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JPH0577390B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0577390B2
JPH0577390B2 JP61502086A JP50208686A JPH0577390B2 JP H0577390 B2 JPH0577390 B2 JP H0577390B2 JP 61502086 A JP61502086 A JP 61502086A JP 50208686 A JP50208686 A JP 50208686A JP H0577390 B2 JPH0577390 B2 JP H0577390B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
collagen
microsponge
microsponges
organisms
matrix
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP61502086A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS62502936A (en
Inventor
Robaato Shii Deiin
Fuiritsupu Jii Fuiritsupusu
Piitaa Daburyu Ju Ransutadoraa
Furederitsuku Etsuchi Shirubaa
Richaado Ei Baagu
Furederitsuku Kaan
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.)
BERATSUKUSU CORP
Original Assignee
BERATSUKUSU CORP
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 BERATSUKUSU CORP filed Critical BERATSUKUSU CORP
Publication of JPS62502936A publication Critical patent/JPS62502936A/en
Publication of JPH0577390B2 publication Critical patent/JPH0577390B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Description

請求の範囲 1 駆動バイオリアクター系で生物活性材料を固
定化するための重量付与ミクロスポンジにおい
て、このミクロスポンジは不活性重量付与性材料
を含む生物適合重合体の多孔質生物安定性マトリ
ツクスからなり、マトリツクスは約1から約150
ミクロンの範囲内の平均細孔寸法を有する表面細
孔構造に対して開口を有し、マトリツクスの細孔
はミクロスポンジの約70から約98容量%を占め、
ミクロスポンジはまた約100から約1000ミクロン
の平均粒度と約1.05以上の比重を有することを特
徴とする、上記ミクロスポンジ。 2 酵素、微生物、死細胞および生細胞からなる
群から選ばれる生物活性材料を固定化した、請求
の範囲第1項記載のミクロスポンジ。 3 生物安定性、生物適合性重合体はコラーゲ
ン、セルロース、デキストラン、デキストリン、
ポリアミド、ポリエステル、デンプン、アガロー
ス、カラギーナン、ポリウレタン、ポリビニルア
ルコール、ポリアクリレート、ポリメタクリレー
ト、およびポリアクリルアミドからなる群から選
ばれる、請求の範囲第1項記載のミクロスポン
ジ。 4 不活性重量付与性材料は金属、金属合金、金
属酸化物およびセラミツクスからなる群から選ば
れる、請求の範囲第1項記載のミクロスポンジ。 5 重量付与性材料は約4.0以上の比重を有し、
ミクロスポンジは約1.3以上の比重を有する、請
求の範囲第4項記載のミクロスポンジ。 6 不活性重量付与性材料を微粉砕粉末として多
孔質マトリツクス中に分散させる、請求の範囲第
5項記載のミクロスポンジ。 7 重量付与性材料を固体芯材として中心に配置
し、その周りに多孔質マトリツクスを形成させ
る、請求の範囲第5項記載のミクロスポンジ。 8 不活性重量付与性材料はクロム、タングステ
ン、コバルト、モリブデン、チタン、ニツケルお
よび合金からなる群から選ばれる、請求の範囲第
5項記載のミクロスポンジ。 9 重量付与性材料はチタンであり、ミクロスポ
ンジは固定化ハイブリドーマ細胞を有する、請求
の範囲第8項記載のミクロスポンジ。 10 生物活性、生物適合性重合体は高度に架橋
されたコラーゲンである、請求の範囲第1項記載
のミクロスポンジ。 11 高度に架橋されたコラーゲンマトリツクス
を、 (イ) 型、およびコラーゲンからなる群から
選ばれるコラーゲン源を粉砕し、 (ロ) 粉砕コラーゲンを酸性液体媒質と混合し、 (ハ) コラーゲン−液体媒質混合物を凍結乾燥して
乾燥マトリツクスとし、そして (ニ) 乾燥マトリツクス中のコラーゲンを、 (i) 前記コラーゲンをカルボジイミドおよび二
官能性スクシンイミジル活性エステルからな
る群から選ばれる架橋剤と接触させる、 (ii) 固体小滴を真空下に高温にさらす、および (iii) その組み合せ、 からなる群から選ばれる処理により架橋する、と
いう工程により製造する、請求の範囲第1項記載
のミクロスポンジ。 12 不活性重量付与性材料を凍結乾燥に先立ち
微粉砕粉末としてコラーゲンと酸性液体媒質との
混合物中に添加する、請求の範囲第11項記載の
ミクロスポンジ。 13 コラーゲンは型の腱コラーゲンである、
請求の範囲第12項記載のミクロスポンジ。 明細書 本発明は、NIHとの契約中あるいは契約下に
なされた。政府はSBIR認可番号CA37430により
本発明に対し権利を有する。 発明の背景 発明の分野 本発明は生物活性材料を固定化する分野に属
し、とりわけ駆動バイオリアクター方式に使用す
る改良ミクロスポンジに関する。本発明はまた微
生物および細胞(以下、集合的に生物対と呼ぶ)
を培養する分野に関し、とりわけ水中浮遊系とし
て駆動反応器方式におけるミクロスポンジ上およ
び(または)ミクロスポンジ中に固定化された生
物体の培養に関する。 先行技術の記述 生物体を培養することにより多種多様の化学製
品がつくられている。例えば、抗生物質および他
の薬剤、アルコール飲料、チーズなどを製造する
ため発酵法が多数ある。しかし、殆どの発酵法
は、連続培養技術の価値が認識されているにも拘
らず、バツチ反応手順を用いて商業的に実施され
ている。 遺伝子工学および医学の分野における最近の進
歩は、生物培養による化学製品の製造に新時代の
到来を告げた。例えば、公知の抗原、例えば破傷
風トキソイドに特異的な抗体を分泌する哺乳類雑
種細胞またはハイブリドーマが開発された。E.
coliのような細菌を遺伝学的に処理して特定のタ
ンパク質、例えばインシユリンを産生させるよう
になつた。しかし、この新技術を最もよく利用す
るには、このような製品の生産を最高ならしめる
ように、かかる生物体を高濃度で、かつ最適発育
条件下に連続して培養するためのバツチ発酵法に
勝る技術を開発しなければならない。 生物活性材料を固定化する種々な装置は公知で
ある。廃水処理および関連発酵法において微生物
の固定化に固体支持体が長い間使用されて来た。
更に最近になつて、付着依存型細胞の培養に高細
胞密度を得るため、固体ミクロ担体が用いられる
ようになつた。例えば、デキストランから加工さ
れた微孔重合体支持体が細胞培養に使用された。
このような支持体はPharmacia Fine Chemicals
から商品名Cytodex で商業的に得ることができ
る。しかし、このような固体生物支持体は、激し
くかきまぜたタンクおよび流動床といつた駆動反
応器系には不適当であり、それは細胞の実質的に
すべてが前記支持体の表面に付着し、従つて操作
中衝撃応力および外傷にさらされるからである。 多孔質無機ミクロ担体も公知であり、このよう
な支持体は細胞がミクロ担体の内部に居住するの
で、駆動応用面において細胞に潜在的に保護を与
える。都合の悪いことに、無機ミクロ担体は、あ
らゆる駆動応用面において十分に機能するように
透過性と比重との適切な組み合わせを有するよう
につくることができない。例えば、Messing等、
米国特許第4153510号明細書記載の多孔性フリツ
トガラスまたは菫青石支持体は一般に、もしそれ
らの空隙分率が約80%より大であるならば水性懸
濁系において約1.3未満の比重を示すであろう
(Messing支持体に対する空隙分率は開示されて
いないことに注意)。物質およびエネルギー移動
の最高速度に対して高い相対速度を確保するため
に一般に高い比重が要求されるあらゆる駆動反応
系に対してこれら支持体が適さないのはよく理解
できる。従つて、これら支持体は一般に充填床応
用面での使用に属して来た。 更にまた、これら先行技術のミクロ担体がハイ
ブリドーマといつた付着依存型生物体の培養に如
何に適当であるかは未知である。 本発明の一つの目的は、駆動反応系で使用する
のに適した固定化生物活性材料を含むミクロスポ
ンジを提供することにある。 本発明のもう一つの目的は、大きさおよび固体
支持体への付着の度合が広く変化することにより
特徴づけられる多種多様な生物体を固定化するの
に適したミクロスポンジを提供することにある。 本発明の更に一つの目的は固定化生物体の発育
と再生を継続させる駆動反応器系に適したミクロ
スポンジを提供することにある。 また本発明の一つの目的は、固定化生物体の代
謝活動を最大ならしめることを助ける駆動反応器
系に適したミクロスポンジを提供することであ
る。 本発明の更にもう一つの目的は、生物体を高濃
度で連続培養する方法を提供することである。 本発明の更にもう一つの目的は、最大の発育速
度または最大代謝活動に合わせながら高濃度で生
物体を培養できる駆動反応器系に適したミクロス
ポンジを提供することである。 本発明のもう一つの目的は付着依存型および付
着非依存型両方の生物体の生体外培養法を提供す
ることである。 本発明のこれらの目的および他の目的は、本明
細書本文および請求の範囲の考察から明白となる
であろう。 発明の要約 本発明は、生物活性材料を駆動バイオリアクタ
ー系に固定化するための重量を付与したミクロス
ポンジ(なるべくは、コラーゲンミクロスポン
ジ)に関し、前記ミクロスポンジは不活性な重量
付与性材料を含む多孔質、生物安定性、高度に架
橋されたコラーゲンマトリツクスからなり、前記
コラーゲンマトリツクスは約1ミクロンから約
150ミクロンの範囲内の平均細孔寸法をもつ表面
細孔構造に対して開口を有し、前記マトリツクス
の細孔はミクロスポンジの約70から約98容量%を
占め、前記ミクロスポンジはまた約100ミクロン
から約1000ミクロンの平均粒度と約1.05以上の比
重を有する。 本発明はまた生化学製品の製造のための生物の
連続的生体外培養法に関し、本法は (イ)(i) 型、およびコラーゲンからなる群か
ら選ばれるコラーゲン源を粉砕し、 (ii) 粉砕コラーゲンを酸性液体媒質と混合し、 (iii) 前記コラーゲン−液体媒質混合物を凍結乾
燥して乾燥スポンジマトリツクスにし、そし
て (iv) 前記スポンジマトリツクスのコラーゲン
を、 (1) カルボジイミドおよび二官能性スクシン
イミジル活性エステルからなる群から選ば
れる架橋剤と前記コラーゲンとを接触させ
る、 (2) 前記乾燥スポンジマトリツクスを真空下
で高温にさらす、および (3) その組み合わせ、 からなる群から得らばれる処理により架橋す
る、ことによりつくられる高度に架橋された
コラーゲンミクロスポンジを用意し、 (ロ) 工程(イ)の高度に架橋されたコラーゲンミクロ
スポンジを前記生物体の培養で接種し、 (ハ) 接種され、高度に架橋されたコラーゲンミク
ロスポンジと直接接触状態で栄養培地を供給
し、そして (ニ) 栄養培地流出液と共に生化学製品を回収す
る、 という工程からなる。 図面の簡単な記述 第1図は繊維構造を説明する本発明の適当なコ
ラーゲンミクロスポンジマトリツクスを示す顕微
鏡写真である。 第2図は繊維構造を説明すう本発明によるもの
一つのコローゲンミクロスポンジマトリツクスの
顕微鏡写真である。 詳細な記述 本発明は、駆動バイオリアクター系での使用に
適した固定化性活性材料、とりわけ生物体を含有
する重量付与性ミクロスポンジ、なるべくはコラ
ーゲンミクロスポンジ、ならびに生化学製品製造
のための生物体の生体外連続培養法に向けられ
る。本明細書本文および請求の範囲を通じて使用
した「生物活性材料」という用語は酵素および他
の化学因子、例えばキレート剤、ホルモン、抗体
など、および生物、即ち微生物および高等生物の
細胞を広く包含する。本明細書本文および請求の
範囲を通じて使用した「生物体」という用語は微
生物および高等生物の細胞の両方を広く包含す
る。生物体は細菌、真菌、ウイルス、藻類、酵
母、動物細胞(組織)、例えば哺乳動物、昆虫お
よび魚および植物細胞といつた名用の給源から無
制限に誘導できる。用語「生物体」および「細
胞」は本明細書および請求の範囲を通じ交換でき
るように用いることにする。また本明細書および
請求の範囲を通じて使用した用語「生化学製品」
はこのような生物体により産生された一次および
二次台謝産物だけでなく、例えば非分泌製品を含
む細胞材料または生物体自身のバイオマスも指
す。本発明に係る重量付与ミクロスポンジは、生
物体培養に使用するとき特に有効であるので、一
般にこのような具体例に関して記述することにす
るが、そのように限定しようとするのではない。 本発明に係るミクロスポンジは例えば、何ケ月
という程度で適当な期間使用中安定な生物適合性
(例えば、無毒性)集合体からつくられる。本発
明に係る特に適当なミクスポンジは高度に架橋さ
れたコラーゲンから形成される。生物適合性と
は、固定化生物体と望まれる特性に実質的に悪影
響を及ばすことなく(例えば、ハイブリドーマの
場合には、重合体材料、例えばコラーゲンマトリ
ツクス材料はモノクローン抗体の産生を減少させ
てはならない)、重合体(例えば、コラーゲンマ
トリツクス)材料が生物体の生活力ある培養を支
える能力を指す。マトリツクス材料の安定性ある
いは生物安定性とは、関心を寄せている生物体を
培養するための適切な期間にわたり生体外条件下
でその強度と完全性を維持する能力を指す。例え
ば、モノクローン抗体生産のためのハイブリドー
マ培養の場合、駆動バイオリアクターは3から6
ケ月間またはそれ以上連続操作されるだろうこと
が予想される。従つて、マトリツクス材料はこの
期間生体安定性でなければならない。 天然および合成重合体材料の両方をマトリツク
ス材料として使用できる。適当な重合体の例に
は、多糖類、例えばデキストラン、デキストリ
ン、デンプン、セルロース、アガロース、カラジ
ーナンなど;タンパク質、例えばコラーゲンな
ど;および合成重合体、例えばポリビニルアルコ
ール、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、
ポリアクリルアミド、ポリエステル、ポリウレタ
ン、ポリアミドなどが包含される。一般に、材料
の生物適合性および生体安定性は日常的な実験を
用いて証明できる。 その生物適合性および強度に基づくと、現在の
ところコラーゲンが選りぬきの材料である。コラ
ーゲンはヒトを含めて動物に見出される生物分解
性重合体である。このものは医学分野で多数の用
途をもち、大抵の応用面では、種々な架橋剤、例
えばアルデヒド類、例えばグルタルアルデヒドお
よびホルムアルデヒド;エチルクロロホルメー
ト;ジメチルアジピミデート;N,N−メチレン
チスアクリルアミド;1,2−ジアクリルアミド
エチンレングリコール;シアナミド;N,N′−
ジアリル酒石酸ジアミド;臭化シアン;コンカナ
バリンA;6−アミノヘキサン酸;1,6−ジア
ミノヘキサン;スクシンイミジル活性エステル;
カルボジイミドおよび同様な架橋基をもつ化合物
を用いて、そして(または)約50ミリトル以上の
真空と50℃から200℃にわたる温度における凍結
乾燥および強力な脱水といつた物理的処理技術を
用いて不溶形に再構成され架橋される。都合の悪
いことに、架橋されたコラーゲン中に不可避的に
存在する常用架橋剤、とりわけグルタルアルデヒ
ドの全部ではないにしても多くのものは、生物学
的悪影響を起こし、従つて細胞毒である。 最近、生物安定性の向上した新しいコラーゲン
をベースとしたマトリツクスが発見された。この
コラーゲン材料は従来の架橋剤なしにつくられ
る。このマトリツクスにおける型I、または
のコラーゲンはカルボジイミドまたはスクシンイ
ミジル活性エステルおよび(または)50°から200
℃にわたる温度における厳しい脱水条件を用いて
架橋される。このような架橋コラーゲンは一般に
約1×106から50×106を越える分子量をもつ。隣
り合つた架橋間のコラーゲンの分子量は共有結合
の形成により約1000から100000までを変化する。
コラゲナーゼおよび他のプロテイナーゼによる劣
化に対する抵抗性の故に、この架橋コラーゲンは
ミクロスポンジの多孔質マトリツクスとして特に
適することがわかつた。事実、固定化生物体、と
りわけモノクローン抗体を浸出するハイブリドー
マ細胞の連続培養に使用したとき、このコラーゲ
ン材料からつくられたミクロスポンジは幾つかの
驚くべき性質を示した。例えば、本質的に無タン
パク培地で培養されたハイブリドーマは、このよ
うなコラーゲンマトリツクスミクロスポンジ上お
よび(または)スポンジ中に固定化したとき、こ
のようなマトリツクスが存在しない場合よりもモ
ノクローン抗体産生おいてはるかに効果的であ
る。更にまた、ここに特に言及した架橋コラーゲ
ン材料からつくられたミクロスポンジは、生きて
いる(生活力のある)細胞を高濃度で優先的に保
持し、生活力のない細胞を排除するようである。 特に適当な架橋コラーゲンは、型I、および
の可溶性コラーゲンおよび不溶性コラーゲンの
両方からつくることができる。可溶性コラーゲン
は、このような型のコラーゲンに富む組織の制限
酵素消化および(または)抽出によりつくられ
る。不溶性コラーゲンは次の典型的な給源から誘
導される:型Iのコラーゲン:牛、豚、鶏および
魚の皮、牛および鶏の腱、および牛および鶏の骨
(胎児組織を含む);型のコラーゲン:牛の関節
軟骨組織、鼻中隔、胸骨の軟骨組織;および型
のコラーゲン:牛およびヒトの大動脈および皮
膚。例えば、牛の真皮から得られる型Iコラーゲ
ンを使用きる。型Iの腱コラーゲンを用いること
が好ましい。 本発明の広い実施において、架橋コラーゲンミ
クロスポンジの物理的形態また巨視的輪郭に特に
制限はない。ミクロスポンジは、ビーズ、フレー
ク、円板、繊維、フイルム、被覆物(例えば、拡
張された表面指示体上)、およびシートを含め
種々な物理的形状で使用できる。例えば、ミクロ
スポンジはペレツト、星状材、らせん環、クロス
パーテイシヨン リング、ラシツヒ環、バール
サドル、インタロクスサドル、おおい環、テラー
レツト環などのような公知指示体上の被覆物とし
て提供できる。ミクロスポンジはシート形、円筒
形、または何か他の未指示構造で提供することも
できる。 本発明方法の広い実施において、ミクロスポン
ジの大きさに特に制限はない。例えば、充填床ま
たは固定床用(例えば、プラグ フロー リアク
ター)に対してミクロスポンジはこのような応用
面に典型的な寸法で提供できる。駆動反応器系で
高濃度の生物体を培養するのに適合させ、そして
栄養物の固定化生物体への移動およびミクロスポ
ンジからの望む生成物の移動を許すため、本発明
に係る重量付与ミクロスポンジ、なるべくはコラ
ーゲンは幾つかの機能上の要件を満さねばならな
い。ミクロスポンジは典型的にはビーズの形状に
あり、約100ミクロンから1000ミクロン、なるべ
くは約200ミクロンから500ミクロンの範囲内の粒
度をもたねばならない。もつと大きい粒度におい
ては、固定化生物活性材料とそれと接触した液体
媒質との間の反応による望む製品の製造に対し、
多孔質構造の内部容積全体が有効に利用されず、
従つてこのようなミクロスポンジを用いる駆動反
応器の体積生産性を悪くする。より小さい粒度は
ミクロスポンジの製造および駆動反応器の操作に
おいて実際的な問題を提出する。 ミクロスポンジの透過性はもう一つの重要な問
題である。ミクロスポンジの透過性はその多孔性
あるいは空隙分率とその細孔構造の相互関係によ
り決まる。空隙分率は材料の間質容積対材料によ
り占められる全体積の比として定義され、しばし
ば百分率として表わされる。高生物濃度での操作
を許すためには、ミクロスポンジは約70%から98
%の空隙分率をもたねばならない。なるべく、コ
ラーゲンミクロスポンジの空隙分率は85%より大
であるのがよく、約90%より大きいのが最も望ま
しい。 ミクロスポンジはまた表面細孔構造に対し開口
を有しなければならない。これは過度のせん断力
なしに細胞入口、細胞保持、その後の細胞発育、
および過剰な細胞集団の排出を可能にする。例え
ば、望む製品が生物体により分泌されない場合
(例えば、インシユリンのような非浸出rDNA製
品を有する遺伝学的に処理されたcoll)、そ
の生物体は固定化集落が分裂により膨張するにつ
れてミクロスポンジから脱出できなければならな
い。もしこの過程をミクロスポンジ構造を破裂さ
せることなく連続式で進めようとするならば、開
口細孔構造が絶対必要である。望む生物製品は培
養収穫液に伴なわれた成分として回収される。 ミクロスポンジは最小の微生物に対し、またウ
イルスに対し約1ミクロン、大きい哺乳動物細胞
および植物細胞に対し約150ミクロンまでの範囲
内の平均寸法をもつ細孔を含むべきである。一般
に、ミクロスポンジの細孔は、固定化生物活性材
料の最小主要寸法と少なくとも同じ位大きく、そ
して最大主要寸法の約5倍未満でなければならな
い。なるべくは、マトリツクスの細孔寸法は、生
物体または細胞の平均直径の1.5から3倍程度で
あるのがよい。もし不明ならば、ある生物体の最
小および最大主要寸法は公知の技術を用いて決定
できる。出願者等は、粒度および細孔寸法のここ
に挙げた組み合わせが、構成成分、例えば栄養物
の固定化生物体への十分な物質移動、ならびに構
成成分、例えば固定化生物体から望む代謝産物の
十分な物質移動を確保することを見出した。 駆動反応器系で使用するためには、ミクロスポ
ンジ(例えば、コラーゲン)もまた重量を付与し
なければならない。本発明にマトリツクス材料と
して使用する重合体材料(例えば、架橋コラーゲ
ン)は一般に約1.0以下の比重をもつ。駆動反応
器での適当な操作に対しては、約1.05以上、なる
べくは約1.3以上、そして最も好ましくは約1.6か
ら2.0の比重が望まれる。ミクロスポンジ中にあ
る種の重量付与性添加物を導入することによつ
て、その空隙分率を望ましくない程減少させるこ
となく適切な比重をもつコラーゲンミクロスポン
ジを得ることが可能であることが意外にもわかつ
た。重量付与性添加物は反応器環境で実質的に不
活性でなければならず、そして固定化生物体に対
して無毒性でなければならず、あるいは添加物を
無毒性にするよう適当に処理しなければならな
い。また、重量付与性添加物は固定化生物体の生
産性に悪影響を及ぼしてはならない。一般に、約
4以上、そしてなるべくは約7以上の比重を有す
る金属およびそれらの合金および酸化物、および
セラミツクスといつた材料が使用される。本発明
の広い実施に使用するのに適した重量付与性添加
物の例は、クロム、タングステン、モリブデン、
コバルト、ニツケル、チタンおよびそれらの合
金、例えばモネル、316ステンレス、ビタリウム
(クロムおよびモリブデンを含むコバルト合金)、
チタン6A1−4V(アルミニウムおよびバナジウム
を含むチタン合金)、およびハイネス ステライ
ト合金25(クロム、ニツケル、タングステンおよ
びマンガンを含むコバルト合金)である。しか
し、これら材料の多くはある種の生物体と適合し
ないことがあり、ある応用に対する毒性を査定す
るため日常的実験が必要となるであろう。例え
ば、チタンはハイブリドーマについて選び抜かれ
た重量付与性材料であるが、それは大抵の他の金
属は細胞毒だからである。 重量付与性添加物は、微粉砕粉末としてミクロ
スポンジ中に隈なく導入分散させることができ、
その大抵の粒子は10から40ミクロン程度の粒度を
もつ。しかし、重量付与性添加物の表面積を最小
にするため、それを中空でない芯としてミクロス
ポンジに使用することが望ましい。望まれる比重
をもつミクロスポンジを得るために十分な重量付
与性材料を添加する。平均細孔寸法20から40ミク
ロンそして空隙分率約99%を有するコラーゲンの
厚さ50ミクロンの層で被覆された約7.0の比重を
もつ直径50ミクロンの重量付与性添加物の芯は、
約1.7の比重と全空隙分率約85%を有するミクロ
スポンジを生ずる。このようなミクロスポンジは
好気的駆動反応器系に使用するのに特に適する。 最後に、駆動応用面に対してコラーゲンミクロ
スポンジは摩滅に対し適当な抵抗を示さねばなら
ない。一回分の仕込量のミクロスポンジは、なる
べくは3から6ケ月またはそれ以上の程度の有効
寿命を有するべきである。一般的には、ミクロス
ポンジは3ケ月の操作後で約10%以下の体積損失
を示すべきである。 通常、生物体は固体支持体に対するそれらの付
着の度合に広い変動を示す。例えば、ある種の生
物体は有機および無機材料の両方を含めて、多種
多様の支持体に容易にくつつく、あるいは付着す
るが、一方他のものは生物学的起源の支持体にの
み付着するであろう(付着依存型生物)。他の生
物体はどの支持体材料に対しても直接付着を殆ど
示さない(付着非依存型生物体)。本発明に係る
ミクロスポンジは、それが重合体(有機)材料か
らつくられていることとその透過性(多孔性およ
び細孔構造)の故に実質的にあらゆる型の生物体
の固定化に適しているに違いない。 事実、下に一層詳細に述べるように、固定化生
物体の付着傾向に最もよく順応するようにミクロ
スポンジの微細構造あるいは輪郭を仕立てること
さえ可能である。例えば、金網構造をもつミクロ
スポンジ(第1図)は付着非依存型生物体に関し
て使用できるが、一方葉状構造を示すミクロスポ
ンジ(第2図)は付着依存型の生物体について使
用できる。 吸着および化学的カツプリングといつた技術を
含めて、このような生物体をミクロスポンジ上に
固定化するため先行技術により使用された適当な
手順はいずれも本発明に使用できる。例えば、あ
る生物体の場合に、特定生物体で接種した発酵液
中でコラーゲンミクロスポンジを混合するだけで
済むであろう。短時間後に、生物体はミクロスポ
ンジに住みつき、その細孔中に捕捉されるように
なる。フイブロブラストおよびハイブリドーマの
ような若干の生物体の場合には、ミクロスポンジ
を接種に先立ちフイブロネクチン、ポリリジンお
よび抗−ハイブリドーマ抗体といつた付着増進材
料で被覆することが望ましいかもしれない。他の
技術、例えばミクロスポンジの表面に正味の電荷
を適用することも固定化を促進するのに使用でき
る。 本発明の広い実施において、固定化生物活性材
料を、固定化生物体の培養のための発育支持培地
といつた液体試薬流と直接接触させるために使用
する手順には特に制限がなく、かきまぜタンク反
応器、固定床反応器、流動床反応器、および移動
床反応器などといつた公知の装置を含めて先行技
術に利用できる多数の装置のいずれも使用できる
ことは当業者により認識されるであろう。一般
に、生物体を培養するときは、ミクロスポンジを
適当な反応器に入れ、その中で栄養発酵液および
生物体の接種材と混合する。ミクロスポンジは完
全に浸没させるべきである。ミクロスポンジを、
生物体が発育しミクロスポンジの多孔質マトリツ
クスを集落化するようにインキユベーシヨンす
る。新しい栄養発酵液を発育に必要な他の物質、
例えば好気性生物体の場合には酸素、と共に反応
器に連続的に供給し、生化学製品を含む収穫液を
回収する。生化学製品は固定化生物体の一次また
は二次代謝産物、固定化生物体により生じた、例
えば非分泌生成物、固定化酵素で触媒された反応
生成物などを含む過剰のバイオマスからなりう
る。 本発明ミクロスポンジの一つの特別な利点は、
それを流動床反応器のような混合あるいは駆動系
で使用できる点である。本明細書中で用いた「駆
動反応器」という用語は、ミクロスポンジと流体
媒質との間の相対的運動が一部はミクロスポンジ
自身に対して運動を与えることによつて与えられ
る反応器系を指す。このような反応器系は実質的
に物質移動およびエネルギー移動を高める。特に
適当な駆動反応器系は同時出願米国特許第706872
号明細書(1985年2月28日にRobert C.Dean、
Jr.、Peter V.GrelaおよびSubhash B.Karkare
の名前で出願)に記載されている。 高度に架橋されたコラーゲンミクロスポンジを
つくるには、適当なコラーゲン源を先ず小さい
「繊維」寸法に粉砕する。一般に、コラーゲンは
約200ミクロン程度の最大寸法をもつ粒子(繊維)
を得るように、例えばWileyミルを用いて粉砕さ
れる。なるべくは、コラーゲン源材料を1から50
ミクロン程度の直径とせいぜい約200ミクロンの
長さを有する繊維を生ずるように粉砕(即ち、乾
式摩砕)する。コラーゲン源材料の適当な粉砕は
望まれる構造のミクロスポンジを得るために重要
である。 粉砕コラーゲンを次にコラーゲンをベースとす
る溶液または分散液につくる、即ち可溶性コラー
ゲンを溶媒に溶かす、あるいは不溶性コラーゲン
を適当な溶媒、特に酸類、例えば希塩酸、希酢酸
などとの混合により溶媒に分散させる。本発明に
おいては、酢酸、乳酸、プロピオン酸、酪酸など
を含めて有機酸が特に適当である。幾つかの長鎖
脂肪酸も使用できる。標準の混合装置を用いてコ
ラーゲンを液体(溶媒)中に混ぜ込む。なるべく
は、コラーゲン分散液の場合には、コラーゲンの
微小繊維をつくるように、例えばWaringブレン
ダーを使用する高レベルのかきまぜによつて混合
を達成するのがよい。コラーゲンと溶媒との混合
物は、典型的にはコラーゲン0.5%から約1.5重量
%を含有する。混合物はなるべく約2.0から約4.0
の範囲内のPHを示すことが好ましい。コラーゲン
の変性を避けるため混合物の温度を十分に下げる
(例えば、約4℃)限り1.0から2.0の範囲のPHも
使用できる。 次に、重量付与性添加物をコラーゲン−液体混
合物と配合し、この複合混合物を小さい液滴に形
づくり、約0℃以下、なるべくは約−30℃以下の
温度で凍結させることにより迅速に凝固させて望
みの寸法の粒子をつくる。小さい粒子を製造する
公知の技術はどれも本発明の実施に使用できる。
適当な技術には、就中、加圧または空気せん断噴
霧、乳化技術、Raleigh液体噴射不安定技術を用
いる小滴形成、押出し技術、重力または遠心力を
用いる小滴形成、静電気小滴形成、および慣性力
を用いる小滴形成法が含まれる。例えば、適当に
寸法をもたせた粒子を慣性力を用いて調製して振
動針のオリフイスのところで小さい液滴を形成さ
せる。この小滴を液体窒素の低温浴中に落下させ
ることにより凍結させることができる。明らかに
他の小滴凍結用冷却浴、例えば冷却エタノールも
使用できる。また、冷凍により形づくられたもつ
とも大きい寸法の粒子を摩砕などといつた破壊技
術により望む粒度に小さくすることも多分できる
であろう。種々な被覆方法論といつた更に追加の
技術を用いて重量付与性添加物の固体芯を含むミ
クロスポンジを形づくることもできる。この場合
には、コラーゲンマトリツクスの殻が重量付与芯
材を包囲することになるであろう。当業者は前記
の型の小粒子の形成に適した他の技術を認識する
であろうし、本発明は特定技術のいずれにも限定
されないものとする。 コラーゲンミクロスポンジの細孔寸法と構造は
種々な因子により影響を受ける。例えば、コラー
ゲン濃度の変化は細孔寸法に影響するようであ
り、コラーゲン濃度が高いとより小さい細孔寸法
を生ずる傾向がある。混合物のPHおよび混合物調
製に用いる特定の酸も、生ずるミクロスポンジの
細孔寸法と構造に影響する。例えば、あまりにも
低いPHはミクロスポンジの細孔寸法を有意に制限
する傾向があり、一方高いPHは元の溶液または分
散液からはつきりしたコラーゲン相を分離させ、
それにより多孔質構造の形成を妨げ、そして微粉
砕重量付与性添加物を用いるときそれが分散した
相中に留まる傾向をもつ。凍結速度もミクロスポ
ンジの構造に影響するようであり、そしてその構
造はまたコラーゲンの型の変化に伴ない変動する
であろう。 その後、凍結複合物を、なるべくは約50ミリト
ル以上の真空でまた約22℃から100℃の範囲の温
度で操作した通常の装置を使用して真空凍結乾燥
する。凍結と乾燥の組み合わせを凍結乾燥と呼
ぶ。 凍結乾燥されたコラーゲンマトリツクス複合物
は次にコラーゲンを架橋するよう処理される。コ
ラーゲンは、なるべくはカルボジイミドまたはN
−ヒドロキシスクシンイミド−誘導活性エステル
(スクシンイミジル活性エステル)からなる群か
ら選ばれる化学架橋剤を用いるか、または高温で
の強力な脱水により、またはこれらの処理の組み
合わせにより架橋できる。このようにしてつくら
れたコラーゲンマトリツクスの強度と生物安定性
は、このような処理によつて導入された架橋の度
合により影響される。これら架橋法は、コラゲナ
ーゼおよび他の酵素による劣化に対して驚く程抵
抗性のあるコラーゲンマトリツクスを与え、それ
によつてこれらの材料は生物培養に特に適するよ
うになる。化学的処理に使用できるカルボジイミ
ドの例はシアナミドおよび1−エチル−3−(3
−ジメチルアミノプロピル)−カルボジイミド塩
酸塩である。適当な二官能性スクシンイミジル活
性エステルには、二官能性N−ヒドロキシスクシ
ンイミド、3,3′−ジチオ(スルホスクシンイミ
ジル)プロピオネートおよびビス(スルホスクシ
ンイミジル)スベレートが含まれる。このような
化学架橋剤を用いる場合、乾燥コラーゲンマトリ
ツクス材料を架橋剤溶液中におよそ室温で約2か
ら96時間の時間にわたり浸漬する。架橋剤溶液は
約0.1から約1.5%(重量/容量)の架橋剤を含み
うる。別法として架橋剤をコラーゲン源の元の溶
液あるいは分散液に加えてもよい。 強力な脱水を用いてコラーゲンマトリツクスを
架橋するには、ミクロスポンジを約50ミリトル以
上の真空に、約2から約96時間にわたり約50℃か
ら約200℃、例えば約100°から110℃の範囲の温度
でさらす。 上記のように、これら二つの処理は組み合わせ
て使用でき、そして強力な脱水処理とそれに続く
化学処理を用いてコラーゲンマトリツクスを架橋
することが好ましい。しかし、一般に、化学処理
が脱水処理に先行する場合には、架橋剤を後に続
く真空脱水処理を容易にするため、マトリツクス
粒子の調製と凍結乾燥に先立ち、元のコラーゲン
溶液または分散液へ架橋剤を直接添加すべきであ
る。また、前に言及したように、コラーゲンマト
リツクスの強度と生体安定性はこのような処理に
より導入された架橋の度合により影響される。こ
れらの架橋法はコラゲナーゼおよび他の酵素的劣
化に対して驚く程抵抗性のあるコラーゲンマトリ
ツクスを与え、それによつてこれら材料は生物体
培養に特に適するようになる。化学処理を用いる
ときはいつでもコラーゲンマトリツクスを、過剰
な架橋剤を除去するために、先の使用に先立ち十
分よく洗浄すべきである。高度に架橋されたコラ
ーゲンを製造するための手順に関するこれ以上の
情報は、Frederick H.Silver、Richard A.Berg、
David E.Birk、Kevin WeadockおよびConrad
Whyneの名で1984年3月17日に出願され、「生物
分解性マトリツクスならびに同製造法」と題した
米国特許願第593733号明細書から得ることがで
き、そしてこの開示は参考としてここに取り入れ
てある。 架橋されたコラーゲンマトリツクスを超純水中
で十分よく洗浄後、ミクロスポンジを次に通常の
滅菌技術を用いて滅菌することができる。コラー
ゲンミクロスポンジの一つの特別な利点は、これ
らを生物体固定化工程と切離して製造でき、結果
としてこれらを接種前に適切に滅菌あるいは貯蔵
できる。ミクロスポンジはガンマ−線照射を用い
て滅菌するのがよい。ミクロスポンジの重要な特
徴が傷つけられない限り、別法としてエチレンオ
キシドも使用でき、これは当業者にとつて公知の
追加滅菌手順かもしれない。エチレンオキシドを
用いてミクロスポンジを滅菌する場合に、明らか
に生物体培養のためにミクロスポンジを後で使用
する前に、この滅菌剤のすべての痕跡を除去する
ため粒子を十分よく通気しなければならない。コ
ラーゲンを架橋するために用いた高温で長時間の
強力な脱水処理は、ミクロスポンジを申し分なく
滅菌できるので、追加処理を除くことができるこ
とも発見された。 滅菌されたミクロスポンジは究極の消費者へ配
達するため無菌的に包装するのがよい。使用者は
単にミクロスポンジを前以て滅菌した反応器に入
れ、適当な栄養物と接種材を加え、そして操作を
開始するだけである。特に適当な具体例において
は、この包装は実際には栄養物流の供給、収穫液
の取出し、そして必要に応じ付随的な操作、例え
ば熱交換、酸素供給およびプロセス制御のための
必要な接続部を有する使い捨て反応容器からな
る。流動床反応に対しては、その容器は適当に設
計された分布板を含むことになろう。このような
プレパツク使い捨て反応容器は約0.1から10
の容量を有しうる。この場合反応器使用者はポン
プ類、弁、配管類、熱およびガス交換器、および
各種計測器およびプローブからなるプロセス装置
に括め、そして操作を開始するだけである。滅菌
剤のすぐ使用に供せるミクロスポンジでプレパツ
クされた使い捨て反応器を提供することは、とり
わけ一つの培養から他の培養へと変える場合に生
物培養の手順の開始を有意に単純化する。 完全には理解されていないが、プロセスパラメ
ーターの変化は、高度に架橋されたコラーゲンマ
トリツクスの構造あるいは輪郭における重大な変
化につながる。前記技術を用いてつくられたコラ
ーゲンマトリツクスの顕微鏡写真である第1図お
よび第2図はこれらの異なる構造を説明してい
る。第1図および第2図の顕微鏡写真は走査電子
顕微鏡を用いて得た。第1図は実質的に金網構造
を有するコラーゲンマトリツクスを示す。この構
造において繊維網状組織の直径は典型的には約1
ミクロン程度である。この構造はハイブリドーマ
のような付着非依存型生物に対して特に望まし
い。このマトリツクスにおいては、かかる生物は
マトリツクス構造中にまた構造上に捕捉されるよ
うになる。第2図は葉状型マトリツクス構造を示
す。この構造の葉は典型的には約1ミクロン程度
の厚さをもつ。この構造はフイブロブラスト細胞
のような付着依存型細胞に対して特に適当であ
る。現在では、ビーズ製造工程における小滴の冷
却(凍結)速度がコラーゲンミクロスポンジの形
態学に影響すると考えられる。 下記の例は本発明を一層詳しく説明しようとす
るものであつて発明の範囲に制限を加えるもので
はない。 例 1 本例は高度に架橋されたコラーゲンマトリツク
ス材料のミクロスポンジの製造を記述する。 部分的に精製した腱コラーゲンを、VWR
Scientificから得られるWileyミルを使用して長
さ約200ミクロン未満、直径約5から50ミクロン
を有する繊維を得た。次に一定量の粉砕コラーゲ
ン材料を酢酸溶液とWaringブレンダーを用いて
混合してPH約3.0、コラーゲン約1.0%(重量)を
有するコラーゲンベース分散液を調製した。次に
このコラーゲンをベースとする分散液へ、不活性
な重みつけ材料であるチタンを約5から約180ミ
クロンの範囲内の粒径をもつ微粉として加えた。 次に複合混合物を先ず複合混合物の小滴をつく
ることにより固体粒子に成形した。小滴は、約90
Hzの周波数で振動させた内径約1.3ミリメートル
の振動中空針を通して複合混合物を流すことによ
りつくつた。小滴は液体窒素の冷却浴中に落下
し、迅速に凍結した。次にこの複合混合物の凍結
小滴を約10ミリトルの真空で約48時間Virtis
Freezemobile Lyophilizer Model6を用いて真
空乾燥した。 この凍結乾燥後、乾燥ミクロスポンジをVWR
Scientificの乾燥オーブンを使用して温度約100℃
において約10ミリトルの真空下に約72時間強力な
脱水(脱水熱処理)に付した。次にミクロスポン
ジを化学架橋剤としてのシアナミドの1.0%(重
量)溶液で約5.5のPHで約20℃において約24時間
処理した。 高度に架橋されたミクロスポンジを次に超純水
を使用して約24時間十分よく洗浄し、乾燥し、次
にガンマー線照射により滅菌した。このミクロス
ポンジは約200から800ミクロンの範囲内の粒度、
約77%程度の空隙分率、約20ミクロン程度の細孔
寸法、および約1.1程度の比重を有した。このミ
クロスポンジは金網微細構造を有した。 例 2 例1のミクロスポンジを用いてハイブリドーマ
細胞の発育を支えることができた。特に、約300
mlのミクロスポンジを600mlの反応容器に含める
ことができた。ミクロスポンジをハイブリドーマ
細胞で接種し、適当な栄養培地を用いて培養する
ことができた。反応器の内容を激しくかきまぜな
がら、反応器を約25〜40%の固体濃度で操作する
ことができた。10%の胎児子牛血清を含む栄養培
地、例えばDelbecko Modified Eagle培地を連
続式に反応器に供給し、モノクローン抗体を含む
生成物流を実質的に等価な流速で回収できた。 本発明の真の主旨と範囲から離れることなく数
多くの改変をなしうることは当業者にとつて明白
であろう。本発明の主旨と範囲は請求の範囲によ
つてのみ制限されるものとする。
Claim 1: A weight-bearing microsponge for immobilizing bioactive materials in a driven bioreactor system, the microsponge comprising a porous biostable matrix of a biocompatible polymer comprising an inert weight-bearing material; Matrix is about 1 to about 150
having an opening to a surface pore structure having an average pore size in the micron range, the pores of the matrix occupying about 70 to about 98% by volume of the microsponge;
The above microsponge, wherein the microsponge is also characterized in that it has an average particle size of about 100 to about 1000 microns and a specific gravity of about 1.05 or more. 2. The microsponge according to claim 1, on which a bioactive material selected from the group consisting of enzymes, microorganisms, dead cells and living cells is immobilized. 3 Biostable, biocompatible polymers include collagen, cellulose, dextran, dextrin,
2. The microsponge of claim 1, which is selected from the group consisting of polyamide, polyester, starch, agarose, carrageenan, polyurethane, polyvinyl alcohol, polyacrylate, polymethacrylate, and polyacrylamide. 4. The microsponge of claim 1, wherein the inert weight-giving material is selected from the group consisting of metals, metal alloys, metal oxides, and ceramics. 5. The weight-imparting material has a specific gravity of about 4.0 or more,
5. The microsponge of claim 4, wherein the microsponge has a specific gravity of about 1.3 or greater. 6. The microsponge of claim 5, wherein the inert weight-imparting material is dispersed in the porous matrix as a finely divided powder. 7. The microsponge according to claim 5, wherein the weight-imparting material is centrally disposed as a solid core material, around which a porous matrix is formed. 8. The microsponge of claim 5, wherein the inert weight-giving material is selected from the group consisting of chromium, tungsten, cobalt, molybdenum, titanium, nickel, and alloys. 9. The microsponge of claim 8, wherein the weight-imparting material is titanium and the microsponge has immobilized hybridoma cells. 10. The microsponge of claim 1, wherein the bioactive, biocompatible polymer is highly crosslinked collagen. 11. A highly cross-linked collagen matrix is prepared by: (a) pulverizing a collagen source selected from the group consisting of collagen type and collagen; (b) mixing the pulverized collagen with an acidic liquid medium; and (c) a collagen-liquid medium. lyophilizing the mixture into a dry matrix; and (d) contacting the collagen in the dry matrix with a crosslinking agent selected from the group consisting of (i) carbodiimides and difunctional succinimidyl active esters; (ii) 2. The microsponge of claim 1, prepared by subjecting the solid droplets to elevated temperatures under vacuum, and (iii) crosslinking by a treatment selected from the group consisting of: a combination thereof. 12. The microsponge of claim 11, wherein the inert weight-imparting material is added as a finely divided powder to the mixture of collagen and acidic liquid medium prior to lyophilization. 13 Collagen is a type of tendon collagen.
The micro sponge according to claim 12. Description This invention was made on or under contract with the NIH. The Government has rights to this invention under SBIR Grant No. CA37430. BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention This invention is in the field of immobilizing bioactive materials, and in particular relates to improved microsponges for use in driven bioreactor systems. The present invention also relates to microorganisms and cells (hereinafter collectively referred to as organisms)
The present invention relates to the field of culturing organisms immobilized on and/or in microsponges in a driven reactor format as an underwater floating system. Description of the Prior Art A wide variety of chemical products are produced by culturing living organisms. For example, there are many fermentation methods for producing antibiotics and other drugs, alcoholic beverages, cheese, etc. However, most fermentation methods are carried out commercially using batch reaction procedures, despite the recognized value of continuous culture techniques. Recent advances in the fields of genetic engineering and medicine have ushered in a new era in the production of chemical products by biological culture. For example, mammalian hybrid cells or hybridomas have been developed that secrete antibodies specific for known antigens, such as tetanus toxoid. E.
Bacteria such as coli have been genetically engineered to produce specific proteins, such as insulin. However, to best utilize this new technology, batch fermentation methods are used to continuously cultivate such organisms at high concentrations and under optimal growth conditions to maximize the production of such products. We must develop technology that surpasses the Various devices for immobilizing bioactive materials are known. Solid supports have long been used for the immobilization of microorganisms in wastewater treatment and related fermentation processes.
More recently, solid microcarriers have been used to obtain high cell densities for culturing attachment-dependent cells. For example, microporous polymeric supports fabricated from dextran have been used for cell culture.
Such supports are available from Pharmacia Fine Chemicals
It can be obtained commercially under the trade name Cytodex. However, such solid biological supports are unsuitable for driven reactor systems such as vigorously agitated tanks and fluidized beds, where virtually all of the cells adhere to the surface of the support and This is because they are exposed to impact stress and trauma during operation. Porous inorganic microcarriers are also known and such supports potentially offer protection to cells in drive applications since the cells reside inside the microcarrier. Unfortunately, inorganic microcarriers cannot be made to have the proper combination of permeability and specific gravity to function satisfactorily in all drive applications. For example, Messing et al.
The porous fritted glass or cordierite supports described in U.S. Pat. No. 4,153,510 generally exhibit a specific gravity of less than about 1.3 in aqueous suspension systems if their void fraction is greater than about 80%. wax (note that the void fraction for the Messing support is not disclosed). It is understandable that these supports are not suitable for any driving reaction system where high specific gravity is generally required to ensure high relative velocities to the maximum rates of mass and energy transfer. Accordingly, these supports have generally been assigned for use in packed bed applications. Furthermore, it is unknown how suitable these prior art microcarriers are for culturing attachment-dependent organisms such as hybridomas. One object of the present invention is to provide a microsponge containing immobilized bioactive material suitable for use in a driven reaction system. Another object of the invention is to provide a microsponge suitable for immobilizing a wide variety of organisms characterized by widely varying sizes and degrees of attachment to solid supports. . It is a further object of the present invention to provide a microsponge suitable for use in a driven reactor system for continued growth and regeneration of immobilized organisms. It is also an object of the present invention to provide a microsponge suitable for a driven reactor system that helps maximize the metabolic activity of immobilized organisms. Yet another object of the present invention is to provide a method for continuously culturing organisms at high concentrations. Yet another object of the present invention is to provide a microsponge suitable for a driven reactor system that allows organisms to be cultured at high concentrations with maximum growth rate or maximum metabolic activity. Another object of the invention is to provide a method for culturing both attachment-dependent and attachment-independent organisms in vitro. These and other objects of the invention will become apparent from a consideration of the specification and claims. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a weighted microsponge (preferably a collagen microsponge) for immobilizing bioactive materials in a driving bioreactor system, said microsponge comprising an inert weightable material. It consists of a porous, biostable, highly cross-linked collagen matrix, said collagen matrix having a size from about 1 micron to about
Open to a surface pore structure with an average pore size in the range of 150 microns, the pores of the matrix account for about 70 to about 98 volume percent of the microsponge, and the microsponge also has about 100 microns. It has an average particle size of from microns to about 1000 microns and a specific gravity of about 1.05 or more. The present invention also relates to a continuous in vitro culture method of an organism for the production of biochemical products, which method comprises: (a) pulverizing a collagen source selected from the group consisting of type (i); (iii) lyophilizing the collagen-liquid medium mixture into a dry sponge matrix; and (iv) combining the collagen of the sponge matrix with (1) a carbodiimide and a difunctional Contacting said collagen with a crosslinking agent selected from the group consisting of succinimidyl active esters, (2) exposing said dry sponge matrix to elevated temperatures under vacuum, and (3) combinations thereof. (b) inoculating the highly cross-linked collagen microsponge of step (a) with a culture of said organism; (c) inoculating The process consists of the following steps: (d) supplying a nutrient medium in direct contact with highly cross-linked collagen microsponges; and (d) recovering biochemical products along with the nutrient medium effluent. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a photomicrograph showing a suitable collagen microsponge matrix of the present invention illustrating the fibrous structure. FIG. 2 is a photomicrograph of one collagen microsponge matrix according to the invention illustrating the fiber structure. DETAILED DESCRIPTION The present invention provides immobilizable active materials suitable for use in driven bioreactor systems, particularly weight-imparting microsponges containing biological organisms, preferably collagen microsponges, as well as biological organisms for the production of biochemical products. Directed to the in vitro continuous culture method of the body. As used throughout this specification and claims, the term "bioactive material" broadly encompasses enzymes and other chemical agents, such as chelating agents, hormones, antibodies, etc., and cells of living organisms, ie, microorganisms and higher organisms. As used throughout this specification and claims, the term "organism" broadly encompasses both microorganisms and cells of higher organisms. Organisms can be derived from an unlimited number of sources including bacteria, fungi, viruses, algae, yeast, animal cells (tissues), such as mammalian, insect and fish and plant cells. The terms "organism" and "cell" will be used interchangeably throughout this specification and claims. Also, the term "biochemical product" used throughout this specification and claims.
refers not only to the primary and secondary metabolites produced by such an organism, but also to the cellular material or the organism's own biomass, including, for example, non-secreted products. Since the weighted microsponges of the present invention are particularly effective when used in biological culture, they will generally be described in terms of such embodiments, but are not intended to be so limited. Microsponges according to the present invention are made from biocompatible (eg, non-toxic) aggregates that are stable during use for a reasonable period of time, for example on the order of many months. A particularly suitable mix sponge according to the invention is formed from highly cross-linked collagen. Biocompatibility refers to the ability of a polymeric material, e.g. ) refers to the ability of a polymeric (e.g., collagen matrix) material to support a viable culture of an organism. Stability or biostability of a matrix material refers to its ability to maintain its strength and integrity under in vitro conditions for a period of time appropriate for culturing the organism of interest. For example, in the case of hybridoma culture for monoclonal antibody production, the driving bioreactor may be 3 to 6
It is expected that it will be operated continuously for several months or more. Therefore, the matrix material must be biostable for this period. Both natural and synthetic polymeric materials can be used as matrix materials. Examples of suitable polymers include polysaccharides such as dextran, dextrin, starch, cellulose, agarose, carrageenan, etc.; proteins such as collagen; and synthetic polymers such as polyvinyl alcohol, polyacrylates, polymethacrylates, etc.
Includes polyacrylamide, polyester, polyurethane, polyamide, and the like. Generally, biocompatibility and biostability of a material can be demonstrated using routine experimentation. Based on its biocompatibility and strength, collagen is currently the material of choice. Collagen is a biodegradable polymer found in animals, including humans. It has numerous uses in the medical field and, in most applications, various crosslinking agents such as aldehydes such as glutaraldehyde and formaldehyde; ethyl chloroformate; dimethyl adipimidate; N,N-methylenethi Acrylamide; 1,2-diacrylamide ethylene glycol; Cyanamide; N,N'-
Diallyltartaric acid diamide; cyanogen bromide; concanavalin A; 6-aminohexanoic acid; 1,6-diaminohexane; succinimidyl active ester;
insoluble forms using carbodiimides and compounds with similar cross-linking groups and/or physical processing techniques such as lyophilization and intensive dehydration at vacuums above about 50 mTorr and temperatures ranging from 50°C to 200°C. reconstituted and crosslinked. Unfortunately, many if not all of the conventional cross-linking agents that are unavoidably present in cross-linked collagen, especially glutaraldehyde, cause adverse biological effects and are therefore cytotoxic. Recently, new collagen-based matrices with improved biostability have been discovered. This collagen material is made without conventional crosslinking agents. In this matrix type I, or collagen, carbodiimide or succinimidyl active ester and/or
Cross-linked using severe dehydration conditions at temperatures ranging from Such cross-linked collagen generally has a molecular weight of about 1×10 6 to greater than 50×10 6 . The molecular weight of collagen between adjacent crosslinks varies from about 1000 to 100000 due to the formation of covalent bonds.
Because of its resistance to degradation by collagenases and other proteinases, this cross-linked collagen has been found to be particularly suitable as a porous matrix for microsponges. In fact, microsponges made from this collagen material exhibited several surprising properties when used in continuous culture of immobilized organisms, particularly hybridoma cells leaching monoclonal antibodies. For example, hybridomas cultured in essentially protein-free media produce more monoclonal antibodies when immobilized on and/or in such collagen matrix microsponges than in the absence of such matrices. It is much more effective. Furthermore, microsponges made from the cross-linked collagen materials specifically mentioned here appear to preferentially retain living (viable) cells at high concentrations and eliminate non-viable cells. . Particularly suitable crosslinked collagen can be made from both soluble and insoluble collagen of type I and. Soluble collagen is produced by restriction enzyme digestion and/or extraction of tissues rich in these types of collagen. Insoluble collagen is derived from the following typical sources: Type I collagen: cow, pig, chicken and fish skin, cow and chicken tendon, and cow and chicken bone (including fetal tissue); : bovine articular cartilage, nasal septum, sternum cartilage; and types of collagen: bovine and human aorta and skin. For example, type I collagen obtained from bovine dermis can be used. Preferably, type I tendon collagen is used. In the broad practice of the present invention, there are no particular limitations on the physical form or macroscopic profile of the crosslinked collagen microsponges. Microsponges can be used in a variety of physical forms including beads, flakes, discs, fibers, films, coatings (eg, on extended surface indicators), and sheets. For example, the microsponge can be provided as a coating on conventional indicators such as pellets, stars, helical rings, cross-partition rings, Laschichi rings, Burl saddles, interox saddles, cap rings, Tellerette rings, and the like. Microsponges can also be provided in sheet form, cylindrical form, or some other undefined structure. In the wide implementation of the method of the invention, there are no particular restrictions on the size of the microsponges. For example, for packed or fixed bed applications (eg, plug flow reactors), microsponges can be provided in dimensions typical of such applications. In order to be adapted to culturing high concentrations of organisms in a driven reactor system and to allow the transfer of nutrients to the immobilized organisms and the desired products from the microsponge, the weight-imparting microspheres of the present invention The sponge, preferably collagen, must meet several functional requirements. Microsponges are typically in the form of beads and should have a particle size in the range of about 100 microns to 1000 microns, preferably about 200 microns to 500 microns. At larger particle sizes, production of the desired product by reaction between the immobilized bioactive material and the liquid medium in contact with it is
The entire internal volume of the porous structure is not utilized effectively;
Therefore, the volumetric productivity of the drive reactor using such microsponges is impaired. Smaller particle sizes present practical problems in microsponge production and drive reactor operation. The permeability of microsponges is another important issue. The permeability of a microsponge is determined by the interaction between its porosity or void fraction and its pore structure. Void fraction is defined as the ratio of the interstitial volume of a material to the total volume occupied by the material, and is often expressed as a percentage. To allow operation at high biological concentrations, microsponges must be approximately 70% to 98%
% void fraction. Preferably, the void fraction of the collagen microsponge is greater than 85%, and most preferably greater than about 90%. The microsponge must also have openings to the surface pore structure. This facilitates cell entry, cell retention, and subsequent cell development without excessive shear forces.
and allowing evacuation of excess cell populations. For example, if the desired product is not secreted by the organism (e.g., a genetically engineered E. coll with a non-leachable rDNA product like insulin), the organism will You have to be able to escape from the sponge. If this process is to proceed in a continuous manner without rupturing the microsponge structure, an open pore structure is absolutely necessary. The desired biological product is recovered as a component of the culture harvest fluid. The microsponge should contain pores with an average size ranging from about 1 micron for the smallest microorganisms and viruses to about 150 microns for large mammalian and plant cells. Generally, the pores of the microsponge should be at least as large as the smallest major dimension of the immobilized bioactive material and less than about five times the largest major dimension. Preferably, the pore size of the matrix is on the order of 1.5 to 3 times the average diameter of the organism or cell. If unknown, the minimum and maximum major dimensions of an organism can be determined using known techniques. Applicants believe that the combinations of particle size and pore size described herein provide sufficient mass transfer of constituents, e.g. nutrients, to the immobilized organism, as well as desired metabolites from the constituents, e.g. the immobilized organism. It has been found that sufficient mass transfer is ensured. For use in driven reactor systems, microsponges (eg collagen) must also be weighted. The polymeric materials (eg, crosslinked collagen) used as matrix materials in the present invention generally have a specific gravity of about 1.0 or less. For proper operation in a driven reactor, a specific gravity of about 1.05 or greater, preferably about 1.3 or greater, and most preferably about 1.6 to 2.0 is desired. It is surprising that by introducing certain weight-imparting additives into the microsponge, it is possible to obtain collagen microsponges with appropriate specific gravity without undesirably reducing their void fraction. I also understood. The weight-imparting additive must be substantially inert in the reactor environment and must be non-toxic to the immobilized organism, or the additive must be suitably treated to render it non-toxic. There must be. Also, the weight-imparting additive must not adversely affect the productivity of the immobilized organism. Generally, materials such as metals and their alloys and oxides, and ceramics having a specific gravity of about 4 or higher, and preferably about 7 or higher, are used. Examples of weight-bearing additives suitable for use in the broad practice of this invention include chromium, tungsten, molybdenum,
Cobalt, nickel, titanium and their alloys, such as Monel, 316 stainless steel, Vitalium (cobalt alloy containing chromium and molybdenum),
Titanium 6A1-4V (a titanium alloy containing aluminum and vanadium), and Highness Stellite Alloy 25 (a cobalt alloy containing chromium, nickel, tungsten and manganese). However, many of these materials may be incompatible with certain organisms, and routine experimentation may be required to assess toxicity for certain applications. For example, titanium is the weight-giving material of choice for hybridomas because most other metals are cytotoxic. The weight-imparting additive can be thoroughly introduced and dispersed into the microsponge as a finely pulverized powder.
Most particles have a particle size of about 10 to 40 microns. However, to minimize the surface area of the weight-imparting additive, it is desirable to use it as a solid core in the microsponge. Sufficient weighting material is added to obtain a microsponge with the desired specific gravity. A 50 micron diameter weight-imparting additive core with a specific gravity of about 7.0 is coated with a 50 micron thick layer of collagen with an average pore size of 20 to 40 microns and a void fraction of about 99%.
This results in a microsponge with a specific gravity of about 1.7 and a total void fraction of about 85%. Such microsponges are particularly suitable for use in aerobically driven reactor systems. Finally, for driving applications the collagen microsponge must exhibit adequate resistance to abrasion. A single dose of microsponge should preferably have a useful life on the order of 3 to 6 months or more. Generally, the microsponge should exhibit no more than about 10% volume loss after three months of operation. Typically, living organisms exhibit wide variation in their degree of attachment to solid supports. For example, some organisms readily attach or attach to a wide variety of supports, including both organic and inorganic materials, whereas others attach only to supports of biological origin. (adhesion-dependent organisms). Other organisms show little direct attachment to any support material (adhesion-independent organisms). The microsponge according to the invention is suitable for the immobilization of virtually any type of organism due to its construction from a polymeric (organic) material and its permeability (porosity and pore structure). There must be. In fact, as discussed in more detail below, it is even possible to tailor the microstructure or profile of the microsponge to best accommodate the adhesion tendencies of immobilized organisms. For example, a microsponge with a wire mesh structure (FIG. 1) can be used with attachment-independent organisms, whereas a microsponge with a lobed structure (FIG. 2) can be used with attachment-dependent organisms. Any suitable procedure used by the prior art to immobilize such organisms on microsponges can be used in the present invention, including techniques such as adsorption and chemical coupling. For example, in the case of some organisms, it may be sufficient to mix collagen microsponges into the fermentation liquid inoculated with the particular organism. After a short time, organisms colonize the microsponge and become trapped within its pores. In the case of some organisms, such as fibroblasts and hybridomas, it may be desirable to coat the microsponges with adhesion-promoting materials such as fibronectin, polylysine, and anti-hybridoma antibodies prior to inoculation. Other techniques, such as applying a net charge to the surface of the microsponge, can also be used to promote immobilization. In the broad practice of the present invention, there is no particular limitation on the procedure used to directly contact the immobilized bioactive material with a liquid reagent stream, such as a growth support medium for the culture of immobilized organisms, in a stirred tank. It will be recognized by those skilled in the art that any of the numerous devices available in the prior art may be used, including such known devices as reactors, fixed bed reactors, fluidized bed reactors, moving bed reactors, and the like. Dew. Generally, when culturing an organism, the microsponge is placed in a suitable reactor in which it is mixed with the nutrient fermentation liquid and the organism inoculum. The microsponge should be completely immersed. micro sponge,
Incubation is performed so that organisms grow and colonize the porous matrix of the microsponge. Other substances necessary for the development of new nutritional fermentation liquid,
For example, in the case of aerobic organisms, the reactor is continuously fed with oxygen and a harvest liquor containing biochemical products is collected. The biochemical product may consist of excess biomass including primary or secondary metabolites of the immobilized organism, eg non-secreted products produced by the immobilized organism, reaction products catalyzed by immobilized enzymes, and the like. One special advantage of the microsponge of the present invention is that
The advantage is that it can be used in mixing or drive systems such as fluidized bed reactors. As used herein, the term "driven reactor" refers to a reactor system in which the relative motion between the microsponge and the fluid medium is imparted in part by imparting motion to the microsponge itself. refers to Such reactor systems substantially enhance mass and energy transfer. A particularly suitable drive reactor system is co-filed U.S. Patent No. 706,872.
Specification (Robert C. Dean, February 28, 1985)
Jr., Peter V. Grela and Subhash B. Karkare.
(filed under the name of). To create highly cross-linked collagen microsponges, a suitable collagen source is first ground into small "fiber" sizes. In general, collagen is a particle (fiber) with a maximum dimension of about 200 microns.
For example, it is ground using a Wiley mill to obtain . If possible, use collagen source materials from 1 to 50.
Grind (ie, dry mill) to produce fibers with a diameter on the order of microns and a length of no more than about 200 microns. Proper comminution of the collagen source material is important to obtain microsponges with the desired structure. The ground collagen is then made into a collagen-based solution or dispersion, i.e. soluble collagen is dissolved in a solvent, or insoluble collagen is dispersed in a solvent by mixing with a suitable solvent, especially an acid, such as dilute hydrochloric acid, dilute acetic acid, etc. . Organic acids are particularly suitable in the present invention, including acetic acid, lactic acid, propionic acid, butyric acid, and the like. Some long chain fatty acids can also be used. Mix the collagen into the liquid (solvent) using standard mixing equipment. Preferably, in the case of collagen dispersions, mixing is achieved by high level agitation, for example using a Waring blender, so as to create microfibrils of collagen. The collagen and solvent mixture typically contains 0.5% to about 1.5% collagen by weight. The mixture should preferably be about 2.0 to about 4.0
It is preferable to exhibit a pH within the range of . A pH in the range of 1.0 to 2.0 can also be used as long as the temperature of the mixture is lowered sufficiently (eg, about 4° C.) to avoid denaturation of the collagen. The weight-imparting additive is then combined with the collagen-liquid mixture, and the composite mixture is formed into small droplets and rapidly solidified by freezing at a temperature below about 0°C, preferably below about -30°C. to create particles of desired size. Any known technique for producing small particles can be used in the practice of this invention.
Suitable techniques include, among others, pressure or air shear atomization, emulsification techniques, droplet formation using Raleigh liquid jet instability techniques, extrusion techniques, droplet formation using gravity or centrifugal force, electrostatic droplet formation, and Includes droplet formation methods that use inertial forces. For example, appropriately sized particles can be prepared using inertial forces to form small droplets at the orifice of a vibrating needle. The droplets can be frozen by dropping them into a cold bath of liquid nitrogen. Obviously other cooling baths for freezing droplets can also be used, such as chilled ethanol. It may also be possible to reduce the extremely large particles formed by freezing to the desired particle size by destructive techniques such as grinding. Additional techniques, as well as various coating methodologies, can also be used to form microsponges containing solid cores of weight-imparting additives. In this case, a shell of collagen matrix would surround the weighting core. Those skilled in the art will recognize other techniques suitable for forming small particles of the type described above, and the invention is not intended to be limited to any particular technique. The pore size and structure of collagen microsponges are influenced by various factors. For example, changes in collagen concentration appear to affect pore size, with higher collagen concentrations tending to produce smaller pore sizes. The PH of the mixture and the specific acid used to prepare the mixture also influences the pore size and structure of the resulting microsponges. For example, a PH that is too low tends to significantly limit the pore size of the microsponge, whereas a PH that is too high can cause the bulk collagen phase to separate from the original solution or dispersion.
This prevents the formation of porous structures and tends to remain in the dispersed phase when using finely divided weight imparting additives. Freezing rate also appears to affect the structure of the microsponges, and the structure will also vary with changes in collagen type. The frozen composite is then vacuum lyophilized using conventional equipment preferably operated at a vacuum of about 50 mTorr or more and at a temperature in the range of about 22°C to 100°C. The combination of freezing and drying is called freeze-drying. The lyophilized collagen matrix composite is then treated to crosslink the collagen. Collagen is preferably carbodiimide or N
-Hydroxysuccinimide-derived active esters (succinimidyl active esters) or by intensive dehydration at elevated temperatures or by a combination of these treatments. The strength and biostability of collagen matrices thus produced are influenced by the degree of crosslinking introduced by such treatment. These crosslinking methods provide collagen matrices that are surprisingly resistant to degradation by collagenases and other enzymes, thereby making these materials particularly suitable for biological culture. Examples of carbodiimides that can be used in chemical treatments are cyanamide and 1-ethyl-3-(3
-dimethylaminopropyl)-carbodiimide hydrochloride. Suitable difunctional succinimidyl active esters include difunctional N-hydroxysuccinimide, 3,3'-dithio(sulfosuccinimidyl) propionate and bis(sulfosuccinimidyl) suberate. When using such chemical crosslinkers, the dried collagen matrix material is soaked in the crosslinker solution at about room temperature for a period of about 2 to 96 hours. The crosslinker solution may contain from about 0.1 to about 1.5% (weight/volume) crosslinker. Alternatively, the crosslinking agent may be added to the original solution or dispersion of the collagen source. To crosslink the collagen matrix using intensive dehydration, the microsponge is subjected to a vacuum of about 50 mTorr or more at temperatures ranging from about 50°C to about 200°C, such as about 100° to 110°C, for about 2 to about 96 hours. Expose at a temperature of As mentioned above, these two treatments can be used in combination, and it is preferred to use an intensive dehydration treatment followed by a chemical treatment to crosslink the collagen matrix. Generally, however, if the chemical treatment precedes the dehydration treatment, the crosslinking agent is added to the original collagen solution or dispersion prior to matrix particle preparation and lyophilization to facilitate the subsequent vacuum dehydration treatment. should be added directly. Also, as previously mentioned, the strength and biostability of collagen matrices are influenced by the degree of crosslinking introduced by such treatments. These crosslinking methods provide collagen matrices that are surprisingly resistant to collagenase and other enzymatic degradation, thereby making these materials particularly suitable for biological culture. Whenever chemical treatments are used, the collagen matrix should be thoroughly washed prior to further use to remove excess crosslinking agent. Further information on procedures for producing highly cross-linked collagen can be found in Frederick H. Silver, Richard A. Berg,
David E. Birk, Kevin Weadock and Conrad
Whyne, U.S. Patent Application No. 593,733, filed March 17, 1984 and entitled "Biodegradable Matrices and Method of Making the Same," the disclosure of which is incorporated herein by reference. There is. After thoroughly washing the crosslinked collagen matrix in ultrapure water, the microsponge can then be sterilized using conventional sterilization techniques. One particular advantage of collagen microsponges is that they can be manufactured separately from the bioimmobilization process, so that they can be properly sterilized or stored before inoculation. Microsponges are preferably sterilized using gamma irradiation. Ethylene oxide may alternatively be used, as long as important features of the microsponge are not compromised, and this may be an additional sterilization procedure known to those skilled in the art. When sterilizing microsponges with ethylene oxide, obviously the particles must be aerated well to remove all traces of this sterilizing agent before later use of the microsponges for biological culture. . It has also been discovered that the high temperature and prolonged intensive dehydration treatment used to cross-link the collagen satisfactorily sterilizes the microsponges, thus eliminating the need for additional treatments. Sterilized microsponges may be packaged aseptically for delivery to the ultimate consumer. The user simply places the microsponge in a pre-sterilized reactor, adds the appropriate nutrients and inoculum, and begins operation. In particularly suitable embodiments, this packaging actually provides the necessary connections for supplying the nutrient flow, removing the harvest liquid, and optionally ancillary operations, such as heat exchange, oxygen supply and process control. Consists of a disposable reaction vessel with a For fluidized bed reactions, the vessel will contain suitably designed distribution plates. Such pre-packed disposable reaction vessels are approximately 0.1 to 10
It can have a capacity of In this case, the reactor user simply bundles the process equipment, consisting of pumps, valves, piping, heat and gas exchangers, and various instruments and probes, and begins operation. Providing a disposable reactor pre-packed with a sterilizing agent ready-to-use microsponge significantly simplifies the start-up of a biological culture procedure, especially when changing from one culture to another. Although not completely understood, changes in process parameters lead to significant changes in the structure or profile of the highly crosslinked collagen matrix. Figures 1 and 2, which are micrographs of collagen matrices made using the technique described above, illustrate these different structures. The micrographs in Figures 1 and 2 were obtained using a scanning electron microscope. FIG. 1 shows a collagen matrix having a substantially wire mesh structure. In this structure, the diameter of the fiber network is typically about 1
It is on the order of microns. This structure is particularly desirable for attachment-independent organisms such as hybridomas. In this matrix, such organisms become entrapped in and on the matrix structure. Figure 2 shows a leaf-like matrix structure. The leaves of this structure typically have a thickness on the order of about 1 micron. This structure is particularly suitable for attachment-dependent cells such as fibroblast cells. It is now believed that the rate of cooling (freezing) of the droplets during the bead manufacturing process influences the morphology of the collagen microsponges. The following examples are intended to explain the invention in more detail and are not intended to limit the scope of the invention. Example 1 This example describes the production of microsponges of highly cross-linked collagen matrix material. Partially purified tendon collagen was purified by VWR.
A Wiley mill available from Scientific was used to obtain fibers having a length of less than about 200 microns and a diameter of about 5 to 50 microns. Next, a certain amount of crushed collagen material was mixed with an acetic acid solution using a Waring blender to prepare a collagen-based dispersion having a pH of about 3.0 and about 1.0% collagen (by weight). Titanium, an inert weighting material, was then added to the collagen-based dispersion as a fine powder with a particle size ranging from about 5 to about 180 microns. The composite mixture was then shaped into solid particles by first forming droplets of the composite mixture. Droplets are approximately 90
It was created by flowing the composite mixture through a vibrating hollow needle with an inner diameter of approximately 1.3 mm that was vibrated at a frequency of Hz. The droplets fell into a cooling bath of liquid nitrogen and quickly froze. Then freeze droplets of this complex mixture in Virtis at a vacuum of about 10 mTorr for about 48 hours.
Vacuum drying was performed using Freezemobile Lyophilizer Model 6. After this freeze-drying, the dried microsponge is VWR
Using a Scientific drying oven at a temperature of approximately 100℃
The sample was subjected to strong dehydration (dehydration heat treatment) under a vacuum of about 10 mTorr for about 72 hours. The microsponges were then treated with a 1.0% (by weight) solution of cyanamide as a chemical crosslinker at a pH of about 5.5 and about 20° C. for about 24 hours. The highly crosslinked microsponges were then thoroughly washed using ultrapure water for about 24 hours, dried, and then sterilized by gamma irradiation. This micro sponge has a particle size within the range of approximately 200 to 800 microns,
It had a void fraction of about 77%, a pore size of about 20 microns, and a specific gravity of about 1.1. This microsponge had a wire mesh microstructure. Example 2 The microsponges of Example 1 were able to support the growth of hybridoma cells. In particular, about 300
ml of microsponge could be included in a 600 ml reaction vessel. Microsponges could be inoculated with hybridoma cells and cultured using appropriate nutrient media. The reactor could be operated at solids concentrations of about 25-40% while vigorously stirring the reactor contents. A nutrient medium containing 10% fetal calf serum, such as Delbecko Modified Eagle medium, was fed continuously to the reactor and a product stream containing monoclonal antibodies could be recovered at substantially equivalent flow rates. It will be apparent to those skilled in the art that many modifications may be made without departing from the true spirit and scope of the invention. It is intended that the spirit and scope of the invention be limited only by the scope of the claims.

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