 있으며, 그 방법 또한 매우 다양하다(Adv Biochem Engin. 2002(74), 129-169).In the production of protein therapeutics using animal cells, perfusion culture methods are widely used when high concentrations of cells are required or target proteins are unstable (Adv Biochem Engin. 2002 (74), 129-169).
관류식 배양 방법 중 최근 중공사로 이루어진 필터 모듈을 세포 배양액의 순환 및 세포와 세포 배양액 분리에 이용한 교호 접선 흐름(Alternating Tangential Flow, ATF) 시스템이 개발되어 사용 중에 있다(미국 특허 등록번호 6,544,424). ATF 시스템을 이용한 관류식 배양 방법은 다이어프램 펌프에 의해 유도된 교호 접선 흐름에 의해 세포 배양액이 필터 모듈의 중공사 외부로 유출되도록 하고, 유출된 세포 배양액을 여과 밸브에 연결된 펌프를 이용하여 회수하는 방법이다.In the perfusion culture method, an alternating tangential flow (ATF) system using a filter module made of hollow fiber for circulating cell culture and separating cells and cell cultures has been developed and used (US Pat. No. 6,544,424). In the perfusion culture method using the ATF system, the cell culture fluid flows out of the hollow fiber of the filter module by the alternating tangential flow induced by the diaphragm pump, and the discharged cell culture fluid is recovered by using a pump connected to the filtration valve. to be.
ATF 시스템을 이용한 관류식 배양 방법은 다른 관류식 배양 방법에 비해 세포 농도를 매우 높은 수준으로 유지할 수 있으며, 고농도의 생물학적 물질을 얻을 수 있는 것으로 알려져 있다(BIOPHARM INT, 2011(24), 54-60, GEN, 2010(30), 7, Apr. 1). 또한, ATF 시스템을 이용한 관류식 배양 방법은 배양 공정 동안 세포의 응집, 특히 세포 배양액 중 응집체를 형성하는 고유의 경향을 갖는 세포의 응집 정도를 감소시키는 것으로 알려져 있다(국제 공개번호 WO05/095578).The perfusion culture method using the ATF system is known to be able to maintain a very high cell concentration and to obtain a high concentration of biological material compared to other perfusion culture methods (BIOPHARM INT, 2011 (24), 54-60). , GEN, 2010 (30), 7, Apr. 1). In addition, the perfusion culture method using the ATF system is known to reduce the aggregation of cells during the culturing process, in particular the aggregation of cells having an inherent tendency to form aggregates in cell culture (International Publication No. WO05 / 095578).
ATF 시스템을 이용한 관류식 배양 장치에서는 펌프를 이용하여 세포 배양액을 회수하고 있다. 그런데 펌프를 구비한 장치에서는 중공사에 다이어프램 펌프에 의한 양의 막간 압력(positive transmembrane pressure)이 형성되는 기간과 무관하게 펌프의 작동 시에만 강제적으로 중공사의 외부로 유출된 세포 배양액을 회수하게 된다. 이러한 회수 구조에서는 중공사에 형성된 압력이 효율적으로 막간 압력으로 사용되지 않는다. 따라서 분자량과 유체역학적 반경이 큰 생물학적 물질의 경우 회수율이 급격히 낮아지는 문제가 있다.In the perfusion culture apparatus using the ATF system, a cell culture liquid is recovered by using a pump. However, in the apparatus with a pump, the cell culture liquid forced out of the hollow yarn is forcibly recovered only during the operation of the pump regardless of the period in which positive transmembrane pressure is formed by the diaphragm pump in the hollow fiber. In this recovery structure, the pressure formed in the hollow fiber is not effectively used as the intermembrane pressure. Therefore, in the case of a biological material having a large molecular weight and a hydrodynamic radius, a recovery rate is sharply lowered.
본 발명은 세포 배양액의 회수 구조를 개선하여 분자량에 관계 없이 높은 회수율로 생물학적 물질을 얻을 수 있는 관류식 세포 배양 장치를 제공하고자 한다.The present invention is to provide a perfusion cell culture apparatus that can obtain a biological material with a high recovery rate regardless of molecular weight by improving the recovery structure of the cell culture.
본 발명의 일 실시예에 따른 관류식 세포 배양 장치는 세포 배양액을 저장하는 배양기; 제1 포트와 제2 포트 및 유출 포트를 구비하는 하우징과, 하우징 내부에 설치된 복수의 중공사를 포함하는 필터 모듈; 배양기와 제1 포트 사이에 설치된 연결관; 제2 포트에 연결 설치되어 중공사 내부로 펌핑 압력을 제공하는 다이어프램 펌프; 및 유출 포트에 연결 설치된 역류방지 밸브와, 역류방지 밸브의 전단 또는 후단에 설치된 핀치 밸브를 구비하여 다이어프램 펌프에 의해 중공사에 막간 압력이 형성되는 기간과 회수 기간을 일치시키는 회수 장치를 포함한다.Perfusion cell culture apparatus according to an embodiment of the present invention comprises a culture medium for storing the cell culture; A filter module including a housing having a first port, a second port, and an outlet port, and a plurality of hollow fibers installed inside the housing; A connecting tube installed between the incubator and the first port; A diaphragm pump connected to the second port and providing a pumping pressure into the hollow fiber; And a recovery device provided with a non-return valve connected to the outlet port and a pinch valve provided at the front end or the rear end of the non-return valve so as to coincide with the period in which the interlurgical pressure is formed in the hollow fiber by the diaphragm pump and the recovery period.
제1 포트와 제2 포트는 일 방향을 따라 서로 마주하고, 유출 포트는 일 방향과 교차하는 방향을 따라 형성될 수 있다.The first port and the second port face each other along one direction, and the outlet port may be formed along a direction crossing one direction.
중공사는 일 방향과 나란하게 설치되고, 중공에 해당하는 내부(lumen side) 및 중공사 벽 외측의 외부(shell side)로 구분될 수 있다. 제1 포트와 제2 포트는 중공사의 내부와 연결되고, 유출 포트는 중공사의 외부와 연결될 수 있다.Hollow yarns are installed side by side in one direction and may be divided into a lumen side corresponding to the hollow and a shell side outside the hollow fiber wall. The first port and the second port may be connected to the inside of the hollow yarns, and the outlet port may be connected to the outside of the hollow yarns.
유출 포트에 회수관이 장착되고, 회수관에 역류방지 밸브와 핀치 밸브가 설치되며, 역류방지 밸브의 전방에 여과 밸브가 위치할 수 있다.A recovery pipe may be mounted at the outlet port, a backflow prevention valve and a pinch valve may be installed at the recovery port, and a filtration valve may be positioned in front of the nonreturn valve.
핀치 밸브는 타이머 및 제어부와 연결되고, 타이머에 설정된 시간 동안만 작동하여 회수관을 개방할 수 있다. 배양기에 세포 배양액의 무게 변화를 감지하는 로드셀이 설치되고, 제어부는 로드셀과 전기적으로 연결되어 세포 배양액의 무게에 따라 핀치 밸브의 작동을 제어할 수 있다.The pinch valve is connected to the timer and the control unit, and may operate only for a time set in the timer to open the return pipe. The incubator is equipped with a load cell for detecting a change in the weight of the cell culture medium, the control unit may be electrically connected to the load cell to control the operation of the pinch valve according to the weight of the cell culture medium.
또 다른 측면에서, 상기 관류식 세포 배양 장치에 세포를 접종하여 관류식 배양을 수행하는 단계를 포함하는 세포 배양 방법이 제공된다. In another aspect, there is provided a cell culture method comprising inoculating cells into the perfusion cell culture device to perform perfusion culture.
본 실시예의 관류식 세포 배양 장치에서 회수 장치는 중공사에 양의 막간 압력이 형성되는 기간과 목적 물질이 중공사의 공극을 통과하여 회수되는 기간을 일치시키고 있으며, 그 결과 분자량과 유체역학적 반경이 큰 목적 물질을 용이하게 회수할 수 있다.In the perfusion cell culture apparatus of this embodiment, the recovery device coincides with the period during which the positive intermembrane pressure is formed in the hollow fiber and the period during which the target material is recovered through the pores of the hollow fiber, and as a result, the molecular weight and the hydrodynamic radius are large. The target substance can be easily recovered.
도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 관류식 세포 배양 장치를 나타낸 구성도이다.
도 3은 종래의 관류식 세포 배양 장치를 사용하여 혈액응고 제8인자 유전자(B-domain deleted clotting factor VIII)와 폰 빌리브란트 인자(von Willebrand factor) 유전자가 동시에 형질 전환된 CHO (DG44) 세포(KCLRF-BP-172)를 배양한 경우의 생존세포 농도와 배양기의 세포 배양액 내의 재조합 혈액응고 제8인자의 양을 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 관류식 세포 배양 장치를 사용하여 혈액응고 제8인자 유전자와 폰 빌리브란트 인자 유전자가 동시에 형질 전환된 CHO (DG44) 세포(KCLRF-BP-172)를 배양한 경우의 생존세포 농도와 배양기의 세포 배양액 내의 재조합 혈액응고 제8인자의 양을 도시한 그래프이다.
도 5는 종래의 관류식 세포 배양 장치와 본 발명의 일 실시예에 따른 관류식 세포 배양 장치를 사용하여 혈액응고 제8인자 유전자와 폰 빌리브란트 인자 유전자가 동시에 형질 전환된 CHO (DG44) 세포(KCLRF-BP-172)를 배양한 경우의 회수된 회수된 세포 배양액 내의 재조합 혈액응고 제8인자의 양(회수율)을 각각 도시한 그래프이다.
도 6은 세포배양액 내에 존재하는 혈액응고 제8인자가 폰 빌리브란트 인자와 결합되어 있지 않은 형태뿐만 아니라 폰 빌리브란트 인자와 결합되어 있는 형태로 존재함을 보여주는 것으로, A는 항 폰 빌리브란트 항체를 이용한 웨스턴 블랏을 실시한 결과이며, B는 항 혈액응고 제8인자 항체를 이용하여 웨스턴 블랏을 실시한 결과이다.1 and 2 is a block diagram showing a perfusion cell culture apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a CHO (DG44) cell in which the
Figure 4 is a culture of CHO (DG44) cells (KCLRF-BP-172) transformed simultaneously with the
5 is a CHO (DG44) cell in which the
FIG. 6 shows that the
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 관류식 세포 배양 장치를 나타낸 구성도이다.1 and 2 is a block diagram showing a perfusion cell culture apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1과 도 2를 참고하면, 본 실시예의 관류식 세포 배양 장치(100)는 세포 배양액을 저장하는 배양기(10)와, 하우징(21)과 복수의 중공사(22)로 구성된 필터 모듈(20)과, 필터 모듈(20)에 연결 설치되어 펌핑 압력을 제공하는 다이어프램 펌프(30)와, 필터 모듈(20)에서 유출된 세포 배양액을 회수하는 회수 장치(40)를 포함한다.1 and 2, the perfusion
배양기(10)는 배양액 공급 펌프(11)에 의해 배양액을 제공받아 저장하고, 저장된 배양액에서 생물학적 물질의 배양이 이루어진다. 배양기(10)는 덮개판(12)으로 덮여 있으며, 덮개판(12)에 세포 배양액을 교반하는 교반기(13)가 설치될 수 있다. 그리고 배양기(10) 하단에는 세포 배양액의 무게 변화를 감지하는 로드셀(14)이 설치될 수 있다.The
본 실시예의 관류식 세포 배양 장치(100)에서 배양 물질(목적 물질)은 100kDa 이상, 예컨대 100 내지 100,000kDa 의 분자량을 갖는 생물학적 물질일 수 있다. 특히 폰 빌리브란트 인자(von Willebrand factor)와 같이 단분자의 분자량은 260kDa이나 약 20,000kDa의 분자량을 갖는 중합체를 형성하여 유체역학적 반경(hydrodynamic radius)이 0.4㎛ 이상까지 증가하는 물질일 수 있다.In the perfusion
필터 모듈(20)의 하우징(21)은 일 방향(도면을 기준으로 수직 방향)을 따라 서로 마주하는 제1 포트(23)와 제2 포트(24)를 형성한다. 제1 포트(23)에는 배양기(10)와 연결된 연결관(51)이 설치되어 배양기(10)와 하우징(21) 사이에서 세포 배양액의 이동을 가능하게 한다. 제2 포트(24)에는 다이어프램 펌프(30)가 연결 설치되어 하우징(21) 내부로 펌핑 압력을 제공한다. 또한, 하우징(21)에는 전술한 일 방향과 교차하는 방향(도면을 기준으로 수평 방향)을 따라 유출 포트(25)가 형성된다.The
도 1과 도 2에서는 제1 포트(23)와 연결관(51)이 하우징(21)의 상측에 위치하고, 제2 포트(24)와 다이어프램 펌프(30)가 하우징(21)의 하측에 위치하는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 그 반대의 경우도 가능하다. 즉 다이어프램 펌프(30)가 하우징(21)의 상측에서 펌핑 압력을 제공하고, 연결관(51)이 하우징(21)의 하측에 연결되는 구성도 가능하다.1 and 2, the
복수의 중공사(22)는 다발의 형태로 하우징 내부에서 전술한 일 방향(도면을 기준으로 수직 방향)과 나란하게 설치된다. 이때 복수의 중공사(22)는 하우징(21)의 내벽과 소정의 거리를 두고 위치한다.The plurality of
중공사(22)는 길이 방향을 따라 그 내부를 관통하는 중공을 형성하며, 중공사의 벽에는 수많은 공극이 형성되어 있다. 중공사(22)의 공극은 0.2㎛ 내지 0.5㎛ 범위의 크기를 가질 수 있다. 중공사(22)는 중공에 해당하는 내부(lumen side)와 중공사(22) 벽 바깥의 외부(shell side)로 구분된다. 제1 포트(23)와 제2 포트(24)는 중공사(22)의 내부와 연결되고, 유출 포트(25)는 중공사(22)의 외부와 연결된다.The
다이어프램 펌프(30)는 다이어프램(33)에 의해 분리된 제1 챔버(31)와 제2 챔버(32)를 포함한다. 제1 챔버(31)는 교호 접선 흐름 제어부(35)(이하, 'ATF 제어부'라 한다)와 연결되어 이로부터 압축 공기를 주기적으로 제공받는다. 제2 챔버(32)는 제2 포트(24)에 의해 중공사(22)의 내부와 연결된다.The
제1 챔버(31)에 압축 공기가 제공되어 다이어프램(33)의 변형으로 제1 챔버(31)가 팽창하면(도 1 참조), 제2 챔버(32)를 채우고 있던 세포 배양액이 필터 모듈(20) 방향으로 밀려나고, 중공사(22) 내부를 거쳐 배양기(10)로 이동한다. 반대로 제1 챔버(31)의 압축 공기가 회수되면 다이어프램(33)의 변형으로 제2 챔버(32)가 확장되면서(도 2 참조) 배양기(10)에 저장된 세포 배양액이 중공사(22) 내부를 거쳐 제2 챔버(32)로 이동한다.When compressed air is provided to the
제1 챔버(31)에 대한 압축 공기의 주입과 회수가 반복되면서 세포 배양액은 중공사(22) 내부를 지속적으로 왕복 이동한다. 이와 동시에 중공사(22)에 걸린 막간 압력(transmembrane pressure)에 의해 목적 물질이 포함된 세포 배양액이 중공사(22)의 공극을 통과해 유출된다. 이러한 세포 배양액의 흐름을 교호 접선 흐름(Alternating Tangential Flow, ATF)라 한다. 목적 물질이 포함된 세포 배양액은 유출 포트(25)를 거쳐 회수 장치(40)로 공급된다.As the injection and recovery of the compressed air to the
유출 포트(25)에는 회수 탱크(도시하지 않음)와 연결된 회수관(43)이 장착되고, 회수관(43)에 역류방지 밸브(41)와 핀치 밸브(42)를 포함하는 회수 장치(40)가 설치된다. 역류방지 밸브(41)의 전방에는 여과 밸브(44)가 위치할 수 있다. 핀치 밸브(42)는 역류방지 밸브(41)의 전방 또는 후방에 위치할 수 있다. 도 1과 도 2에서는 핀치 밸브(42)가 역류방지 밸브(41)의 후방에 위치한 경우를 예로 들어 도시하였다.The
역류방지 밸브(41)는 교호 접선 흐름에 의해 중공사(22) 외부로 유출된 세포 배양액이 한쪽 방향(회수 방향)으로만 흐르도록 하는 장치로서, 다이어프램 펌프(30) 작동시 도 1의 경우 항상 열려 있고, 도 2의 경우 닫히도록 작동한다. 핀치 밸브(42)는 회수관(43)을 개폐하는 장치로서 유출된 세포 배양액이 회수 탱크로 흘러가는 회수 시간을 조절하여 세포 배양액의 회수량, 즉 관류 속도(perfusion rate)를 조절한다.The
본 실시예의 관류식 세포 배양 장치(100)에서 목적 물질은 폰 빌리브란트 인자 다합체(multimer)에 재조합 혈액응고 제8인자의 분자 중합체(vWF/FVIII complex)가 결합된 물질일 수 있다. 폰 빌리브란트 인자 다합체는 20,000kDa까지 분자량이 증가할 수 있으며, 유체역학적인 반경이 0.45㎛ 이상까지 증가할 수 있다고 보고되고 있다.In the perfusion
이러한 목적 물질은 유체역학적인 반경이 크기 때문에 중공사(22)의 공극(0.2㎛ 내지 0.5㎛)을 통과하지 못하거나 통과하기 어려울 수 있다. 또한, 세포 배양액 내에는 살아있는 세포뿐만 아니라 세포 파쇄 물질이 존재하고, 이러한 물질들이 공극 일부를 막고 있는 상태(partial clogging)가 되기 때문에 목적 물질이 공극을 통과하는 것이 더 어려운 상태가 될 수 있다.This target material may or may not be able to pass through the pores (0.2 μm to 0.5 μm) of the
이와 같이 목적 물질의 분자량 또는 유체역학적 반경의 분포, 및 공극의 막힘 정도에 따라 중공사(22)의 공극을 통과하는 목적 물질의 양이 달라질 수 있다. 그러나 목적 물질의 유체역학적 반경이 공극의 크기와 유사하거나 약간 작아서 공극을 통과하지 못할 경우에는 막간 압력(transmembrane pressure)이 가해지게 되면 공극을 통과하지 못하던 목적 물질이 공극을 통과할 수 있다.As such, the amount of the target substance that passes through the pores of the
폰 빌리브란트 중합체는 압력 등의 전단응력(shear stress)에 따라 그 모양이 변하는 성질이 있다. 즉 원형 형태(globular form)로 존재하다가 전단응력을 받으면 선형 형태(linear form)로 모양이 변한다. 이로써 원형 형태일 경우 공극을 통과할 수 없다가도 선형 형태로 변하면 동일한 크기의 중공사(22) 공극을 통과할 수 있다.The von Willibrand polymer has a property that changes its shape depending on shear stress such as pressure. In other words, it exists in a globular form and changes its shape into a linear form when subjected to shear stress. As a result, the circular shape may not pass through the voids, but may change into a linear shape and pass through the
역류방지 밸브(41)는 일시적으로 작동하여 유출된 세포 배양액을 강제적으로 회수하는 종래의 펌프(편의상 '회수 펌프'라 한다)와 달리 다이어프램 펌프(30) 작동시 도 1의 경우 항상 열려 있고 도 2의 경우 닫히도록 작동하므로 다이어프램 펌프(30) 작동에 의한 여과 압력의 손실을 최소화한다.The
종래의 회수 펌프 적용 시에는 다이어프램 펌프(30)에 의한 막간 압력이 형성되는 기간과 무관하게 회수 펌프가 작동할 때에만 막간 압력이 효율적으로 작용한다. 즉 회수 펌프가 작동을 하지 않을 때에는 회수관(43)이 닫혀 있으므로 다이어프램 펌프(30)가 작용하더라도 목적 물질이 중공사(22) 공극을 통과하기 어려워진다. 따라서 목적 물질의 회수율이 저하된다.In the conventional recovery pump application, the intermembrane pressure works efficiently only when the recovery pump is operated irrespective of the period during which the intermembrane pressure by the
그러나 실시예의 역류방지 밸브(41)는 다이어프램 펌프(30) 작동시 도 1의 경우 항상 열려 있고 도 2의 경우 닫힌 상태를 유지하기 때문에 다이어프램 펌프(30)에 의해 생성된 막간 압력이 목적 물질이 중공사(22) 공극을 통과하는데 100% 사용된다. 따라서 역류방지 밸브(41)는 여과 압력의 손실을 최소화하여 막간 압력을 최대화할 수 있으며, 그 결과 분자량과 유체역학적 반경이 큰 목적 물질의 회수율을 높일 수 있다.However, since the
또한, 역류방지 밸브(41)는 교호 접선 흐름에 의해 세포 배양액이 다시 중공사(22) 내부로 유입될 경우 역방향 흐름이 방지되므로 회수된 세포 배양액이 필터 모듈(20)로 재유입되는 양을 최소화하고, 배양기(10) 내의 세포 배양액이 필터 모듈(20)로 유입되도록 함으로써 관류식 배양을 가능하게 한다.In addition, the
핀치 밸브(42)는 공압식 또는 그 이외의 방식으로 다양하게 구성되며, 투웨이 핀치 밸브로 구성된다. 핀치 밸브(42)는 회수관(43)을 닫았다가 일정 시간 동안만 열도록 작동하여 세포 배양액이 회수 탱크로 흘러나갈 수 있도록 조정함으로써 매일 일정량의 세포 배양액을 규칙적으로 회수하도록 기능을 한다. 따라서 핀치 밸브(42)는 타이머(45) 및 제어부(46)와 연결되고, 타이머(45)에 설정된 시간 동안만 작동하여 회수관(43)을 개방할 수 있다.The
만일 핀치 밸브(42) 없이 회수관(43)에 역류방지 밸브(41)가 설치하는 경우를 가정하면, 중공사(22) 공극을 통과한 세포 배양액이 지속적으로 회수 탱크로 유출되므로 배양기(10) 내의 세포 배양액이 모두 빠져나가게 된다. 따라서 회수관(43)에 핀치 밸브(42)를 설치함으로써 배양기(10) 내의 세포 배양액이 모두 빠져나가는 것을 방지할 수 있다.If it is assumed that the
또한, 제어부(46)는 로드셀(14)과 전기적으로 연결되어 배양기(10)에 투입된 세포 배양액의 무게에 따라 핀치 밸브(42)의 작동을 제어할 수 있다. 이 경우 세포 배양액의 회수량을 용이하게 조절할 수 있다.In addition, the
이와 같이 본 실시예에서 회수 장치(40)는 중공사(22)에 양의 막간 압력이 형성되는 시점(기간)과 목적 물질이 중공사(22)의 공극을 통과하여 회수되는 시점(기간)을 일치시키고 있으며, 그 결과 분자량과 유체역학적 반경이 큰 목적 물질을 용이하게 회수할 수 있다.As described above, in the present embodiment, the
또 다른 측면에서, 상기 관류식 세포 배양 장치에 세포를 접종하여 관류식 배양을 수행하는 단계를 포함하는 세포 배양 방법이 제공된다. 상기 세포 배양 방법은 배양 장치로서 본 발명에 따른 관류식 세포 배양 장치를 사용하는 것을 제외하고 세포 배양 단계 및 조건은 배양 대상 세포에 다른 통상의 배양 단계 및 조건을 따를 수 있다.In another aspect, there is provided a cell culture method comprising inoculating cells into the perfusion cell culture device to perform perfusion culture. The cell culture method may be followed by other conventional culture steps and conditions for the cells to be cultured, except for using the perfusion cell culture device according to the present invention as a culture device.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Of course.
실시예Example
<< 실시예Example 1> 역류방지 밸브와 핀치 밸브를 1> Check the non-return valve and the pinch valve 포함하는 회수The number of times to include 장치의 제작 Fabrication of the device
종래에는 ATF 4 시스템(Refine Technology, USA)을 BioFlo 310(New Brunswick Scientific, USA) 바이오리액터에 연결하여 관류식 배양을 실시하였다. 이러한 관류식 배양에서는 BioFlo 310 바이오리액터에 장착되어 있는 펌프를 이용하여 세포배양액을 회수하였으며, 배지공급펌프를 이용하여 배지를 세포배양액 내로 공급하였다. 본 발명에 따른 역류방지 밸브와 핀치 밸브를 포함하는 회수 장치는 BioFlo 310에 장착되어 있는 펌프를 대체하여 세포 배양액의 회수와 관류 속도 조절이라는 두 가지의 기능을 수행한다. 역류방지 밸브(코드번호 418, Kartell spa, Italy)는 ATF 4 시스템의 여과 밸브에 연결되어 있는 3/16인치의 Sani-Tech 실리콘관(Saint-Gobain performance plastics, USA)에 장착하였으며, 핀치 밸브는 역류방지 밸브에 연결되어있는 3/16인치의 Sani-Tech 실리콘관을 핀치 밸브 내에 장착하여 핀치 밸브의 동작에 따라 개폐될 수 있도록 하였다. 역류방지 밸브는 교호 접선 흐름에 의해 중공사막(Refine Technology, USA) 외부로 유출된 세포 배양액이 다시 중공사막 내부로 유입될 경우에는 역류방지 밸브가 닫힘으로써 유입되는 양을 최소화하고, 배양기 내의 세포 배양액이 필터 모듈로 유입될 수 있도록 함으로써 관류식 배양을 가능케 하는 기능을 한다. 신선한 배지는 BioFlo 310에 장착되어 있는 배지공급펌프를 이용하여 일정한 속도로 세포 배양액 내로 공급하였다. 또한 BioFlo 310의 배양기 아래에 설치된 로드셀은 배지 공급에 따라 배양기의 무게가 일정 수준 이상이 되면 핀치 밸브에 연결되어 있는 제어부에 신호를 보내준다. 제어부에서는 로드셀로부터 받은 신호를 타이머로 보내주어 핀치 밸브가 일정시간 동안 열리도록 함으로써 세포 배양액 회수량 즉 관류 속도를 조절하도록 하였다 (도 1 및 도 2참조).Conventionally, perfusion culture was performed by connecting an
<< 실시예Example 2> 재조합 혈액응고 제8인자( 2> Recombinant coagulation factor 8 ( FactorFactor VIIIVIII ) 생산세포 및 A) producing cells and 종세포배양Stem Cell Culture
분자량이 큰 생물학적 물질의 회수율을 확인하기 위하여 재조합 혈액응고 제8인자와 폰 빌리브란트 인자를 동시에 발현하는 생산세포의 종세포 배양을 실시하였다. 생산세포로는 B 도메인이 제거된 혈액응고 제8인자 유전자(B-domain deleted clotting factor VIII)와 폰 빌리브란트 인자(von Willebrand factor) 유전자가 동시에 형질 전환된 CHO (DG44) 세포를 이용하였다(공시균주, 수탁번호 KCLRF-BP-172, 특허 공개 제10-2010-0062340호 참조). 재조합 혈액응고 제8인자(GenBank accession no. NP-000123 단백질의 아미노산 서열 중 765 번째부터 1658번째까지의 아미노산 서열 제거)는 90kDa의 분자량을 갖는 중쇄와 80kDa의 분자량을 갖는 경쇄로 이루어져 있으며, 폰 빌리브란트 인자(GenBank accession no. P04275)는 단분자가 260kDa이고 최대 약 20,000kDa의 분자량을 갖는 중합체를 형성할 수 있다. In order to confirm the recovery rate of the biological material having a large molecular weight, seed cell culture of production cells expressing
배지(현탁세포 배양용 배지; EX-CELL CHO DHFR- medium; SAFC biosciences사)가 500mL 포함된 일회용 삼각 플라스크에 상기 CHO (DG44) 세포(수탁번호 KCLRF-BP-172)를 5x105 cells/mL의 양으로 접종하고 34℃ 및 이산화탄소의 농도 5%가 유지되는 CO2 배양기안의 교반기 위에서 교반하면서 4일동안 배양하였다. In a disposable Erlenmeyer flask containing 500 mL of medium (suspension cell culture medium; EX-CELL CHO DHFR- medium; SAFC biosciences), the CHO (DG44) cells (Accession No. KCLRF-BP-172) were placed at 5x10 5 cells / mL. Inoculated in amounts and incubated for 4 days with stirring on a stirrer in a CO 2 incubator maintained at 34 ° C. and 5% concentration of carbon dioxide.
상기 CHO 세포에서 발현된 재조합 혈액응고 제8인자와 폰 빌리브란트 인자는 세포 배양액 내로 분비되어 폰 빌리브란트 중합체에 재조합 혈액응고 제8인자가 결합되어 있는 형태로 존재하게 된다.
도 6은 세포배양액 내에 존재하는 혈액응고 제8인자가 폰 빌리브란트 인자와 결합되어 있지 않은 형태뿐만 아니라 폰 빌리브란트 인자와 결합되어 있는 형태로 존재함을 보여주는 그림이다. A는 항 폰 빌리브란트 항체를 이용한 웨스턴 블랏을 실시한 것이며 B는 항 혈액응고 제8인자 항체를 이용하여 웨스턴 블랏을 실시한 그림이다. 단일 사슬 형태의 혈액응고 제8인자는 170kDa의 분자량을 갖지만 폰 빌리브란트 인자와 결합하여 그 이상의 분자량을 갖는 혈액응고 제8인자가 검출됨을 알 수 있다.6 is a diagram showing that the
<< 실시예Example 3> 종래의 펌프와 3> With conventional pump ATFATF systemsystem 을 이용한 Using 관류식Perfusion 배양 culture
상기 실시예 2에서 얻어진 종세포 배양이 완료된 세포 배양액을 ATF 시스템에 연결되어 있으며 유출된 세포 배양액 회수를 위한 펌프가 장착된 BioFlo 310 바이오리액터에 접종하여 관류식 배양을 실시하였다. 이때 세포 접종농도는 5x105 cells/mL로 하고, 배양온도는 34oC, 배지는 EX-CELL CHO DHFR- medium (SAFC biosciences사)를 사용하였다. 관류 속도는 매일 회수된 세포 배양액의 부피를 바이오리액터의 배양 부피(working volume)로 나눈 비율이 0.5 ~ 4가 되도록 유지하면서 관류식 배양을 실시하였다. 세포 농도 유지는 바이오리액터의 세포 배양액을 일정량 방혈(bleeding)하는 방법을 이용하여 실시하였다. 세포 배양액에서의 세포 농도는 자동 세포수 측정기인 Cedex XS(Roche diagnostics Ltd., USA)를 이용하여 측정하였다. 또한, 회수된 세포 배양액 내 재조합 혈액응고 제8인자의 양은 ACL TOP 500(Instrumentation Laboratory, USA)을 이용한 비색법(chromogenic assay)을 이용하여 측정하였다. The cell culture solution of the seed cell culture obtained in Example 2 was inoculated into a BioFlo 310 bioreactor equipped with a pump connected to the ATF system and equipped with a pump for recovery of the leaked cell culture, and then perfusion culture was performed. At this time, the cell inoculation concentration was 5x10 5 cells / mL, the culture temperature was 34 o C, the medium was used EX-CELL CHO DHFR- medium (SAFC biosciences). Perfusion rate was carried out perfusion culture while maintaining the ratio of the volume of cell culture recovered every day divided by the working volume of the bioreactor to 0.5 to 4. Cell concentration maintenance was performed using a method of bleeding a certain amount of the cell culture of the bioreactor. Cell concentration in cell culture was measured using Cedex XS (Roche diagnostics Ltd., USA), an automatic cell counting instrument. In addition, the amount of
상기 실험에서 얻어진 생존 세포 농도와 배양기의 세포 배양액 내의 재조합 혈액응고 제8인자의 양을 도 3에 나타내고, 회수된 세포 배양액 내의 재조합 혈액응고 제8인자의 양(회수율)을 도 5에 나타내었다. 도 3 및 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 세포 배양액 내 생산된 재조합 혈액응고 제8인자가 중공사막을 통과하지 못하기 때문에 배양기의 세포 배양액 내에 축적된 재조합 혈액응고 제8인자의 양이 지속적으로 증가하는 양상을 보여주고 있으며, 회수된 세포 배양액 내에서의 재조합 혈액응고 제8인자의 양은 지속적으로 감소하는 양상을 보여주고 있다. 도 3에 나타난 바와 같이 기존의 연동 펌프를 사용한 관류식 배양 방법에서의 재조합 혈액응고 제8인자의 회수율은 배양이 지속되면서 급격히 감소하는 경향을 보여주고 있으며, 평균 회수율은 11%로서 낮은 값을 보여주고 있다.
The viable cell concentration obtained in the above experiment and the amount of the
<< 실시예Example 4> 역류방지밸브와 핀치밸브가 장착된 4> Equipped with non-return valve and pinch valve ATFATF systemsystem 을 이용한 Using 관류식Perfusion 배양 culture
종세포 배양이 완료된 세포 배양액을 실시예 1에서 제작된 역류방지 밸브와 핀치 밸브가 장착된 ATF 시스템에 연결되어 있는 BioFlo 310 바이오리액터(도 1 및 도 2 참조)에 접종하여 상기 실시예 3과 동일한 조건(세포 접종농도 5x105 cells/mL, 배양온도 34oC, 배지 EX-CELL CHO DHFR- medium (SAFC biosciences사) 사용)에서 관류식 배양을 실시하였다. 관류 속도는 매일 회수된 세포 배양액의 부피를 바이오리액터의 배양 부피(working volume)로 나눈 비율이 0.5 ~ 4가 되도록 유지하면서 관류식 배양을 실시하였다. 세포 농도 유지, 세포 농도 측정, 및 회수된 세포 배양액 내 재조합 혈액응고 제8인자의 양의 측정은 실시예 3과 동일한 방법으로 실시하였다. The cell culture medium in which the seed cell culture was completed was inoculated into a BioFlo 310 bioreactor (see FIGS. 1 and 2) connected to an ATF system equipped with a non-return valve and a pinch valve prepared in Example 1, and the same as Example 3 above. Perfusion culture was carried out under the conditions (cell inoculation concentration 5x10 5 cells / mL, culture temperature 34 ° C, medium EX-CELL CHO DHFR- medium (SAFC biosciences)). Perfusion rate was carried out perfusion culture while maintaining the ratio of the volume of cell culture recovered every day divided by the working volume of the bioreactor to 0.5 to 4. Cell concentration retention, cell concentration measurement, and measurement of the amount of
상기 실험에서 얻어진 생존 세포 농도와 배양기의 세포 배양액 내의 재조합 혈액응고 제8인자의 양을 도 4에 나타내고, 회수된 세포 배양액 내의 재조합 혈액응고 제8인자의 양(회수율)을 도 5에 나타내었다. 도 4 및 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 세포 농도는 실시예 2에 따른 종래의 방법인 펌프를 사용한 방법과 유사한 결과를 얻었으나, 본 발명에 의한 세포 배양액 회수 장치를 사용한 관류식 배양방법에서는 배양기 내의 재조합 혈액응고 제8인자가 축적되는 양이 종래의 방법에 비해 크게 감소한 양상을 보여주고 있으며, 생산된 재조합 혈액응고 제8인자의 대부분이 회수됨을 보여주고 있다. 도 4와 도 5에 나타난 바와 같이 본 발명에 의한 회수 장치를 사용한 관류식 배양 방법에서의 재조합 혈액응고 제8인자의 평균 회수율은 67%로서 종래의 펌프를 사용한 관류식 배양 방법보다 6배 향상된 우수한 회수율을 얻을 수 있었다.The viable cell concentration obtained in the experiment and the amount of the
Claims (7)
제1 포트와 제2 포트 및 유출 포트를 구비하는 하우징과, 상기 하우징 내부에 설치된 복수의 중공사를 포함하는 필터 모듈;
상기 배양기와 상기 제1 포트 사이에 설치된 연결관;
상기 제2 포트에 연결 설치되어 상기 중공사 내부로 펌핑 압력을 제공하는 다이어프램 펌프; 및
상기 유출 포트에 연결 설치된 역류방지 밸브와, 상기 역류방지 밸브의 전단 또는 후단에 설치된 핀치 밸브를 구비하여 상기 다이어프램 펌프에 의해 상기 중공사에 막간 압력이 형성되는 기간과 회수 기간을 일치시키는 회수 장치
를 포함하는 관류식 세포 배양 장치.An incubator for storing cell culture;
A filter module including a housing having a first port, a second port, and an outlet port, and a plurality of hollow fibers installed in the housing;
A connecting tube installed between the incubator and the first port;
A diaphragm pump connected to the second port and providing a pumping pressure into the hollow fiber; And
A recovery device provided with a non-return valve connected to the outlet port and a pinch valve provided at a front end or a rear end of the non-return valve to match a period during which the inter-fiber pressure is formed in the hollow fiber by the diaphragm pump and a recovery period
Perfusion cell culture apparatus comprising a.
상기 제1 포트와 상기 제2 포트는 일 방향을 따라 서로 마주하고,
상기 유출 포트는 상기 일 방향과 교차하는 방향을 따라 형성되는 관류식 세포 배양 장치.The method of claim 1,
The first port and the second port face each other in one direction,
The outflow port is formed in a perfusion cell culture device along a direction crossing the one direction.
상기 중공사는 상기 일 방향과 나란하게 설치되고, 중공에 해당하는 내부(lumen side) 및 중공사 벽 외측의 외부(shell side)로 구분되며,
상기 제1 포트와 상기 제2 포트는 상기 중공사의 내부와 연결되고,
상기 유출 포트는 상기 중공사의 외부와 연결되는 관류식 세포 배양 장치.3. The method of claim 2,
The hollow yarn is installed in parallel with the one direction, and divided into a lumen side corresponding to the hollow and a shell side outside the hollow fiber wall.
The first port and the second port is connected to the inside of the hollow yarns,
The outflow port is connected to the outside of the hollow fiber perfusion cell culture apparatus.
상기 유출 포트에 회수관이 장착되고,
상기 회수관에 상기 역류방지 밸브와 상기 핀치 밸브가 설치되며,
상기 역류방지 밸브의 전방에 여과 밸브가 위치하는 관류식 세포 배양 장치.The method of claim 1,
A recovery pipe is mounted to the outlet port,
The non-return valve and the pinch valve are installed in the recovery pipe,
A perfusion cell culture device, wherein the filtration valve is located in front of the non-return valve.
상기 핀치 밸브는 타이머 및 제어부와 연결되고, 상기 타이머에 설정된 시간 동안만 작동하여 상기 회수관을 개방하는 관류식 세포 배양 장치.5. The method of claim 4,
The pinch valve is connected to the timer and the control unit, the perfusion cell culture apparatus to open the recovery tube by operating only for the time set in the timer.
상기 배양기에 세포 배양액의 무게 변화를 감지하는 로드셀이 설치되고,
상기 제어부는 상기 로드셀과 전기적으로 연결되어 세포 배양액의 무게에 따라 상기 핀치 밸브의 작동을 제어하는 관류식 세포 배양 장치.The method of claim 5,
The incubator is equipped with a load cell for detecting a change in the weight of the cell culture,
The control unit is electrically connected to the load cell and the perfusion cell culture apparatus for controlling the operation of the pinch valve in accordance with the weight of the cell culture.
세포 배양 방법.Inoculating the perfusion cell culture device of any one of claims 1 to 6 comprising the step of performing perfusion culture,
Cell culture method.
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