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JP2003047461A - Method for carrying out high-density cell culture of cell by using apatite sheet, culturing device and cell culture module - Google Patents

Method for carrying out high-density cell culture of cell by using apatite sheet, culturing device and cell culture module

Info

Publication number
JP2003047461A
JP2003047461A JP2001232821A JP2001232821A JP2003047461A JP 2003047461 A JP2003047461 A JP 2003047461A JP 2001232821 A JP2001232821 A JP 2001232821A JP 2001232821 A JP2001232821 A JP 2001232821A JP 2003047461 A JP2003047461 A JP 2003047461A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sheet
apatite
cells
culture
pulp
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001232821A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hironobu Kawakatsu
博伸 川勝
Hiroshi Kanegae
裕志 鐘ヶ江
Sanetaka Shirahata
實隆 白畑
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Astec Co Ltd
Fukuoka Prefecture
Original Assignee
Astec Co Ltd
Fukuoka Prefecture
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Astec Co Ltd, Fukuoka Prefecture filed Critical Astec Co Ltd
Priority to JP2001232821A priority Critical patent/JP2003047461A/en
Priority to PCT/JP2002/007766 priority patent/WO2003012079A1/en
Publication of JP2003047461A publication Critical patent/JP2003047461A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M25/00Means for supporting, enclosing or fixing the microorganisms, e.g. immunocoatings
    • C12M25/14Scaffolds; Matrices
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2533/00Supports or coatings for cell culture, characterised by material
    • C12N2533/10Mineral substrates
    • C12N2533/18Calcium salts, e.g. apatite, Mineral components from bones, teeth, shells

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for carrying out high-density cell culture of a cell by using an apatite sheet and to provide a culturing device used therefor. SOLUTION: A cell culture module utilizing an apatite sheet for cell culture bed was newly developed in the present invention. In the module, a culture medium is fed so as to pass through the apatite sheet for cell culture bed built in a culture device and cells are proliferated also in the interior of the sheet. This utilization method uses continuous spaces even between fibers of the apatite sheet.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、アパタイトシ−
トを用いた細胞、特に動物細胞の高密度細胞培養法、培
養装置、培養モジュールに関するものである。更に詳細
には、この発明は、動物細胞、特に生理活性物質を産生
する動物細胞を高密度に培養する高密度細胞培養方法、
培養装置、培養モジュールに関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an apatite sheet.
The present invention relates to a high-density cell culture method, a culture device, and a culture module for cells using cells, particularly animal cells. More specifically, the present invention provides a high-density cell culture method for culturing animal cells at high density, particularly animal cells that produce physiologically active substances,
The present invention relates to a culture device and a culture module.

【0002】[0002]

【従来の技術】20世紀後半は,DNAの分子構造の解明を
筆頭にして生命科学関連で重大な発見がなされた。それ
らの発見をもとに遺伝子操作などのバイオテクノロジー
が急速に発展した。バイオテクノロジーの進展に伴い,
それを支援するためさまざまな材料が開発されてきた。
その代表例としてまず,微生物,あるいは細胞を培養す
る際に使用するポリスチレン製プラスチック製の培養
皿,マイクロプレートが挙げられる。マイクロプレート
は生体成分の極微量定量分析のために欠かすことができ
ない酵素免疫反応(ELISA)を行う際の必須の器具とし
て多用されている。電気泳動用の高分子ゲル,高速液体
クロマトグラフィー用のカラム充填材として使用されて
いる高分子ビーズが核酸・タンパク質などの生体成分の
分離分析に果たした役割は極めて大きかった。これらの
材料の成分は,アガロースあるいはデキストランなどの
生体由来の多糖類が多い。また,遺伝子解析技術である
ハイブリダイゼーションに使用されているニトロセルロ
ースフィルム及びPVDFフィルムなどがあり,これらのフ
ィルムの利用により遺伝子の解析速度が大きくなった。
その他,有機高分子材料だけではなく,無機材料も広く
利用されている。DNA回収用の吸着材料としてのガラス
ビーズ,細胞付着材料としてのガラスファイバーなどが
ある。新しい材料の開発がバイオテクノロジーの発展を
促進してきたともいえる。
[Prior Art] In the latter half of the 20th century, important discoveries were made in the life sciences, led by the elucidation of the molecular structure of DNA. Based on these discoveries, biotechnology such as gene manipulation rapidly developed. With the progress of biotechnology,
Various materials have been developed to support it.
Typical examples thereof include polystyrene plastic culture dishes and microplates used for culturing microorganisms or cells. Microplates are widely used as an indispensable instrument for carrying out enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), which is indispensable for ultra-quantitative analysis of biological components. Polymer beads used as polymer gels for electrophoresis and column packing materials for high performance liquid chromatography played an extremely large role in the separation and analysis of biological components such as nucleic acids and proteins. Many of the ingredients of these materials are bio-derived polysaccharides such as agarose and dextran. In addition, there are nitrocellulose film and PVDF film used for hybridization, which is a gene analysis technology, and the use of these films has increased the gene analysis speed.
In addition to organic polymer materials, inorganic materials are also widely used. There are glass beads as an adsorbent material for DNA recovery and glass fiber as a cell attachment material. It can be said that the development of new materials has promoted the development of biotechnology.

【0003】バイオテクノロジー関連の材料として水酸
アパタイト(ヒドロキシアパタイト)Hydroxyapatite
(以下,アパタイトあるいはHApと略す)がある。HAp
は,A10(MO4)6X2の化学組成をもつ六方昌系に属す結晶
物に属しており,Ca10(PO4)6(OH)2の組成を持つ燐酸カ
ルシウム系の無機材料である。広義にはA10(MO4)6X2
組成のものもアパタイト(Ap)と称されているが,本論
文ではアパタイトは水酸アパタイト(HAp)のことであ
る。燐酸カルシウムには弗素アパタイトCa10(PO4)6F2
あり,燐鉱石の主要構成物であり,燐の唯一の工業資源
である。一方,HApは動物の骨・歯などの生体無機構造
材として知られている。アパタイトの合成法が開発さ
れ,合成アパタイトの用途が生体親和材料,イオン交換
体,センサーなどへ拡大してきている。
Hydroxyapatite Hydroxyapatite as a material related to biotechnology
(Hereinafter abbreviated as apatite or HAp). HAp
Belongs to the hexagonal crystal system with a chemical composition of A 10 (MO 4 ) 6 X 2 and is a calcium phosphate-based inorganic material with a composition of Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2. is there. In a broad sense, the composition of A 10 (MO 4 ) 6 X 2 is also called apatite (Ap), but in this paper, apatite is hydroxyapatite (HAp). Calcium phosphate has fluoroapatite Ca 10 (PO 4 ) 6 F 2, which is the main constituent of phosphate rock and the only industrial resource of phosphorus. On the other hand, HAp is known as a biomineral structure material for animal bones and teeth. A synthetic method for apatite has been developed, and the applications of synthetic apatite are expanding to biocompatible materials, ion exchangers, sensors and so on.

【0004】生体親和特性を活かしてHApを医療用の人
工歯骨材料として利用する研究が進められている[ Monr
oe E.A., V otava W., Bass D.B. and McMullen J., J.
Dent. Res., 50(4), 860 (1971); Aoki H.,Kato
K.,Ceramics,10,469 (1975); Denissen H.W., Groo
t K., Makkers et al., J. Biomed. Mater. Res., 14,7
13 (1980); Groot K., J. Biomaterials, 1, 47 (198
0); Akao M., Ceramics,20, 1 096 (1985);Suzuki
T., Gipusum & Lime,195,87 (1989);Di Silvio L.,
Dalby M. and Bonfield W., J. Materials Science Ma
terials in Medicine, 9, 845 (1998); Labat B., Dem
onet N., Rattner A., Aurelle J.L., Rieu J., Frey
J. and Chamson A., J. Biomed. Mater. Res., 4 6, 33
1 (1999)]。
[0004] Research into utilizing HAp as a medical artificial bone material by utilizing its biocompatibility property is ongoing [Monr
oe EA, V otava W., Bass DB and McMullen J., J.
Dent. Res., 50 (4), 860 (1971); Aoki H., Kato
K., Ceramics, 10, 469 (1975); Denissen HW, Groo
t K., Makkers et al., J. Biomed. Mater. Res., 14,7
13 (1980); Groot K., J. Biomaterials, 1, 47 (198
0); Akao M., Ceramics, 20, 1 096 (1985); Suzuki
T., Gipusum & Lime, 195, 87 (1989); Di Silvio L.,
Dalby M. and Bonfield W., J. Materials Science Ma
terials in Medicine, 9, 845 (1998); Labat B., Dem
onet N., Rattner A., Aurelle JL, Rieu J., Frey
J. and Chamson A., J. Biomed. Mater. Res., 4 6, 33
1 (1999)].

【0005】また,HApが持つ陰イオンサイト(PO43-
イト,OH-サイト)および陽イオンサイト(Ca2+サイ
ト)に起因する生体に関連する種々の成分(重金属イオ
ン,フッ素イオン,生体高分子など)の吸着材あるいは
イオン交換体としての利用も研究されている[ Bernardi
G., Methods of Enzymology, XXI, Academic Press,
(W. B. Jakoby,Ed.) New York,95(1971)]。生体高
分子(タンパク質,核酸,糖)吸着剤としての利用法と
して,高速液体クロマトグラフィ用充填材に利用する研
究が行われている[ Bernardi G., Methods of Enzymolo
gy, XXI, AcademicPress,(W. B. Jakoby,Ed.) New Yor
k,95(1971); Bernardi G., Giro M. and Gaillard
C.,Biochim. Biophys. Acta, 278, 409 (1972); Spenc
er M. and Grynpas M.,J.Chromatography,1 66,423
(1978); Moss B. and RosenblumN., J. Biol. Che
m., 247, 5194 (1972); Atkinson A., Bradford P.A.
and Selmes I.P., J. Appl. Chem. Biotechnol., 23, 5
17 (1973); Kawasaki T., J.Chromatogr., 151, 95 (1
978)]。それらの材料の形態という面に着目してみる
と,HAp粉体を歯,骨類似の形に成形加工し燒結して作
られるセラミックスの成形体やカラムに充填することを
目的にしたビーズ形状に限られている。
[0005] In addition, various components (heavy metal ions, fluoride ions, biological levels) related to the living body due to the anion site (PO 4 3- site, OH - site) and cation site (Ca 2+ site) of HAp The use of molecules as adsorbents or ion exchangers has also been studied [Bernardi
G., Methods of Enzymology, XXI, Academic Press,
(WB Jakoby, Ed.) New York, 95 (1971)]. As a method of using it as an adsorbent for biopolymers (proteins, nucleic acids, sugars), it has been studied to use it as a packing material for high performance liquid chromatography [Bernardi G., Methods of Enzymolo
gy, XXI, AcademicPress, (WB Jakoby, Ed.) New Yor
k, 95 (1971); Bernardi G., Giro M. and Gaillard
C., Biochim. Biophys. Acta, 278, 409 (1972); Spenc
er M. and Grynpas M., J. Chromatography, 1 66, 423
(1978); Moss B. and RosenblumN., J. Biol. Che
m., 247, 5194 (1972); Atkinson A., Bradford PA
and Selmes IP, J. Appl. Chem. Biotechnol., 23, 5
17 (1973); Kawasaki T., J. Chromatogr., 151, 95 (1
978)]. Focusing on the aspect of the morphology of those materials, HAp powder was processed into a shape similar to teeth and bones, and a bead shape was formed for the purpose of filling into a ceramic molded body or column made by sintering. limited.

【0006】また、HApの生体親和特性を活かして細胞
付着材料の研究がなされているが,その形態はセラミッ
クス化したビーズあるいは板状のものであり、普及はし
ていない( Suzuki T.,Toriyama M.,Kawamoto Y.,Yo
kogawa Y. and Kawamura S.,J.Ferment.Bioeng.,7
0,164,(1990): 水谷悟,「バイオリアクターの世界」
(小林猛他編),ハリオ研究所,259,(1992))。
Cell-adhesive materials have been studied by taking advantage of the biocompatibility of HAp, but the morphology is ceramicized beads or plates, and has not spread (Suzuki T., Toriyama). M., Kawamoto Y., Yo
kogawa Y. and Kawamura S., J. Ferment. Bioeng. , 7
0, 164, (1990): Satoru Mizutani, "The world of bioreactors"
(Takeshi Kobayashi and others), Hario Research Institute, 259, (1992)).

【0007】他方、バイオテクノロジー関連材料として
シート状,フィルム状の材料が多種類あるが,HApをシ
ート状に成形したものは存在しなかった。HApをシート
材料の形にすることができれば,その特性を活かしてこ
れまで以外のバイオテクノロジー分野で広範囲に使用さ
れるに違いない。例えば,タンパク質・核酸吸着シー
ト,ウィルス吸着用マスク基材シート,細胞培養シート
などが期待できる。更に,バイオテクノロジー産業にお
いてもシート状のHAp材料を利用した新たなバイオ技術
が開発される可能性が大きいと思われる。このことは,
アパタイトシートがバイオテクノロジーを支援する新規
な材料となることも意味している。
On the other hand, there are many kinds of sheet-shaped and film-shaped materials as biotechnology-related materials, but there is no material in which HAp is molded into a sheet shape. If HAp can be formed into a sheet material, it must be used extensively in other biotechnology fields by taking advantage of its properties. For example, protein / nucleic acid adsorption sheets, virus adsorption mask substrate sheets, cell culture sheets, etc. can be expected. Furthermore, in the biotechnology industry, there is a high possibility that new biotechnology using sheet-shaped HAp materials will be developed. This is
It also means that apatite sheets will become a new material to support biotechnology.

【0008】更に、アパタイトシートの開発は、紙加工
製品の分野から考えると新しい機能紙の創出である。HA
pを利用して紙に新しい付加価値を付けることができ
る。HApをシート材料に加工することができるならば,H
Apの新たな用途が拡大することになり経済的な効果も大
きい。このシートはバイオ関連産業で使用されるだけで
なく,家庭用などにもに利用される可能性を秘めてい
る。例えば,イオン吸着特性を活かしてHApシートを室
内空間の清浄機能を有する壁紙などへ利用することも可
能であろう。そうなれば,HAp利用の新しい紙製品とな
り新規需要が開拓されるためには,アパタイトシートの
製造技術の開発が必要である。しかし,これまでHApの
針状結晶あるいは燒結繊維などの開発例はあるが[ Iwas
aki H. and Kaneko Y., Zairyo, 37, 60 (1988); Ki
noshita M.,Kishioka A.,Hayashi H.,Itatani K.,G
ipusum & Lime,219, 23 (1989)],シートの原料とし
て使用できる実用的なアパタイト単繊維は作られていな
かった。また、抄造技術を用いてアパタイト単繊維をシ
ート化したアパタイトシートも開発されていなかった。
Further, the development of an apatite sheet is the creation of a new functional paper in the field of paper processing products. HA
You can use p to add new added value to paper. If HAp can be processed into sheet material, H
The new use of Ap will be expanded and the economic effect will be great. This sheet has the potential to be used not only in the bio-related industry but also for household use. For example, it would be possible to use the HAp sheet as wallpaper that has the function of cleaning the interior space by taking advantage of the ion adsorption characteristics. If this happens, it will be necessary to develop manufacturing technology for apatite sheets in order to create new paper products that use HAp and open up new demand. However, there have been examples of development of needle-shaped crystals of HAp or sintered fibers [Iwas
aki H. and Kaneko Y., Zairyo, 37, 60 (1988); Ki
noshita M., Kishioka A., Hayashi H., Itatani K., G
ipusum & Lime, 219, 23 (1989)], a practical apatite monofilament that can be used as a raw material for sheets has not been produced. Further, an apatite sheet obtained by making apatite single fibers into a sheet by using a papermaking technique has not been developed either.

【0009】したがって、本発明者らは、HApの更なる
利用を推進してバイオ関連産業の進展を図り、かつ、和
紙企業の振興のためにアパタイトを原料にした新規なシ
ート材料の開発を目指した。その結果,単繊維形状のHA
pを新しく開発し,それを原料として紙製造技術である
抄造法を使ったアパタイトシートの新規な製造技術を創
出することに成功した。つまり、本発明者らは、上記で
作成したHAPCを原料繊維として紙を作る方法である抄造
法を使用してアパタイトシートを製造する新しい方法を
考案した。この方法は、従来から行われてきた無機粉体
を高分子の定着剤を使ってパルプに定着させてシート化
する方法とはまったく異なり,定着剤を使用することな
く低コストで非常に省力化された方法となっている。
[0009] Therefore, the inventors of the present invention aim to develop a new sheet material using apatite as a raw material in order to promote the further utilization of HAp to promote the bio-related industry and to promote a Japanese paper company. It was As a result, monofilament-shaped HA
We succeeded in creating a new apatite sheet manufacturing technology using the papermaking method, which is a paper manufacturing technology, by newly developing p. That is, the inventors of the present invention have devised a new method of producing an apatite sheet using a papermaking method that is a method of making paper using the HAPC prepared above as a raw material fiber. This method is completely different from the conventional method of fixing the inorganic powder to the pulp using a polymeric fixing agent and making it into a sheet, which is low cost and labor saving without using a fixing agent. It is the method that was done.

【0010】つまり、HApとパルプが一体となった複合
体繊維を合成する方法を述べた(川勝博伸,機能紙研究
会紙,32,28 (1993))。すなわち,湿式合成反応を利用
してパルプ表面でHApの合成を行いパルプ表面で不溶性H
Ap塩を生成させ,パルプの周りをHApで皮膜したような
構造となったアパタイト・パルプ複合体繊維(以下,HA
PCと略す)を作成する方法を開発した。このHAPCは表面
特性に着目すればHAp単繊維といってもよいものであ
る。これまでHApはセラミックス繊維として開発された
実績はあるが,実際には実用性に乏しい繊維材料であっ
た。つまり、HApをパルプと複合化することにより有機
・無機複合繊維として実用性の高い繊維材料とすること
ができた。また、アパタイトシートがタンパク質・核酸
吸着材料として優れた性能を発揮することも確認した。
That is, a method for synthesizing a composite fiber in which HAp and pulp are integrated has been described (Kawakatsu Hironobu, Functional Paper Study Group, 32, 28 (1993)). That is, HAp is synthesized on the pulp surface using the wet synthesis reaction and insoluble H
Apatite / pulp composite fiber (hereinafter HA
We have developed a method of creating a computer (abbreviated as PC). This HAPC can be called HAp monofilament if its surface characteristics are focused. Up until now, HAp has been developed as a ceramic fiber, but in reality it was a fiber material with little practicality. In other words, by combining HAp with pulp, it was possible to obtain a highly practical fiber material as an organic / inorganic composite fiber. It was also confirmed that the apatite sheet exhibits excellent performance as a protein / nucleic acid adsorption material.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】また、本発明者らは、
HAPCを原料繊維にして新規な動物細胞培養床用アパタイ
トシートの開発を行った。その結果、本発明者らは、HA
PCをシート化して細胞接着性に優れ,細胞を高密度に増
殖させることが可能な細胞培養床用アパタイトシートを
開発した。シートの培養床としての表面特性あるいは内
部構造を中心に検討して、シートを使用したCHO細胞を
静置培養する方法ならびにスピンナーフラスコで回転培
養する方法を考案した。この方法によりCHO細胞などの
動物細胞を簡便に効率良く培養できることが判明した。
The present inventors have also found that
A novel apatite sheet for animal cell culture beds was developed using HAPC as the raw material fiber. As a result, we found that HA
We have developed an apatite sheet for cell culture beds, which is a sheet of PC and has excellent cell adhesiveness and can grow cells at high density. By examining mainly the surface characteristics or the internal structure of the sheet as a culture bed, we devised a method of statically culturing CHO cells using a sheet and a method of rotating culture in a spinner flask. It was found that animal cells such as CHO cells can be easily and efficiently cultured by this method.

【0012】この発明に係る高密度細胞培養法によっ
て、高密度での長期間の細胞培養が可能となり、アパタ
イトシートをモジュールに組み込んだ培養装置を利用し
てインタ−ロイキン等を含むサイトカイン等の有用生理
活性物質を含む細胞の効率的な培養が可能となり、その
結果かかる有用生理活性物質も効率的に生産することが
可能になった。
The high-density cell culturing method according to the present invention enables high-density cell culturing for a long period of time, and it is useful to utilize cytokines including interleukins and the like by utilizing a culturing apparatus having an apatite sheet incorporated in a module. It has become possible to efficiently culture cells containing physiologically active substances, and as a result, it has become possible to efficiently produce such useful physiologically active substances.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】この発明は、バイオテ
クノロジーを支援するための材料として動物細胞培養床
用のアパタイトシートを作成し,それを用いた動物細胞
の高密度細胞培養法を提供することを目的とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention provides an apatite sheet for an animal cell culture bed as a material for supporting biotechnology, and provides a high-density cell culture method for animal cells using the apatite sheet. With the goal.

【0014】また、この発明は、動物細胞培養床用のア
パタイトシートを組み込んだ新規な高密度細胞培養が可
能なモジュールを提供することを別の目的とする。
Another object of the present invention is to provide a novel module capable of high-density cell culture, which incorporates an apatite sheet for animal cell culture beds.

【0015】更に、この発明は、かかるアパタイトシー
トを組み込んだ高密度細胞培養が可能なモジュールを用
いた高効率の細胞培養システムを提供することを別の目
的とする。
Further, another object of the present invention is to provide a highly efficient cell culture system using a module capable of high-density cell culture incorporating the apatite sheet.

【0016】更にまた、この発明は、動物細胞の高密度
細胞培養法により動物細胞を高密度に効率的に培養する
ことによって有用生理活性物質を効率的に生産すること
からなる有用生理活性物質の生産方法を提供することを
別の目的とする。
Furthermore, the present invention provides a useful physiologically active substance comprising efficiently producing a useful physiologically active substance by efficiently culturing animal cells at a high density by a high density cell culture method for animal cells. Another purpose is to provide a production method.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、この発明は、アパタイトシ−トをその表面積が広く
なるように配置して組み込んだ培養装置を用いて、動物
細胞を含む細胞を高密度に培養することからなるアパタ
イトシ−トを用いた細胞の高密度細胞培養法を提供す
る。
In order to achieve this object, the present invention uses a culture device in which an apatite sheet is arranged and incorporated so that its surface area is large, and cells containing animal cells are A high-density cell culture method for cells using an apatite sheet, which comprises culturing at high density.

【0018】この発明の好ましい態様においては、細胞
を連続的に培養することによって高密度に細胞の培養す
ることができる。更に好ましい態様においては、細胞と
して動物細胞を連続的に培養することによって高密度に
細胞の培養することができる。更に好ましい態様におい
ては、この発明は、細胞として動物細胞を連続的に培養
することによって、有用生理活性物質を効率よく培養す
ることができる。
In a preferred embodiment of the present invention, cells can be cultured at high density by continuously culturing the cells. In a further preferred embodiment, animal cells can be cultivated at high density by continuously culturing animal cells. In a further preferred embodiment, the present invention enables efficient cultivation of useful physiologically active substances by continuously culturing animal cells as cells.

【0019】また、この発明は、この細胞培養床用アパ
タイトシートを利用した新規な動物細胞培養用モジュー
ルを組み込んだ培養装置を提供する。
The present invention also provides a culture device incorporating a novel animal cell culture module utilizing the apatite sheet for cell culture beds.

【0020】更に、この発明は、細胞培養床アパタイト
シートを用いた細胞培養モジュールを提供する。
Furthermore, the present invention provides a cell culture module using a cell culture bed apatite sheet.

【0021】この発明は、CHO-K1細胞等の動物細胞の連
続培養を行うことができる細胞連続培養装置に組み込む
ことができる動物細胞培養用モジュールを提供する。
The present invention provides an animal cell culture module that can be incorporated into a cell continuous culture device capable of continuous culture of animal cells such as CHO-K1 cells.

【0022】[0022]

【発明の実施の態様】まず、アパタイト・パルプ複合体
について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION First, an apatite-pulp composite will be described.

【0023】HApは、様々な方法により合成することが
でき、その方法は、乾式合成法,湿式合成法( Boskey
A.L. and Posner A.S., J. Phs. Chem., 80, 40 (197
6); Moreno E.C., Gregory T.M. and Brown W.E., J. R
es. Natl. Bur. Stand., 72A,773 (1968); McDowell
M., Gregory T.M. and Brown W.E., J. Res. Natl. Bu
r.Stand., 81A, 273 (1977))、水熱合成法( Hayek
W., Bohler W., Leuchlutter J. and Petter H., Z. An
org. Allg. Chem., 295, 24 (1958); Kirn J.F. and L
eidheiser H., J. Crystal Growth, 2, 111 (1968); Ey
sel W. and Roy D.M., J. Crystal Growth, 20, 245 (1
973))に大別される。
HAp can be synthesized by various methods. The methods include a dry synthesis method and a wet synthesis method (Boskey
AL and Posner AS, J. Phs. Chem., 80, 40 (197
6); Moreno EC, Gregory TM and Brown WE, J. R.
es. Natl. Bur. Stand., 72A, 773 (1968); McDowell
M., Gregory TM and Brown WE, J. Res. Natl. Bu
r.Stand., 81A, 273 (1977)), hydrothermal method (Hayek
W., Bohler W., Leuchlutter J. and Petter H., Z. An
org. Allg. Chem., 295, 24 (1958); Kirn JF and L
eidheiser H., J. Crystal Growth, 2, 111 (1968); Ey
sel W. and Roy DM, J. Crystal Growth, 20, 245 (1
973)).

【0024】乾式合成法では適当なカルシウム塩とリン
酸塩とをCa/P比で5:3となるように配合し,水蒸気雰
囲気で1000℃以上で過熱するとHApが得られる。例え
ば,Ca3(PO4)2とCaOを配合し,水蒸気雰囲気中で過熱す
るとHApが得られる。
In the dry synthesis method, HAp is obtained by mixing appropriate calcium salt and phosphate in a Ca / P ratio of 5: 3 and heating at 1000 ° C. or higher in a steam atmosphere. For example, HAp can be obtained by mixing Ca 3 (PO 4 ) 2 and CaO and heating in a steam atmosphere.

【0025】湿式合成法は、Ca2+,PO43-の各水溶液の
混合によりHApを沈殿さる方法である。例えば,リン酸
二水素アンモニウム水溶液と硝酸カルシウム水溶液とか
ら沈殿させた後,熟成や煮沸による洗浄などを行って乾
燥させるとHApが得られる。湿式法で合成したHApは非常
に微細で分散性は良いが,ゲル状を呈するため脱水が難
しい。さらに,原料の種類,濃度,混合手順,速度pHの
制御など多くの要因によりその生成物の特性が変化する
という難点がある。
The wet synthesis method is a method of precipitating HAp by mixing aqueous solutions of Ca 2+ and PO 4 3− . For example, HAp can be obtained by precipitation from an aqueous solution of ammonium dihydrogen phosphate and an aqueous solution of calcium nitrate, followed by aging, washing by boiling, etc. and drying. HAp synthesized by the wet method is extremely fine and has good dispersibility, but it is difficult to dehydrate because it has a gel form. Furthermore, there is a drawback that the characteristics of the product change due to many factors such as the type of raw material, concentration, mixing procedure, control of speed pH.

【0026】本発明者は、HAp湿式合成反応を利用し
て,パルプ表面でHApの不溶性結晶塩合成反応を生じさ
せパルプの表面をHApが皮膜したアパタイト・パルプ複
合体(HAPC)を合成することに成功した(川勝博伸,機
能紙研究会紙,32,28 (1993))。その際,合成条件の
中で原料の濃度を変えることによりHApの付着量を任意
に変化させることが可能であることが明らかとなった。
HAPCは、パルプと無機粉体であるHApが複合化された機
能性パルプであり,HApの様々な特性が付与されたパル
プ繊維となっている。別の見方をすると,HAPCはアパタ
イトの単繊維を作成したことになる。このHAPCは,パル
プ形状をしているため様々な用途に展開が可能である。
The present inventor utilizes the HAp wet synthesis reaction to synthesize a HAp insoluble crystalline salt synthesis reaction on the pulp surface to synthesize an apatite-pulp composite (HAPC) in which the pulp surface is coated with HAp. (Kawakatsu Hironobu, Functional Paper Research Society, 32, 28 (1993)). At that time, it was clarified that the amount of HAp deposited can be arbitrarily changed by changing the concentration of the raw material in the synthesis conditions.
HAPC is a functional pulp that is a composite of pulp and HAp, which is an inorganic powder, and is a pulp fiber with various HAp characteristics. From another point of view, HAPC made a single fiber of apatite. Since this HAPC has a pulp shape, it can be used for various purposes.

【0027】一方、HApセラミックス単繊維は,これま
で岩崎ら( Iwasaki H. and KanekoY.,Zairyo,37,60
(1988))あるいは木下ら( Kinoshita M.,Kishioka
A.,Hayashi H.,Itatani K.,Gipusum & Lime,21
9,23 (1989))により開発されている。岩崎らは、硝酸
カルシウム,燐酸水素2アンモニウムおよび尿素の混合
液を原料にして,均一沈殿法という手法を用いて、90
℃,95℃および100℃の温度でシリコンオイルバス中で
還流させた。その結果,ホイスカー状または繊維状炭酸
アパタイトが合成され、その繊維を1200℃で焼結するこ
とによりセラミックスHAp繊維が得られた。繊維の大き
さは直径数μm,長さは20〜150μmであった。他方、木
下らは、アルギン酸ナトリウム溶液にピロ燐酸ナトリウ
ムを溶解した溶液を出発原料にした。この出発原料を紡
糸機より紡糸液(塩化カルシウムと酢酸カルシウムとの
混合溶液)に紡糸してゲル状繊維を調整した。この繊維
を熟成,水洗,乾燥させ900℃,1時間空気中で焼成させ
繊維状セラミックHApを得ている。繊維の大きさは直径5
0μm,長さはある程度任意に調整可能であるといえる。
しかしながら、両方の繊維ともセラミックス繊維である
がゆえに,柔軟性に乏しく脆いという欠点を有してい
る。これらの繊維を原料にしてシート材料が試作されて
いるが実用性には乏しいと想像される。それと比べて、
HAPCはパルプが芯となっているためにある程度のしなや
かさを有しており、取り扱いやすい材料であり,シート
などに成形しても充分実用的である。
On the other hand, HAp ceramic monofilaments have been used so far in Iwasaki et al. (Iwasaki H. and KanekoY., Zairyo, 37, 60).
(1988)) or Kinoshita et al. (Kinoshita M., Kishioka)
A., Hayashi H., Itatani K., Gipusum & Lime, 21
9, 23 (1989)). Iwasaki et al. Used a mixed solution of calcium nitrate, diammonium hydrogen phosphate and urea as a raw material,
Reflux in a silicone oil bath at temperatures of 95 ° C, 95 ° C and 100 ° C. As a result, whiskers or fibrous carbonate apatite were synthesized, and ceramic HAp fibers were obtained by sintering the fibers at 1200 ℃. The size of the fibers was several μm in diameter and the length was 20 to 150 μm. On the other hand, Kinoshita et al. Used a solution of sodium pyrophosphate dissolved in a sodium alginate solution as a starting material. This starting material was spun into a spinning solution (mixed solution of calcium chloride and calcium acetate) from a spinning machine to prepare gel fibers. The fibers are aged, washed with water, dried, and fired at 900 ° C for 1 hour in air to obtain fibrous ceramic HAp. Fiber size is diameter 5
It can be said that 0 μm and the length can be adjusted to some extent.
However, since both fibers are ceramic fibers, they have the drawbacks of poor flexibility and brittleness. Sheet materials have been trial-produced using these fibers as raw materials, but they are considered to have poor practicality. Compared to that,
HAPC has a certain degree of suppleness because the pulp is the core, and it is a material that is easy to handle, and is practical enough to be formed into a sheet.

【0028】HAPCを原料繊維として抄造法によりアパタ
イトシートを作成する方法は、これまで行われてきた無
機粉体配合紙の製造方法と比較して,簡便かつ低コスト
でHApのシート化を行いことができる。更に,この製造
方法は抄造方法を応用しているため、中小機械和紙企業
でもこの技術を導入することは容易である。また,アパ
タイトシートはタンパク質・核酸の吸着シート材料とし
て優れた性能を有していることも明らかとなった。
The method for producing an apatite sheet by a papermaking method using HAPC as a raw material fiber is to make a sheet of HAp simply and at low cost, as compared with the production method of the inorganic powder blended paper which has been performed so far. You can Furthermore, since this manufacturing method applies a papermaking method, it is easy for small and medium-sized Japanese paper companies to introduce this technology. It was also clarified that the apatite sheet has excellent performance as a material for adsorbing proteins and nucleic acids.

【0029】アパタイトは、その生体親和特性から,動
物細胞の培養担体としての研究も行われている。そのな
かで,セラミックスビーズ,セラミックス板としての利
用が報告されている( Suzuki T.,Toriyama M.,Kawam
oto Y.,Yokogawa Y. and Kawamura S.,J.Ferment.B
ioeng.,70,164,(1990); 水谷悟,「バイオリアクタ
ーの世界」(小林猛ほか編),ハリオ研究所,259,(199
2))。しかしながら,アパタイト繊維をシート状に成形
加工した培養床に関する研究の例はない。それは,これ
までアパタイト繊維の製造が困難であったため,それを
原料にしたアパタイトシートも製造することができなか
ったためと推測される。一方,ポリエステル繊維不織布
などの繊維状材料を培養床として利用する研究は行われ
ている。その中で,繊維状材料は付着表面積の広さ,取
り扱いの容易さ,成形加工のし易さなど,ビーズ状の担
体にはない利点が示され( Perry S. D. and Wang D.
I.C., Biotechnol. Bioeng., 34,NO.1, 1 (1989)))、
ポリエステル繊維不織布を培養床として応用した培養装
置なども考案されている( Mituda S.,Matsuda Y.,It
agaki Y.,Suzuki A.,Kumazawa E.,Higashio K. and
Kawanishi G.,J.Ferment.Bioeng.,70,289 (199
0); Robert J.,Cote J.,and Archamsbault,J.Biote
chnol. Bioeng.,39,697,(1992))。しかしながら,
不織布材料にも原料繊維の細胞への親和性が低いなどの
問題点が残されており,現在も細胞付着増殖性に優れた
シート状培養床の開発が進められている。
Apatite has been studied as a carrier for culturing animal cells because of its biocompatibility. Among them, the use as ceramic beads and ceramic plates has been reported (Suzuki T., Toriyama M., Kawam.
oto Y., Yokogawa Y. and Kawamura S., J. Ferment. B
ioeng. , 70, 164, (1990); Satoru Mizutani, "The world of bioreactors" (Takeshi Kobayashi et al.), Hario Research Institute, 259, (199)
2)). However, there is no example of research on a culture bed in which apatite fiber is formed into a sheet. It is presumed that this is because it has been difficult to manufacture apatite fibers and it has not been possible to manufacture apatite sheets using them as a raw material. On the other hand, research is being conducted on the use of fibrous materials such as polyester fiber nonwoven fabric as a culture bed. Among them, fibrous materials have advantages over bead-shaped carriers, such as large adhesion surface area, easy handling, and easy molding (Perry SD and Wang D.
IC, Biotechnol. Bioeng., 34, NO.1, 1 (1989))),
A culture device that uses polyester fiber nonwoven fabric as a culture bed has also been devised (Mituda S., Matsuda Y., It
agaki Y., Suzuki A., Kumazawa E., Higashio K. and
Kawanishi G., J. Ferment. Bioeng. , 70,289 (199
0); Robert J., Cote J., and Archamsbault, J. Biote
chnol. Bioeng. , 39, 697, (1992)). However,
Nonwoven fabric materials still have problems such as low affinity of raw material fibers for cells, and the development of sheet-shaped culture beds with excellent cell attachment and growth properties is still in progress.

【0030】得られたアパタイトシートは,シート状材
料であると同時に,表面にあるアパタイトの特性から動
物細胞に対する親和性も高いと考えられる。この点で,
これまでの培養床として検討されてきた化学繊維製の不
織布とは大きく異なり,より優れた細胞増殖性能を発揮
することが判明した。
It is considered that the obtained apatite sheet is a sheet-like material and, at the same time, has a high affinity for animal cells due to the characteristics of the apatite on the surface. In this respect,
It was found that, unlike the non-woven fabric made of chemical fiber, which has been considered as a culture bed up to now, it exhibits a superior cell growth performance.

【0031】細胞培養床アパタイトシート及びシートNP
-0の細孔容積はそれぞれ 2.86及び1.71 cc/g,であり,
前者の容積は後者の1.7倍程度大きい。細孔直径の大き
さの分布は、動物細胞が付着増殖するのに適していると
されている穴径10〜200μmの領域(安田公昭, 「バイオ
リアクターの世界」(小林猛ほか編),ハリオ研究所,
62 (1992))に集中しており,細胞培養床アパタイトシ
ートは細胞付着材料として優れた細孔特性を有してい
る。細孔容積の増大に伴い,表面積も広くなり,シート
NP-0に比較して,0.32 m2/g と1.8倍の値を示した。二
種類のアパタイトシート(シートNP-0及びシートNP-1)の
細孔容積,表面積の差は、原料パルプの叩解の程度に依
存し,叩解が進んだパルプが原料となったHAPCをシート
化したものほど細孔容積が小さい。アパタイトシートも
パルプ紙と同様にパルプの叩解の程度によって,シート
の細孔容積,表面積が決定されていることが分かる。同
じHAPCを原料としていながら細胞培養床アパタイトシー
トは、シートNP-0より細孔容積が大きい。これは原料繊
維の叩解度だけではなく、乾燥条件もシートの細孔容積
量を変えることを示している。プレス無しの乾燥により
シートの細孔容積は大きくできることが判る。この方法
を発展させると湿式のシート形成よりも乾式のシート形
成を行えば更に細孔容積の大きい細胞培養床アパタイト
シートの開発が期待される。しかし,どの程度の大きさ
の穴がよいかは細胞の種類によって違ってくると考えら
れる。
Cell culture bed apatite sheet and sheet NP
The pore volumes of -0 are 2.86 and 1.71 cc / g, respectively,
The volume of the former is 1.7 times larger than that of the latter. The distribution of pore diameters is said to be suitable for animal cells to attach and proliferate. Areas with pore diameters of 10 to 200 μm (Kimiaki Yasuda, “The world of bioreactors” (Takeshi Kobayashi et al.), Hario) Institute,
62 (1992)), and the cell culture bed apatite sheet has excellent pore characteristics as a cell attachment material. As the pore volume increases, the surface area also increases and the sheet
The value was 0.32 m 2 / g, 1.8 times that of NP-0. The difference in the pore volume and surface area of the two types of apatite sheets (sheet NP-0 and sheet NP-1) depends on the degree of beating of the raw pulp, and HAPC made from the raw beating pulp is used as the raw material. The smaller the pore volume, the smaller the volume. It can be seen that the pore volume and surface area of an apatite sheet are determined by the degree of beating of pulp, similar to pulp paper. The cell culture bed apatite sheet using the same HAPC as the raw material has a larger pore volume than the sheet NP-0. This indicates that not only the beating degree of the raw material fiber but also the drying condition changes the pore volume of the sheet. It can be seen that the pore volume of the sheet can be increased by drying without pressing. If this method is developed, it is expected to develop a cell culture bed apatite sheet having a larger pore volume if dry sheet formation is performed rather than wet sheet formation. However, the size of the hole is considered to depend on the cell type.

【0032】アパタイトシートの培養床としての特性は
細孔容積だけで判断することはできない。シートの強度
及び透気度も実際に使用する時点では重要である。これ
らの特性も原料パルプの叩解度に依存しており,叩解度
の高いパルプを原料にしたシートNP-1の引張強さは大き
いが,シートNP-0は弱く実用的な強さとは言えない。一
方,透気度はシートNP-0が小さく通気性が良いことを示
している。未叩解のパルプを使用することにより細胞の
付着する細孔容積を大きくし,同時に培地溶液の通液性
に関与する透気度を小さくすることができるが,強度は
低下することになる。培養床として使用されるシートと
しては大きな細孔容積を持っていることが必要である
が,それと同時に培養液中での使用が主になるためシー
トはろ紙程度の強度でなければならない。この相反する
特性を両立させるためにバインダー繊維の配合とプレス
無しの乾燥方法が重要となってくる。プレス無しの乾燥
方法により細孔容積が大きく通気性が良好な特性を持
ち,バインダーの強度増強効果により充分な強度を持っ
た培養床シートを作成可能であることが明らかとなっ
た。
The characteristics of the apatite sheet as a culture bed cannot be judged only by the pore volume. The strength and air permeability of the sheet are also important at the time of actual use. These properties also depend on the beating degree of the raw pulp, and the tensile strength of the sheet NP-1 made from pulp with a high beating degree is large, but the sheet NP-0 is weak and cannot be said to be of practical strength. . On the other hand, the air permeability shows that the sheet NP-0 is small and has good air permeability. By using unbeaten pulp, it is possible to increase the pore volume to which cells adhere and at the same time reduce the air permeability that is involved in the permeability of the medium solution, but the strength is reduced. A sheet used as a culture bed needs to have a large pore volume, but at the same time, the sheet must be as strong as a filter paper because it is mainly used in a culture solution. In order to achieve both of these contradictory properties, the blending of binder fibers and the drying method without pressing become important. It was clarified that it is possible to produce a culture bed sheet having a large pore volume and good air permeability by the press-free drying method, and sufficient strength due to the strength enhancing effect of the binder.

【0033】従来,スピンナーフラスコなどでの細胞培
養では多孔質担体が細胞付着材料として利用されてき
た。細胞が付着した担体を培地と一緒にフラスコに入
れ,攪拌羽根で60rpm程度で攪拌しながら浮遊培養され
る。あるいは,担体はガラスカラムなどに充填され培地
を循環することにより担体は流動しながら培養される。
これらの方法は、流動床(Fluidized-bed)法( Nilsso
n K., Buzsaky F. and Mosbach K., Bio/Technology,
4, 989 (1 986); Dean R.C.Jr., Karkare S.B., Ray
N.G. and Runstadler P.W.Jr., "Continuous cell cult
ure with fluidized sponge beads : Large scale cell
culture technology", Carl Hanser Vealag,N.Y., 145
(1987); Looby D. and Griffiths B., Trends Biotec
hnol., 8, 204(199 0))と呼ばれている。
Conventionally, a porous carrier has been used as a cell attachment material in cell culture in a spinner flask or the like. The cell-attached carrier is placed in a flask together with the medium, and suspension culture is performed while stirring at about 60 rpm with a stirring blade. Alternatively, the carrier is filled in a glass column or the like, and the carrier is cultivated while flowing by circulating the medium.
These methods are based on the Fluidized-bed method (Nilsso
n K., Buzsaky F. and Mosbach K., Bio / Technology,
4, 989 (1 986); Dean RCJr., Karkare SB, Ray
NG and Runstadler PWJr., "Continuous cell cult
ure with fluidized sponge beads: Large scale cell
culture technology ", Carl Hanser Vealag, NY, 145
(1987); Looby D. and Griffiths B., Trends Biotec
hnol., 8, 204 (1990)).

【0034】担体の代表例として,Cellsnow(KIRI
N),Collagen-microsphere(Verax)等が挙げられる
(KIRIN, 動物細胞培養用担体 Cellsnow Text & Manua
l, 12; Ogawa T., Kamihira M., Terashima S., Yasud
a K., Iijima S. and Kobayashi T., J. Ferment. Bioe
ng.,74,27 (1992); 寺島修司,小川達也,上平正
道,安田公昭,飯島信司,小林猛,生物工学会誌,71
(3), 165 (1993); Hayman E. G., Ray N. G., Runstad
ler P. W. JR, Bioreact. Biotransform., 132 (198
7))。Cellsnowは、セルロースで作られた大きさ2mm程
度で100〜300μmの細孔がある多孔質の粒子である。Cel
lsnowを利用したCHO-K1細胞の培養手順では種培養され
た細胞が担体に接種されるが,そのときの細胞懸濁液の
濃度が1.0〜5.0×105個/mlとされている(KIRIN, 動物
細胞培養用担体 Cellsnow Text & Manual, 12)。500m
lのスピンナーフラスコでは50mlのCellsnow が使用され
るため,培養開始時に50〜250×105個の細胞が必要とな
る。この量は細胞培養床アパタイトシートを培養床とし
て500mlスピンナーフラスコに使用した場合の2〜10倍の
細胞量となっている。これは,Cellsnow の場合だけで
はなく,その他の多孔質担体を使用する場合もある程度
の量以上の細胞量が必要とされている( Hayman E. G.,
Ray N. G., Ru nstadler P. W. JR, Bioreact. Biotran
sform., 132 (1987))。なぜなら,担体は流動培養され
ているとき粒子1個1個が遊離しているため別の粒子へ
は細胞は増殖することは出来ない。そのため,培養開始
時点で1個の担体に一定数以上の細胞が付着しておく必
要があり,担体粒子の量に応じた細胞数が必要となる。
それに比べて,細胞培養床アパタイトシートは細胞が付
着するHAPC繊維表面が繋がっているため細胞が順次増殖
していきシート全面に広がっていくと考えられる。その
ため,初期細胞濃度が比較的低くても培養が可能になっ
ていると推測される。
As a typical example of the carrier, Cellsnow (KIRI
N), Collagen-microsphere (Verax), etc. (KIRIN, animal cell culture carrier Cellsnow Text & Manua
l, 12 ; Ogawa T., Kamihira M., Terashima S., Yasud
a K., Iijima S. and Kobayashi T., J. Ferment. Bioe
ng., 74, 27 (1992); Shuji Terajima, Tatsuya Ogawa, Masamichi Kamihira, Kimiaki Yasuda, Shinji Iijima, Takeshi Kobayashi, Journal of Biotechnology, 71
(3), 165 (1993); Hayman EG, Ray NG, Runstad
ler PW JR, Bioreact. Biotransform., 132 (198
7)). Cellsnow is a porous particle made of cellulose with a size of about 2 mm and pores of 100 to 300 μm. Cel
In the CHO-K1 cell culture procedure using lsnow, the seed-cultured cells are inoculated into the carrier, and the concentration of the cell suspension at that time is 1.0 to 5.0 × 10 5 cells / ml (KIRIN , Carriers for animal cell culture, Cellsnow Text & Manual, 12). 500m
Since 50 ml of Cellsnow is used in the l spinner flask, 50 to 250 × 10 5 cells are required at the start of culture. This amount is 2 to 10 times the amount of cells when the apatite sheet of the cell culture bed is used as a culture bed in a 500 ml spinner flask. This is not only the case for Cellsnow, but also when using other porous carriers, a certain amount of cells or more is required (Hayman EG,
Ray NG, Runstadler PW JR, Bioreact. Biotran
sform., 132 (1987)). Because, when the carrier is fluidized and cultivated, each particle is liberated and the cell cannot grow into another particle. Therefore, a certain number or more of cells need to be attached to one carrier at the start of culturing, and the number of cells corresponding to the amount of carrier particles is required.
On the other hand, in the cell culture bed apatite sheet, the HAPC fiber surfaces to which the cells adhere are connected, and it is considered that the cells proliferate sequentially and spread over the entire surface of the sheet. Therefore, it is presumed that culturing is possible even when the initial cell concentration is relatively low.

【0035】また,多孔質担体が流動培養されるときス
ピンナーフラスコあるいはカラム内で担体同士がぶつか
り合い担体表面に付着している細胞に生育障害が生じ
る。一方,細胞培養床アパタイトシートは一葉のシート
材料となっているため材料同士の接触はなく細胞の生育
障害は起こらない。更に,シートは攪拌羽根に固定され
ているためデカンテーションによって容易に古くなった
培地の全量が交換可能である。多孔質担体は粒子状で懸
濁しているため培地の完全な交換は不可能である。
Further, when the porous carrier is subjected to fluid culture, the carriers adhering to each other in the spinner flask or the column collide with each other and the growth of cells attached to the surface of the carrier occurs. On the other hand, since the cell culture bed apatite sheet is a single leaf sheet material, there is no contact between the materials and cell growth failure does not occur. Furthermore, since the sheet is fixed to the stirring blade, it is possible to easily replace all of the old culture medium by decantation. Since the porous carrier is suspended in the form of particles, it is impossible to completely exchange the medium.

【0036】この発明に係る細胞培養床アパタイトシー
トを利用したスピンナーフラスコでの培養方法は、シー
トが攪拌羽根と一緒に回転されることから,回転床(流
動床)培養法といってもよい方法である。加えて,従来
法と比較して, 培養開始時の細胞数が少量でよいこ
と,細胞の固定化操作が簡便であること,培養時に細
胞に対する生育障害が生じ難いこと,培地交換が容易
であることなどの利点から,この培養手法は世界で初め
ての優れた方法である。
The culture method in the spinner flask using the cell culture bed apatite sheet according to the present invention is a method which may be called a rotary bed (fluidized bed) culture method because the sheet is rotated together with the stirring blades. Is. In addition, compared to the conventional method, the number of cells at the beginning of culture is small, the immobilization procedure of the cells is simple, the growth disorder to the cells is less likely to occur during the culture, and the medium can be easily replaced. Due to such advantages, this culture method is the first excellent method in the world.

【0037】しかしながら,この発明に係るスピンナー
フラスコを用いたバッチ法での連続培養には培地供給の
面で限界があると思われる。そこで、培地の連続的な供
給と老廃物の連続的な除去も可能なシステムを開発し
た。
However, continuous culture by the batch method using the spinner flask according to the present invention seems to be limited in terms of medium supply. Therefore, we have developed a system that enables continuous supply of medium and continuous removal of waste products.

【0038】Perry S.D.らは繊維材料を細胞付着材料と
して利用すれば多くの利点があることを提唱した( Por
tner R., Ludemann I. And Markl H., Cytotechnology,
23,39 (1997))。その利点とは,細胞に加えられる
攪拌ストレスを減少できる,高いS/V(Surface/Vol
ume)比が得られる,細胞と培地の分離が良好,高
い培地の通液性,低コストでのリアクターの作成が可
能,スケールアップが容易などである。そして,彼ら
はガラス繊維をカラムに詰めた形式のモジュールを提案
した(Perry S. D. and Wang D. I. C., Biotechnol. B
ioeng., 34,NO.1, 1 (1989))。3.5gの直径80μmガラス
繊維を詰めたガラスカラムリアクターでのCHO-K1細胞の
培養はマイクロキャリアーを利用した培養よりも高密度
で細胞を培養することは可能であった。しかし,この方
法は繊維をシート状にして利用する方法とは全く異なっ
ている。ガラス繊維をカラムに詰めることでは繊維材料
の利点を生かすことは十分ではなかったと思われる。そ
の証拠として,細胞の付着量が少なかったことがあげら
れる。実際にガラス繊維表面の一部にしか細胞は付着し
ていないことが顕微鏡観察写真から確認されている。ま
た,ガラスカラムの入り口のところと出口のところでの
培地中の栄養成分に濃度勾配が生じ細胞の生育に不均衡
が生じていると考えられる。
Perry SD et al. Proposed that the use of fiber materials as cell attachment materials has many advantages (Por
tner R., Ludemann I. And Markl H., Cytotechnology,
23, 39 (1997)). The advantage is the high S / V (Surface / Vol
ume) ratio, good separation of cells and medium, high medium permeability, low cost production of reactors, and easy scale-up. Then, they proposed a module in which glass fiber was packed in a column (Perry SD and Wang DIC, Biotechnol. B.
ioeng., 34, NO.1, 1 (1989)). It was possible to culture the CHO-K1 cells in a glass column reactor packed with 3.5 g of 80 μm diameter glass fiber at a higher density than the culture using microcarriers. However, this method is completely different from the method of using fibers in the form of sheets. Packing glass fibers in a column may not have been sufficient to take advantage of the fiber material. The proof is that the amount of attached cells was low. It has been confirmed from microscopic observation photographs that cells actually adhere to only a part of the glass fiber surface. In addition, it is considered that there is an imbalance in the growth of cells due to concentration gradients in the nutrient components in the medium at the entrance and exit of the glass column.

【0039】次に、不織布を利用したモジュール2種類
が研究された(Mituda S.,MatsudaY.,Itagaki Y.,Su
zuki A.,Kumazawa E.,Higa shio K. and Kawanishi
G.,J.Ferment.Bioeng.,70,289 (1990); Robert
J.,Cote J.,and Archamsbault,J.Biotechnol. Bioe
ng.,39,697,(1992))。その中では付着材料として
不織布シートを使用した。市販されている不織布で原料
繊維はポリエステル繊維である。ポリエステル繊維が細
胞付着性に乏しいため,プラズマ処理を施して親水化し
細胞の接着性を向上させて用いる方法と,シートをその
まま使用する方法を取っている。各々の培養に使用され
た不織布の繊維の直径が10μm程度の大きさしかないた
め細胞の足場としては細すぎるため,結果的に不織布シ
ートの細胞の付着性は充分に向上していないようであ
る。更に,両研究での培養液の供給がシートを通り抜け
るような方法ではなく,シート表面に平行に流れるよう
な供給の仕方である。この供給方法では不織布内部まで
充分に培養液が供給されないため細胞の3次元的な培養
が期待できない。
Next, two types of modules using non-woven fabric were studied (Mituda S., Matsuda Y., Itagaki Y., Su.
zuki A., Kumazawa E., Higa shio K. and Kawanishi
G., J. Ferment. Bioeng. , 70,289 (1990); Robert
J., Cote J., and Archamsbault, J. Biotechnol. Bioe
ng. , 39, 697, (1992)). Among them, a non-woven sheet was used as the adhering material. A commercially available non-woven fabric whose raw material fiber is polyester fiber. Since polyester fibers have poor cell adhesion, plasma treatment is used to make them hydrophilic to improve cell adhesion, and sheets are used as they are. Since the diameter of the non-woven fiber used for each culture is only about 10 μm, it is too thin as a scaffold for cells, and as a result, the cell adhesion of the non-woven sheet does not seem to be sufficiently improved. . Further, in both studies, the supply of the culture solution is not a method of passing through the sheet, but a method of supplying the culture solution in parallel with the sheet surface. With this supply method, three-dimensional culture of cells cannot be expected because the culture solution is not sufficiently supplied to the inside of the nonwoven fabric.

【0040】それらの欠点を改良した極太ポリエステル
繊維(直径が55μm)不織布を使用した固定床型バイオ
リアクターが提案された( Mo tobu M., Matsuo S., Wa
ng P-C, Kataoka H. and Matsumura M., J.Ferment.B
ioeng.,83,443 (1997))。ポリエステル繊維の細胞
親和特性を向上させるためタイプIコラーゲンで表面処
理が施された。繊維直径が大きくなったため繊維一本一
本の細胞の足場としての特性は向上した。さらに,培地
の供給がシートを通り抜けるような仕方であるため細胞
の増殖は改善され41日間の連続培養が可能であった。た
だ,原料繊維の形態が円柱状であることと,シートの嵩
密度を小さくしすぎたため繊維間の空隙が大きすぎて細
胞外マトリクスの形成は起こっていないようである。シ
ート単位容積当たりの細胞密度は4.00×106 個/mlとア
パタイトシート培養床モジュールの1.5×108個/cm3
り小さい。
A fixed bed type bioreactor using a non-woven fabric of very thick polyester fiber (diameter of 55 μm) which has improved those defects was proposed (Mo tobu M., Matsuo S., Wa.
ng PC, Kataoka H. and Matsumura M., J. Ferment. B
ioeng. , 83, 443 (1997)). A surface treatment was performed with type I collagen to improve the cell affinity properties of the polyester fibers. Since the fiber diameter was increased, the property of each fiber cell as a scaffold was improved. In addition, the growth of cells was improved because the medium was supplied through the sheet in a manner that allowed continuous culture for 41 days. However, since the morphology of the raw material fibers is columnar and the bulk density of the sheet is made too small, the voids between the fibers are too large and the extracellular matrix does not seem to be formed. The cell density per unit volume of sheet is 4.00 × 10 6 cells / ml, which is smaller than 1.5 × 10 8 cells / cm 3 of the apatite sheet culture bed module.

【0041】上述の繊維材料を使用したモジュールと比
較して,アパタイトシートを使用したモジュールの優れ
た特徴として,以下のことが挙げられる。表面がアパ
タイト材質であるため何ら表面処理を施すことなく細胞
付着性に優れている。幅60μmのリボン形状をしたアパ
タイト・パルプ複合体繊維が原料となっているため細胞
が増殖するのに最適な繊維間空隙が形成され,その結果
として付着面積が広く,高い細胞密度で3次元的に細胞
を培養可能。さらに適度な繊維間の距離であるためと
推察されるが,細胞が細胞外マトリクスを構築し易くな
っている。シート内部に細胞自身が構築した細胞外マト
リクスの中で良好な生育状況が形成されている。初期
の細胞の立ち上げ時から,細胞のリアクターへの組み込
みなどこのモジュールを使用した細胞培養方法は全体的
に非常に簡易な操作となっている。培地の供給はシー
トを通り抜けるように行われる。そのため,シート内部
にまで細胞が増殖生育し3次元での細胞培養を可能にし
ている。その結果,シート全体に細胞が付着増殖し高密
度での細胞の培養が可能となっている。
Compared with the module using the above-mentioned fiber material, the following are the excellent features of the module using the apatite sheet. Since the surface is made of apatite, it has excellent cell adhesion without any surface treatment. Ribbon-shaped apatite-pulp composite fibers with a width of 60 μm are used as a raw material to form inter-fiber voids optimal for cell growth, resulting in a wide attachment area and high cell density for three-dimensional Cell can be cultivated. Furthermore, it is presumed that the distance between the fibers is appropriate, but it is easier for the cells to construct the extracellular matrix. A good growth condition is formed in the extracellular matrix constructed by the cells themselves inside the sheet. The cell culturing method using this module, such as the incorporation of cells into the reactor since the initial cell startup, is a very simple operation overall. The medium is fed through the sheet. Therefore, the cells proliferate and grow even inside the sheet, enabling cell culture in three dimensions. As a result, cells adhere to and grow on the entire sheet, enabling high-density cell culture.

【0042】[0042]

【実施例】(製造例1) HAPCの合成 HAPC合成用の試薬として,硝酸カルシウムCa(NO3)
2((株)和光純薬,東京),リン酸水素2アンモニウ
ム(NH4)2H(PO4)3((株)和光純薬,東京),水酸化ナ
トリウムNaOH((株)和光純薬,東京)を用いた。パル
プは市販の晒し針葉樹及び広葉樹クラフトパルプを用い
た。
Example (Production Example 1) Synthesis of HAPC As a reagent for HAPC synthesis, calcium nitrate Ca (NO 3 )
2 (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Tokyo), Diammonium hydrogen phosphate (NH 4 ) 2 H (PO 4 ) 3 (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Tokyo), Sodium hydroxide NaOH (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) , Tokyo) was used. Commercially available bleached softwood and hardwood kraft pulp was used as the pulp.

【0043】HApの様々な合成方法を検討した結果,HAP
Cの合成は、HApの湿式合成法( Jarcho M., Bolen C.
H., Thomas M. B., Bobick J., Kay J. F. and Doremus
R. H., J. Materials Science, 11, 2027-2035 (197
6))を活用して、以下のように実施した。
As a result of examining various synthetic methods of HAp, HAP
C was synthesized by the wet method of HAp (Jarcho M., Bolen C.
H., Thomas MB, Bobick J., Kay JF and Doremus
RH, J. Materials Science, 11, 2027-2035 (197
6)) was utilized and it carried out as follows.

【0044】HAPCは、HApの湿式合成方法に準じて,ア
パタイト湿式合成装置(図1)を用いて,硝酸カルシウ
ム溶液にリン酸水素2アンモニウム溶液を滴下する方法
で合成した。反応漕は微生物などの培養などに用いられ
ているミニジャーファーメンターM-100(東京理科器械
(株))を用いた。反応漕は、容量2Lのガラス製で,室
温〜60℃に加温可能であり,漕内の溶液は磁石を利用し
た撹拌羽根で1500rpmまで撹拌される。反応漕に硝酸カ
ルシウム溶液を1L入れ,パルプを絶乾15g加えて600rpm
で撹拌する。パルプが完全に離解され液温が50℃になっ
たところで、リン酸水素2アンモニウム溶液300mLを送
液ポンプで,滴下速度5mL/minで適下する。HApの生成と
同時に、反応漕内に硝酸が遊離してきて漕内のpHが酸
性になるので,所定のpHに保つため5N水酸化ナトリ
ウム溶液を滴下しながら反応を進めた。滴下終了後、HA
pの結晶化が促進するように,2次熟成反応として50℃
で2時間撹拌を続けた後反応を終了させた。
HAPC was synthesized by a method of dropping a diammonium hydrogen phosphate solution into a calcium nitrate solution by using an apatite wet synthesis apparatus (FIG. 1) according to the wet synthesis method of HAp. The reaction tank is a mini jar fermenter M-100 (Tokyo Science Instruments) used for culturing microorganisms etc.
Co., Ltd.) was used. The reaction tank is made of glass with a volume of 2 L and can be heated from room temperature to 60 ° C, and the solution in the tank is stirred up to 1500 rpm with a stirring blade using a magnet. Put 1 L of calcium nitrate solution in a reaction tank, add 15 g of absolutely dry pulp and 600 rpm
Stir at. When the pulp is completely disintegrated and the liquid temperature reaches 50 ° C, 300 mL of diammonium hydrogen phosphate solution is appropriately applied with a liquid feeding pump at a dropping rate of 5 mL / min. At the same time as the production of HAp, nitric acid is released in the reaction tank and the pH in the tank becomes acidic. Therefore, the reaction was proceeded while dropping 5N sodium hydroxide solution in order to maintain the predetermined pH. After dripping, HA
50 ℃ as a secondary aging reaction to promote the crystallization of p
After continuing stirring for 2 hours, the reaction was terminated.

【0045】合成条件(反応温度,反応液のpHなど)及
び混入するパルプの種類によって,合成されるHApの結
晶のパルプへの付着状況などがどのように変化するか検
討するため,表1の条件で合成反応を行った。
In order to examine how the state of adherence of the synthesized HAp crystals to the pulp changes depending on the synthesis conditions (reaction temperature, pH of the reaction solution, etc.) and the type of pulp to be mixed, Table 1 The synthesis reaction was performed under the conditions.

【0046】[0046]

【表1】 表1の中で,HApの合成量とは、表中の硝酸カルシウム
溶液,リン酸水素2アンモニウム溶液を原料として合成
されるHAp量である。試料名のところの記号は反応条件
を表すために下記のように定めた。本明細書中では、こ
の表示法によりHAPCの種別を表すこととする。例えば,
HAPC(N-8-1)は,原料パルプはNBKPを用いて温度50
℃,pH8,HAp合成量6.02gの条件で合成された物であ
る。 HAPC試料 符号:HAPC(P-H-Q) P:パルプの種類(N:NBKP(針葉樹パルプ),L:LBKP
(広葉樹パルプ)) H:反応液のpH(8,9,あるいは10) Q:HAp合成量(1〜5) 複合体の特性評価について記載する。
[Table 1] In Table 1, the synthetic amount of HAp is the amount of HAp synthesized from the calcium nitrate solution and the diammonium hydrogen phosphate solution in the table as raw materials. The symbols at the sample names are defined as follows to represent the reaction conditions. In this specification, the type of HAPC is represented by this notation. For example,
HAPC (N-8-1) uses NBKP as the raw pulp and has a temperature of 50
It was synthesized under conditions of ℃, pH8, HAp synthetic amount 6.02g. HAPC sample code: HAPC (PHQ) P: Kind of pulp (N: NBKP (softwood pulp), L: LBKP
(Hardwood pulp) H: pH of reaction solution (8, 9, or 10) Q: HAp synthesis amount (1 to 5) Describe the characterization of the complex.

【0047】(HAPCのX線回折分析)HAPCに付着したHA
pの確認と付着量の測定のため,HAPCの粉末X線回折分
析を行った。粉末X線回折分析装置ABT-60((株)マック
・サイエンス)を用いてアパタイトシートのX線回折分
析を行った。X線源は電圧400kV,電流100mVで発生させ
たCu線を使用した。HAPCをシート状に加工した物を測定
試料として,装置のホルダーの形状に合わせて切り抜き
両面テープで貼り付けて測定した。
(X-ray diffraction analysis of HAPC) HA attached to HAPC
A powder X-ray diffraction analysis of HAPC was performed to confirm p and to measure the amount of adhesion. An X-ray diffraction analysis of the apatite sheet was performed using a powder X-ray diffraction analyzer ABT-60 (Mac Science Co., Ltd.). As the X-ray source, a Cu wire generated at a voltage of 400 kV and a current of 100 mV was used. The HAPC processed into a sheet was used as a measurement sample, which was cut out according to the shape of the holder of the device and attached with double-sided tape for measurement.

【0048】NBKP及びN-9-(1〜5)のX線回折パターンを
図2に示した。NBKPとHAPCのX線回折パターンのピーク
位置からHApが合成されていることが確認できる。ピー
クの形態がシャープでないことから非晶質のアパタイト
が生成付着していると考えられる。
The X-ray diffraction patterns of NBKP and N-9- (1-5) are shown in FIG. It can be confirmed that HAp is synthesized from the peak positions of the X-ray diffraction patterns of NBKP and HAPC. Since the peak shape is not sharp, it is considered that amorphous apatite is generated and attached.

【0049】合成条件の異なるHAPCを比較してみると、
セルロース(2θ:22.6度)とHAp(2θ:31.8度)のピ
ーク強度の比に差があることが分かる。これは,パルプ
に付着しているHApの量に違いがあることを示してお
り,合成条件により付着量が変化することを示唆してい
る。
Comparing HAPC under different synthesis conditions,
It can be seen that there is a difference in the peak intensity ratio of cellulose (2θ: 22.6 degrees) and HAp (2θ: 31.8 degrees). This indicates that there is a difference in the amount of HAp adhering to the pulp, suggesting that the adhering amount changes depending on the synthesis conditions.

【0050】そこで,各合成条件でのセルロースとHAp
のピーク強度比(Ι/Ι0)を算出してプロットしたも
のを図3に示した。図から明らかなように、合成時のpH
によっても,合成量によっても強度比に差がある。特
に,合成量に着目してみると、合成量が大きくなるほど
強度比が大きくなるということではなく,最大強度比と
なる条件があることが判明した。N-8-(1〜5)合成条件で
はN-8-4が87.6%,N-9-(1〜5)合成条件ではN-9-4が89.6
%と強度比が最大となっている。
Therefore, cellulose and HAp under each synthesis condition
The peak intensity ratio (Ι / Ι0) was calculated and plotted in Fig. 3. As is clear from the figure, the pH during synthesis
There is also a difference in intensity ratio depending on the amount of composition and the amount of composition. In particular, focusing on the amount of synthesis, it was found that there is a condition that the intensity ratio does not become larger as the amount of synthesis becomes larger, but becomes the maximum intensity ratio. N-8-4 was 87.6% under N-8- (1 to 5) synthesis conditions, and N-9-4 was 89.6% under N-9- (1 to 5) synthesis conditions.
% And the strength ratio is the maximum.

【0051】(HAPCのHAp付着量)合成したHAPCのそれ
ぞれについて850℃で灰化して,その灰分をHApの重量と
して測定し,合成条件の違いによるHApの付着量の違い
を検討した。パルプ1gあたりのH Apの付着量は次式で求
めた。 HAp付着量(g/g)=灰分(g)/(絶乾HAPC(g)−灰分
(g))。
(HAp adhesion amount of HAPC) Each of the synthesized HAPCs was ashed at 850 ° C., and the ash content was measured as the weight of HAp, and the difference in the HAp adhesion amount due to the difference in the synthesis conditions was examined. The amount of H Ap attached per 1 g of pulp was calculated by the following formula. Adhesion amount of HAp (g / g) = ash content (g) / (fully dried HAPC (g) -ash content (g)).

【0052】X線回折スペクトルの結果から付着量に違
いがあることが判明したため,HAp付着量を測定した。
各合成量でのパルプ1gあたりのHApの付着量を図4に
示した。
Since it was found from the results of the X-ray diffraction spectrum that there was a difference in the adhered amount, the HAp adhered amount was measured.
The amount of HAp attached per 1 g of pulp at each synthetic amount is shown in FIG.

【0053】HApの合成量が多くなるほどHApの付着量は
多くなると考えられたが,実際にはそうではなく最大付
着量となる合成量があることが判明した。付着量の多少
の傾向は、セルロースとHApのX線強度比の傾向とほと
んど一致しており,最大強度比と最大付着量の試料は同
一で,N-9-4であった。
It was considered that the greater the amount of HAp synthesized, the greater the amount of HAp attached, but in reality it was found that there was a maximum amount of attached HAp. The tendency of the amount of adhesion was almost in agreement with the tendency of the X-ray intensity ratio of cellulose and HAp, and the samples of the maximum intensity ratio and the maximum amount of adhesion were the same, N-9-4.

【0054】NBKPを原料パルプとしてHAPCを合成した場
合,そのHApの付着量の傾向として次のことがいえる。p
H8,9の条件では合成量が高くなると付着量が増加し,N
-9-4のとき最大となり,そのときの付着量はパルプ1gあ
たり0.57gであった。pH10の条件では合成量が高くなっ
ても付着量はあまり増加せず,N-10-3のとき最高とな
り,そのときの付着量はパルプ1gあたり0.38gであっ
た。
When HAPC is synthesized by using NBKP as a raw material pulp, the following can be said as the tendency of the amount of HAp attached. p
Under the conditions of H8 and 9, the higher the synthesis amount, the higher the adhesion amount,
It became the maximum at -9-4, and the adhesion amount at that time was 0.57 g per 1 g of pulp. Under the condition of pH 10, even if the amount of synthesis increased, the amount of deposition did not increase so much, and it became the highest with N-10-3, and the amount of deposition at that time was 0.38 g per 1 g of pulp.

【0055】上記のように、合成のpHが高くなるほど,
さらに合成濃度が高くなるほど,表面に付着しているHA
p粒子が多量に付着している様子が観察された。この現
象は,NBKP,LBKPいずれの場合も観察され,パルプの種
類に関係なくHAPC合成条件のなかで特に原料液の濃度に
より決定されている。
As mentioned above, the higher the pH of synthesis,
The higher the synthetic concentration, the more HA is attached to the surface.
It was observed that a large amount of p particles were attached. This phenomenon was observed in both NBKP and LBKP, and was determined by the concentration of the raw material liquid under HAPC synthesis conditions regardless of the pulp type.

【0056】パルプの種類あるいは反応液のpH,濃度な
ど種々の合成条件を設定しHAPCを合成した結果,HAPC表
面のHApの付着量が変化することが明らかとなり,その
条件も把握することができた(図4参照)。データは示
していないが,L-10-4ではパルプ1g当たりHAp0.72gが
付着した。これらの結果から,一定の合成条件を設定す
ることによりHAPCのH Ap付着量を最大パルプ1g当たり
0.72gまで任意に調節することが可能である。なぜ,最
適量があるのかは明かにできていないが,パルプ表面に
あるカルボキシル基とHApの結晶核となるカルシウムイ
オンとのイオン吸着反応,反応液のイオン濃度の影響な
どが考えられる。さらには,パルプの内腔へのHAp粒子
の充填,細胞壁内でのHAp粒子の結晶化など様々な要因
がこの反応に関与していると推測される。
As a result of synthesizing HAPC by setting various synthesis conditions such as the type of pulp or the pH and concentration of the reaction liquid, it became clear that the amount of HAp deposited on the HAPC surface changes, and the conditions can also be grasped. (See FIG. 4). Although data are not shown, 0.72 g of HAp was attached to 1 g of pulp in L-10-4. From these results, by setting a certain synthesis condition, the amount of HA Ap attached to HAPC per 1g of maximum pulp
It can be adjusted up to 0.72g. Although it is not clear why there is an optimum amount, it is possible that the ion adsorption reaction between the carboxyl groups on the pulp surface and the calcium ion that forms the crystal nucleus of HAp, and the effect of the ion concentration of the reaction solution. Furthermore, it is speculated that various factors such as packing of HAp particles in the pulp lumen and crystallization of HAp particles in the cell wall are involved in this reaction.

【0057】(HAPCの表面観察) 合成条件の違いによ
るHAPCの表面の状況,パルプ表面に付着したHAp粒子の
形状の変化を走査型電子顕微鏡(以下,SEMと略す)を
用いて行った。シートを風乾後,イオンスパッター(E-
1030,(株)日立製作所)による白金−パラジウム(Pt-P
d)蒸着を行い,SEM (S-4500,(株)日立製作所)を用
いて観察した。図5にHAPC(N-8-1,N-8-4)の表面を電
子顕微鏡で観察した写真を示した。
(Observation of HAPC surface) The condition of the surface of HAPC and the change in the shape of HAp particles adhering to the pulp surface due to the difference in the synthesis conditions were examined using a scanning electron microscope (hereinafter abbreviated as SEM). After air-drying the sheet, ion sputter (E-
1030, Platinum-palladium (Pt-P) by Hitachi, Ltd.
d) Deposition was performed and observed using SEM (S-4500, Hitachi, Ltd.). Fig. 5 shows a photograph of the surface of HAPC (N-8-1, N-8-4) observed with an electron microscope.

【0058】NBKPの表面は微細なセルロース繊維の筋が
明瞭に観察される。さらにパルプ表面のルーメン内に通
じている穴の形ははっきりとしている。しかしながら,
HAPCの表面をみるとセメントを塗布したようにHAp粒子
がパルプ表面を覆ったような状態となっているのがわか
る。N-8-1ではパルプ繊維表面にある穴の形が観察され
るが,N-8-4ではために穴の形は観察することができな
いほどHApが厚く積層している。換言するとHAPCはパル
プを芯としてその回りをHApが覆っている鞘・芯構造を
しているといえる。有機物であるパルプと無機物である
HApが複合化した有機無機複合繊維材料である。このよ
うな繊維材料はこれまで製造されたことは無く新規な材
料である。
Fine cellulose fiber lines are clearly observed on the surface of NBKP. Furthermore, the shape of the holes leading into the lumen of the pulp surface is clear. However,
Looking at the HAPC surface, it can be seen that the HAp particles cover the pulp surface as if cement had been applied. In N-8-1, the shape of holes on the pulp fiber surface is observed, but in N-8-4, the HAp is so thickly laminated that the hole shape cannot be observed. In other words, it can be said that HAPC has a sheath / core structure in which pulp is used as the core and HAp is covered around it. Organic pulp and inorganic
It is an organic-inorganic composite fiber material in which HAp is composited. Such a fibrous material has never been manufactured and is a novel material.

【0059】(パルプ繊維と無機粉体の複合化技術)HA
PCはパルプ表面をアパタイトで修飾し機能を付与したパ
ルプと見ることもできる。これまで開発された無機粉体
とパルプを複合化させ作成された機能性パルプの特性と
アパタイト・パルプ複合体の特性を比較したものを表2
に示した。
(Composite technology of pulp fiber and inorganic powder) HA
PC can also be regarded as pulp with the function modified by modifying the pulp surface with apatite. Table 2 shows a comparison of the properties of the functional pulp, which was created by combining the inorganic powder and the pulp that have been developed so far, with the properties of the apatite-pulp composite.
It was shown to.

【0060】[0060]

【表2】 HAPCのようにパルプと無機粉体を複合化して利用すると
いう方法と類似の考え方で,ScallanらあるいはMiller
らが酸化チタンを複合化する方法( Green H. V.,Fox
T. J. and Scallan A. M.,Pulp & Paper Canada,8
3,7,T203 (1982); Middleton S. R. and Scallan A.
M.,Colloids and Surfaces, 16,309-322(1985); Scal
lan A. M. and Middleton S. R.,Papermaking Raw Mat
erials,Fundamental Reseach Symposium (8th) Oxfor
d, Vol.2, 613 (1987); Miller M.L. and Paliwal D.
C., J. Pulp Pap. Sci.,11,NO.3,J84 (1985))、そ
してAllanらが炭酸カルシウムを複合化する方法( Alla
n G. G.,Carroll J. P.,Negri A. R.,Raghuraman
M.,Ritzenthaler P. and Yahiaoui A.,Tappi J.,175
(1992); Allan G. G.,Carroll J. P.,Negri A. R.,R
itzenthaler P. and Yahiaoui A.,Tappi J.,239 (199
2); Allan G. G.,Ko Y. C. and Ritzenthale rP.,Tap
pi J.,205 (1991))を提案している。これらの方法
は,原料に乾燥履歴のないパルプを用い,パルプの内腔
及びパルプ細胞壁細孔に無機粉体を物理的方法,化学的
方法,あるいは定着剤を利用する方法により付着させ,
無機粉体複合化パルプを作成し,それを紙にするという
もので,無機粉体複合化パルプ法といえる方法である。
[Table 2] Similar to the method of combining pulp and inorganic powder for use like HAPC, Scallan et al. Or Miller
Et al., Method for compounding titanium oxide (Green HV, Fox
TJ and Scallan AM, Pulp & Paper Canada, 8
3, 7, T203 (1982); Middleton SR and Scallan A.
M., Colloids and Surfaces, 16, 309-322 (1985); Scal
lan AM and Middleton SR, Papermaking Raw Mat
erials, Fundamental Reseach Symposium (8th) Oxfor
d, Vol.2, 613 (1987); Miller ML and Paliwal D.
C., J. Pulp Pap. Sci., 11, NO.3, J84 (1985)), and Allan et al.'S method of complexing calcium carbonate (Alla
n GG, Carroll JP, Negri AR, Raghuraman
M., Ritzenthaler P. and Yahiaoui A., Tappi J., 175
(1992); Allan GG, Carroll JP, Negri AR, R
itzenthaler P. and Yahiaoui A., Tappi J., 239 (199
2); Allan GG, Ko YC and Ritzenthale rP., Tap
pi J., 205 (1991)). In these methods, pulp having no drying history is used as a raw material, and an inorganic powder is attached to the inner cavity of the pulp and the pores of the pulp cell wall by a physical method, a chemical method, or a method using a fixing agent,
This is a method that can be called an inorganic powder composite pulp method in which inorganic powder composite pulp is created and made into paper.

【0061】Scallanらは次のようにして無機粉体複合
化パルプを作成した。まず乾燥履歴のない針葉樹化学パ
ルプ15gを1.25Lの脱イオン水に入れ離解する。別に酸化
チタン30gを250mlの脱イオン水に分散しておきこれをパ
ルプ分散液に加える。この分散液を3,000rpmで20分間強
撹拌し酸化チタンをパルプ内空に入れる。次にこれを洗
浄装置に移し,洗浄水が清澄になるまで洗浄し,パルプ
表面に付着した無機フィラーを取り除き酸化チタン複合
化パルプを作成した。酸化チタンをパルプに充填する際
に硫酸アルミニウムが利用される。硫酸アルミニウムの
添加量が増えるにしたがって酸化チタンの表面電位が正
になり内腔充填量が増大する。針葉樹パルプと広葉樹パ
ルプの内腔充填量を比較すると,針葉樹パルプでは乾燥
履歴のないパルプが10〜13wt%充填され,広葉樹パルプ
では内腔容積が小さいためか2〜3wt%と充填量が著しく
低かった。アルミニウムの添加によりチタン表面の電位
が正に変化し,セルロースの負電化と静電気的に結合し
やすくなったと考えられる。これらのことから,Scalla
nらは静電気的な力とvan der Waals力によって粉体は付
着していると提唱している。
Scallan et al. Prepared an inorganic powder composite pulp as follows. First, 15 g of softwood chemical pulp, which has no drying history, is put into 1.25 L of deionized water for disaggregation. Separately, 30 g of titanium oxide is dispersed in 250 ml of deionized water and added to the pulp dispersion. This dispersion is strongly stirred at 3,000 rpm for 20 minutes, and titanium oxide is put into the pulp. Next, this was transferred to a washing device and washed until the washing water became clear, and the inorganic filler adhering to the pulp surface was removed to prepare titanium oxide composite pulp. Aluminum sulfate is used to fill the pulp with titanium oxide. As the added amount of aluminum sulfate increases, the surface potential of titanium oxide becomes positive and the filling amount of the lumen increases. Comparing the bore fillings of softwood pulp and hardwood pulp, softwood pulp was filled with 10 to 13 wt% of pulp with no drying history, and hardwood pulp had a very low filling volume of 2 to 3 wt%, probably because of its small lumen volume. It was It is considered that the addition of aluminum positively changed the potential on the titanium surface, making it easier to electrostatically combine with the negative charge of cellulose. From these things, Scalla
N et al. propose that the powder adheres by electrostatic force and van der Waals force.

【0062】Allanらはin situ化学反応法により炭酸カ
ルシウムなどの無機粉体を細胞壁の細孔に充填した。彼
等は乾燥履歴のないred alder晒しクラフトパルプを使
用した。6gのパルプを塩化カルシウム水溶液(10〜120
g/L)に5分間浸漬し,100メッシュのワイヤーですくい
上げ約8%のパルプ濃度にする。次にこれを炭酸ナトリ
ウム水溶液(10〜120g/L)に入れ,in situ化学反応さ
せて細孔内に炭酸カルシウムを生成させた。反応後の複
合化パルプを水で十分に洗浄し表面に付着した粉体を取
り除いた。その結果,炭酸カルシウムが最大で18%付着
させることに成功した。
Allan et al. Filled the pores of the cell wall with an inorganic powder such as calcium carbonate by an in situ chemical reaction method. They used red alder bleached kraft pulp with no drying history. 6 g of pulp is treated with an aqueous solution of calcium chloride (10 to 120
g / L) for 5 minutes, scoop up with a 100 mesh wire to obtain a pulp concentration of about 8%. Next, this was put into an aqueous solution of sodium carbonate (10 to 120 g / L) and subjected to an in situ chemical reaction to generate calcium carbonate in the pores. The complexed pulp after the reaction was thoroughly washed with water to remove the powder adhering to the surface. As a result, we succeeded in depositing up to 18% of calcium carbonate.

【0063】彼らの目的は,紙製品の製造コストを低減
させるためパルプより比較的コストの安い無機添料の紙
中での配合割合を増やすことであった。単純に無機添料
を増やすだけではパルプ表面に粉体が付着し紙力強度の
低下などが起こる。それを防ぐため,乾燥履歴のないパ
ルプを用いて,その内腔など紙力強度が低下しにくい場
所に無機粉体を充填させている。無機粉体がパルプ内腔
にある利点としては,抄紙工程で無機粉体がパルプ細胞
壁に保護されて外に逃げないことと,パルプ表面に粉体
が付着していないため,通常の粉体抄紙法に比べてパル
プ繊維間結合が強いことが言われている。彼らは,パル
プ表面に粉体を付着させるということに関しては紙の強
度が低下するためあまり着目していないし,パルプ表面
に付着する無機粉体はできるだけ少なくなるような複合
体を製造することを考えている。
Their purpose was to increase the proportion of the inorganic additive, which is relatively cheaper than pulp, in the paper in order to reduce the manufacturing cost of the paper product. Simply increasing the amount of inorganic additives causes the powder to adhere to the pulp surface, resulting in a decrease in paper strength. To prevent this, pulp with no history of drying is used to fill inorganic powder into the space where the strength of the paper is unlikely to decrease, such as the lumen. The advantage of the inorganic powder in the pulp cavity is that the inorganic powder is protected by the pulp cell wall during the papermaking process and does not escape to the outside. It is said that the bond between pulp fibers is stronger than in the method. They did not pay much attention to the adhesion of powder to the pulp surface because the strength of the paper decreases, and they considered to produce a composite that minimizes the amount of inorganic powder adhering to the pulp surface. ing.

【0064】これらの研究とは別に,特定の使用目的を
持った機能性のパルプを開発するための坂田ら([37,38
37]坂田功,竹下賢二:特許公報昭62-4414; 坂田功,
竹下賢二:特許公報昭62-62187)、 Marchessault( Ma
rchessault R. H.,Rioux P.and Raymond L, Polymer,
33,NO.19, 4024 (1992); Marchessault R. H.,Richar
d S. and Rioux P., Carbohydr. Res.,224, 133 (199
2); Rioux P.,Richard S. and Marchessault R. H.,
J. Pulp Pap. Sci.,18,NO.1, J39 (1992))ら及び藤
原ら(藤原勝壽,紙パ技術協会誌,47,437 (1993))の
研究がある。坂田らは,パルプを予め活性化処理した後
金属錯塩溶液による処理により磁性パルプを作成する方
法を開発した。活性化処理としては,過ヨウ素酸等の酸
化薬剤による酸化処理によりパルプにアルデヒド基など
の還元性のある官能基を導入し,その還元特性を働かせ
てパルプ表面あるいは内部で磁性金属を析出させ,磁性
を持ったパルプを作成する。坂田らの方法はあらかじめ
官能基を化学的に導入するためパルプの種類としては乾
燥パルプでも乾燥履歴の無いパルプでもどちらでも良
い。このパルプをシート化することにより磁気カードに
利用できる紙,あるいは電磁波遮蔽機能のあるシートを
作成可能であるとしている。
Apart from these studies, Sakata et al. ([37,38
37] Sakata Isao, Kenji Takeshita: Patent Gazette Sho 62-4414; Isao Sakata,
Kenji Takeshita: Patent Publication Sho 62-62187), Marchessault (Ma
rchessault RH, Rioux P. and Raymond L, Polymer,
33, NO.19, 4024 (1992); Marchessault RH, Richar
d S. and Rioux P., Carbohydr. Res., 224, 133 (199
2); Rioux P., Richard S. and Marchessault RH,
J. Pulp Pap. Sci., 18, NO.1, J39 (1992)) and Fujiwara et al. (Katsuhiro Fujiwara, Journal of Paper and Paper Technology, 47, 437 (1993)). Sakata et al. Have developed a method for producing magnetic pulp by pre-activating the pulp and then treating it with a metal complex salt solution. As the activation treatment, a reducing functional group such as an aldehyde group is introduced into the pulp by oxidation treatment with an oxidizing agent such as periodate, and the reducing property is exerted to precipitate the magnetic metal on the pulp surface or inside, Create a magnetic pulp. In the method of Sakata et al., A functional group is chemically introduced in advance, so that the type of pulp may be either dry pulp or pulp with no drying history. By converting this pulp into sheets, it is possible to make paper that can be used for magnetic cards or sheets that have an electromagnetic wave shielding function.

【0065】Marchessaultらは市販の磁性粉体と針葉樹
パルプを強撹拌することによりパルプ内腔に磁性粉体を
充填した。1 5gのパルプを1,250mlの純水に入れ離解す
る。磁性粉体(マグネタイト)15〜45gを250mlの純水に
分散させる。これらのパルプ液と磁性粉体分散液を混合
し,さらに硫酸アルミニウムを添加し3,000rpmで所定の
時間強撹拌してパルプのピットから酸化チタンをパルプ
内腔に入れた。内腔充填後歩留向上剤としてカチオン型
ポリエチレンイミンを添加した。パルプ表面に付着して
いる磁性粉体は流水中で洗浄除去した。磁性粉体が20g/
L以上の濃度であれば3,000 rpm約20分間で10〜20wt%の
内腔充填ができることがわかった。このパルプをシート
化することにより磁気シートが作成される。抄造法での
シート化の工程でパルプ内腔からのマグネタイトの脱落
を防ぐため高分子の定着剤が必要であるとしている。
Marchesault et al. Filled the magnetic powder in the pulp cavity by vigorously stirring the commercially available magnetic powder and the softwood pulp. Disperse 15 g of pulp in 1,250 ml of pure water. Disperse 15 to 45 g of magnetic powder (magnetite) in 250 ml of pure water. The pulp liquid and the magnetic powder dispersion were mixed, aluminum sulfate was further added, and the mixture was vigorously stirred at 3,000 rpm for a predetermined time, and titanium oxide was put into the pulp cavity from the pulp pit. After filling the lumen, cationic polyethyleneimine was added as a retention aid. The magnetic powder adhering to the pulp surface was washed and removed in running water. 20g / of magnetic powder
It was found that if the concentration was L or higher, 10 to 20 wt% of the lumen could be filled in about 20 minutes at 3,000 rpm. A magnetic sheet is produced by making this pulp into a sheet. It is said that a polymer fixing agent is necessary to prevent the magnetite from falling out of the pulp lumen during the sheeting process in the papermaking method.

【0066】藤原らはパルプ内腔でのin situ反応を行
い磁性粉体複合化パルプを作成した。乾燥履歴のないパ
ルプを第一鉄塩などの水溶液に分散し,第一鉄イオンな
どをパルプのピットを経由してパルプ内腔に入れる。こ
れにアルカリを添加し水酸化第一鉄などを生成させる。
次にこの反応液を所定温度に保ち,空気を吹き込むこと
により所定時間酸化反応を行う。反応終了後,磁性粉体
複合化パルプを流水中で洗浄しパルプ表面の磁性粉体を
除去する。パルプ内腔に生成した磁性粉体はマグネタイ
ト,マンガンフェライトであることが確認された。パル
プ内腔表面には磁性粉体が単層ではなく多量に,最大45
wt%が充填された。
Fujiwara et al. Produced a magnetic powder composite pulp by performing an in situ reaction in the pulp lumen. Pulp with no drying history is dispersed in an aqueous solution of ferrous salt, etc., and ferrous ions, etc. are put into the pulp cavity via the pulp pit. An alkali is added to this to produce ferrous hydroxide and the like.
Next, this reaction solution is maintained at a predetermined temperature and air is blown into it to carry out an oxidation reaction for a predetermined time. After completion of the reaction, the magnetic powder composite pulp is washed in running water to remove the magnetic powder on the pulp surface. It was confirmed that the magnetic powder generated in the pulp lumen was magnetite and manganese ferrite. A large amount of magnetic powder, not a single layer, on the surface of the pulp lumen, up to 45
wt% loaded.

【0067】これらの無機粉体複合化パルプの製造技術
と比較して、HAPC製造技術は次のような特徴があるとい
える。第一に、HAPC製造方法は不溶性の無機塩を析出さ
せる方法であるため化学的方法である。そして,それ以
外の化学的方法と同じように物理的方法と比較してパル
プへの無機粉体であるHApの定着量が多いということが
特徴として挙げられる。物理的方法によってもアパタイ
ト付着パルプは作成可能であるが,そのHApの付着量は1
0〜17wt%であり,酸化チタンの強攪拌法による付着量
と差は無い。
It can be said that the HAPC production technology has the following features as compared with the production technology of these inorganic powder composite pulps. First, the HAPC manufacturing method is a chemical method because it is a method of precipitating insoluble inorganic salts. Another feature is that HAp, which is an inorganic powder, adheres to the pulp in a larger amount than the physical method, as in other chemical methods. Apatite-adhered pulp can be prepared by physical methods, but its HAp adhesion amount is 1
It is 0 to 17 wt%, which is not different from the amount of titanium oxide deposited by the strong stirring method.

【0068】図6に乾燥履歴のあるNBKP(針葉樹パ
ルプ)を原料繊維に用いた強攪拌法によるアパタイト付
着パルプとHAPC合成反応によるHApの付着量の違いを示
した。なお、HAPC法はN−8−(1−5)の合成条
件に該当し、強攪拌法ではN−8の条件でパルプを入れ
ないで合成したHAp反応溶液にパルプ15gを添加し
て強攪拌した。図から明らかなように、強攪拌法ではパ
ルプに対するHApの量が増大するにしたがい、HApの付着
量も増加していくが,最大でも17wt%であった。ただ
し,この強攪拌法では硫酸アルミニウムは添加しなかっ
た。さらにデータは示していないが、乾燥履歴のあるLB
KPを用いても10〜15wt%のHApが付着することが判った。
これは,乾燥履歴のある広葉樹パルプ内腔は容積が小さ
いためその中へは酸化チタンが2〜3wt%しか充填されな
い( Green H. V.,Fox T. J. and Scallan A. M.,Pul
p & Paper Canada,83,7,T203 (1982); Middleton
S. R.and Scallan A. M.,Colloids and Surfaces,1
6,309−322,(1985))ことと大きな違いがある。乾燥
履歴のある針葉樹パルプ及び広葉樹パルプの両方に対し
てHApが10〜15wt%程度付着するということは,強攪拌法
による場合パルプ表面へHApが付着することを示してい
る。
FIG. 6 shows the difference in the amount of HAp attached due to the apatite attached pulp by the strong stirring method using NBKP (softwood pulp) having a drying history as the raw material fiber and the HAPC synthesis reaction. The HAPC method corresponds to the synthesis condition of N-8- (1-5), and in the strong stirring method, 15 g of pulp was added to the HAp reaction solution synthesized without pulp under the condition of N-8 and strong stirring was performed. did. As is clear from the figure, as the amount of HAp to pulp increased with the strong stirring method, the amount of HAp deposited also increased, but the maximum was 17 wt%. However, aluminum sulfate was not added in this strong stirring method. Further data is not shown, but LB with a history of drying
It was found that 10 to 15 wt% of HAp was attached even with KP.
This is because the lumen of hardwood with a history of drying has a small volume and is filled with only 2 to 3 wt% of titanium oxide (Green HV, Fox TJ and Scallan AM, Pul.
p & Paper Canada, 83, 7, T203 (1982); Middleton
SRand Scallan AM, Colloids and Surfaces, 1
6, 309-322, (1985)). The fact that 10 to 15 wt% of HAp adheres to both softwood pulp and hardwood pulp with a history of drying indicates that HAp adheres to the pulp surface by the strong stirring method.

【0069】一方、HAPC法では6/15の条件(N-8-1の条
件)においてさえ20wt%の付着量である。更にHApの合成
量が大きくなるとHAp付着量も増大し,N-8-4は同一条件
の強攪拌法による付着量の2.5倍ほど付着する。HAPC法
では反応液を滴下しながら時間をかけて反応を進めてい
く。その結果,パルプ表面でのHApの結晶化が少しずつ
繰り返し行われ,最初のHAp層の上に更に結晶化付着が
進行していくという現象が起こっているため,HApが多
量に付着すると考えられる。強攪拌法ではすでに合成さ
れたHap粒子を物理的に付着させるからそのような現象
は発生せずある程度の量しか付着しないと考えられる。
On the other hand, in the HAPC method, the adhesion amount is 20 wt% even under the condition of 6/15 (condition of N-8-1). Furthermore, as the amount of HAp synthesized increases, the amount of HAp deposited also increases, and N-8-4 deposits about 2.5 times the amount deposited by the strong stirring method under the same conditions. In the HAPC method, the reaction proceeds while dropping the reaction solution over time. As a result, crystallization of HAp on the pulp surface is repeated little by little, and crystallization adhesion progresses further on the first HAp layer, so it is considered that a large amount of HAp adheres. . In the strong stirring method, since the already synthesized Hap particles are physically attached, it is considered that such a phenomenon does not occur and only a certain amount is attached.

【0070】パルプ表面に定着させた粉体のイオン吸着
機能を活かすため生体成分吸着シートなどへ用途展開し
ていくことを考えると,HAPCのように機能を持った無機
粉体が繊維表面に存在していた方が有利である。さら
に,パルプ表面に付着させることを目的にすれば乾燥履
歴のないパルプを用いる必要はないし,市販の乾燥パル
プを原料にしてもHApとの複合化が可能である。また,H
APC合成方法は、HApの不溶性塩生成反応を利用している
ため、パルプにあらかじめ官能基を導入するという化学
的な操作も省略して、いわゆる機能性パルプを製造する
ことができる。
[0070] Considering that the application of the powder fixed on the pulp surface to the ion adsorption function of the powder will be expanded to include biocomponent adsorption sheets, there is an inorganic powder having a function like HAPC on the fiber surface. It is better to have been doing. Furthermore, for the purpose of adhering to the pulp surface, it is not necessary to use pulp that has no drying history, and commercially available dry pulp can be used as a raw material for complexing with HAp. Also, H
Since the APC synthesis method utilizes the insoluble salt formation reaction of HAp, so-called functional pulp can be produced by omitting the chemical operation of previously introducing a functional group into pulp.

【0071】上記のようにして、HApの湿式合成反応時
にパルプを混入させることにより,表面にHApを結晶化
・付着させたアパタイト・パルプ複合体(HAPC)を作成
することができる。この合成反応はパルプ繊維を核とし
て不溶性の無機塩であるHApが結晶化する方法である。
合成条件を変えることにより付着量を任意に調節できる
ことが判明した。HAPCはパルプを芯としてその回りをHA
pが覆っている鞘・芯構造をした繊維であり,有機・無
機複合繊維材料と換言できる。繊維表面はHApのみが存
在しているためHAp繊維と言ってもよく,これまで使用
が困難であった材料形態,例えばHApのイオン吸着特性
・生体親和特性などが付与されているシート材料などと
して利用できる。
As described above, an apatite-pulp composite (HAPC) in which HAp is crystallized and attached to the surface can be prepared by mixing pulp during the wet synthesis reaction of HAp. This synthetic reaction is a method in which HAp, which is an insoluble inorganic salt, crystallizes from pulp fibers as the nucleus.
It was found that the amount of adhesion can be adjusted arbitrarily by changing the synthesis conditions. HAPC uses pulp as the core and HA around it.
It is a fiber with a sheath / core structure covered by p and can be restated as an organic / inorganic composite fiber material. Since the surface of the fiber contains only HAp, it may be called HAp fiber, and as a material form that has been difficult to use until now, for example, a sheet material with HAp ion adsorption characteristics and biocompatibility characteristics. Available.

【0072】(実施例2)HAPCをアパタイトシートに作
成する方法について説明する。
Example 2 A method of forming HAPC on an apatite sheet will be described.

【0073】上述したように、HAPCはパルプとHApを複
合した機能性繊維材料である。パルプが原料となってい
るため,HAPCの形態はパルプ繊維と同じである。そのた
め,紙を作る方法である抄造法により容易にシート化が
可能であり,アパタイトシートが作成できる( Kawakat
su H. and Ide S.,Okuda Y., Sen'I Gakkaishi, (200
0))。このアパタイトシートの表面はHApであるためそ
の特性であるイオン吸着特性,生体親和特性が付与され
た機能性シート材料となっている。アパタイトシートは
生体成分であるタンパク質,核酸の吸着材料あるいは核
酸分離分画シートとして優れた性能を発揮する( Kawak
atsu H. and Ide S.,Okuda Y., Sen'IGakkaishi, (200
0))。
As described above, HAPC is a functional fiber material that is a composite of pulp and HAp. Since pulp is the raw material, HAPC has the same morphology as pulp fiber. Therefore, the paper-making method, which is a method of making paper, can be easily made into a sheet, and an apatite sheet can be made (Kawakat
su H. and Ide S., Okuda Y., Sen'I Gakkaishi, (200
0)). Since the surface of this apatite sheet is HAp, it is a functional sheet material that is given its characteristics of ion adsorption and biocompatibility. Apatite sheet exhibits excellent performance as an adsorbent for biological components such as proteins and nucleic acids, or as a nucleic acid separation and fractionation sheet (Kawak
atsu H. and Ide S., Okuda Y., Sen'I Gakkaishi, (200
0)).

【0074】(シートの製造方法)試料として、4種類
のHAPC(NP-1,NP-2,LP-1及び LP-2)を上記HAPC合成
方法に準じて,表3の合成条件で合成した。原料となる
パルプは,市販の晒し針葉樹クラフトパルプ(NBKP),
晒し広葉樹クラフトパルプ(L-BKP)を用いた。HAPCの
合成条件は下表のとおりである。
(Manufacturing Method of Sheet) As samples, four kinds of HAPC (NP-1, NP-2, LP-1 and LP-2) were synthesized under the synthesis conditions shown in Table 3 according to the above HAPC synthesis method. . The raw material pulp is commercially available bleached softwood kraft pulp (NBKP),
Bleached hardwood kraft pulp (L-BKP) was used. The HAPC synthesis conditions are shown in the table below.

【0075】[0075]

【表3】 上記で合成されたHAPC懸濁液を4等分し,それを原料繊
維として,JIS P8209(パルプ試験用手すき紙調整方
法)に準じて4枚のアパタイトシートを作成した。ただ
し,湿紙の抄造は25×25cm2の角型シートマシン(テス
ター産業(株))で行い,湿紙は円筒型電気ヒーター式の
回転型乾燥機(熊谷理機工業(株))を用いて120℃で乾
燥した。パルプ坪量として60g/m2のシートを作成した。
[Table 3] The HAPC suspension synthesized above was divided into four equal parts, and using this as a raw material fiber, four apatite sheets were prepared in accordance with JIS P8209 (Handmade paper adjustment method for pulp test). However, the wet paper is made using a square sheet machine of 25 × 25 cm 2 (Tester Sangyo Co., Ltd.), and the wet paper is a cylindrical electric heater type rotary dryer (Kumagaya Riki Kogyo Co., Ltd.). And dried at 120 ° C. A sheet having a pulp basis weight of 60 g / m 2 was prepared.

【0076】(シートの特性評価)シート中のHAPC,及
び表面のアパタイトの状況,繊維間の絡み合いなどの観
察を,SEMを用いて行った。シートを風乾後,イオンスパ
ッター(E-1030,(株)日立製作所)による白金−パラジ
ウム蒸着を行い,SEM(S-4500,(株)日立製作所)を用
いて観察した。
(Characteristic Evaluation of Sheet) Observation of HAPC in the sheet, the state of apatite on the surface, entanglement between fibers, and the like were performed using SEM. After air-drying the sheet, platinum-palladium vapor deposition was performed by ion sputtering (E-1030, Hitachi, Ltd.), and observed using SEM (S-4500, Hitachi, Ltd.).

【0077】アパタイトシートに含まれているアパタイ
トの確認のため,粉末X線回折分析装置(ABT-60,(株)
マック・サイエンス)を用いてアパタイトシートのX線
回折分析を行った。X線源は電圧400kV,電流100mVで発
生させたCu線を使用した。試作したシートをそのまま供
試体として必要な大きさに切り抜きサンプルホルダーに
セットし測定した。
To confirm the apatite contained in the apatite sheet, a powder X-ray diffraction analyzer (ABT-60, manufactured by Co., Ltd.) was used.
X-ray diffraction analysis of the apatite sheet was performed using Mac Science. As the X-ray source, a Cu wire generated at a voltage of 400 kV and a current of 100 mV was used. The trial-produced sheet was cut as it was into a sample, cut into a required size, set in a sample holder, and measured.

【0078】シートに含有されているアパタイトの量を
求めるため,シートを850℃で灰化後その灰分量を測定
し,対シート当たりの灰分重量%を計算しアパタイト付
着量とした。
In order to determine the amount of apatite contained in the sheet, the sheet was ashed at 850 ° C., the ash content was measured, and the weight% of ash content per sheet was calculated as the apatite adhesion amount.

【0079】シートの強度特性を調べるため,JIS P811
3(紙及び板紙の引張強さ試験方法)およびJIS P8116
(紙の及び板紙の引裂強さ試験方法)に準じてアパタイ
トシートの引張り強さ,引裂き強さを測定した。
To examine the strength characteristics of the sheet, JIS P811
3 (Test method for tensile strength of paper and paperboard) and JIS P8116
The tensile strength and tear strength of the apatite sheet were measured according to (Test method for tear strength of paper and board).

【0080】(シートのタンパク質・核酸吸着能)アパ
タイトシートの生体成分吸着特性を調べるため,シート
のタンパク質,及び核酸の吸着量を測定した。タンパク
質はBSA(牛血清アルブミン),卵白リゾチームの2種類
(和光純薬工業(株)),核酸はDNA(鮭精子由来),RNA
(酵母由来)の2種類(和光純薬工業(株))を用いた。
それぞれの成分約500mg/Lを含んだ1/15mol/Lリン酸緩衝
溶液(Phosphate Buffer 以下,PBと略)(pH6.8)
(和光純薬工業(株))(ただし,BSAは1/60mol/L PBと
した)50ml及びアパタイトシート0.5gをガラス製サンプ
ル瓶に入れ,48時間後に分光光度計を用いて溶液の吸光
度を測定し,シート無しの空試験溶液との吸光度の差か
ら各成分の吸着量を求めた。測定波長は,タンパク質は
280nm,核酸は260nmとした。
(Protein / Nucleic Acid Adsorption Ability of Sheet) In order to examine the adsorption property of biological components of the apatite sheet, the adsorbed amount of protein and nucleic acid on the sheet was measured. Protein is BSA (bovine serum albumin), egg white lysozyme (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), nucleic acid is DNA (salmon sperm), RNA
Two types (derived from yeast) (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were used.
1/15 mol / L phosphate buffer solution (Phosphate Buffer hereafter, abbreviated as PB) containing about 500 mg / L of each component (pH 6.8)
(Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) (However, BSA was 1/60 mol / L PB) 50 ml and apatite sheet 0.5 g were put in a glass sample bottle, and after 48 hours, the absorbance of the solution was measured using a spectrophotometer. The amount of each component adsorbed was determined from the difference in absorbance with the blank test solution without the sheet. The measurement wavelength is for proteins
The wavelength was 280 nm and the nucleic acid was 260 nm.

【0081】(アパタイトシートの製造方法の特徴)HA
PCを原料繊維として抄造法により4種類のアパタイトシ
ートを作成した。シートの坪量はパルプ単独の坪量とし
て60g/m2となっているが,アパタイトが付着しているた
め実際には75〜100 g/m2のシートが得られた。アパタイ
トが白色の無機粉体であるため,作成されたアパタイト
シートは見た目には化学分析用ろ紙のような白色のシー
トとなった。原料となったHAPCの種類(表4)の違いに
より4種類のシートをシートNP-1,シートNP-2,シートL
P-1及びシートLP-2と表記する。角型シートマシンでの
抄造であったが,繊維の凝集などの問題もなく容易にシ
ート化が可能であった。特に分散剤を使用しなくともシ
ートマシンのバット中でのHAPCの分散性は良好であっ
た。シート成形後の湿紙の取り扱い性も良く,乾燥工程
への移送も何ら問題は生じなかった。
(Characteristics of Apatite Sheet Manufacturing Method) HA
Four kinds of apatite sheets were prepared by the papermaking method using PC as the raw material fiber. The basis weight of the sheet is 60 g / m 2 as the basis weight of pulp alone, but due to the apatite adhering to it, a sheet of 75 to 100 g / m 2 was actually obtained. Since the apatite is a white inorganic powder, the created apatite sheet looks white like a filter paper for chemical analysis. Four types of sheets are available, sheet NP-1, sheet NP-2, and sheet L, depending on the type of HAPC used as the raw material (Table 4).
Referred to as P-1 and sheet LP-2. Although the paper was made using a square sheet machine, it could be easily made into a sheet without problems such as fiber aggregation. Even without using a dispersant, the dispersibility of HAPC in the vat of the sheet machine was good. The wet paper web after sheet formation was easy to handle, and there was no problem in transferring it to the drying process.

【0082】[0082]

【表4】 HAPCを原料にした上記のアパタイトシート製造方法をこ
こではHAPC法とし,従来から行われてきた無機粉体紙製
造方法( Lindstroem T.,Kolseth P. and Naeslund
P., Pap. Raw. Mater.,2,589 (1985); Lindstroem
T. and Kolseth P., Paper, 200,NO.9, 34 (1983); 久
保島勝巳,機能紙研究会紙,21,31 (1982); 久保島勝
巳,倉田俊彦,機能紙研究会紙,23,22 (1984))と対
比して、「HAPC法」の特徴を説明する。
[Table 4] The above-mentioned apatite sheet production method using HAPC as the raw material is referred to as the HAPC method here, and the conventional inorganic powder paper production method (Lindstroem T., Kolseth P. and Naeslund
P., Pap. Raw. Mater., 2, 589 (1985); Lindstroem
T. and Kolseth P., Paper, 200, NO.9, 34 (1983); Katsumi Kuboshima, Research Paper on Functional Paper, 21, 31 (1982); Katsumi Kuboshima, Toshihiko Kurata, Research Paper on Functional Paper, 23, 22 (1984)) and explain the characteristics of the "HAPC method".

【0083】HAPC法によるアパタイトシートの製造方法
は,図7に示すように、これまで行われてきた無機粉体
をパルプに内添する無機粉体紙製造方法を用いてアパタ
イトシートを製造する方法と比較して優れた方法となっ
ている。
The method for producing an apatite sheet by the HAPC method is as shown in FIG. It is an excellent method compared to.

【0084】従来法でアパタイトシートを製造する場合
は,合成したアパタイトをシート原料となる微粒子の形
態にするために乾燥・粉砕する必要があり,そのために
多大の労力と時間がかかる。これに対して、HAPC法で
は、その工程を省略でき,コスト的に優れた方法であ
る。従来法では、HApをシートに内てんさせるためには
高分子の定着剤などが必要であり,定着剤によりHApと
パルプの凝集体を作りそれをシート化するという方法を
取らなければならない。また,この方法では高分子の定
着剤がアパタイト表面を皮膜してしまいアパタイトのイ
オン吸着特性,生体親和特性を低減させてしまうという
問題が生じる。HAPC法では定着剤を使用しないのでその
ような問題は生じない。HAPC法は従来の無機粉体紙製造
方法でのこれらの問題点を解決できる新規なアパタイト
シート製造法である。
When the apatite sheet is produced by the conventional method, it is necessary to dry and pulverize the synthesized apatite in order to make it into the form of fine particles which are the raw material for the sheet, which takes a lot of labor and time. On the other hand, in the HAPC method, the process can be omitted and the method is excellent in cost. In the conventional method, a polymeric fixing agent or the like is required to infuse HAp into the sheet, and it is necessary to take a method of forming an aggregate of HAp and pulp by the fixing agent and forming the sheet into a sheet. Further, in this method, a polymer fixing agent forms a film on the surface of the apatite, which causes a problem that the ion adsorption property and biocompatibility property of the apatite are reduced. Since the HAPC method does not use a fixing agent, such a problem does not occur. The HAPC method is a new apatite sheet manufacturing method that can solve these problems in conventional inorganic powder paper manufacturing methods.

【0085】最も重要なアパタイト−パルプ複合体の合
成反応も水系での反応であるため,企業が熟知している
紙製造設備であるパルパーを改良することにより合成装
置を開発できた。また開発した合成装置を用いて、HAPC
を合成し,最終的にアパタイトシートを作成した。
Since the most important synthesis reaction of the apatite-pulp composite is also an aqueous reaction, it was possible to develop a synthesis device by improving pulper, which is a paper manufacturing facility well known to companies. In addition, using the newly developed synthesizer, HAPC
Was synthesized, and finally an apatite sheet was created.

【0086】(シートの特性) 図8にアパタイトシー
ト(NP-1,LP-1)のSEM観察像を示す。各々のアパタイト
シートともパルプ繊維の表面にアパタイト層が積層され
ていることが確認できる。シートNP-1とシートLP-1は、
付着量が少ないがパルプ表面に付着していることが観察
される。シートNP-2とシートLP-2は、パルプ表面とは明
らかに異なる様子であり,アパタイトが厚い層となって
付着している。また,繊維間にパルプ繊維に付着しなか
ったアパタイト粒子が僅かに残っている。しかしなが
ら,シートに含有しているアパタイトのほとんどがHAPC
に複合化されたアパタイト粒子であると考えられ,乾燥
したシートからの粒子の脱落などは観察されなかった。
このことは,内てん法により無機粉体が配合された紙中
の粉体の定着状態と全く異なった形となっている。例え
ば,粒子の粗いタルク(粒子径2〜10μm)は紙表面の
くぼみや繊維間の間隙に存在している。一方,粒子が細
かい水酸化アルミニウム(粒子径0.5〜1μm )は繊維
間の間隙よりはむしろ繊維表面に凝集し定着しており,
パルプ全面を被膜してしまうのではなく,パルプの一部
分を覆う形である(浜田忠平,製紙科学,中外産業調査
会(有),424 (1982))。そのために,無機粉体をパル
プに内添する方法で作成した無機粉体紙では粉体の脱落
が起こりやすい問題がある(杉山公寿,機能紙研究会
紙,37,13 (1998))。このような従来法による内てん
紙と異なり,HAPC法で製造されたアパタイトシートでは
アパタイト粒子がパルプと複合化,一体化してシートと
なっていることを示している。
(Characteristics of Sheet) FIG. 8 shows an SEM observation image of the apatite sheet (NP-1, LP-1). It can be confirmed that the apatite layer is laminated on the surface of the pulp fiber in each of the apatite sheets. Sheet NP-1 and sheet LP-1 are
Although the amount of adhesion is small, it is observed that it adheres to the pulp surface. Sheet NP-2 and sheet LP-2 seem to be distinctly different from the pulp surface, and apatite is attached as a thick layer. In addition, a small amount of apatite particles that did not adhere to the pulp fibers remained between the fibers. However, most of the apatite contained in the sheet is HAPC.
It is considered that the particles are apatite particles that have been composited with, and the particles did not fall off from the dried sheet.
This is completely different from the fixing state of the powder in the paper in which the inorganic powder is blended by the internal spinning method. For example, talc with coarse particles (particle diameter 2 to 10 μm) exists in the dents on the paper surface and in the spaces between fibers. On the other hand, aluminum hydroxide with fine particles (particle size 0.5 to 1 μm) is agglomerated and fixed on the fiber surface rather than in the interstices between the fibers,
Instead of coating the entire surface of the pulp, it covers a part of the pulp (Tadahei Hamada, Paper Science, Chugai Industrial Research Society (existing), 424 (1982)). For this reason, there is a problem in that the inorganic powder paper made by internally adding the inorganic powder to the pulp is apt to fall off the powder (Koshitoshi Sugiyama, Functional Paper Research Paper, 37, 13 (1998)). It is shown that the apatite sheet produced by the HAPC method is a sheet formed by combining and integrating the apatite particles with the pulp, unlike the conventional inner liner paper.

【0087】図9にアパタイトシート及びパルプシート
のX線回折図を示す。アパタイトシートのX線回折パタ
ーンからパルプ(セルロース)に由来する2θ=15〜20度
のピークとアパタイトの特性ピーク26度,31〜32度が確
認された。また,パルプとアパタイトのピーク強度の比
から,アパタイトの付着量がシートNP-2,シートLP-2の
方がシートNP-1,シートLP-1より2倍程度多いことが分
かる。実際,シートの灰分量から求められたアパタイト
の含有重量%も2倍程度大きかった(表5)。
FIG. 9 shows X-ray diffraction patterns of the apatite sheet and the pulp sheet. From the X-ray diffraction pattern of the apatite sheet, a peak of 2θ = 15 to 20 degrees derived from pulp (cellulose) and characteristic peaks of apatite of 26 degrees and 31 to 32 degrees were confirmed. From the ratio of the peak intensity of pulp to that of apatite, it can be seen that the amount of apatite deposited on sheet NP-2 and sheet LP-2 is about twice that on sheet NP-1 and sheet LP-1. In fact, the apatite content weight% calculated from the ash content of the sheet was about twice as large (Table 5).

【0088】[0088]

【表5】 シートのアパタイト重量%,及び強度特性を表5に示
す。アパタイト重量%から合成されたアパタイトの回収
率を求めると,シートNP-1,及びシートLP-1は理論合成
量の64,70%が回収されたことになる。
[Table 5] The apatite weight% of the sheet and the strength characteristics are shown in Table 5. When the recovery rate of the apatite synthesized from the apatite weight% was calculated, it was found that the theoretical amounts of the sheets NP-1 and LP-1 were 64 and 70%, respectively.

【0089】表から明らかなように、シートNP-2及びシ
ートLP-2では,アパタイト重量%は,39.8,36.8%と倍増
している。HAp理論合成量の49,42%が回収されたことに
なる。高濃度のアパタイト合成条件であるシートNP-2
及びシートLP-2を合成したアパタイトの回収という面か
ら評価すると50%以下しか回収できていないため回収効
率が悪い結果となっている。
As is clear from the table, the weight% apatite in the sheets NP-2 and LP-2 doubled to 39.8 and 36.8%. This means that 49,42% of the theoretical HAp synthetic amount was recovered. Sheet NP-2, which is a high-concentration apatite synthesis condition
Also, when evaluated from the perspective of recovering the apatite synthesized from the sheet LP-2, less than 50% was recovered, resulting in poor recovery efficiency.

【0090】シート強度に関しては,比較的繊維長が長
いパルプが原料繊維であるシートNPの強度が繊維長の短
いシートLPより高強度となっている。アパタイト含有量
が少ないシートが多いものより高強度となっている。シ
ートNPの引張り強度は市販のろ紙51B以上の高い強度を
示している。シートLPでは,引裂き強さはシートNPの半
分以下の強度であり,ろ紙51Bより強度が低い。しか
し,最も強度が低いシートLP-2でさえ取り扱いに少し注
意すればろ紙51Bと同じように水分を含んだ状態でも使
用することが可能である。また,一般的に内添法により
無機粉体を配合したシートでは粉体の配合量が増加すれ
ばシート強度は大きく低下するが,HAPC法ではシート強
度の低下を軽減できることが明らかとなった( Kawakat
su H. andIde S.,Sen'i Gakkai Prepr.P-5 (199
8))。
Regarding the sheet strength, the strength of the sheet NP, which is a raw material fiber of pulp having a relatively long fiber length, is higher than that of the sheet LP having a short fiber length. Higher strength than those with many sheets with low apatite content. The tensile strength of the sheet NP is higher than that of the commercially available filter paper 51B. The tear strength of sheet LP is less than half that of sheet NP, which is lower than that of filter paper 51B. However, even the LP-2 sheet, which has the lowest strength, can be used even when it contains water, as with the filter paper 51B, with a little care. In addition, in general, the sheet strength of the sheet in which the inorganic powder was mixed by the internal addition method was significantly decreased when the powder content was increased, but it was revealed that the HAPC method can reduce the decrease of the sheet strength ( Kawakat
su H. and Ide S., Sen'i Gakkai Prepr. P-5 (199
8)).

【0091】アパタイトシートにどの程度の量のアパタ
イトが含有されている必要があるかはシートの用途によ
って決まってくる。このため,HAPCの合成条件を変える
ことによりアパタイトの付着量を調節できることが必要
である。HAPC法ではシートの用途とそれに見合った必要
とされるアパタイト付着量,シートの強度特性などを考
慮しながらアパタイトシートの製造を行うことが可能と
なった(川勝博伸,機能紙研究会紙,32,28 (199
3))。アパタイトの付着量を変えるとその回収率も増減
するため,付着量を決定することはシートの製造コスト
にも影響してくることはいうまでもない。
How much apatite should be contained in the apatite sheet depends on the application of the sheet. Therefore, it is necessary to control the amount of apatite deposited by changing the HAPC synthesis conditions. With the HAPC method, it has become possible to manufacture apatite sheets while taking into consideration the use of the sheet, the required amount of apatite adhered to it, the strength characteristics of the sheet, etc. , 28 (199
3)). Needless to say, determining the amount of adherence also affects the manufacturing cost of the sheet, because the recovery rate also changes when the amount of adherence of apatite changes.

【0092】(シートのタンパク質・核酸吸着)アパタ
イトシートのタンパク質・核酸の吸着量を図10に示
す。図10において、各成分の50ml溶液の濃度は、
BSA480mg/L、リゾチ−ム550mg/L、D
NA500mg/L、RNA520mg/Lであり、溶
媒の濃度は、BSA、1/60mol/L、pH6.8
リン酸緩衝液(PB)、リゾチ−ム、DNA、DNAは
それぞれ1/15mol/L、pH6.8PBであっ
た。図から明らかなように、アパタイト含有量がほとん
ど違わないシートNP-1とLP-1,あるいはシートNP-2とLP-
2の間でのタンパク質・核酸の吸着量の差はほとんど無
かった。NBKPとLBKPの繊維の大きさを比較すると前者が
3倍程度大きいが,シートの原料となっているHAPC繊維
の形態の違いによる吸着量の差はほとんど無いというこ
とになる。しかし,アパタイト含有量に2倍程度違いが
あるシートNP-1及びNP-2を比較すると,シートNP-2が2
倍近く多く吸着している。比較として市販ろ紙51Bの吸
着量を測定したが,タンパク質・核酸ともほとんど吸着
されなかった。吸着特性を発揮しているのがアパタイト
であるから,その含有量の違いにより吸着量に差がでる
のは当然のことであるといえる。シートのタンパク質・
核酸の吸着特性はシートのアパタイトの含有量に依存し
ており,パルプの繊維形態には影響を受けていないとい
うことが明らかとなった。アパタイトシートLP-2のタン
パク質の吸着量は対シート重量当りBSAが13mg/g,リゾ
チームが7.9mg/g,核酸の吸着量はDNAが4.6mg/g,RNAが
5.7mg/gであった。この量は市販されているタンパク質
・核酸ハイブリダイゼーション用のメンブランシート
(例えば,ニトロセルロース膜など(バイオ・ラッド・
ラボラトリーズ・ライフサイエンス事業部総合カタログ
1998/99, 308; 平野久,遺伝子クローニングのための
たんぱく質構造解析,(株)東京化学同人,45 (199
3); Matsudaira P., J. Biol. Chem.,262, 10035 (19
87))と同程度の吸着量である。また,現在実用化され
ているアパタイトを造粒焼結して造られた大きさ数十μ
m程度の粒子であるヒドロキシアパタイトクロマトグラ
フィー担体([5353]バイオ・ラッド・ラボラトリーズ・
ライフサイエンス事業部総合カタログ 1998/99, 103)
とも同程度の吸着性能である。
(Sheet Protein / Nucleic Acid Adsorption) FIG. 10 shows the amount of protein / nucleic acid adsorbed on the apatite sheet. In FIG. 10, the concentration of 50 ml solution of each component is
BSA 480 mg / L, lysozyme 550 mg / L, D
NA is 500 mg / L, RNA is 520 mg / L, and the solvent concentration is BSA, 1/60 mol / L, pH 6.8.
Phosphate buffer (PB), lysozyme, DNA, and DNA were 1/15 mol / L and pH 6.8 PB, respectively. As is clear from the figure, sheets NP-1 and LP-1, or sheets NP-2 and LP-, which have almost the same apatite content,
There was almost no difference in the amount of protein / nucleic acid adsorbed between the two. When comparing the fiber sizes of NBKP and LBKP, the former is
Although it is about three times as large, it means that there is almost no difference in the adsorption amount due to the difference in the form of HAPC fibers that are the raw material of the sheet. However, comparing the sheets NP-1 and NP-2, which differ in the apatite content by about 2 times,
Nearly twice as much is adsorbed. As a comparison, the adsorbed amount of the commercially available filter paper 51B was measured, but neither protein nor nucleic acid was adsorbed. Since it is apatite that exhibits the adsorption property, it is natural that the adsorption amount varies depending on the content. Sheet protein
It was revealed that the adsorption property of nucleic acid depends on the content of apatite in the sheet and is not affected by the fiber morphology of pulp. The amount of protein adsorbed on the apatite sheet LP-2 was 13 mg / g of BSA per sheet weight, 7.9 mg / g of lysozyme, and the amount of adsorbed nucleic acid was 4.6 mg / g of DNA and RNA.
It was 5.7 mg / g. This amount is a commercially available membrane sheet for protein / nucleic acid hybridization (eg, nitrocellulose membrane (Bio-Rad.
Laboratories Life Science Division General Catalog
1998/99, 308; Hisashi Hirano, Protein structural analysis for gene cloning, Tokyo Kagaku Dojin, 45 (199)
3); Matsudaira P., J. Biol. Chem., 262, 10035 (19
87)) Adsorption amount is about the same. In addition, the size of several tens of μ produced by granulating and sintering apatite currently in practical use.
Hydroxyapatite chromatography carrier ([5353] Bio-Rad Laboratories.
Life Science Division General Catalog 1998/99, 103)
Both have the same adsorption performance.

【0093】(実施例3)本実施例では、アパタイトシ
ートを細胞培養床アパタイトシートとして使用する例を
説明する。
(Example 3) In this example, an example in which the apatite sheet is used as a cell culture bed apatite sheet will be described.

【0094】試料として、上記方法に従って,HAPC合成
装置を用いて,未叩解の市販針葉樹晒クラフトパルプ
(NBKP)15gを懸濁させた0.06mol/L硝酸カルシウム溶液
1000mlに, 0.12mol/Lリン酸水素2アンモニウム溶液300m
lを滴下する方法でHAPCを合成した。反応条件は反応温
度50℃,反応pH8で5mol/L水酸化ナトリウム溶液を用い
てpHの制御を行いながらHAPC(試料名をHAPC(NP-0)と
略)を作成した。HAPC(NP-0)はアパタイトが20wt%付着
していることが灰分重量測定により確認されている。
As a sample, a 0.06 mol / L calcium nitrate solution in which 15 g of unbeaten commercial bleached softwood kraft pulp (NBKP) was suspended using a HAPC synthesizer according to the above method
300 ml of 0.12 mol / L diammonium hydrogen phosphate solution in 1000 ml
HAPC was synthesized by the method of dropping l. HAPC (sample name is abbreviated as HAPC (NP-0)) was prepared while controlling the pH using a 5 mol / L sodium hydroxide solution at a reaction temperature of 50 ° C. and a reaction pH of 8 as the reaction conditions. It has been confirmed by ash weight measurement that HAPC (NP-0) has 20 wt% of apatite attached.

【0095】(細胞培養床アパタイトシートの作成)HA
PC(NP-0)を原料にして,上記シート製造法に準じて抄造
法により角型シートマシン,円筒型電気ヒーター式の回
転乾燥機を用いて120℃で乾燥しアパタイトシートを作
成した。この操作によりHAPC(NP-0)懸濁液中の未付着ア
パタイト粒子のほとんどがシートマシンろ液として除去
される。しかし,シートには僅かに複合体化されなかっ
たアパタイト粒子が残存しているため,それを取り除く
ためにシートを撹拌機で再度離解し,それを細胞培養床
アパタイトシートのための原料HAPC(NP-0) 懸濁液とし
た。原料HAPC(N P-0)80wt%とポリオレフィン系の繊維状
バインダーEKC(チッソポリプロ繊維(株))20wt%配合
し,角型シートマシンで抄紙した後,プレス脱水するこ
となく自然対流式の乾燥機内で乾燥させた。その際,乾
燥温度はバインダーの融点(105〜130℃)より高い135
℃とした。従来のアパタイトシートをプレス乾燥する際
に用いた回転乾燥機を用いないため,繊維間の密着が少
なく,空隙が広いシート材料が作成される。その結果,
嵩密度が低く空隙率が大きい坪量85g/m2,及び175g/m2
大きさ25×25cm2の2種類の細胞培養床アパタイトシー
トが得られた。それぞれHAp-SB(85),HAp-SB(175)と略
す。
(Preparation of cell culture bed apatite sheet) HA
Using PC (NP-0) as a raw material, the apatite sheet was prepared by drying at 120 ° C. using a square sheet machine and a cylindrical electric heater type rotary dryer according to the above-mentioned sheet manufacturing method. By this operation, most of the unattached apatite particles in the HAPC (NP-0) suspension are removed as a sheet machine filtrate. However, since the apatite particles that were not slightly complexed remained in the sheet, the sheet was disintegrated again with a stirrer to remove it, and this was used as a raw material for the cell culture bed apatite sheet HAPC (NP -0) made into a suspension. 80 wt% of raw material HAPC (N P-0) and 20 wt% of EKC (Chisso Polypro Fiber Co., Ltd.), a fibrous binder of polyolefin type, were mixed, and after paper making with a square sheet machine, natural convection drying without press dehydration. It was dried in the machine. At that time, the drying temperature is higher than the melting point of the binder (105-130 ℃).
℃ was made. Since the rotary dryer used for press-drying conventional apatite sheets is not used, a sheet material with less inter-fiber adhesion and wide voids is created. as a result,
Basis weight 85g / m 2 and 175g / m 2 with low bulk density and large porosity
Two kinds of cell culture bed apatite sheets having a size of 25 × 25 cm 2 were obtained. Abbreviated as HAp-SB (85) and HAp-SB (175), respectively.

【0096】(細胞培養床アパタイトシートの特性評
価)細胞培養床アパタイトシートを風乾後,イオンスパ
ッター(E-1030,(株)日立製作所)によるPt-Pd蒸着
を行った後,SEM( S-4500,(株)日立製作所)を用い
て,シート表面の観察を行った。また,水銀圧入方式の
ポロシメーター(ポアサイザ9310,(株)島津製作所)
によりシート中に存在する細孔の細孔容積,表面積を測
定した。
(Characteristic Evaluation of Cell Culture Bed Apatite Sheet) After air-drying the cell culture bed apatite sheet, Pt-Pd deposition by ion sputtering (E-1030, Hitachi, Ltd.) was performed, and then SEM (S-4500). , Hitachi, Ltd.) was used to observe the sheet surface. Also, a mercury porosimeter (Porasizer 9310, Shimadzu Corporation)
The pore volume and surface area of the pores present in the sheet were measured by.

【0097】(細胞培養床アパタイトシートを用いた静
置培養)培養実験には,CHO-K1細胞(チャイニーズハム
スター卵巣細胞)(RCB0285,理研ジーンバンク・細胞
開発銀行)を用いた。初期培養では,10%ウシ胎児血清
(FBS)(Gibco BRL)を含むHam'sF-12(Gibco BRL)培
地を用い,炭酸ガスインキュベーター中で炭酸ガス濃度
5%空気95%の雰囲気で培養した。細胞の継代の際には
細胞分散剤として0.25%トリプシン溶液(1mMのEDTAを
含む)(Gibco BRL)を用いた。HAp-SB(85)は,蒸留水
で二回洗浄し,蒸留水中で121℃,20分間オートクレー
ブ滅菌後,培養培地で二回洗浄しておいた。
(Static Culture Using Cell Culture Bed Apatite Sheet) CHO-K1 cells (Chinese hamster ovary cells) (RCB0285, RIKEN Genebank / Cell Development Bank) were used for the culture experiment. For the initial culture, Ham's F-12 (Gibco BRL) medium containing 10% fetal bovine serum (FBS) (Gibco BRL) was used, and carbon dioxide concentration was maintained in a carbon dioxide incubator.
The culture was performed in an atmosphere of 5% air and 95%. A 0.25% trypsin solution (containing 1 mM EDTA) (Gibco BRL) was used as a cell dispersant at the time of cell passage. HAp-SB (85) was washed twice with distilled water, autoclaved in distilled water at 121 ° C for 20 minutes, and then washed twice with culture medium.

【0098】数回継代しコンフルーエントになった細胞
を,60mmプラスチック培養皿中におかれた25×25mm2のH
Ap-SB(85)上に2.8×105個接種し,Ham'sF-12培地7mlを
加えた。上記炭酸ガスインキュベーター中で2日毎に培
地の交換を行い9日間培養した。培地の交換は細胞が付
着したシートを新鮮な培地が7ml入った新しい60mmプラ
スチック培養皿にピンセットで摘んで移し替えることに
より行われた。
Confluent cells that had been passaged several times were placed in a 60 mm plastic culture dish to obtain 25 × 25 mm 2 H 2 H 2 .
2.8 × 10 5 cells were inoculated on Ap-SB (85) and 7 ml of Ham's F-12 medium was added. The medium was replaced every 2 days in the carbon dioxide incubator and cultured for 9 days. The medium was exchanged by transferring the sheet to which the cells were attached to a new 60 mm plastic culture dish containing 7 ml of fresh medium by picking with forceps.

【0099】培養終了後,アパタイトシート表面に付着
増殖したCHO -K1細胞の形態観察はSEMを用いて行った。
細胞が付着したシートをPBS(Gibco BRL)で軽く洗浄
し,エタノール上昇系列(70,80,90,95,および100%)で
脱水し,最後にt-ブチルアルコールで置換した後,フ
リーズドドライヤー(ES-2030,(株)日立製作所)で
乾燥後,イオンスパッタ−(E-1030,(株)日立製作
所)によるPt-Pd蒸着を行いSEM( S-4500,(株)日立
製作所)を使用して観察した。
After completion of the culture, the morphology of CHO-K1 cells adhered and grown on the surface of the apatite sheet was observed by using SEM.
The cell-attached sheet was lightly washed with PBS (Gibco BRL), dehydrated with an ethanol increasing series (70, 80, 90, 95, and 100%), and finally replaced with t-butyl alcohol, followed by a freeze dryer. After drying with (ES-2030, Hitachi, Ltd.), Pt-Pd vapor deposition by ion sputtering (E-1030, Hitachi, Ltd.) is performed and SEM (S-4500, Hitachi, Ltd.) is used. And then observed.

【0100】CHO-K1細胞が付着したシートを培養皿から
取り出し,40mlPBSで洗浄後,7mlの0.25%トリプシン溶
液(1mMのEDTAを含む)に1分間浸漬した。その後に10
%FBSを含むHam'sF-12培地30ml中で十分に洗浄しシート
から細胞を脱落させた。剥がれ落ちた細胞はトリパンブ
ルー染色液で染色した後,血球計数板及び位相差顕微鏡
を用いて細胞数を計測した。
The sheet to which the CHO-K1 cells were attached was taken out from the culture dish, washed with 40 ml PBS, and immersed in 7 ml of a 0.25% trypsin solution (containing 1 mM EDTA) for 1 minute. Then 10
The cells were removed from the sheet by sufficiently washing in 30 ml of Ham's F-12 medium containing% FBS. The detached cells were stained with Trypan blue staining solution, and the number of cells was counted using a hemocytometer and a phase contrast microscope.

【0101】(スピンナーフラスコでの連続培養)HAp-
SB(175)を用いた500mlマイクロキャリアー用スピンナー
フラスコ(Bellco)(図11)でのCHO-K1細胞の連続培
養実験を以下の方法で行った。
(Continuous Culture in Spinner Flask) HAp-
A continuous culture experiment of CHO-K1 cells in a spinner flask (Bellco) for a 500 ml microcarrier (FIG. 11) using SB (175) was performed by the following method.

【0102】連続培養に用いる細胞(前記CHO- K1細
胞)は10%FBSを含むHam'sF-12培地を用い,炭酸ガス5%
/空気95%の炭酸ガスインキュベーター中で37℃で予備
培養した。細胞の継代の際には細胞分散剤として0.25%
トリプシン溶液(1mMのEDTAを含む)を用いた。培養に
使用されたシートは,攪拌羽にセットされた状態であら
かじめ蒸留水で二回洗浄し,オートクレーブ滅菌後,培
地で二回洗浄しておいた。培養皿に数回継代し,コンフ
ルーエントになった細胞をフラスコ中の攪拌羽に巻き付
けるようにセットしたシート(大きさ(幅,長さ)35×
410mm,重量3g)上に3.0×106個接種し培養した。培養
床が柔軟性のあるシート状をしているため,攪拌羽に巻
き付けてセットすることが可能である(図11)。この
方法はこれまで報告されている培養方法とは全く異なっ
た新規なフラスコでの培養手法である。
The cells used for continuous culture (the above-mentioned CHO-K1 cells) were Ham's F-12 medium containing 10% FBS and 5% carbon dioxide gas.
/ Pre-incubated at 37 ° C in a 95% carbon dioxide incubator. 0.25% as a cell dispersant for cell passage
A trypsin solution (containing 1 mM EDTA) was used. The sheet used for culturing was previously washed twice with distilled water in a state of being set on a stirring blade, sterilized by autoclave, and then washed twice with a medium. A sheet (size (width, length) 35 x that was set up so that confluent cells were subcultured several times in a culture dish and wrapped around a stirring blade in a flask.
3.0 × 10 6 cells were inoculated on 410 mm, weight 3 g) and cultured. Since the culture bed is in the form of a flexible sheet, it can be set around the stirring blade (Fig. 11). This method is a novel flask culture method that is completely different from the culture methods reported so far.

【0103】(細胞培養床アパタイトシートの細胞付着
表面の特性)シート作成操作により大きさ25×25cm2の2
種類の細胞培養床アパタイトシート(HAp-SB(85)及びHA
p-SB(175))を得た。このシートの主な特性を表6に示
した。比較として既報の作成方法( Bernardi G., Me t
hods of Enzymology,XXI,Academic Press,(W. B. Jakob
y,Ed.) New York,95(1971))に基づいてHAPC(NP-0)
をシート化したアパタイトシート(シートNP-0と略),
及び叩解度c.s.f.420mlに調整したNBKPを原料にしたHAP
Cを同様にシート化したアパタイトシート(シートNP-1
と略)を作成した。これらのシートには非晶質のアパタ
イトが付着していることがX線回折スペクトルにより確
認されている( 川勝博伸,機能紙研究会紙,32,28 (1
993))。図12に3種類のシートの細孔容積分布を示し
た。細孔容積分布から求められた細胞培養床アパタイト
シートの細孔容積量,表面積,裂断長及び透気度をまと
めた結果を表7に示した。
[0103] 2 of size 25 × 25 cm 2 by (cell culture properties of the cell attachment surface of the floor apatite sheet) Sheet create operation
Types of cell culture bed apatite sheets (HAp-SB (85) and HA
p-SB (175)) was obtained. The main characteristics of this sheet are shown in Table 6. As a comparison, the published method (Bernardi G., Me t
hods of Enzymology, XXI, Academic Press, (WB Jakob
y, Ed.) New York, 95 (1971)) based on HAPC (NP-0)
Apatite sheet (abbreviated as sheet NP-0)
And HAP made from NBKP adjusted to a beating degree csf of 420 ml
An apatite sheet (sheet NP-1
Abbreviation) was created. It has been confirmed by X-ray diffraction spectrum that amorphous apatite adheres to these sheets (Hironobu Kawakatsu, Research Paper of Functional Paper, 32, 28 (1
993)). FIG. 12 shows the pore volume distributions of the three types of sheets. Table 7 shows the results in which the pore volume, surface area, fracture length and air permeability of the cell culture bed apatite sheet obtained from the pore volume distribution are summarized.

【0104】[0104]

【表6】 [Table 6]

【0105】[0105]

【表7】 細胞培養床アパタイトシートHAp-SB(85)の電子顕微鏡観
察像を図13に示した。観察像からシートには幅約200
μm以下の隙間が多くあることが確認される。ポロシメ
ーターの分析では細孔として計測されているが,繊維間
の隙間であることが観察される。このシートの隙間の特
徴として,シートが抄造法によりHAPC単繊維を積層して
造られているため,隙間が一方の面(表)から他の面
(裏)に繋がった構造となっていることが挙げられる。
細胞培養床としての性能を考えると,細胞がシート内部
まで付着・増殖し高密度で培養されることが重要であ
る。そのためには,栄養源及び酸素供給のため培養液が
培養床内部へ効率良く流動されなければならない。良い
流動のためには培養床に内部まで連続して繋がっている
ある程度の大きさの穴が形成されている必要がある。
[Table 7] An electron microscopic observation image of the cell culture bed apatite sheet HAp-SB (85) is shown in FIG. Approximately 200 width from observation image to sheet
It is confirmed that there are many gaps of less than μm. Although it is measured as pores in the porosimeter analysis, it is observed that it is a gap between fibers. The feature of the gap of this sheet is that the sheet is made by laminating HAPC monofilaments by the papermaking method, so that the gap is connected from one side (front) to the other side (back). Is mentioned.
Considering the performance as a cell culture bed, it is important that cells adhere to and grow inside the sheet and are cultured at a high density. For that purpose, the culture solution must be efficiently flowed into the culture bed to supply nutrients and oxygen. For a good flow, it is necessary for the culture bed to have holes of a certain size connected continuously to the inside.

【0106】培養皿中のHAp-SB(85)表面での細胞増殖曲
線を図14に示した。シート表面の細胞数は培養4日目
で3. 0×106個/シートであり,培養7日目で9.0×106
個/シートとなった。それ以降細胞数は増加せず細胞密
度は飽和状態となった。シートの面積を元に単位面積あ
たりの細胞数を計算すると1.5×106個/cm2 であり,一
般的に用いられているプラスチックの培養皿での細胞密
度1.1×105 個/cm2である。培養床アパタイトシートを
利用すれば培養皿の約10倍程度細胞密度を高くして培養
できることが明らかとなった。これまで,CHO-K1細胞の
固定化担体としてガラス繊維織布及び多孔質ポリテトラ
フルオロエチレン膜などが検討されてきた。その中でガ
ラス繊維織布の細胞密度は3×105 個/cm2 及び多孔質
ポリテトラフルオロエチレン膜では8×105 個/cm2
細胞密度となり付着担体として有望な材料であると報告
されている(加野准子, 常盤孝義, Meng X., 児玉亮,
松村外志張, 生体材料, 15,NO.2, 55 (1997); Tokiwa
T., Kano J., Kodama M.and Matsumura T., Cytotechno
logy, 25, 137 (1997))。これらの素材と比較しても細
胞培養床アパタイトシートは2〜50倍の細胞密度を達成
することが可能であり,細胞の付着性にも細胞増殖性に
も優れた素材であるといえる。この特性は,アパタイト
シートが生体親和性に優れたアパタイト表面を有してい
ることと,繊維がシート化された多孔質で表面積の大き
い素材であることに起因していると考えられる。
The cell growth curve on the surface of HAp-SB (85) in the culture dish is shown in FIG. The number of cells on the surface of the sheet was 3.0 × 10 6 cells / sheet on the 4th day of culture, and 9.0 × 10 6 cells on the 7th day of culture.
It became a piece / sheet. After that, the number of cells did not increase and the cell density became saturated. When the number of cells per unit area is calculated based on the area of the sheet, it is 1.5 × 10 6 cells / cm 2 , and the cell density in a commonly used plastic culture dish is 1.1 × 10 5 cells / cm 2 . is there. It was clarified that the use of the culture bed apatite sheet enables the culture to be performed at a cell density about 10 times higher than that of the culture dish. So far, glass fiber woven fabrics and porous polytetrafluoroethylene membranes have been investigated as immobilization carriers for CHO-K1 cells. Among them, the cell density of glass fiber woven cloth was 3 × 10 5 cells / cm 2 and that of porous polytetrafluoroethylene membrane was 8 × 10 5 cells / cm 2 , which is a promising material as an attachment carrier. It has been done (Junko Kano, Takayoshi Tokiwa, Meng X., Ryo Kodama,
Matsumura Soushi, Biomaterials, 15, NO.2, 55 (1997); Tokiwa
T., Kano J., Kodama M. and Matsumura T., Cytotechno
logy, 25, 137 (1997)). Compared with these materials, the cell culture bed apatite sheet can achieve a cell density of 2 to 50 times, and it can be said that it is a material with excellent cell adhesion and cell proliferation. This property is considered to be due to the fact that the apatite sheet has an apatite surface with excellent biocompatibility and that the fiber is a sheet-shaped porous material having a large surface area.

【0107】また,この培養床はシート状であるため容
易に移動させることが可能であり,新鮮培地への交換が
新しい培地の入った培養皿へシートをピンセットでつか
んで移すだけでできるという利点も判明した。
Further, since this culture bed is in the form of a sheet, it can be easily moved, and it can be replaced with a fresh medium simply by grabbing the sheet with a pair of tweezers and transferring it to a culture dish containing a new medium. Was also found.

【0108】連続培養に用いた培地は10%FBS及び 20mM
HEPES緩衝液(Gibco BRL)を含む450mlHam'sF-12を用い
た。フラスコは37℃の恒温槽内に入れHAp-SB(175)が巻
き付けられた攪拌羽を60rpmで回転させながら閉鎖系培
養した。シートは攪拌羽にセットされているため,攪拌
羽と一緒にシート自身も回転し培地の供給と老廃物の除
去が効率的に行えるようになっている。培養開始後,9
日目に培地を交換し,その後4日目ごとに培地の交換し
た。古くなった培地を全て抜き取り新鮮な培地450mlを
新たにフラスコに添加する方法で培地を交換した。
The medium used for continuous culture was 10% FBS and 20 mM.
450 ml Ham's F-12 containing HEPES buffer (Gibco BRL) was used. The flask was placed in a constant temperature bath at 37 ° C., and closed system culture was performed while rotating the stirring blade around which HAp-SB (175) was wound at 60 rpm. Since the sheet is set on the stirring blade, the sheet itself rotates together with the stirring blade to efficiently supply the medium and remove waste products. 9 after starting culture
The medium was changed on day 4, and then every 4th day. The medium was exchanged by removing all the old medium and adding 450 ml of fresh medium to the flask.

【0109】連続培養中細胞の成育状況を観察するため
培地中の栄養分であるグルコース濃度,及び老廃物であ
る乳酸濃度を毎日測定した。培地中のグルコース濃度,
及び乳酸濃度は酵素センサーを利用したバイオテックア
ナライザー(AS-210,旭化成(株))により測定した。
また,細胞が付着したシートをPBS(Gibco BRL)で軽く
洗浄し,エタノール上昇系列(70,80,90,95,及び100%)
で脱水し,最後にt-ブチルアルコールで置換した後,
フリーズドドライヤー(ES-2030,(株)日立製作所)
で乾燥後,イオンスパッタ−(E-1 030,(株)日立製
作所)によるPt-Pd蒸着を行い,SEM( S-4500,(株)
日立製作所)を用いて観察した。
To observe the growth of cells in continuous culture, glucose concentration as nutrients and lactic acid concentration as waste products in the medium were measured every day. Glucose concentration in the medium,
And the lactic acid concentration was measured by a biotech analyzer (AS-210, Asahi Kasei Co., Ltd.) using an enzyme sensor.
In addition, the cell-attached sheet was lightly washed with PBS (Gibco BRL) to increase the ethanol series (70, 80, 90, 95, and 100%).
After dehydrating with, and finally substituting with t-butyl alcohol,
Frozen dryer (ES-2030, Hitachi, Ltd.)
After drying with Pt-Pd by ion sputtering (E-1030, Hitachi Ltd.), SEM (S-4500, Ltd.)
It was observed using Hitachi.

【0110】スピンナーフラスコに細胞培養床アパタイ
トシートHAp-SB(175)を組み込んでCHO-K1細胞の21日間
の連続培養が可能であった。その間,HEPES緩衝液の効
果で,pHの変動はほとんどなかった。培養を開始した初
期の段階は細胞の増殖期であり細胞密度が低いためグル
コースの減少が少ないが,1回目の培地の交換後は急激
にその減少が大きくなっていくのがわかる(図15)。
栄養源であるグルコースの消費によるグルコース濃度の
低下に伴い,老廃物である乳酸濃度が高くなっていく。
培地交換後1日目のグルコース濃度の減少率は1回目か
ら3回目になるにつれ増大しており,このことからも細
胞がまだシート表面で増加傾向にあるといえる。培地の
交換を3回で終了させ培養を中止したが,さらに培養を
続け細胞を増殖させることができると推測される。細胞
培養床アパタイトシートが連続培養用の材料としても優
れていることが示された。
The cell culture bed apatite sheet HAp-SB (175) was incorporated into the spinner flask, and continuous culture of CHO-K1 cells for 21 days was possible. During that time, there was almost no change in pH due to the effect of HEPES buffer. The initial stage of culturing is in the growth phase of cells and the cell density is low, so that the decrease in glucose is small, but it can be seen that the decrease rapidly increases after the first medium exchange (FIG. 15). .
As the glucose concentration decreases due to consumption of glucose, which is a nutrient source, the concentration of lactic acid, a waste product, increases.
The rate of decrease in glucose concentration on the first day after the medium was changed increased from the first time to the third time, which also suggests that cells still tend to increase on the sheet surface. Although the medium was exchanged 3 times and the culture was stopped, it is presumed that the culture can be continued and the cells can be proliferated. It was shown that the cell culture bed apatite sheet is also excellent as a material for continuous culture.

【0111】(実施例4)まず、細胞培養床アパタイト
シートを利用した新規細胞付着用モジュールについて説
明する。次ぎに、そのモジュールを用いた新規連続培養
用システムについて説明する。
(Example 4) First, a novel cell attachment module using a cell culture bed apatite sheet will be described. Next, a new continuous culture system using the module will be described.

【0112】(培養床表面のCHO-K1細胞の観察)図16
に細胞培養床アパタイトシートHAp-SB(85)表面で増殖し
たCHO-K1細胞の電子顕微鏡写真を示す。細胞はシートを
形成しているHAPCの表面に横に並んで広がったように増
殖している。更に,シート表層の繊維表面だけではな
く,少し下層の繊維表面にも増殖している。その結果,
1枚のシート当たり 9.1×106 個のCHO-K1細胞が生育し
ていたと考えられる。この細胞数はプラスチック培養皿
中での細胞密度の約10倍の密度となっている(表8参
照)。しかし,シート内層部には細胞は増殖していな
い。これは今回の培養がプラスチック培養皿中での静置
培養であるため,培地栄養成分の供給がシート表層面の
HAPC表面に限られているためと考えられる。
(Observation of CHO-K1 cells on culture bed surface) FIG.
An electron micrograph of CHO-K1 cells grown on the surface of the cell culture bed apatite sheet HAp-SB (85) is shown in FIG. The cells proliferate as if they were spread side by side on the surface of the HAPC forming the sheet. Furthermore, not only the fiber surface of the surface layer of the sheet, but also the fiber surface of a little lower layer is propagated. as a result,
It is considered that 9.1 × 10 6 CHO-K1 cells were grown per sheet. This cell number is about 10 times the cell density in the plastic culture dish (see Table 8). However, cells did not grow in the inner layer of the sheet. This is because the culture this time is static culture in a plastic culture dish.
This is probably because it is limited to the HAPC surface.

【0113】スピンナーフラスコ中の培養床HAp-SB(17
5)表面の細胞をSEMで観察した結果,細胞はシート表面
全体に増殖しているわけではなくまだ細胞が付着してい
ない部分があることが明らかとなった(図16
(B))。まだ増殖途中の状況であったと推測される。
細胞の形態に注目すると静置培養の細胞と比べて表面が
凸凹している。細胞表面やその周囲に細胞外マトリクス
と思われる物質を形成しているように見える。スピンナ
ーフラスコ培養では培養床シートが回転されるため培地
の流動が起こり細胞に対してせん断ストレスがかかって
おり,その力は細胞をシートから引き剥がすような働き
にもなっていると推測される。それに対して細胞はシー
トに強く付着しておくために細胞外マトリクスを形成し
ているのではないかと考えられる。
Culture Bed HAp-SB (17
5) As a result of observing the cells on the surface with SEM, it was revealed that the cells were not grown on the entire surface of the sheet and there was a part where the cells were not attached yet (FIG. 16).
(B)). It is speculated that the situation was still in the process of growing.
Focusing on the morphology of the cells, the surface is uneven compared to cells in static culture. It appears to form substances that appear to be extracellular matrix on and around the cell surface. In spinner flask culture, since the culture bed sheet is rotated, the medium flows and shear stress is applied to the cells, and it is speculated that the force also acts to peel the cells from the sheet. On the other hand, it is considered that cells may form an extracellular matrix because they are strongly attached to the sheet.

【0114】(CHO-K1細胞の増殖特性)アパタイト・パ
ルプ複合体を用いた動物細胞用付着材料の開発を目的
に,複合体を原料にした細胞培養床アパタイトシートを
作成した。その培養床を付着材料としてCHO-K1細胞の増
殖特性を調べた結果,以下の事柄が明らかとなった。
(Proliferation characteristics of CHO-K1 cells) For the purpose of developing an attachment material for animal cells using an apatite-pulp composite, a cell culture bed apatite sheet using the composite as a raw material was prepared. As a result of examining the growth characteristics of CHO-K1 cells using the culture bed as an attachment material, the following matters were clarified.

【0115】細胞培養床アパタイトシートは細胞が増殖
するために最適な10〜200μmの大きさの空隙が多くあり
細胞付着材料として優れた材料である。その隙間は細胞
親和性に優れたリボン形状をしたHAPCで形成されてい
る。細胞培養床アパタイトシートはオートクレーブ滅菌
が可能であり,細胞付着材料としては新規で優れた材料
であるといえる。
The cell culture bed apatite sheet has many voids with a size of 10 to 200 μm, which are optimal for cell growth, and is an excellent material as a cell attachment material. The gap is formed by ribbon-shaped HAPC with excellent cell affinity. The cell culture bed apatite sheet is autoclave sterilizable and can be said to be a novel and excellent material for attaching cells.

【0116】培養皿中でのシート状培養床担体を用いた
培養では培養7日目細胞密度は飽和状態となり,その細
胞密度は,1.5×106個/cm2 となった。この密度は,プ
ラスチック培養皿での細胞密度の約10倍程度大きい。
In the culture using the sheet-shaped culture bed carrier in the culture dish, the cell density on the 7th day of the culture became saturated, and the cell density became 1.5 × 10 6 cells / cm 2 . This density is about 10 times higher than the cell density in plastic culture dishes.

【0117】シート状培養床を大量培養用500mlピンナ
ーフラスコの攪拌羽に組み込んで培養床自体を回転させ
る新規な方法で,CHO-K1細胞を21日間の連続培養が可能
であった。さらにそれ以上の連続培養も可能と思われ
る。また,回転培養されたシート表面に付着している細
胞は細胞外マトリクスと思われる物質を形成し,その形
態は凸凹していた。
CHO-K1 cells could be continuously cultured for 21 days by a novel method in which the sheet-shaped culture bed was incorporated into the stirring blade of a 500 ml pinner flask for large-scale culture and the culture bed itself was rotated. Further continuous culture is considered to be possible. In addition, the cells attached to the surface of the spin-cultured sheet formed a substance considered to be an extracellular matrix, and its morphology was uneven.

【0118】(細胞培養床アパタイトシートを用いた細
胞培養モジュールの開発及びモジュールを利用したバイ
オリアクタ−によるCHO-K1細胞の連続培養)上記アパタ
イトシートは,シート状材料であると同時に,表面にあ
るアパタイトの特性から動物細胞に対する親和性も高い
ことが期待された。細胞培養床アパタイトシートを試作
し,それを培養担体としてプラスチック培養皿中でのCH
O-K1細胞の細胞増殖を調べた結果,細胞が担体表面で高
密度で増殖することが判明した。
(Development of cell culture module using cell culture bed apatite sheet and continuous culture of CHO-K1 cells by bioreactor using the module) The apatite sheet is a sheet-like material and is present on the surface at the same time. Due to the characteristics of apatite, it was expected that it would also have a high affinity for animal cells. Prototype apatite sheet for cell culture bed, and use it as a culture carrier for CH in plastic culture dishes.
As a result of examining the cell growth of O-K1 cells, it was found that the cells grew at a high density on the surface of the carrier.

【0119】そこで,今度は細胞培養床アパタイトシー
トを材料として用いて長期間連続培養が可能な細胞培養
用装置に使用可能な培養モジュールを作成した。培地循
環ポンプとガス交換用シリコンチューブ及び作製したモ
ジュールを組み合わせ,簡易型の細胞培養装置を試作
し,CHO-K1細胞の連続培養を行った結果,細胞を高密度
で長期間培養することが可能であった。更に,市販の動
物細胞連続培養装置にこのモジュールを組み込み連続培
養した結果,約80日間に渡り恒常的に連続培養が可能
であった。今回考案したモジュールはこれまでの培養モ
ジュールとは異なる設計となっており,よりコンパクト
で高い細胞密度が得られるモジュールへ発展させること
が可能である。
Therefore, this time, a cell culture bed apatite sheet was used as a material to prepare a culture module usable in a cell culture apparatus capable of continuous culture for a long period of time. A simple cell culture device was prototyped by combining a medium circulation pump, a silicon tube for gas exchange, and the fabricated module, and as a result of continuous culture of CHO-K1 cells, it is possible to culture the cells at high density for a long period of time. Met. Furthermore, as a result of continuous culturing by incorporating this module into a commercially available animal cell continuous culturing device, continuous culturing was continuously possible for about 80 days. The module devised this time has a different design from the conventional culture module, and it is possible to develop it into a module that is more compact and has a higher cell density.

【0120】(培養モジュールの作成)上記細胞培養床
アパタイトシートの作成法で作成したHAp-SB(85)及び H
Ap-SB(175)を細胞培養床アパタイトシート材料として使
用した。
(Preparation of culture module) HAp-SB (85) and H prepared by the above-mentioned cell culture bed apatite sheet preparation method.
Ap-SB (175) was used as the cell culture bed apatite sheet material.

【0121】これまでの研究の結果から,細胞培養床ア
パタイトシートをプラスチック培養皿に入れてCHO-K1細
胞を静置培養する方法と,スピンナーフラスコに組み込
んでシートを回転させながらその表面でCHO-K1細胞を培
養する方法の両方が可能であった。これらの方法は,培
地の供給方法で考えると,培地は流動していないか,あ
るいはシート表面を平行に流れる方法であるといえる。
つまり,シート内部への培地の流入が少なく,内部での
細胞の増殖は起こっていないと考えられる。
From the results of the above studies, a method of statically culturing CHO-K1 cells by placing a cell culture bed apatite sheet in a plastic culture dish, and incorporating CHO-K1 cells in a spinner flask while rotating the sheet to produce CHO-K1 Both methods of culturing K1 cells were possible. Considering the method of supplying the medium, these methods can be said to be the method in which the medium does not flow or flows in parallel on the sheet surface.
In other words, it is considered that the inflow of the medium into the inside of the sheet is small and the cells do not grow inside.

【0122】細胞培養床アパタイトシートは細胞の大き
さから考えると,シートの厚み方向の内部細孔への細胞
の付着・増殖が可能である。内部細孔へ細胞を増殖させ
ることができれば,細胞培養床アパタイトシートの有効
表面を最大限に活用することになり,細胞付着材料とし
てより効率的に利用することになる。そのためには,新
鮮な培地をシート内部まで供給することが必要であり,
その方法としては,シートを通り抜けるように培地を供
給する方法が考えられる。細胞培養床アパタイトシート
はHAPC繊維を抄造方法によりシート化しているため,高
分子のフィルムなどと異なりシートの表から裏へ相互に
繋がっている繊維間の細孔が多数存在している。この細
孔を利用して培地を循環させる方法を取れば,内部細孔
表面へ新鮮培地を供給することが可能となるし,細胞の
生育の結果排出される老廃物も効率的に排出される。以
上の考え方を基にして,図17のような細胞培養床アパ
タイトシートを組み込んだ細胞培養担体モジュール(使
用した細胞培養床アパタイトシートの違いにより,HAp-
SB(85) を組み込んだHM(85),あるいはHAp -SB(175)を
組み込んだHM(175)と表記する)を考案した。これは,
ステンレスシリンジホルダー(KS-25,アドバンテック
東洋(株))を利用した物で,サポートスクリーンの上
に円形に切り抜いた細胞培養床アパタイトシート(直径
25mm)をセットして使用する。本体がステンレスででき
ているので,オートクレーブ滅菌可能である。
Considering the cell size, the cell culture bed apatite sheet is capable of adhering / proliferating cells to the internal pores in the thickness direction of the sheet. If cells can be propagated to the inner pores, the effective surface of the cell culture bed apatite sheet will be utilized to the maximum extent, and it will be used more efficiently as a cell attachment material. For that purpose, it is necessary to supply fresh medium to the inside of the sheet,
As a method for this, it is possible to supply the medium so that it will pass through the sheet. Since the cell culture bed apatite sheet is made from HAPC fibers by a papermaking method, unlike the polymer film, there are many pores between the fibers that are connected to each other from the front to the back of the sheet. If the method of circulating the culture medium using these pores is adopted, it becomes possible to supply the fresh culture medium to the surface of the internal pores, and the waste products discharged as a result of cell growth are also efficiently discharged. . Based on the above idea, a cell culture carrier module incorporating a cell culture bed apatite sheet as shown in Fig. 17 (depending on the used cell culture bed apatite sheet, HAp-
We devised HM (85) with SB (85) or HM (175) with HAp-SB (175). this is,
An apatite sheet (diameter) that was cut using a stainless steel syringe holder (KS-25, Advantech Toyo Corp.) in a circle on the support screen.
25mm) and set it for use. Since the main body is made of stainless steel, it can be sterilized by autoclave.

【0123】(細胞培養装置) (簡易型細胞培養装置)モジュールを使用した簡易型の
細胞培養装置を図18に示した。この装置は,250ml
(あるいは,500ml)のガラス培地ビン,培地循環用の
ポンプ,培地中に酸素及び炭酸ガスを供給するためのシ
リコン製ガス交換チューブにHM(85)あるいはHM(175)モ
ジュールを繋いで組み立てた物である。この装置はCELL
MAXシステム(Celleco Inc.)を基にしている。装置を
炭酸ガスインキュベーターの中に入れ連続培養する。イ
ンキュベーター中の酸素,炭酸ガスがガス交換チューブ
を通じて培地に溶け込み,細胞への酸素の供給と培地の
pHの保持がなされる。
(Cell Culture Device) (Simple Cell Culture Device) A simple cell culture device using a module is shown in FIG. This device is 250ml
(Or 500 ml) glass culture medium bottle, pump for circulating the culture medium, silicon gas exchange tube for supplying oxygen and carbon dioxide gas into the culture medium and assembled with HM (85) or HM (175) module connected. Is. This device is CELL
Based on MAX system (Celleco Inc.). The device is placed in a carbon dioxide incubator and continuously cultured. Oxygen and carbon dioxide in the incubator dissolve into the medium through the gas exchange tube, supplying oxygen to the cells and
The pH is maintained.

【0124】(連続培養装置)簡易連続培養よりも長期
間培養方法の確立のため,ホローファイバー動物細胞培
養装置HFR- 1000((株)東京理化製)の装置を用い
て,HAPCモジュールを組み込んでCHO-K1細胞の連続培養
を試みた。装置の概略は図19に示した。装置の構成
は,1000mlガラス培地ビン,ホローファイバー細胞培養
カートリッジ,ガス交換器がタイゴンチューブ及びシリ
コンチューブで接続されたユニット形式となっている。
酸素,炭酸ガスの供給はガス交換機から行われる。ま
た,ユニットの流路の途中にはpH計測センサー,温度セ
ンサー,DOセンサーが組み込まれ計時的に培地の状況を
計測可能となっている。このユニットは持ち運びが可能
であり,そのままオートクレーブできるし,培地の交換
時にはクリーンベンチ内へ持ち込み培地ビンの交換が容
易に行えるようになっている。培養時にはユニットを恒
温槽となっている装置内に入れ,装置内に組み込んであ
る培地循環ポンプにセットして培地をホローファイバー
カートリッジに循環させ培養を行う。この装置はホロー
ファイバーを利用したカートリッジを用いて培養を行う
が,今回はHMモジュールの性能を評価するためカートリ
ッジをHMモジュールに交換して使用した。
(Continuous culture device) In order to establish a long-term culture method rather than simple continuous culture, a HAPC module was installed using a device of a hollow fiber animal cell culture device HFR-1000 (manufactured by Tokyo Rika Co., Ltd.). An attempt was made to continuously culture CHO-K1 cells. The outline of the apparatus is shown in FIG. The configuration of the device is a unit type in which a 1000 ml glass medium bottle, a hollow fiber cell culture cartridge, and a gas exchanger are connected by a Tygon tube and a silicon tube.
Oxygen and carbon dioxide are supplied from a gas exchanger. In addition, a pH sensor, temperature sensor, and DO sensor are incorporated in the flow path of the unit to enable timely measurement of the condition of the medium. This unit is portable and can be autoclaved as it is, and when changing the medium, the medium bottle can be easily replaced by bringing it into the clean bench. At the time of culturing, the unit is placed in a device that is a thermostatic chamber, set in the medium circulation pump incorporated in the device, and the medium is circulated in a hollow fiber cartridge for culturing. This device cultures using a cartridge that uses hollow fibers, but this time, the cartridge was replaced with an HM module to evaluate the performance of the HM module.

【0125】(細胞培養装置によるCHO-K1細胞の培養) (簡易型細胞培養装置による培養)連続培養に用いる細
胞(前記CHO-K1細胞)は10%FBSを含むHam'sF-12培地を
用い,炭酸ガス濃度5%/空気95%の炭酸ガスインキュ
ベーター中で37℃で予備培養した。細胞の継代の際には
細胞分散剤として0.25%トリプシン溶液(1mMのEDTAを
含む)を用いた。60mm培養皿に数回継代し,コンフルー
エントになった細胞を60mm培養皿中にセットした細胞培
養床アパタイトシートHAp-SB(85)(直径 25mm,担体重
量0.042g)あるいはHAp-SB(175)(直径 25mm,担体重
量0 .086g)上に接種し培養した。接種細胞数は3.0×1
05個/シートとした。培養に使用されたシートは,あら
かじめ蒸留水で二回洗浄し,オートクレーブ滅菌後,下
記連続培養用の培地で二回洗浄しておいた。細胞接種
後,培養1日目の担体を滅菌済みの簡易型の細胞培養装
置にセットしていたKS-25ステンレスカートリッジに組
み込んだ。これらの操作は全てクリーンベンチ中で行っ
た。培養装置は,炭酸ガス濃度5%/空気95%,培養温
度37℃条件の炭酸ガスインキュベーター中に入れ,培地
は25ml/minで循環し連続培養を行った。
(Culture of CHO-K1 cells by cell culture device) (Culture by simplified cell culture device) As the cells (the CHO-K1 cells) used for continuous culture, Ham's F-12 medium containing 10% FBS was used. The cells were precultured at 37 ° C in a carbon dioxide incubator with carbon dioxide concentration 5% / air 95%. A 0.25% trypsin solution (containing 1 mM EDTA) was used as a cell dispersant at the time of cell passage. Cell culture bed apatite sheet HAp-SB (85) (diameter 25 mm, carrier weight 0.042 g) or HAp-SB (175) that was confluent in a 60 mm culture dish several times and set confluent cells in the 60 mm culture dish. ) (Diameter 25 mm, carrier weight 0.086 g). The number of inoculated cells is 3.0 x 1
05 pieces / sheet. The sheet used for culture was previously washed twice with distilled water, sterilized by autoclave, and then washed twice with the medium for continuous culture described below. After inoculation of the cells, the carrier on the 1st day of culture was incorporated into the KS-25 stainless steel cartridge that had been set in the sterilized simple cell culture device. All of these operations were performed in a clean bench. The culture device was placed in a carbon dioxide incubator under the conditions of carbon dioxide concentration 5% / air 95% and culture temperature 37 ° C, and the medium was circulated at 25 ml / min for continuous culture.

【0126】連続培養に用いた培地は培養開始時には10
%FBSを含むHam'sF-12培地(HM(85)では250ml,HM(175)
では500ml)を用い,培養開始後一定期間経過ごとにFBS
濃度を5%,2%と低減させた。
The medium used for continuous culture was 10
Ham's F-12 medium containing% FBS (250 ml for HM (85), HM (175)
, 500 ml) and use FBS at certain intervals after the start of culture.
The concentration was reduced to 5% and 2%.

【0127】培養開始後,9日目に培地を交換し,その
後4日目あるいは3日目ごとに培地の交換した。古くなっ
た培地の入った培地ビンを新鮮な培地の入った培地ビン
と交換することにより新鮮な培地に交換した。
The medium was replaced on the 9th day after the start of the culture, and then the medium was replaced every 4th or 3rd day. The medium bottle was replaced with fresh medium by replacing the medium bottle with old medium with the medium bottle with fresh medium.

【0128】(連続培養装置による培養方法)簡易連続
培養の実験方法に準じて,細胞培養床アパタイトシート
HAp-SB(85)(直径 25mm,担体重量0.042g)にCHO-K1細
胞3.0×105個を接種し,炭酸ガス培養器中で1日培養し
た後,細胞が付着したシートをクリーンベンチ内でHFR-
1000の培養ユニットに組み込まれたカートリッジに装着
した。ユニットは培養装置に移しポンプにセットし培地
を流速20ml/minで循環させて培養を開始した。培地はH
am'sF-12培地(5%FBS 含有)1000mlを用いた。一定時間
(1日)ごとに培地4mlを抜き取り,培地中のグルコー
ス濃度,乳酸濃度を測定し細胞の成育状況を確認した。
培地中のグルコース濃度が減少してきたら,新鮮な培地
1000mlと交換して80日間連続培養を続けた。
(Culturing Method by Continuous Culture Device) According to the simple continuous culture experimental method, the cell culture bed apatite sheet was used.
HAp-SB (85) (diameter 25 mm, carrier weight 0.042 g) was inoculated with 3.0 × 105 CHO-K1 cells and cultured in a carbon dioxide incubator for 1 day. HFR-
It was mounted in a cartridge incorporated in 1000 culture units. The unit was transferred to a culture device, set in a pump, and the medium was circulated at a flow rate of 20 ml / min to start culture. Medium is H
1000 ml of am's F-12 medium (containing 5% FBS) was used. 4 ml of the medium was withdrawn at regular intervals (1 day), and the glucose and lactate concentrations in the medium were measured to confirm the cell growth status.
When the glucose concentration in the medium decreases, fresh medium
The medium was replaced with 1000 ml and continuous culture was continued for 80 days.

【0129】(生育状況の分析)連続培養中細胞の成育状
況を観察するため培地中の栄養分であるグルコース濃
度,及び老廃物である乳酸濃度をバイオテックアナライ
ザー(AS-210,旭化成(株))を用いて毎日測定した。
(Analysis of Growth Condition) To observe the growth condition of cells in continuous culture, the glucose concentration of nutrients in the medium and the lactic acid concentration of waste products were measured by Biotech Analyzer (AS-210, Asahi Kasei Co., Ltd.). Was measured daily.

【0130】培養終了後,モジュール内の細胞培養床ア
パタイトシート上の細胞は以下の方法で計測した。ま
ず,シートをモジュールから取り出し,40mlPBSで洗浄
後,7mlの0.25%トリプシン溶液(含む1mMEDTA)に1
分間浸漬した後,1 0%FBSを含むHam'sF-12培地中で十分
に洗浄しシートから細胞を脱落させる。剥がれ落ちた細
胞は血球計数板を用いて,トリパンブルー染色液で染色
した後計測した。
After completion of the culture, the cells on the cell culture bed apatite sheet in the module were measured by the following method. First, remove the sheet from the module, wash with 40 ml PBS, and add 1 ml to 7 ml of 0.25% trypsin solution (containing 1 mM EDTA).
After soaking for a minute, thoroughly wash in Ham's F-12 medium containing 10% FBS to remove cells from the sheet. The detached cells were stained with trypan blue staining solution using a hemocytometer and counted.

【0131】(モジュール内のCHO-K1細胞の観察)細胞培
養床アパタイトシート表面あるいは内部に付着増殖した
CHO-K1細胞の形態観察はSEMにより行った。シートをPBS
で軽く洗浄し,エタノール上昇系列(70,80,90,95およ
び100%)で脱水し,最後にt-ブチルアルコールで置換
した後,フリーズドドライヤー(ES-2030,日立製作所
(株))で乾燥後,イオンスパッター(E−1030,日立
製作所(株))によるPt-Pd蒸着を行い,SEM(S−450
0,日立製作所(株))を用いて観察した。
(Observation of CHO-K1 cells in module) Cell culture bed Adhered and proliferated on the surface or inside the apatite sheet
The morphology of CHO-K1 cells was observed by SEM. PBS sheet
After lightly washing with ethanol, dehydration with ethanol increasing series (70, 80, 90, 95 and 100%), and finally replacing with t-butyl alcohol, use a freeze dryer (ES-2030, Hitachi, Ltd.) After drying, Pt-Pd vapor deposition was performed using ion sputtering (E-1030, Hitachi, Ltd.) and SEM (S-450
0, Hitachi, Ltd. was used for observation.

【0132】(CHO-K1細胞の増殖特性) (簡易型細胞培養装置による培養)HM(175)を使用した
簡易型培養装置で連続培養した培養液中のグルコース及
び乳酸濃度の経日変化を図20に示した。 HM(175)で
は,培養開始後の初期の3日間ではグルコースは初期濃
度0.18%から僅かの減少しかしないが,その後は順調に
減少し,濃度が0.08%を下まわる頃から消費量が減少す
る。それと反比例するように細胞の活動の老廃物である
乳酸が蓄積されてくる。乳酸濃度が0.07%程度から生育
阻害が生じてきていると見られる。その間にシート内層
部でCHO-K1細胞が増殖しているものと考えられる。1,2
回目の培地交換も交換後第一日目のグルコース消費量は
増加しており,細胞の増殖が進行していると考えられ
る。4回目の培地交換以降では,培地交換後第一日目の
グルコースの消費量が一定になっているため,細胞密度
は飽和状態に達し,その後はある程度の細胞量を維持し
ながら生育していると推測される。
(Proliferation characteristics of CHO-K1 cells) (Culturing with a simplified cell culture device) A graph showing changes over time in glucose and lactate concentrations in a culture solution continuously cultured with a simplified culture device using HM (175) Shown in 20. In HM (175), glucose decreased only slightly from the initial concentration of 0.18% for the first 3 days after the start of culture, but thereafter decreased steadily, and the consumption decreased from when the concentration fell below 0.08%. . In inverse proportion to that, lactic acid, which is a waste product of cell activity, accumulates. It is considered that growth inhibition occurs when the lactic acid concentration is about 0.07%. It is considered that CHO-K1 cells were proliferating in the inner layer of the sheet during that period. 1, 2
Even after the second medium exchange, the glucose consumption on the first day after the exchange was increased, and it is considered that the cell growth is progressing. After the 4th medium change, the glucose consumption on the first day after the medium change was constant, so the cell density reached a saturated state, and after that, the cells grew while maintaining a certain amount of cells. Presumed to be.

【0133】HAPC(85)Mでは,交換後第一日目のグルコ
ース消費量は3回目の交換まで増加して,その後は一定
になっている。モジュールに使用しているシートの厚み
が薄いため,細胞が飽和状態に達するまで時間が短くて
すんだと思われる。その後は,消費量が0.59培程度小さ
くなっているが,HAPC(175)Mと同様に一定消費量で推移
しており,恒常的に生育していると考えられる。
In HAPC (85) M, glucose consumption on the first day after the exchange increased until the third exchange and remained constant thereafter. Since the sheet used for the module is thin, it seems that it took a short time for the cells to reach saturation. After that, the consumption decreased by about 0.59, but it remained constant as HAPC (175) M, indicating that it is growing constantly.

【0134】(連続培養装置による培養方法)図21に
連続培養中の培地のpH,温度,DOの経日変化を示した。
DOは培養が進むに従い低くなっていく。培養日数が40日
を越えたあたりからDOは0%になりガス交換器から溶け
込む酸素をすべて消費していることがわかる。溶存酸素
が細胞増殖の制約要因となっていると思われる。
(Culturing Method by Continuous Culturing Device) FIG. 21 shows changes with time of pH, temperature and DO of the medium during continuous culturing.
DO decreases as the culture progresses. When the number of culture days exceeds 40 days, DO becomes 0%, which means that all the oxygen dissolved from the gas exchanger is consumed. Dissolved oxygen seems to be a limiting factor for cell growth.

【0135】図22に培養期間中の培地中のグルコース
濃度,乳酸濃度の経日変化を示した。 培養開始後30日
間はモジュール内の細胞培養床アパタイトシート中にCH
O-K1細胞が増殖していっていると思われ,グルコースの
消費量が増加している。また,DOの低下の傾向とも一致
している。30日間経過後にはシート内部にも細胞が充満
したと思われ,消費量が一定となってくる。限られた細
胞培養床アパタイトシートの空隙スペースの中で細胞は
充分に増殖したものと思われる。この後は,恒常的な細
胞の消滅増殖が進行していっていると推測される。50日
以降はグルコースの消費量が少し増加してくる。一方,
それと反比例して乳酸の生成量が減少してくる。これは
細胞の特性が少し変化してきたためではないかと考えら
れる。例えば,乳酸濃度の増加による細胞増殖阻害に対
する耐性機構を形成したのかもしれないし,あるいは,
乳酸生合成の経路の変化が起こったのかもしれない。た
だ実際にどのような遺伝子が発現してきたか調べてはい
ないので現時点では明言できないが,長期間の連続培養
を行った結果何らかの細胞の特性の変化が起こっている
のは確かであろう。
FIG. 22 shows the daily changes in glucose concentration and lactic acid concentration in the medium during the culture period. For 30 days after the start of culturing, CH is placed in the cell culture bed apatite sheet in the module.
O-K1 cells appear to be proliferating and glucose consumption is increasing. Also, it is in agreement with the tendency of decrease in DO. After 30 days, it seems that the inside of the sheet was also filled with cells, and the consumption became constant. It is considered that the cells were sufficiently grown in the limited void space of the cell culture bed apatite sheet. After this, it is speculated that the constant disappearance and proliferation of cells proceeded. After 50 days, glucose consumption will increase slightly. on the other hand,
In inverse proportion to that, the amount of lactic acid produced decreases. It is thought that this is because the characteristics of the cells have changed slightly. For example, it may have formed a mechanism of resistance to cell growth inhibition by increasing lactate concentration, or
Changes in the lactate biosynthesis pathway may have occurred. However, since we have not investigated what kind of gene has actually been expressed, it cannot be stated at this point, but it is certain that some kind of change in cell characteristics has occurred as a result of long-term continuous culture.

【0136】(累積グルコース量の比較)培養期間中の
グルコース消費量を培養床の単位重量当たりに換算し
て,簡易型連続培養装置及び連続培養装置の累積消費量
として図23に示した。簡易型連続培養装置では坪量の
異なる2種類のモジュールの累積消費量はほとんど同じ
であった。連続培養装置の累積消費量は簡易型連続培養
装置よりも2倍程度大きかった。これは,連続培養装置
ではガス交換器を通してより多くの酸素が培養液内に供
給され細胞数が増大しグルコース消費量が増大したと推
測される。一方,ガラス繊維担体を利用した培養装置
(Perry S. D. and Wang D. I. C., Biotechnol.Bioen
g., 34,NO.1, 1 (1989))と比較して,連続培養装置の
累積消費量は50倍,簡易型連続培養装置では22倍の消費
量となっている。栄養源であるグルコースの消費量は細
胞密度と最も関連しており,細胞培養床アパタイトシー
トを利用したモジュールはガラス繊維担体より高密度で
効率的にCHO-K1細胞を培養できる空間が形成されている
と考えられる。
(Comparison of Cumulative Glucose Amount) The glucose consumption amount during the culturing period was converted per unit weight of the culture bed and shown in FIG. 23 as the cumulative consumption amount of the simple continuous culture device and the continuous culture device. In the simple continuous culture device, the cumulative consumptions of the two types of modules having different basis weights were almost the same. The cumulative consumption of the continuous culture device was about twice as large as that of the simple continuous culture device. This is presumably because in the continuous culture device, more oxygen was supplied into the culture solution through the gas exchanger, the number of cells increased, and glucose consumption increased. On the other hand, a culture device using a glass fiber carrier (Perry SD and Wang DIC, Biotechnol. Bioen
g., 34, NO.1, 1 (1989)), the cumulative consumption of continuous culture equipment is 50 times, and that of simplified continuous culture equipment is 22 times. Consumption of glucose, which is a nutrient source, is most closely related to cell density, and the module using the cell culture bed apatite sheet has a higher density than the glass fiber carrier and forms a space for culturing CHO-K1 cells more efficiently. It is believed that

【0137】培養を止めた後のモジュールからシートを
取り出し,付着している細胞の数を計測し,表8に示し
た。表には連続培養に使用したものと同じ細胞培養床ア
パタイトシートを培養皿中に置き,その表面でCHO-K1細
胞を静置培養したときの最大付着細胞数も記した。
The sheet was taken out from the module after the culturing was stopped, and the number of attached cells was counted and shown in Table 8. The table also shows the maximum number of adherent cells when the same cell culture bed apatite sheet used for continuous culture was placed in a culture dish and CHO-K1 cells were statically cultured on the surface.

【0138】[0138]

【表8】 モジュール内で用いた場合が付着細胞数は静置培養と比
較して5倍,あるいは8倍と多くなっている。HM(17
5)はHM(85)の約1.8倍程度多く付着しており,シートの
内部への細胞の増殖を示唆している。一方,静置培養で
は付着細胞数へのシートの厚みの影響はほとんど見られ
ず,細胞は表面でのみの増殖となっていることが判る。
HM(85)連続培養の細胞の計数を試みたが,細胞外マトリ
クスが多量にありその断片が顕微鏡の視野に多数見られ
細胞との識別が困難であった.その結果,細胞数が計測
できなかった.しかしながら,グルコース消費量の大き
さ,生成された細胞凝集塊の大きさから考えて,簡易型
培養装置での培養の2倍以上の細胞密度になっていると
推察される。
[Table 8] When used in a module, the number of adherent cells is 5 times or 8 times larger than that of static culture. HM (17
5) was attached about 1.8 times more than HM (85), suggesting the proliferation of cells inside the sheet. On the other hand, in static culture, the effect of sheet thickness on the number of adherent cells was hardly seen, indicating that cells proliferate only on the surface.
An attempt was made to count the cells in HM (85) continuous culture, but it was difficult to distinguish them from the cells because the extracellular matrix was abundant and many fragments were seen in the microscope field. As a result, the number of cells could not be measured. However, considering the size of glucose consumption and the size of the generated cell aggregates, it is assumed that the cell density is more than double that of the culture in the simplified culture device.

【0139】(モジュール内のCHO-K1細胞の生育状況)
図24にプラスチック培養皿で静置培養した細胞培養床
アパタイトシート表面のCHO-K1細胞,簡易型培養装置で
連続培養したHM(175)のアパタイトシート表面及びその
内部で増殖したCHO-K1細胞のSEM写真を示した。静置培
養したシート表面のCHO-K1細胞はシート表層にある繊維
表面に付着増殖しているのみで,内層の繊維表面への増
殖は確認できない。特に細胞は繊維表面にだけ増殖して
おり,繊維間の空隙には細胞は繁殖していない。また,
細胞の形態も一つ一つの細胞は鮮明に見え,細胞表面も
平滑に見える。
(Growth status of CHO-K1 cells in module)
Fig. 24 shows CHO-K1 cells on the surface of the cell culture bed apatite sheet statically cultivated in a plastic culture dish, on the surface of the HM (175) apatite sheet continuously cultivated in a simple type culture device, and on CHO-K1 cells grown therein. The SEM photograph is shown. The CHO-K1 cells on the surface of the statically-cultured sheet are only attached and proliferated on the fiber surface on the surface layer of the sheet, and the proliferation on the fiber surface of the inner layer is not confirmed. In particular, cells proliferate only on the fiber surface, and cells do not propagate in the spaces between the fibers. Also,
The morphology of each cell is clearly visible, and the cell surface is also smooth.

【0140】HM(175)中のシートに増殖した細胞は表
層,内層の繊維表面に付着増殖している。さらに繊維間
の空隙にまで細胞は増殖していることが確認できる。細
胞の表面は細胞外マトリクス(コラーゲンなど)と思わ
れる物質が付着して凸凹している。その細胞外マトリク
スが担体を形成している繊維間の空隙あるいは,シート
の内層へ向かって細胞が増殖していく支持体になってい
るように見える。細胞が物理的ストレスに対して種々の
対応を行うことは知られている(Bohmann A., Portner
R., Schmieding H., Kasche V. and Markl H., Cytotec
hnology, 9, 51 (1992))。培地還流による物理的働き
かけ,つまり細胞を細胞培養床アパタイトシートから剥
離させようとする作用がCHO-K1細胞に働き,細胞がそれ
に対抗するためにマトリクスを生成しシートに強く付着
し剥離されることを妨げようとしたのではないかと考え
られる。静置培養ではそのようなストレスがないため細
胞外マトリクスを生成せず,SEM像では細胞表面は平滑
に見えている。
The cells grown on the sheet in HM (175) are attached and grown on the surface and inner layer fiber surfaces. Furthermore, it can be confirmed that the cells have grown to the voids between the fibers. The surface of the cell is uneven with a substance that seems to be extracellular matrix (collagen etc.) attached. The extracellular matrix seems to be a space between the fibers forming the carrier or a support for cells to grow toward the inner layer of the sheet. It is known that cells respond to physical stress in various ways (Bohmann A., Portner
R., Schmieding H., Kasche V. and Markl H., Cytotec
hnology, 9, 51 (1992)). CHO-K1 cells are physically acted upon by medium perfusion, that is, the action of detaching the cells from the cell culture bed apatite sheet is exerted on the CHO-K1 cells, and the cells form a matrix to counteract the cells and strongly attach to the sheet to be detached. It is thought that they tried to prevent Since there is no such stress in static culture, extracellular matrix is not generated, and the cell surface appears smooth in the SEM image.

【0141】アパタイトシート内部の細胞の特徴とし
て,表面の細胞よりもその形が球形をしている。そし
て,HAPC繊維表面だけではなく繊維空隙に構築された細
胞外マトリクスの構造体の中で増殖していることが観察
できる。つまり,シート表細胞は繊維表面で平面に2次
元的に付着増殖しているが,内部では細胞外マトリクス
が構築され,それが細胞を3次元的に周りを取り囲むよ
うに支持し,あたかも生体内の組織のように細胞が増殖
していることが判る。その結果,上皮様細胞であるCHO-
K1細胞がシート内部で細胞の形態が球形をしていると考
えられる。このような,3次元的な細胞の増殖は他の繊
維を使用した細胞培養モジュールでは報告されておら
ず,細胞培養床アパタイトシートモジュールに特徴的な
細胞の増殖形態である。このような増殖の理由として
は,培養床の表面であるアパタイト・パルプ複合体繊維
表面がタンパク質など生体分子の吸着特性に優れたアパ
タイト質で,なおかつ細胞が付着しやすいとされる凸凹
な形状になっていることが考えられる。さらにHAPC繊維
間の空隙が細胞外マトリクスの構築に最適な10〜200μm
の大きさになっているためと推察される。
As a feature of the cells inside the apatite sheet, the shape is more spherical than the cells on the surface. It can be observed that the cells proliferate not only on the HAPC fiber surface but also in the extracellular matrix structure constructed in the fiber voids. In other words, the sheet surface cells are two-dimensionally attached and proliferated in a plane on the fiber surface, but inside the extracellular matrix is constructed, which supports the cells so as to surround them in a three-dimensional manner. It can be seen that cells are proliferating like the tissue of. As a result, CHO- which is an epithelial cell
It is considered that the K1 cells have a spherical morphology inside the sheet. Such three-dimensional cell growth has not been reported in cell culture modules using other fibers, and is a cell growth morphology characteristic of the cell culture bed apatite sheet module. The reason for such proliferation is that the surface of the apatite-pulp composite fiber, which is the surface of the culture bed, is apatite that has excellent adsorption properties for biomolecules such as proteins, and that it has a rough shape that cells are likely to adhere to. It is possible that Furthermore, the voids between HAPC fibers are optimally 10-200 μm for the construction of extracellular matrix.
It is presumed that it is because of the size of.

【0142】これらの結果より,細胞培養床アパタイト
シートモジュールの優れた細胞培養特性が明かとなっ
た。このモジュールの特性を従来研究されてきた繊維材
料を利用した固定床型細胞培養モジュールと比較して考
察する。更に,今回のステンレスホルダー型のモジュー
ルを基にしてより大量の細胞を長期間連続培養すること
が可能な新規なモジュールを作成した。
From these results, the excellent cell culture characteristics of the cell culture bed apatite sheet module were revealed. The characteristics of this module will be discussed in comparison with the fixed bed type cell culture module using the fiber material which has been conventionally studied. Furthermore, based on this stainless steel holder type module, we have created a new module that can continuously culture a large amount of cells for a long period of time.

【0143】細胞培養床アパタイトシートをステンレス
シホルダーに組み込んだモジュールを基にして,更に,
大量培養に使用可能なモジュールの形態を以下のように
作成した。
[0143] Based on the module in which the cell culture bed apatite sheet was incorporated in the stainless steel holder,
The form of the module that can be used for mass culture was prepared as follows.

【0144】アパタイトシートをシートそのままの形で
利用しようとすると大量培養床を作成しようとすると広
い面積のシートが必要となる。例えば,細胞培養床アパ
タイトシートHAp-SB(85)100gは面積105×105cm2のシ
ートとなる。この大きさのシートをそのまま組み込むた
めのモジュールとしては面積が広く嵩張った形状の物に
なってしまい実用的ではない。より小さな形で培地が通
り抜けるための広い面積を確保するという課題は,シー
トを折りたたんで図25の様に使用することで解決でき
る。シートは蛇腹状に折りたたまれ円柱状のホルダーに
入れられる。折りたたむことによりかなりの面積のシー
トもコンパクトな形になる。更に培地を外側から放射状
に供給することにより,細胞培養床アパタイトシートの
利点である培地がシートをどの面においても均等に通り
抜けるようにすることが可能となる。この方式は,これ
まで研究開発されてきた固定床型培養装置の一種とも考
えられないこともない。しかし,それらの装置が多孔質
細胞付着担体(マイクロキャリヤー)を充填して培養し
ていることに対して,アパタイトシートモジュールはシ
ートを折りたたんで使用しているため循環される培地の
濃度勾配の発生を抑制することができること,培地の循
環流量を低くできることなどの利点を有している。この
シート折りたたみ構造はフィルターカートリッジとして
具体化されており,その形態を流用すれば比較的簡単に
実現可能であると思われる。この形態のモジュールが実
現されたならば,新規な細胞大量培養アパタイトシート
モジュールとなり,大量の細胞を長期間培養可能とな
り,有用生理活性物質の効率生産が可能になると期待で
きる。
If an apatite sheet is used as it is, a large-area sheet is required to prepare a large-scale culture bed. For example, 100 g of the cell culture bed apatite sheet HAp-SB (85) has a surface area of 105 × 10 5 cm 2 . As a module for incorporating a sheet of this size as it is, it is not practical because it has a large area and a bulky shape. The problem of securing a large area for the medium to pass through in a smaller shape can be solved by folding the sheet and using it as shown in FIG. The sheet is folded into a bellows and placed in a cylindrical holder. By folding, a sheet with a considerable area can be made into a compact shape. Further, by supplying the medium radially from the outside, it becomes possible to allow the medium to pass through the sheet evenly on any surface, which is an advantage of the cell culture bed apatite sheet. This method can be considered as one of the fixed-bed culture devices that have been researched and developed so far. However, in contrast to the fact that these devices are filled with porous cell-attached carriers (microcarriers) for culturing, the apatite sheet module uses folded sheets to generate a concentration gradient in the circulating medium. It has the advantages of being able to control the flow rate and lowering the circulating flow rate of the medium. This sheet folding structure is embodied as a filter cartridge, and it seems that it can be relatively easily realized by diverting its form. If this type of module is realized, it can be expected to become a new cell mass culture apatite sheet module, which enables long-term culture of a large number of cells, and enables efficient production of useful physiologically active substances.

【0145】細胞培養床アパタイトシートを材料とし
て,新規な動物細胞培養用の培養モジュールを作製し
た。モジュールはステンレスホルダーに直径25mmのアパ
タイトシートが組み込まれ,培地がシート内部を通り抜
けるような構造となっている。培地循環ポンプとガス交
換用シリコンチューブ及びモジュールを組み合わせ,簡
易型の細胞培養装置を試作した。炭酸ガスインキュベー
ター中に培養装置を入れて連続培養を行った結果,モジ
ュール中でCHO-K1細胞を34日から40日間にわたり連続培
養することが可能であった。モジュール内での細胞密度
は対シート当たり1.5×108個/cm3と高密度での培養が
可能であり,細胞の成育状況も良好であった。また,そ
の培養操作性は培養開始時の細胞量が少なくて良いこと
など,簡便で効率的であり,既存培養モジュールよりも
優れていた。
Cell Culture Bed Using the apatite sheet as a material, a novel culture module for animal cell culture was prepared. The module has a structure in which a 25 mm diameter apatite sheet is incorporated in a stainless steel holder, and the medium passes through the inside of the sheet. A simple cell culture device was prototyped by combining a medium circulation pump with a gas exchange silicon tube and module. As a result of continuous culture with a culture device placed in a carbon dioxide incubator, it was possible to continuously culture CHO-K1 cells in the module for 34 to 40 days. The cell density in the module was 1.5 × 10 8 cells / cm 3 per sheet, and it was possible to culture at a high density, and the cell growth was good. In addition, the operability of the culture was simple and efficient, such as the small amount of cells at the start of the culture, and was superior to the existing culture module.

【0146】モジュール内の細胞を観察した結果,細胞
培養床アパタイトシートの培養皿での静置培養とは異な
り,シート内部での細胞の高密度な増殖と細胞の周囲で
の細胞外マトリクスの生成という新しい知見が確認され
た。このことは,これまでの繊維材料を用いた培養モジ
ュールと比較して異なった培養特性を示している。更
に,このモジュールを市販の細胞連続培養装置に組み込
み80日間の連続培養が可能であった。
As a result of observing the cells in the module, unlike the stationary culture of the cell culture bed apatite sheet in the culture dish, high density proliferation of cells inside the sheet and formation of extracellular matrix around the cells were observed. The new finding was confirmed. This shows different culture characteristics compared with the culture modules using the conventional fiber materials. Furthermore, by incorporating this module into a commercial cell continuous culture device, continuous culture for 80 days was possible.

【0147】(実施例5)ステンレスホルダー型のモジ
ュールを基にしてより大量の細胞を長期間連続培養する
ことが可能な新規なモジュールを作製した。新規なモジ
ュールは、アパタイトシートが蛇腹状に折りたたまれ円
柱状のホルダーに入れられたコンパクトな形状をしてい
る。このモジュールでは培地がシートをどの面に対して
も均等に供給され,高密度での長期間の細胞培養が可能
である。このモジュールを組み込んだ培養装置を利用し
て有用生理活性物質の効率生産が可能になった。
(Example 5) A novel module capable of continuously culturing a large amount of cells for a long period was prepared based on a stainless steel holder type module. The new module has a compact shape in which an apatite sheet is folded into a bellows shape and placed in a cylindrical holder. In this module, the medium is evenly supplied to all sides of the sheet, enabling high-density, long-term cell culture. It has become possible to efficiently produce useful physiologically active substances by using a culture device incorporating this module.

【0148】そこで,本実施例においては、上記のアパ
タイトモジュールを組み込んだ連続培養装置でヒトIL
(インターロイキン)−6を生産するCHO細胞を培養
し、ヒトIL-6の生産実験を試みた。
Therefore, in this Example, human IL was prepared using a continuous culture device incorporating the apatite module described above.
CHO cells producing (interleukin) -6 were cultured to try human IL-6 production experiment.

【0149】HAPC合成装置を用いて,未叩解の市販針葉
樹晒クラフトパルプ(NBKP)15gを懸濁させた0.06mol/L
硝酸カルシウム溶液1000mlに, 0.12mol/Lリン酸水素2ア
ンモニウム溶液300mlを滴下する方法でHAPCを合成し
た。反応条件は反応温度50℃,反応pH8で5mol/L水酸化
ナトリウム溶液を用いてpHの制御を行いながらHAPC(試
料名をHAPC(NP-0)と略)を作成した。
Using an HAPC synthesizer, 0.06 mol / L of 15 g of unbeaten commercial softwood bleached kraft pulp (NBKP) was suspended.
HAPC was synthesized by dropping 300 ml of 0.12 mol / L diammonium hydrogen phosphate solution into 1000 ml of calcium nitrate solution. HAPC (sample name is abbreviated as HAPC (NP-0)) was prepared while controlling the pH using a 5 mol / L sodium hydroxide solution at a reaction temperature of 50 ° C. and a reaction pH of 8 as the reaction conditions.

【0150】(細胞培養床アパタイトシートの作成及び
培養モジュール)上記で得たHAPC(NP-0)を原料にして,
アパタイトシートの製造方法に準じて抄造法により角型
シートマシン,円筒型電気ヒーター式の回転乾燥機を用
いて120℃で乾燥しアパタイトシートを作成した。この
操作によりHAPC(NP-0)懸濁液中の未付着アパタイト粒子
のほとんどがシートマシンろ液として除去された。しか
し,シートには僅かに複合体化されなかったアパタイト
粒子が残存しているため,それを取り除くためにシート
を撹拌機で再度離解し,それを細胞培養床アパタイトシ
ートのための原料HAPC(NP-0) 懸濁液とした。原料HAPC
(NP-0)80WT%とポリオレフィン系の繊維状バインダーEKC
(チッソポリプロ繊維(株))20WT%配合し,角型シー
トマシンで抄紙した後,プレス脱水することなく自然対
流式の乾燥機内で乾燥させた。その際,乾燥温度はバイ
ンダーの融点(105〜130℃)より高い135℃とした。従
来のアパタイトシートをプレス乾燥する際に用いた回転
乾燥機を用いないため,繊維間の密着が少なく,空隙が
広いシート材料が作成される。その結果,嵩密度が低く
空隙率が大きい坪量85g/m2,大きさ25×25cm2の細胞培
養床アパタイトシート(HAp-SB(85)と略す)が得られ
た。
(Preparation of Cell Culture Bed Apatite Sheet and Culture Module) Using HAPC (NP-0) obtained above as a raw material,
The apatite sheet was prepared by drying at 120 ° C using a square sheet machine and a cylindrical electric heater type rotary dryer according to the papermaking method according to the method for producing the apatite sheet. By this operation, most of the unattached apatite particles in the HAPC (NP-0) suspension were removed as a sheet machine filtrate. However, since the apatite particles that were not slightly complexed remained in the sheet, the sheet was disintegrated again with a stirrer to remove it, and this was used as a raw material for the cell culture bed apatite sheet HAPC (NP -0) made into a suspension. Raw material HAPC
(NP-0) 80 WT% and polyolefin type fibrous binder EKC
(Chisso Polypro Fiber Co., Ltd.) 20 WT% was blended, paper was made with a square sheet machine, and then dried in a natural convection dryer without press dehydration. At that time, the drying temperature was set to 135 ° C, which is higher than the melting point of the binder (105 to 130 ° C). Since the rotary dryer used for press-drying conventional apatite sheets is not used, a sheet material with less inter-fiber adhesion and wide voids is created. As a result, a cell culture bed apatite sheet (abbreviated as HAp-SB (85)) with a bulk density of 85 g / m 2 and a size of 25 × 25 cm 2 having a low bulk density and a high porosity was obtained.

【0151】細胞培養床アパタイトシートHAp-SB(85)を
組み込んだ細胞培養HAPCモジュールを作成した。これ
は,ステンレスシリンジホルダー(KS-25,アドバンテ
ック東洋(株))を利用した物で,サポートスクリーン
の上に円形に切り抜いた細胞培養床アパタイトシート
(直径25mm)をセットして使用する。本体がステンレス
でできているので,オートクレーブ滅菌可能である。
Cell culture bed An apatite sheet HAp-SB (85) was incorporated to prepare a cell culture HAPC module. This uses a stainless steel syringe holder (KS-25, Advantech Toyo Co., Ltd.), and a cell culture bed apatite sheet (diameter 25 mm) cut out in a circle is set on the support screen for use. Since the main body is made of stainless steel, it can be sterilized by autoclave.

【0152】(連続培養装置)連続培養装置の概略は図
19に示した。連続培養装置の構成は,1000mlガラス培
地ビン,アパタイトシートモジュール,ガス交換器がタ
イゴンチューブ及びシリコンチューブで接続されたユニ
ット形式となっている。酸素,炭酸ガスの供給はガス交
換機から行われる。また,ユニットの流路の途中にはpH
計測センサー,温度センサー,DOセンサーが組み込まれ
計時的に培地の状況を計測可能となっている。このユニ
ットは持ち運びが可能であり,そのままオートクレーブ
できるし,培地の交換時にはクリーンベンチ内へ持ち込
み培地ビンの交換が容易に行えるようになっている。培
養時にはユニットを恒温槽となっている装置内に入れ,
装置内に組み込んである培地循環ポンプにセットして培
地をアパタイトモジュールに循環させて培養を行う。
(Continuous culture device) The outline of the continuous culture device is shown in FIG. The structure of the continuous culture device is a unit type in which a 1000 ml glass medium bottle, an apatite sheet module, and a gas exchanger are connected by a Tygon tube and a silicon tube. Oxygen and carbon dioxide are supplied from a gas exchanger. In addition, pH may be in the middle of the unit flow path.
A measurement sensor, temperature sensor, and DO sensor are incorporated to enable timely measurement of the condition of the medium. This unit is portable and can be autoclaved as it is, and when changing the medium, the medium bottle can be easily replaced by bringing it into the clean bench. At the time of culturing, put the unit in a device that is a thermostatic chamber,
The medium is circulated in the apatite module by setting it in the medium circulation pump incorporated in the device to carry out culture.

【0153】(細胞培養装置によるCHO細胞の培養)上
記簡易連続培養方法に準じて,細胞培養床アパタイトシ
ートHAp-SB(85) (直径 25mm,担体重量0.042g)にヒ
トIL-6を産生するCHO細胞(九州大学遺伝子資源工学専
攻細胞制御工学講座白畑実隆教授より分譲)(以下CHO
と略記)3.0×105個を接種し,炭酸ガス培養器中でD−M
EM培地(5%透析FBS及び50nM MTX含有)を使用して1日
培養した後,細胞が付着したシートをクリーンベンチ内
でHFR-1000の培養ユニットに組み込まれたカートリッジ
に入れ込む。ユニットは培養装置に移しポンプにセット
し培地を流速20ml/minで循環させて培養を開始した。培
地はD−MEM培地(5%透析FBS及び50nM MTX含有)1 000ml
を用いた。一定時間(1日)ごとに培地4mlを抜き取
り,培地中のグルコース濃度,乳酸濃度を測定し細胞の
成育状況を確認した。培地中のグルコース濃度が減少し
てきたら,新鮮な培地1000mlと交換して67日間連続培養
を続けた。
(Cultivation of CHO cells by cell culture device) Human IL-6 is produced on the cell culture bed apatite sheet HAp-SB (85) (diameter 25 mm, carrier weight 0.042 g) according to the above-mentioned simple continuous culture method. CHO cells (Distributed by Professor Mitaka Shirahata, Department of Cellular Control Engineering, Kyushu University)
Abbreviated as 3.0), inoculate 3.0 x 105 cells, and place DM in a carbon dioxide incubator.
After culturing for 1 day using EM medium (containing 5% dialyzed FBS and 50 nM MTX), the cell-attached sheet is placed in a cartridge incorporated in the HFR-1000 culture unit in a clean bench. The unit was transferred to a culture device, set on a pump, and the medium was circulated at a flow rate of 20 ml / min to start culture. Medium is D-MEM medium (containing 5% dialyzed FBS and 50 nM MTX) 1000 ml
Was used. 4 ml of the medium was withdrawn at regular intervals (1 day), and the glucose and lactate concentrations in the medium were measured to confirm the cell growth status. When the glucose concentration in the medium decreased, the medium was replaced with 1000 ml of fresh medium and the continuous culture was continued for 67 days.

【0154】(生育状況の分析)連続培養中細胞の成育
状況を観察するため培地中の栄養分であるグルコース濃
度及び老廃物である乳酸濃度をバイオテックアナライザ
ー(AS-210,旭化成(株))を用いて毎日測定した。
(Analysis of Growth Condition) To observe the growth condition of cells in continuous culture, the glucose concentration of nutrients in the medium and the lactic acid concentration of waste products were measured with a Biotech analyzer (AS-210, Asahi Kasei Co., Ltd.). Used daily.

【0155】(ヒトIL-6の分析)CHO細胞が産生するヒ
トIL-6はELISA法で測定した。ヒトIL-6分析キットを使
用した。
(Analysis of human IL-6) Human IL-6 produced by CHO cells was measured by the ELISA method. A human IL-6 assay kit was used.

【0156】(CHO細胞の生育状況)図26及び図27
に培養期間中の培地中のグルコース濃度,乳酸濃度の経
日変化を示した。図26はDMEM培地を培養初期は低
グルコース濃度培地で培養し、40日後に高グルコース
濃度培地に交換して培養を行った場合(試験)を示し
た。
(CHO cell growth status) FIG. 26 and FIG.
The changes in glucose concentration and lactic acid concentration in the medium during the culture period are shown. FIG. 26 shows a case (test) in which the DMEM medium was cultured in a low glucose concentration medium at the initial stage of culture and was replaced with a high glucose concentration medium after 40 days and cultured.

【0157】培養が40日を経過したころからグルコー
スの消費量が多くなり、低グルコース培地では頻繁頻な
培地交換が必要になったため、47日目に高グルコース
培地に交換した。高グルコース培地に替わってからはグ
ルコースの消費が安定になされるようになり、その時点
で細胞はシート中で十分に増殖していると考えられる。
At the 47th day, the medium was replaced with a high glucose medium because glucose consumption increased after about 40 days of culturing and the low glucose medium required frequent medium replacement. After the high glucose medium was replaced, glucose consumption became stable, and at that time, it is considered that the cells were sufficiently grown in the sheet.

【0158】その結果を元に、培養初期から高グルコー
ス培地での細胞の連続培養(試験)を実施した。
Based on the result, continuous culture (test) of cells in a high glucose medium was carried out from the initial stage of culture.

【0159】図27はDMEM培地を培養初期から高グ
ルコース濃度培地で培養培養を行った場合を示示した。
培養初期の段階からのグルコースの消費量は多くなって
おり、乳酸の生産量も多いことが判明した。しかし、4
0日を過ぎたころからは、低グルコース培地から高グル
コース培地に交換した試験と同程度の消費量となっ
た。細胞量はそれほど差はないのではないかと推察され
た。
FIG. 27 shows the case where the DMEM medium was cultured in the high glucose concentration medium from the initial stage of the culture.
It was found that glucose consumption was high from the early stage of culture and lactic acid production was high. But 4
From day 0, the consumption was almost the same as in the test in which the low glucose medium was replaced with the high glucose medium. It was inferred that the cell mass did not differ so much.

【0160】(ヒトIL-6の生産)図28及び図29に培
養液中のヒトIL-6濃度の変化を示した。
(Production of Human IL-6) FIGS. 28 and 29 show changes in human IL-6 concentration in the culture medium.

【0161】試験では、高グルコース培地に換えてか
らのヒトIL-6濃度は高く変化した。高グルコース培地に
変えた直後に細胞特性がその環境に適応するように変化
し、細胞一個のヒトIL-6の生産性が大きくなったとと推
察される。
In the test, the human IL-6 concentration after changing to the high glucose medium changed highly. It is inferred that immediately after changing to a high glucose medium, the cell characteristics changed to adapt to the environment, and the productivity of human IL-6 per cell increased.

【0162】試験では、ヒトIL-6濃度が急激な変化す
る局面は観察されない。モジュール中の細胞の量に応じ
てヒトIL-6の濃度が変化していると考えられる。図30
にヒトIL-6の累積生産量を示した。試験では培養終了
時点でヒトIL -6の累積生産量が73000μg、試験
では62000μgとなった。その差は低グルコース培
地から高グルコース培地に変えた後の生産量の違いに基
づいている。細胞数は同じと仮定すると、細胞1個の生
産性が強化されたと考えられる。
In the test, no aspect of abrupt changes in human IL-6 concentration is observed. It is considered that the concentration of human IL-6 changes depending on the amount of cells in the module. Figure 30
Shows the cumulative production of human IL-6. In the test, the cumulative production of human IL-6 was 73000 μg at the end of culture, and in the test it was 62000 μg. The difference is based on the difference in the production amount after changing from the low glucose medium to the high glucose medium. Assuming that the number of cells is the same, it is considered that the productivity of one cell was enhanced.

【0163】[0163]

【発明の効果】HApの湿式合成反応を利用してパルプ表
面でHApを結晶化させ,パルプ表面をHApで皮膜した様な
構造をした新規な繊維材料であるアパタイト・パルプ複
合体繊維(HAPC)を開発した。HAPCはパルプが芯でHAp
が鞘の2重構造をしており,無機有機複合材料とも言え
る。表面のHA pだけに着目すれば,HAp繊維材料となっ
ている。これまでHApはセラミックス繊維として開発さ
れていたが,繊維長が短く幅が細いなど取り扱い性に問
題があった。HAPCは木材パルプと同じ形態であるため取
り扱い性に優れ,様々な用途でのHAp繊維の利用を可能
にした。
EFFECTS OF THE INVENTION Apatite-pulp composite fiber (HAPC), which is a novel fiber material having a structure in which HAp is crystallized on the pulp surface using the wet synthesis reaction of HAp and the pulp surface is coated with HAp Was developed. HAPC has pulp core and HAp
It has a double structure of sheath and can be said to be an inorganic-organic composite material. If we focus only on the HA p on the surface, it is a HA p fiber material. Up until now, HAp had been developed as a ceramic fiber, but there were problems in handling such as short fiber length and narrow width. HAPC has the same morphology as wood pulp, so it has excellent handleability and enables the use of HAp fibers in various applications.

【0164】HAPCはパルプの無機材料による機能化とい
うことも意味している。現在までに多数行われてきた無
機粉体をパルプと複合化し機能性のパルプを作る試みと
比較してHApによるパルプ機能化方法は,特色ある新規
な方法である。HAPCの作成方法は不溶性の無機塩である
HA pの結晶化をパルプ表面で行わせる。そのため,これ
までの無機粉体複合化機能性パルプの製造に乾燥履歴の
無いパルプが使用されてきたのと異なり,HAPCは市販の
乾燥パルプでも容易に複合化可能である。実際の複合化
方法も比較的簡便であるため中小の機械和紙企業でも導
入可能な技術である。
HAPC also means functionalization of pulp with an inorganic material. The pulp functionalization method using HAp is a unique new method, compared with the attempts to make functional pulp by combining inorganic powder with pulp, which has been done so far. The method of making HAPC is an insoluble inorganic salt
Let HA p crystallize on the pulp surface. For this reason, HAPC can be easily compounded with commercially available dry pulp, unlike the conventional pulps that have no drying history used for the production of inorganic powder-composite functional pulp. Since the actual compounding method is relatively simple, it is a technology that even small and medium-sized Japanese paper companies can introduce.

【0165】アパタイトシート及びその製造方法を開発
した。HAPCを原料繊維にして紙を製造する手法である抄
造法を用いてシート化しアパタイトシートを作成した。
この方法は,従来から実施されてきた無機粉体紙製造方
法と比較して,操作が簡便で低コストである。H APCを
合成してシートの原料とするためHApの合成とパルプへ
の配合が同時に行われ操作手順が簡略化されている。更
に従来法で必要とされていた高分子の定着剤などを用い
なくともHApをパルプに定着させ,シート化することが
できる。この技術は福岡県内の機械和紙企業でも導入可
能であり,実際に県内企業が自社の抄造設備を利用して
アパタイトシートの製造に成功した。
An apatite sheet and a method for manufacturing the same have been developed. The apatite sheet was made into a sheet using a papermaking method, which is a method of producing paper using HAPC as a raw material fiber.
This method is simpler in operation and lower in cost than conventional methods for producing inorganic powder paper. Since HAPC is synthesized and used as the raw material for the sheet, HAp is synthesized and blended into the pulp at the same time, which simplifies the operating procedure. Furthermore, HAp can be fixed to pulp and formed into a sheet without using a polymeric fixing agent, which was required in the conventional method. This technology can also be introduced to mechanical Japanese paper companies in Fukuoka Prefecture, and companies in the prefecture actually succeeded in producing apatite sheets using their own papermaking equipment.

【0166】アパタイトシートはHApのイオン吸着特
性,生体親和特性が付与されたシート材料である。これ
まで無機粉体などでしか利用されていなかったHApをシ
ート材料として利用可能にした。アパタイトシートはタ
ンパク質・核酸などの生体成分を吸着する材料として優
れていることが明かとなった。今後,これらの特性を生
かした化学分析用シートなどへの利用が期待される。そ
のような特殊用途ばかりでなく,マスク用吸着材料や吸
着機能障子紙などへの応用が可能であり,機械和紙企業
の新製品開拓への大きな一助となると期待される。
[0166] The apatite sheet is a sheet material provided with HAp ion adsorption characteristics and biocompatibility characteristics. HAp, which was previously used only for inorganic powders, can now be used as a sheet material. It was revealed that the apatite sheet is excellent as a material that adsorbs biological components such as proteins and nucleic acids. In the future, it is expected to be used for chemical analysis sheets, etc. that take advantage of these characteristics. In addition to such special applications, it can be applied to adsorbent materials for masks and adsorptive function shoji paper, and is expected to be a great help to new product development for mechanical Japanese paper companies.

【0167】アパタイトシートの製造技術を応用して細
胞培養床アパタイトシートを開発した。このシートはHA
PC繊維の特徴と繊維が積層したシート材料である特徴の
両方の利点を生かした新しい細胞付着材料である。HAPC
の表面がHApであるため細胞親和性に優れている。パル
プ繊維形状をしたHAPC繊維が積層されたシートであるた
め細胞が付着するために最適な大きさ(10〜200μm)
で,なお且つ広い面積の繊維間空隙を有している。シー
ト形状であるため任意の形に成形できるため,培養皿中
で静置培養に使用できるし,スピンナーフラスコ中で攪
拌羽根に組み込んで長期間の回転培養にも使用可能であ
る。スピンナーフラスコでの回転培養は世界で初めての
培養手法であり,シートを回転させることにより栄養成
分の効率的な供給と老廃物の除去が行われる。
The cell culture bed apatite sheet was developed by applying the manufacturing technology of the apatite sheet. This sheet is HA
It is a new cell-adhesive material that takes advantage of both the characteristics of PC fibers and the characteristics of laminated sheet materials. HAPC
Its surface is HAp, so it has excellent cell affinity. Since it is a sheet in which HAPC fibers in the form of pulp fibers are laminated, the optimal size for cell attachment (10 to 200 μm)
In addition, it has a large area of inter-fiber voids. Since it has a sheet shape, it can be molded into any shape, so it can be used for static culture in a culture dish, and can also be used for long-term rotary culture by incorporating it into a stirring blade in a spinner flask. Spinning culture in a spinner flask is the world's first culture method, and rotating the sheet enables efficient supply of nutrients and removal of waste products.

【0168】細胞培養床アパタイトシートを利用した細
胞培養モジュールを初めて開発した。このモジュールで
は組み込まれた細胞培養床アパタイトシートを培地が通
り抜けるように供給され,シート内部まで細胞が増殖す
る。この利用法はアパタイトシートが持っているところ
の連続した繊維間空隙の特徴を生かしたものである。モ
ジュールを組み込んだ細胞連続培養装置を開発した。こ
の装置は一種の固定床培養システムといえる。この装置
を使ってCHO-K1細胞の長期間の高密度連続培養に成功し
た。モジュール中でCHO-K1細胞を40日間から最長で80日
間にわたり連続培養することが可能であった。モジュー
ル内での細胞密度は対シート当たり1.5×108個/cm3と高
密度での培養が可能であり,細胞の成育状況も良好であ
った。特徴的なこととして,シート内部の細胞は細胞外
マトリクスを生成し3次元的に増殖していた。また,そ
の培養操作性は培養開始時の細胞量が少なくて良いこと
など,簡便で効率的であった。今回試作したモジュール
の考え方を発展させた新規な連続大量培養用モジュール
のデザインを世界で初めて提案した。本モジュールの特
徴はシートが蛇腹状に折りたたまれ円柱状のホルダーに
組み込まれていることである。折りたたむことによりか
なりの面積のシートもコンパクトな形になる。更に培地
を外側から放射状に供給することにより,培地がシート
をどの面においても均等に通り抜けるようにすることが
可能となる。このモジュールは動物細胞を用いたインタ
ーフェロンなどの有用生理活性物質の高効率生産を可能
にするとともに,培養細胞を用いた新しい人工臓器の新
しいモデル化装置としても大いに期待できるものであ
る。
Cell Culture Bed A cell culture module utilizing an apatite sheet was developed for the first time. In this module, the cell culture bed apatite sheet incorporated is supplied so that the medium can pass through, and the cells grow to the inside of the sheet. This utilization method takes advantage of the characteristic of continuous inter-fiber voids that an apatite sheet has. We have developed a continuous cell culture device incorporating a module. It can be said that this device is a kind of fixed bed culture system. Using this device, we succeeded in long-term high-density continuous culture of CHO-K1 cells. It was possible to continuously culture CHO-K1 cells in the module for 40 days up to 80 days. The cell density in the module was 1.5 × 10 8 cells / cm 3 per sheet, and it was possible to culture at a high density, and the cell growth was good. Characteristically, the cells inside the sheet produced extracellular matrix and proliferated three-dimensionally. Moreover, the operability of the culture was simple and efficient, such that the amount of cells at the start of culture was small. For the first time in the world, we proposed a new design of a module for continuous mass culture that is an extension of the idea of the prototype module. The feature of this module is that the sheet is folded into a bellows shape and incorporated into a cylindrical holder. By folding, a sheet with a considerable area can be made into a compact shape. Furthermore, by supplying the medium radially from the outside, it is possible to allow the medium to pass through the sheet evenly on any surface. This module enables highly efficient production of useful physiologically active substances such as interferon using animal cells, and has great promise as a new modeling device for new artificial organs using cultured cells.

【0169】これまでのアパタイトシート細胞培養床モ
ジュールの研究のおいて、CHO-K1細胞細胞を高密度に長
期間連続培養することが明らかとなった。さらに、モジ
ュールを用いてヒトIL-6産生CHO細胞も連続培養可能で
あり、ヒトIL-6などのサイトカインを含む有用生理活性
物質の産生も効率良くなされることも判明した。
In the previous research on the apatite sheet cell culture bed module, it was revealed that CHO-K1 cells were continuously cultured at high density for a long period of time. Furthermore, it was also found that human IL-6-producing CHO cells can be continuously cultured using the module, and that useful bioactive substances including cytokines such as human IL-6 can be efficiently produced.

【0170】モジュール中の細胞の状況は、アパタイト
シート内層部まで細胞が増殖生育し、細胞が三次元に培
養され、あたかも細胞組織の様子を呈しているようにも
見える。これは、他の培養法ではあまり観察されておら
ず、細胞培養床アパタイトシートモジュールの優れた特
徴と言える。この特性を活用するとタンパク質の生産の
ための細胞培養モジュールとしてだけではなく、医薬品
などの細胞組織への影響を分析する際に利用できる種種
の細胞を培養した人工生体組織代替モジュールとしての
利用が考えられる。
Regarding the state of the cells in the module, it seems that the cells proliferate and grow up to the inner layer of the apatite sheet, the cells are three-dimensionally cultured, and the cells look like a cell tissue. This is rarely observed in other culture methods, and can be said to be an excellent feature of the cell culture bed apatite sheet module. If this characteristic is utilized, it can be used not only as a cell culture module for protein production, but also as an artificial biological tissue replacement module in which cells of various species that can be used when analyzing the effect of pharmaceuticals on cell tissues are analyzed. To be

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】HAPC合成装置の略図。FIG. 1 is a schematic diagram of a HAPC synthesizer.

【図2】パルプおよびHAPCのX線パターンを示す
図。
FIG. 2 shows X-ray patterns of pulp and HAPC.

【図3】HAPC(N−(8,9,10)−(1−
5))の合成条件の違いによるHApとセルロ−スのX
線強度比を示すグラフ。
FIG. 3 shows HAPC (N- (8,9,10)-(1-
5)) X of HAp and cellulose due to difference in synthesis conditions
The graph which shows a line intensity ratio.

【図4】HAPC(N−(8,9,10)−(1−
5))の合成条件の違いによるHApの付着量の変化を
示すグラフ。
FIG. 4 shows HAPC (N- (8,9,10)-(1-
5) A graph showing changes in the amount of HAp attached due to differences in the synthesis conditions.

【図5】HAPC(N−8−1)、HAPC(N−8−
4)およびNBKPの表面構造を示すSEM写真。
FIG. 5: HAPC (N-8-1), HAPC (N-8-
4) and an SEM photograph showing the surface structure of NBKP.

【図6】HAPC法で合成した複合体のHAp付着量と
強攪拌法で作成したアパタイト定着パルプのHAp付着
量を比較したグラフ。
FIG. 6 is a graph comparing the HAp adhesion amount of the composite synthesized by the HAPC method and the HAp adhesion amount of the apatite-fixed pulp prepared by the strong stirring method.

【図7】HAPC法と従来の無機粉体シート作成法との
比較を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a comparison between the HAPC method and a conventional method for producing an inorganic powder sheet.

【図8】アパタイトシート(NP−1, LP−1)の
SEM写真。
FIG. 8 is an SEM photograph of an apatite sheet (NP-1, LP-1).

【図9】パルプシートとアパタイトシートのX線回折パ
ターンを示すグラフ。
FIG. 9 is a graph showing X-ray diffraction patterns of a pulp sheet and an apatite sheet.

【図10】アパタイトシートのタンパク質および核酸吸
着特性を示すグラフ。
FIG. 10 is a graph showing the protein and nucleic acid adsorption properties of the apatite sheet.

【図11】細胞培養床アパタイトシートを攪拌羽根に巻
いたスピンナ−フラスコを示す略図。
FIG. 11 is a schematic view showing a spinner flask in which an apatite sheet for a cell culture bed is wrapped around a stirring blade.

【図12】細胞培養床アパタイトシートおよびアパタイ
トシートの細孔容積分布の比較を示すグラフ。
FIG. 12 is a graph showing a comparison of pore volume distributions of a cell culture bed apatite sheet and an apatite sheet.

【図13】細胞培養床アパタイトシートのSEM写真。FIG. 13 is an SEM photograph of a cell culture bed apatite sheet.

【図14】増殖CHO−K1細胞の細胞密度の変化を示
すグラフ。
FIG. 14 is a graph showing changes in cell density of expanded CHO-K1 cells.

【図15】スピンナ−フラスコによる細胞の連続培養に
おけるグルコ−スならびに乳酸濃度の変化を示すグラ
フ。
FIG. 15 is a graph showing changes in glucose and lactate concentrations in continuous cell culture using a spinner flask.

【図16】細胞培養床アパタイトシート表面で増殖した
CHO−K1細胞を示すSEM写真。(A)培養皿中で
の静置培養(B)スピンナ−フラスコ中での回転培養。
FIG. 16 is an SEM photograph showing CHO-K1 cells grown on the surface of the cell culture bed apatite sheet. (A) Static culture in a culture dish (B) Spinning culture in a spinner flask.

【図17】細胞培養床アパタイトシートを組み込んだ細
胞培養担体モジュールを示す分解図。
FIG. 17 is an exploded view showing a cell culture carrier module incorporating a cell culture bed apatite sheet.

【図18】図17のモジュールを使用した簡易型細胞培
養装置を示す図。
FIG. 18 is a view showing a simple cell culture device using the module of FIG.

【図19】図17のモジュールを使用した連続培養用バ
イオリアクタ−を示す概略図。
19 is a schematic view showing a bioreactor for continuous culture using the module of FIG.

【図20】簡易型細胞培養装置でのグルコ−ス消費量お
よび乳酸生成量の経日変化を示すグラフ。
FIG. 20 is a graph showing changes over time in glucose consumption and lactic acid production in a simple cell culture device.

【図21】連続培養中におけるpH、温度およびDOの
変動を示すグラフ。
FIG. 21 is a graph showing changes in pH, temperature and DO during continuous culture.

【図22】モジュールを使用した連続培養装置でのCH
O−K1細胞のグルコ−ス消費量および乳酸生成量の経
時変化を示すグラフ。
FIG. 22: CH in continuous culture device using module
The graph which shows the time-dependent changes of the glucose consumption amount and lactic acid production amount of O-K1 cells.

【図23】簡易型細胞培養装置と連続培養装置との累積
グルコ−ス消費量を示すグラフ。
FIG. 23 is a graph showing cumulative glucose consumption in a simple cell culture device and a continuous culture device.

【図24】簡易型細胞培養装置中の細胞培養床アパタイ
トシート表面ならびに内部のCHO−K1細胞の形態お
よび静置培養した細胞培養床アパタイトシート表面のC
HO−K1細胞の形態を示すSEM写真。
FIG. 24 shows the morphology of CHO-K1 cells in the cell culture bed apatite sheet surface in a simple cell culture device and the C of the cell culture bed apatite sheet surface in static culture.
The SEM photograph which shows the form of HO-K1 cell.

【図25】細胞培養床アパタイトシートを組み込んだ高
密度連続培養用モジュ−ルを示す図。
FIG. 25 is a view showing a module for high-density continuous culture, which incorporates a cell culture bed apatite sheet.

【図26】連続培養期間中の培地中のグルコース濃度お
よび乳酸濃度の経日変化を示すグラフ。
FIG. 26 is a graph showing daily changes in glucose concentration and lactic acid concentration in the medium during the continuous culture period.

【図27】培養期間中の培地中のグルコース濃度および
乳酸濃度の経日変化を示すグラフ。
FIG. 27 is a graph showing changes over time in glucose concentration and lactic acid concentration in the medium during the culture period.

【図28】低グルコ−ス培地ならびに高グルコ−ス培地
を使用したときの培養液中のヒトIL−6濃度を示すグ
ラフ。
FIG. 28 is a graph showing the human IL-6 concentration in the culture medium when a low glucose medium and a high glucose medium were used.

【図29】高グルコ−ス培地を使用したときの培養液中
のヒトIL−6濃度を示すグラフ。
FIG. 29 is a graph showing the human IL-6 concentration in the culture medium when a high glucose medium was used.

【図30】低グルコ−ス培地ならびに高グルコ−ス培地
を使用したときのヒトIL−6の累積生産量を示すグラ
フ。
FIG. 30 is a graph showing the cumulative production of human IL-6 when a low glucose medium and a high glucose medium were used.

フロントページの続き (72)発明者 川勝 博伸 福岡県大川市上巻405−3 福岡県工業技 術センターインテリア研究所内 (72)発明者 鐘ヶ江 裕志 福岡県久留米市合川町1465−5 福岡県工 業技術センター生物食品研究所内 (72)発明者 白畑 實隆 福岡県古賀市舞の里1−21−9 Fターム(参考) 4B029 AA02 AA21 BB11 CC10 DA10 4B065 AA90X BC22 BC41 Continued front page    (72) Inventor Hironobu Kawakatsu             405-3, Vol. 1, Okawa, Fukuoka Prefecture Industrial Technology, Fukuoka Prefecture             Surgery Center Interior Research Institute (72) Inventor Hiroshi Kanegae             1465-5 Aikawacho, Kurume City, Fukuoka Prefecture             Industrial Technology Center Biofood Research Institute (72) Inventor Minoru Shirahata             1-21-9 Maisato, Koga City, Fukuoka Prefecture F term (reference) 4B029 AA02 AA21 BB11 CC10 DA10                 4B065 AA90X BC22 BC41

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】アパタイトシ−トを組み込んだ培養装置を
用いて、細胞を高密度に培養することを特徴とするアパ
タイトシ−トを用いた細胞の高密度細胞培養法。
1. A method for high-density cell culture of cells using an apatite sheet, which comprises culturing cells at a high density using a culture device incorporating an apatite sheet.
【請求項2】請求項1に記載する細胞の高密度細胞培養
法において、細胞を連続的に培養することを特徴とする
アパタイトシ−トを用いた細胞の高密度細胞培養法。
2. The high-density cell culture method for cells according to claim 1, wherein the cells are continuously cultured, and a high-density cell culture method for cells using an apatite sheet.
【請求項3】請求項1または2に記載する細胞の高密度
細胞培養法において、前記細胞が動物細胞であることを
特徴とするアパタイトシ−トを用いた細胞の高密度細胞
培養法。
3. The method for high-density cell culture of cells according to claim 1 or 2, wherein the cells are animal cells, and a high-density cell culture method for cells using an apatite sheet.
【請求項4】請求項1ないし3のいずれか1項に記載す
る細胞の高密度細胞培養法において、前記細胞が生理活
性を産生する細胞であることを特徴とするアパタイトシ
−トを用いた細胞の高密度細胞培養法。
4. A method for high-density cell culture of cells according to any one of claims 1 to 3, wherein an apatite sheet is used which is a cell that produces physiological activity. High-density cell culture method for cells.
【請求項5】アパタイトシ−トを組み込んだ細胞培養モ
ジュ−ルが配置されていることを特徴とする高密度細胞
培養装置。
5. A high-density cell culture device in which a cell culture module incorporating an apatite sheet is arranged.
【請求項6】請求項5に記載する高密度細胞培養装置に
おいて、前記アパタイトシ−トがその表面積を大きくす
るように折り畳んだ形状で組み込まれていることを特徴
とする高密度細胞培養装置。
6. The high-density cell culture device according to claim 5, wherein the apatite sheet is incorporated in a folded shape so as to increase its surface area.
【請求項7】アパタイトシ−トを組み込んだ細胞培養モ
ジュ−ルであることを特徴とする細胞培養モジュ−ル。
7. A cell culture module which is a cell culture module incorporating an apatite sheet.
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