JPH078230B2 - 細胞培養装置 - Google Patents
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- JPH078230B2 JPH078230B2 JP2071126A JP7112690A JPH078230B2 JP H078230 B2 JPH078230 B2 JP H078230B2 JP 2071126 A JP2071126 A JP 2071126A JP 7112690 A JP7112690 A JP 7112690A JP H078230 B2 JPH078230 B2 JP H078230B2
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
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- C12M41/22—Heat exchange systems, e.g. heat jackets or outer envelopes in contact with the bioreactor walls
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- C12M—APPARATUS 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
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は細胞培養装置に係り、特に細胞を剪断により損
傷することなく効率よく培養することのできる細胞培養
装置に関する。
傷することなく効率よく培養することのできる細胞培養
装置に関する。
動物細胞、植物細胞等を高密度で培養したり、この細胞
培養を利用して有用物質を高い効率で生産するには、酸
素の供給、養分の供給、老廃物の除去、培地のpH、溶存
炭酸ガス濃度等の調整が重要な因子であるとともに、培
養タンク内の撹拌は上記の各因子を制御し適切な状態と
するために重要である。
培養を利用して有用物質を高い効率で生産するには、酸
素の供給、養分の供給、老廃物の除去、培地のpH、溶存
炭酸ガス濃度等の調整が重要な因子であるとともに、培
養タンク内の撹拌は上記の各因子を制御し適切な状態と
するために重要である。
ここで、従来の細胞培養装置として、細胞あるいは細胞
が付着したマイクロキャリアが懸濁している培地を培養
タンクに貯留し、培養タンク内に酸素を供給して培地に
酸素を溶解させるとともに、プロペラ型スクリュー撹拌
羽根を有する撹拌部材で培地を撹拌する形式の細胞培養
装置があった。また、酸素の供給をより効率的に行うた
めに、培養タンクの下部に設けた酸素供給部から気泡状
態で酸素を供給して溶存酸素濃度(DO)を高めるように
した気泡筒型の細胞培養装置があった。しかし、動物細
胞は微生物のような細胞膜をもたないため一般に剪断力
に弱く、培地中での酸素の気泡形成あるいは培地中に存
在する酸素の気泡消滅の際に生じる乱流によっても剪断
されるおそれがある。
が付着したマイクロキャリアが懸濁している培地を培養
タンクに貯留し、培養タンク内に酸素を供給して培地に
酸素を溶解させるとともに、プロペラ型スクリュー撹拌
羽根を有する撹拌部材で培地を撹拌する形式の細胞培養
装置があった。また、酸素の供給をより効率的に行うた
めに、培養タンクの下部に設けた酸素供給部から気泡状
態で酸素を供給して溶存酸素濃度(DO)を高めるように
した気泡筒型の細胞培養装置があった。しかし、動物細
胞は微生物のような細胞膜をもたないため一般に剪断力
に弱く、培地中での酸素の気泡形成あるいは培地中に存
在する酸素の気泡消滅の際に生じる乱流によっても剪断
されるおそれがある。
このため、酸素を発泡しない状態で培地中に供給するこ
とが好ましく、これを実現するものとして高分子多孔質
材料であるシリコンを用いたチューブを培養タンク内壁
に配設し、このチューブを介して培地に酸素を供給する
細胞培養装置が開発された。
とが好ましく、これを実現するものとして高分子多孔質
材料であるシリコンを用いたチューブを培養タンク内壁
に配設し、このチューブを介して培地に酸素を供給する
細胞培養装置が開発された。
しかしながら、従来の気泡筒型の細胞培養装置に比べて
上述のシリコンチューブを用いた酸素供給はその供給能
が小さく、培地内に酸素を十分供給するためにシリコン
チューブの面積を大きくするとともに培地を十分撹拌す
る必要が生じ、このため撹拌速度が高くなり、培養タン
ク内で培地の乱流が発生して培養細胞が剪断される可能
性が高いという問題があった。
上述のシリコンチューブを用いた酸素供給はその供給能
が小さく、培地内に酸素を十分供給するためにシリコン
チューブの面積を大きくするとともに培地を十分撹拌す
る必要が生じ、このため撹拌速度が高くなり、培養タン
ク内で培地の乱流が発生して培養細胞が剪断される可能
性が高いという問題があった。
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
のであり、酸素供給能が高く、かつ培養タンク内での培
地の乱流発生がきわめて少なく効率的な細胞培養が可能
な細胞培養装置を供給することを目的とする。
のであり、酸素供給能が高く、かつ培養タンク内での培
地の乱流発生がきわめて少なく効率的な細胞培養が可能
な細胞培養装置を供給することを目的とする。
この目的を達成するため本発明は、細胞あるいは細胞が
付着したマイクロキャリアが懸濁している培地を貯留す
るための密閉可能なタンクと、該タンク内に配設され高
分子多孔質材料からなるチューブが円筒形状をなすよう
に支持部材に巻き回されて形成された円筒型酸素供給部
材と、該円筒型酸素供給部材の円筒内部領域に位置する
ように配設された撹拌部材とを備え、前記培地が前記タ
ンク内壁と前記円筒型酸素供給部材外壁との間の領域と
前記円筒内部領域とを循環するように構成した。
付着したマイクロキャリアが懸濁している培地を貯留す
るための密閉可能なタンクと、該タンク内に配設され高
分子多孔質材料からなるチューブが円筒形状をなすよう
に支持部材に巻き回されて形成された円筒型酸素供給部
材と、該円筒型酸素供給部材の円筒内部領域に位置する
ように配設された撹拌部材とを備え、前記培地が前記タ
ンク内壁と前記円筒型酸素供給部材外壁との間の領域と
前記円筒内部領域とを循環するように構成した。
密閉可能なタンクに貯留された細胞あるいは細胞が付着
したマイクロキャリアが懸濁している培地に、円筒型酸
素供給部材を構成する高分子多孔質材料からなるチュー
ブから気泡を形成しない状態で酸素が供給され、前記円
筒型酸素供給部材は前記チューブが円筒形状をなすよう
に支持部材に巻き回されて形成されているので、培地と
接触する面積が大きいとともに、この円筒型酸素供給部
材の円筒内部領域に位置するように配設された撹拌部材
により培地は前記タンク内壁と前記円筒型酸素供給部材
外壁との間の領域と前記円筒内部領域とを循環するよう
流れる。これにより、培地に十分な酸素が供給され、か
つ培地の乱流が抑えられて細胞への剪断力が最小限とど
められ高効率の細胞培養が可能となる。
したマイクロキャリアが懸濁している培地に、円筒型酸
素供給部材を構成する高分子多孔質材料からなるチュー
ブから気泡を形成しない状態で酸素が供給され、前記円
筒型酸素供給部材は前記チューブが円筒形状をなすよう
に支持部材に巻き回されて形成されているので、培地と
接触する面積が大きいとともに、この円筒型酸素供給部
材の円筒内部領域に位置するように配設された撹拌部材
により培地は前記タンク内壁と前記円筒型酸素供給部材
外壁との間の領域と前記円筒内部領域とを循環するよう
流れる。これにより、培地に十分な酸素が供給され、か
つ培地の乱流が抑えられて細胞への剪断力が最小限とど
められ高効率の細胞培養が可能となる。
以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説
明する。
明する。
第1図は本発明に係る細胞培養装置を示す部分断面図で
ある。第1図において、細胞培養装置1は培地10を貯留
するためのタンク2と、培地10に酸素を供給するために
タンク2内に配設された円筒型酸素供給部材3と、円筒
型酸素供給部材3の円筒内部領域に位置し培地10を撹拌
するための撹拌部材4とを備えている。
ある。第1図において、細胞培養装置1は培地10を貯留
するためのタンク2と、培地10に酸素を供給するために
タンク2内に配設された円筒型酸素供給部材3と、円筒
型酸素供給部材3の円筒内部領域に位置し培地10を撹拌
するための撹拌部材4とを備えている。
タンク2はタンク本体21と、このタンク本体21を密閉す
るための密閉部材22を有している。タンク本体21はガラ
ス、金属等の材料からなっており、その外壁部には開口
部24,25を備えたジャケット部23が設けられている。そ
して、開口部24,25を介してジャケット部23に温度調整
がなされた水を循環することによりタンク2に貯留され
る培地が所定の温度に保持される。また、タンク本体21
の外壁部の所定位置にはセンサ装着用開口部26が設けら
れており、このセンサ装着用開口部26からセンサがタン
ク本体21の内部に挿入されて培地のpH、DO、温度等が測
定される。さらに、本発明ではタンク本体21の内部に培
地フィルター5a、5bを配設し、タンク本体21内の培地を
潅流してもよい。すなわち、培地フィルター5aを介して
培地がタンク本体21内に供給され、培地フィルター5bを
介して培地が回収される。この場合、培地フィルター5
a、5bは培地を通し、細胞あるいは細胞が付着している
マイクロキャリアは通さない範囲で設定されたフィルタ
ーである。そして、回収用の培地フィルター5bがマイク
ロキャリア等により目づまりを生じた場合は、培地フィ
ルター5bを供給用とし培地フィルター5aを回収用とする
ことでフィルターの逆洗が可能となる。また、タンク本
体21の底部にはサンプリング用開口部28が設けられてい
る。さらに、本発明では、培地のpHを調整するための酸
性溶液あるいはアルカリ性溶液の投入口、タンク2内部
を観察するための窓部、細胞培養に先だって培地に所定
量の酸素を溶存させるために酸素を底部から小気泡状態
で供給する酸素供給部(スパージャー)等をタンク本体
21に配設してもよい。
るための密閉部材22を有している。タンク本体21はガラ
ス、金属等の材料からなっており、その外壁部には開口
部24,25を備えたジャケット部23が設けられている。そ
して、開口部24,25を介してジャケット部23に温度調整
がなされた水を循環することによりタンク2に貯留され
る培地が所定の温度に保持される。また、タンク本体21
の外壁部の所定位置にはセンサ装着用開口部26が設けら
れており、このセンサ装着用開口部26からセンサがタン
ク本体21の内部に挿入されて培地のpH、DO、温度等が測
定される。さらに、本発明ではタンク本体21の内部に培
地フィルター5a、5bを配設し、タンク本体21内の培地を
潅流してもよい。すなわち、培地フィルター5aを介して
培地がタンク本体21内に供給され、培地フィルター5bを
介して培地が回収される。この場合、培地フィルター5
a、5bは培地を通し、細胞あるいは細胞が付着している
マイクロキャリアは通さない範囲で設定されたフィルタ
ーである。そして、回収用の培地フィルター5bがマイク
ロキャリア等により目づまりを生じた場合は、培地フィ
ルター5bを供給用とし培地フィルター5aを回収用とする
ことでフィルターの逆洗が可能となる。また、タンク本
体21の底部にはサンプリング用開口部28が設けられてい
る。さらに、本発明では、培地のpHを調整するための酸
性溶液あるいはアルカリ性溶液の投入口、タンク2内部
を観察するための窓部、細胞培養に先だって培地に所定
量の酸素を溶存させるために酸素を底部から小気泡状態
で供給する酸素供給部(スパージャー)等をタンク本体
21に配設してもよい。
密閉部材22は金属等の材料からなっており、タンク本体
21の上部開口を密閉するためのものである。この密閉部
材22には、加圧用エアノズル7a、7bが設けられている。
そして、密閉部材22による密閉により形成された培地10
と密閉部材22との間の気相部に加圧用エアノズル7aから
酸素を供給して、上記の気相部を加圧状態とし、培地へ
の酸素の供給をより多くするとともに、タンク2内への
雑菌の混入を防止することができる。また、加圧用エア
ノズル7bにより加圧が過剰とならないように気相部から
過剰酸素を抜くことができる。
21の上部開口を密閉するためのものである。この密閉部
材22には、加圧用エアノズル7a、7bが設けられている。
そして、密閉部材22による密閉により形成された培地10
と密閉部材22との間の気相部に加圧用エアノズル7aから
酸素を供給して、上記の気相部を加圧状態とし、培地へ
の酸素の供給をより多くするとともに、タンク2内への
雑菌の混入を防止することができる。また、加圧用エア
ノズル7bにより加圧が過剰とならないように気相部から
過剰酸素を抜くことができる。
円筒型酸素供給部材3は、支持部材31にチューブ32が円
筒形状をなすように巻き回されて形成されている。支持
部材31は密閉部材22から吊設された複数の棒材31a、31
a,…で構成されており、各棒材31aは円筒形状を形成す
るように所定の間隔を設けて配列されている。チューブ
32としてはシリコンチューブ、テフロンチューブ等の高
分子多孔質材料からなるチューブを使用することができ
る。このようなチューブ32は、外径2.0〜10mm、内径1.0
〜9.0mm、肉厚0.2〜1.0mm程度が好ましい。そして、チ
ューブ32は、上述したように各棒材31aが円筒形状を形
成するように配列されている支持部材31に隣り合うチュ
ーブ32相互が接するように横方向に一重に巻き回され、
図面上下方向に開口を有する円筒巻回し部33を形成す
る。また、このチューブ32の端部はそれぞれ密閉部材22
に設けられている酸素供給用エアノズル35a、35bに接続
されている。この円筒巻回し部33の外径は上述したタン
ク本体21の内径と、後述する撹拌部材の撹拌羽根の直径
との関係から決定することができ、これについては後述
する。また、円筒巻回し部33は貯留される培地10内に没
することが好ましく、培地10の深さに対する円筒巻回し
部33の高さの比は2:1程度が好ましい。そして、例えば
酸素供給用エアノズル35aからチューブ32に供給された
酸素は、円筒巻回し部33を通過しながらチューブ32の壁
面を透過して気泡を生じることなく培地に供給され、余
剰の酸素は酸素供給用エアノズル35bから排出される。
なお、チューブ32による培地への酸素供給は空気を用い
て行ってもよい。
筒形状をなすように巻き回されて形成されている。支持
部材31は密閉部材22から吊設された複数の棒材31a、31
a,…で構成されており、各棒材31aは円筒形状を形成す
るように所定の間隔を設けて配列されている。チューブ
32としてはシリコンチューブ、テフロンチューブ等の高
分子多孔質材料からなるチューブを使用することができ
る。このようなチューブ32は、外径2.0〜10mm、内径1.0
〜9.0mm、肉厚0.2〜1.0mm程度が好ましい。そして、チ
ューブ32は、上述したように各棒材31aが円筒形状を形
成するように配列されている支持部材31に隣り合うチュ
ーブ32相互が接するように横方向に一重に巻き回され、
図面上下方向に開口を有する円筒巻回し部33を形成す
る。また、このチューブ32の端部はそれぞれ密閉部材22
に設けられている酸素供給用エアノズル35a、35bに接続
されている。この円筒巻回し部33の外径は上述したタン
ク本体21の内径と、後述する撹拌部材の撹拌羽根の直径
との関係から決定することができ、これについては後述
する。また、円筒巻回し部33は貯留される培地10内に没
することが好ましく、培地10の深さに対する円筒巻回し
部33の高さの比は2:1程度が好ましい。そして、例えば
酸素供給用エアノズル35aからチューブ32に供給された
酸素は、円筒巻回し部33を通過しながらチューブ32の壁
面を透過して気泡を生じることなく培地に供給され、余
剰の酸素は酸素供給用エアノズル35bから排出される。
なお、チューブ32による培地への酸素供給は空気を用い
て行ってもよい。
撹拌部材4はシャフト41とこのシャフト41に螺旋状に形
成された螺旋型スクリュー撹拌羽根42とを備え、シャフ
ト41は密閉部材22に設けられている軸受部27に軸受45、
45を介して軸支されている駆動軸43の下端に装着されて
いる。螺旋型スクリュー撹拌羽根42の直径R3は、上述し
たようにタンク本体21の内径R1と円筒巻回し部33の外径
R2との関係から設定され、通常、R1:R2:R3=10:6:5〜1
0:8:7の範囲が好ましい。また、螺旋型スクリュー撹拌
羽根42の螺旋ピッチPは、螺旋型スクリュー撹拌羽根42
の直径R3との関係からP:R3=1:1〜1:2の範囲で設定する
ことが好ましい。さらに、円筒型酸素供給部材3の円筒
巻回し部33の高さHと螺旋型スクリュー撹拌羽根42の軸
方向の長さLは、H:L=1:1〜1〜1.5の範囲であること
が好ましい。そして、このような撹拌部材4は、螺旋型
スクリュー撹拌羽根42が培地10内に没するように円筒型
酸素供給部材3の円筒巻回し部33内に挿入されて保持さ
れる。また、駆動軸43の上端部には動力伝達プーリ44が
設けられ、タンク2内部は駆動軸43の下端部近傍に設け
られたシール部46により気密状態に保たれている。そし
て、駆動源により動力伝達プーリ44を介して駆動軸43が
矢印A方向に回転すると、円筒型酸素供給部材3の円筒
巻回し部33内部の培地10には螺旋型スクリュー撹拌羽根
42により上昇流(矢印B)が生じる。そして、この培地
の流れはタンク本体21と円筒型酸素供給部材3との間を
矢印Cで示されるように流れてタンク本体21の底部に至
り、再び螺旋型スクリュー撹拌羽根42による上昇流とな
って培地10の循環が行われる。
成された螺旋型スクリュー撹拌羽根42とを備え、シャフ
ト41は密閉部材22に設けられている軸受部27に軸受45、
45を介して軸支されている駆動軸43の下端に装着されて
いる。螺旋型スクリュー撹拌羽根42の直径R3は、上述し
たようにタンク本体21の内径R1と円筒巻回し部33の外径
R2との関係から設定され、通常、R1:R2:R3=10:6:5〜1
0:8:7の範囲が好ましい。また、螺旋型スクリュー撹拌
羽根42の螺旋ピッチPは、螺旋型スクリュー撹拌羽根42
の直径R3との関係からP:R3=1:1〜1:2の範囲で設定する
ことが好ましい。さらに、円筒型酸素供給部材3の円筒
巻回し部33の高さHと螺旋型スクリュー撹拌羽根42の軸
方向の長さLは、H:L=1:1〜1〜1.5の範囲であること
が好ましい。そして、このような撹拌部材4は、螺旋型
スクリュー撹拌羽根42が培地10内に没するように円筒型
酸素供給部材3の円筒巻回し部33内に挿入されて保持さ
れる。また、駆動軸43の上端部には動力伝達プーリ44が
設けられ、タンク2内部は駆動軸43の下端部近傍に設け
られたシール部46により気密状態に保たれている。そし
て、駆動源により動力伝達プーリ44を介して駆動軸43が
矢印A方向に回転すると、円筒型酸素供給部材3の円筒
巻回し部33内部の培地10には螺旋型スクリュー撹拌羽根
42により上昇流(矢印B)が生じる。そして、この培地
の流れはタンク本体21と円筒型酸素供給部材3との間を
矢印Cで示されるように流れてタンク本体21の底部に至
り、再び螺旋型スクリュー撹拌羽根42による上昇流とな
って培地10の循環が行われる。
第2図は本発明の細胞培養装置に用いられる他の円筒型
酸素供給部材を示す概略斜視図である。第2図におい
て、円筒型酸素供給部材3′は支持部材36とチューブ32
とを備えている。支持部材36は密閉部材(図示せず)か
ら吊設された複数の棒材36a、36a、…と、この棒材36
a、36a…の下端部および中間部に棒材36aの軸方向に直
交するように設けられた1組のリング部材36b、36bとか
ら構成されている。そして、チューブ32は、上下に所定
の間隔を設けて平行に配設されている1組のリング部材
36b、36b間を掛け渡すように縦方向に巻き回されて、図
面上下方向に開口を有する円筒巻回し部37が形成され
る。ここで、チューブ32は第1図に示される実施例にお
けるチューブ32と同じであり、チューブ32の端部はそれ
ぞれ密閉部材に設けられている酸素供給用エアノズル
(図示せず)に接続されている。このように、チューブ
32を縦方向に巻き回して形成された円筒型酸素供給部材
3′は、チューブ32の横方向に巻き回して形成された第
1図に示される円筒型酸素供給部材3に比べて、タンク
2内に生じる培地の流れ方向の凹凸が減少し、培地の乱
流をより少なくして撹拌による細胞の剪断破壊をより減
少することができる。
酸素供給部材を示す概略斜視図である。第2図におい
て、円筒型酸素供給部材3′は支持部材36とチューブ32
とを備えている。支持部材36は密閉部材(図示せず)か
ら吊設された複数の棒材36a、36a、…と、この棒材36
a、36a…の下端部および中間部に棒材36aの軸方向に直
交するように設けられた1組のリング部材36b、36bとか
ら構成されている。そして、チューブ32は、上下に所定
の間隔を設けて平行に配設されている1組のリング部材
36b、36b間を掛け渡すように縦方向に巻き回されて、図
面上下方向に開口を有する円筒巻回し部37が形成され
る。ここで、チューブ32は第1図に示される実施例にお
けるチューブ32と同じであり、チューブ32の端部はそれ
ぞれ密閉部材に設けられている酸素供給用エアノズル
(図示せず)に接続されている。このように、チューブ
32を縦方向に巻き回して形成された円筒型酸素供給部材
3′は、チューブ32の横方向に巻き回して形成された第
1図に示される円筒型酸素供給部材3に比べて、タンク
2内に生じる培地の流れ方向の凹凸が減少し、培地の乱
流をより少なくして撹拌による細胞の剪断破壊をより減
少することができる。
なお、本発明の細胞培養装置に用いられる円筒型酸素供
給部材は、第1図および第2図に示されるように円筒巻
回し部33、37が1重構造の円筒型酸素供給部材に限定さ
れるものではなく、円筒巻回し部33、37が多重構造の円
筒型酸素供給部材であってもよい。ここで、円筒巻回し
部33の2重構造を例として多重構造を説明する。第3図
は2重構造の円筒型酸素供給部材3″の概略断面図であ
る。第3図において、密閉部材(図示せず)から吊設さ
れる支持部材31の複数の棒材31a、31a、…は2重の円筒
形状を形成するように所定の間隔を設けて配列され、チ
ューブ32は、まず外側の各棒材31aに横方向に一重に巻
き回されて外側の円筒巻回し部33aが形成され、その
後、内側の各棒材31aに同じように横方向に一重に巻き
回されて内側の円筒巻回し部33bが形成される。このよ
うに円筒巻回し部33を外側の円筒巻回し部33aと内側の
円筒巻回し部33bとの2重構造とすることにより、円筒
型酸素供給部材の酸素供給能が格段に向上することにな
る。
給部材は、第1図および第2図に示されるように円筒巻
回し部33、37が1重構造の円筒型酸素供給部材に限定さ
れるものではなく、円筒巻回し部33、37が多重構造の円
筒型酸素供給部材であってもよい。ここで、円筒巻回し
部33の2重構造を例として多重構造を説明する。第3図
は2重構造の円筒型酸素供給部材3″の概略断面図であ
る。第3図において、密閉部材(図示せず)から吊設さ
れる支持部材31の複数の棒材31a、31a、…は2重の円筒
形状を形成するように所定の間隔を設けて配列され、チ
ューブ32は、まず外側の各棒材31aに横方向に一重に巻
き回されて外側の円筒巻回し部33aが形成され、その
後、内側の各棒材31aに同じように横方向に一重に巻き
回されて内側の円筒巻回し部33bが形成される。このよ
うに円筒巻回し部33を外側の円筒巻回し部33aと内側の
円筒巻回し部33bとの2重構造とすることにより、円筒
型酸素供給部材の酸素供給能が格段に向上することにな
る。
第4図は本発明の細胞培養装置に用いられる他の撹拌部
材を示す概略斜視図である。第4図において、撹拌部材
4′はシャフト47と、このシャフト47に支持部材49を介
してシャフト47の軸方向に対して所定の角度を形成する
ように対向して設けられた2組のプロペラ型スクリュー
撹拌羽根48とを備えている。そして、シャフト47は第1
図に示されるシャフト41と同様に図示しない駆動軸の下
端に装着されている。プロペラ型スクリュー撹拌羽根48
の幅Wは、上述した螺旋型スクリュー撹拌羽根42と同様
にタンク本体21の内径R1と円筒巻回し部33の外径R2との
関係から設定され、通常、R1:R2:W=10:6:5〜10:7:6の
範囲が好ましい。また、シャフト47の軸方向に対するプ
ロペラ型スクリュー撹拌羽根48の取り付け角度は15〜45
゜程度が好ましい。そして、このような撹拌部材4′
は、プロペラ型スクリュー撹拌羽根48が培地10内に没す
るように円筒型酸素供給部材3の円筒巻回し部33内に挿
入されて保持される。なお、図示例では2つのプロペラ
型スクリュー撹拌羽根48が対向するようにシャフト47に
装着されているが、3つ以上のプロペラ型スクリュー撹
拌羽根48をシャフト47に装着してもよい。また、図示例
では2組のプロペラ型スクリュー撹拌羽根48がシャフト
47に装着されているが、3組以上のプロペラ型スクリュ
ー撹拌羽根48が設けられてもよい。
材を示す概略斜視図である。第4図において、撹拌部材
4′はシャフト47と、このシャフト47に支持部材49を介
してシャフト47の軸方向に対して所定の角度を形成する
ように対向して設けられた2組のプロペラ型スクリュー
撹拌羽根48とを備えている。そして、シャフト47は第1
図に示されるシャフト41と同様に図示しない駆動軸の下
端に装着されている。プロペラ型スクリュー撹拌羽根48
の幅Wは、上述した螺旋型スクリュー撹拌羽根42と同様
にタンク本体21の内径R1と円筒巻回し部33の外径R2との
関係から設定され、通常、R1:R2:W=10:6:5〜10:7:6の
範囲が好ましい。また、シャフト47の軸方向に対するプ
ロペラ型スクリュー撹拌羽根48の取り付け角度は15〜45
゜程度が好ましい。そして、このような撹拌部材4′
は、プロペラ型スクリュー撹拌羽根48が培地10内に没す
るように円筒型酸素供給部材3の円筒巻回し部33内に挿
入されて保持される。なお、図示例では2つのプロペラ
型スクリュー撹拌羽根48が対向するようにシャフト47に
装着されているが、3つ以上のプロペラ型スクリュー撹
拌羽根48をシャフト47に装着してもよい。また、図示例
では2組のプロペラ型スクリュー撹拌羽根48がシャフト
47に装着されているが、3組以上のプロペラ型スクリュ
ー撹拌羽根48が設けられてもよい。
つぎに、本発明の細胞培養装置を用いた細胞培養システ
ムの一例を説明する。
ムの一例を説明する。
第5図は第1図に示されるような細胞培養装置を用いた
細胞培養システムである。第5図において、細胞培養装
置50のタンク51は培地10が貯留されたタンク本体52を密
閉部材53で密閉されている。そして、タンク本体52の外
壁部に設けられたジャケット部54には恒温槽60により温
度調整がなされた水がポンプ61により循環され、タンク
51に貯留される培地が所定の温度に保持される。また、
タンク本体52のセンサ装着用開口部55からセンサ65がタ
ンク本体52の内部に挿入されている。
細胞培養システムである。第5図において、細胞培養装
置50のタンク51は培地10が貯留されたタンク本体52を密
閉部材53で密閉されている。そして、タンク本体52の外
壁部に設けられたジャケット部54には恒温槽60により温
度調整がなされた水がポンプ61により循環され、タンク
51に貯留される培地が所定の温度に保持される。また、
タンク本体52のセンサ装着用開口部55からセンサ65がタ
ンク本体52の内部に挿入されている。
タンク51内の培地への酸素の供給は、高分子多孔質材料
からなるチューブ57を介して行われる。すなわち、酸素
ボンベ70から酸素供給用エアノズル56aを介して高分子
多孔質材料からなるチューブ57に供給された酸素は、円
筒巻回し部58を通過しながらチューブ57の壁面を透過し
て気泡を生じることなく培地に供給され、余剰の酸素は
酸素供給用エアノズル56bから排出される。また、これ
と同時に、培地10と密閉部材53間の気相部に酸素ボンベ
70から加圧用エアノズル59aを介して酸素が供給され、
上記の気相部を加圧状態とし、培地への酸素の供給をよ
り多くするとともに、タンク51内への雑菌の混入を防止
することができる。また、過剰酸素は加圧用エアノズル
59bから抜かれる。
からなるチューブ57を介して行われる。すなわち、酸素
ボンベ70から酸素供給用エアノズル56aを介して高分子
多孔質材料からなるチューブ57に供給された酸素は、円
筒巻回し部58を通過しながらチューブ57の壁面を透過し
て気泡を生じることなく培地に供給され、余剰の酸素は
酸素供給用エアノズル56bから排出される。また、これ
と同時に、培地10と密閉部材53間の気相部に酸素ボンベ
70から加圧用エアノズル59aを介して酸素が供給され、
上記の気相部を加圧状態とし、培地への酸素の供給をよ
り多くするとともに、タンク51内への雑菌の混入を防止
することができる。また、過剰酸素は加圧用エアノズル
59bから抜かれる。
また、タンク51内の培地の潅流はタンク本体52の内部に
配設された培地フィルター75a、75bを介して行われる。
すなわち、新鮮な培地を無菌的に貯蔵した培地タンク76
からポンプ77により培地フィルター75aを介して培地が
タンク本体52内に供給される。また同時に、ポンプ78に
より培地フィルター75bを介して余剰培地が代謝物とと
もに回収タンク79に回収される。そして、この培地の潅
流は培地フィルター75a、75bを介して行われるため、細
胞あるいは細胞が付着しているマイクロキャリアはタン
ク51内に残り、マイクロキャリア等の無駄な排出が防止
される。さらに、回収用の培地フィルター75bがマイク
ロキャリア等により目づまりを生じた場合は、培地フィ
ルター75bを供給用とし培地フィルター75aを回収用とす
ることでフィルターの逆洗が可能となる。
配設された培地フィルター75a、75bを介して行われる。
すなわち、新鮮な培地を無菌的に貯蔵した培地タンク76
からポンプ77により培地フィルター75aを介して培地が
タンク本体52内に供給される。また同時に、ポンプ78に
より培地フィルター75bを介して余剰培地が代謝物とと
もに回収タンク79に回収される。そして、この培地の潅
流は培地フィルター75a、75bを介して行われるため、細
胞あるいは細胞が付着しているマイクロキャリアはタン
ク51内に残り、マイクロキャリア等の無駄な排出が防止
される。さらに、回収用の培地フィルター75bがマイク
ロキャリア等により目づまりを生じた場合は、培地フィ
ルター75bを供給用とし培地フィルター75aを回収用とす
ることでフィルターの逆洗が可能となる。
上述のような細胞培養システムにおいて、予め所定のDO
とした培地に細胞が投入され、この細胞が付着性細胞の
場合は、まずマイクロキャリアに均一となるように細胞
播種を行う。その後、本培養が行なわれるが、通常、初
期培養過程では培地の潅流は行わず、バッチ処理により
細胞の増殖を行い細胞密度がある程度増大した後に培地
の潅流が行われる。本発明の細胞培養装置では、酸素の
供給が十分であるために培地のDOが高い状態に維持され
るとともに、培地の乱流が抑えられて細胞への剪断力が
最小限にとどめられるため高効率の細胞培養が可能とな
る。
とした培地に細胞が投入され、この細胞が付着性細胞の
場合は、まずマイクロキャリアに均一となるように細胞
播種を行う。その後、本培養が行なわれるが、通常、初
期培養過程では培地の潅流は行わず、バッチ処理により
細胞の増殖を行い細胞密度がある程度増大した後に培地
の潅流が行われる。本発明の細胞培養装置では、酸素の
供給が十分であるために培地のDOが高い状態に維持され
るとともに、培地の乱流が抑えられて細胞への剪断力が
最小限にとどめられるため高効率の細胞培養が可能とな
る。
つぎに、実験例を示して本発明を更に詳細に説明する。
実験例−1 第1表に示されるC−1,C−2の2種のキャリアを準備
し、第2表に示される4種の細胞培養装置(D−1(実
施例),D−2(実施例),D−3(比較例),D−4(比較
例))においてキャリアの流動に必要な撹拌部材の最低
回転数を各キャリアについて調べた。ここで、D−1
(実施例)は第1図に示されるような円筒型酸素供給部
材と螺旋型スクリュー撹拌羽根を有する撹拌部材を備え
ている。また、D−2(実施例)はD−1(実施例)の
撹拌部材を第4図に示されるプロペラ型スクリュー撹拌
羽根を有する撹拌部材にしたものである。また、D−3
(比較例)は高分子多孔質材料であるシリコンチューブ
を培養タンク内壁に配設した従来の酸素供給部材を用
い、撹拌部材のみD−1(実施例)と同じ撹拌部材を用
いたものであり、D−4(比較例)はD−3(比較例)
の撹拌部材を第4図に示されるプロペラ型スクリュー撹
拌羽根を有する撹拌部材にしたものである。そして、各
細胞培養装置のタンクは、容量10、内径220mmの同一
形状のタンクを用いた。また、円筒型酸素供給部材の外
径は110mm、螺旋型スクリュー撹拌羽根の直径は80mm、
プロペラ型スクリュー撹拌羽根の幅は80mmであった。そ
して、タンクに培地を7貯留し、この培地内にキャリ
アを35g投入した。
し、第2表に示される4種の細胞培養装置(D−1(実
施例),D−2(実施例),D−3(比較例),D−4(比較
例))においてキャリアの流動に必要な撹拌部材の最低
回転数を各キャリアについて調べた。ここで、D−1
(実施例)は第1図に示されるような円筒型酸素供給部
材と螺旋型スクリュー撹拌羽根を有する撹拌部材を備え
ている。また、D−2(実施例)はD−1(実施例)の
撹拌部材を第4図に示されるプロペラ型スクリュー撹拌
羽根を有する撹拌部材にしたものである。また、D−3
(比較例)は高分子多孔質材料であるシリコンチューブ
を培養タンク内壁に配設した従来の酸素供給部材を用
い、撹拌部材のみD−1(実施例)と同じ撹拌部材を用
いたものであり、D−4(比較例)はD−3(比較例)
の撹拌部材を第4図に示されるプロペラ型スクリュー撹
拌羽根を有する撹拌部材にしたものである。そして、各
細胞培養装置のタンクは、容量10、内径220mmの同一
形状のタンクを用いた。また、円筒型酸素供給部材の外
径は110mm、螺旋型スクリュー撹拌羽根の直径は80mm、
プロペラ型スクリュー撹拌羽根の幅は80mmであった。そ
して、タンクに培地を7貯留し、この培地内にキャリ
アを35g投入した。
上述のような条件で行った試験の結果を第2表に示し
た。第2表に示されるように、本発明による細胞培養装
置(D−1(実施例),D−2(実施例))では、低回転
でキャリアC−1の流動が可能であり、また粒子径、比
重が大きいキャリアC−2でも約30r.p.m.の回転数で流
動が可能であった。このことから、本発明のよる細胞培
養装置(D−1(実施例),D−2(実施例))が剪断力
に弱い細胞の培養に適しており、また、流動され難いキ
ャリアでも撹拌部材の低速回転で安定した流動を生じさ
せることができ、汎用性の高い培養装置であるといえ
る。
た。第2表に示されるように、本発明による細胞培養装
置(D−1(実施例),D−2(実施例))では、低回転
でキャリアC−1の流動が可能であり、また粒子径、比
重が大きいキャリアC−2でも約30r.p.m.の回転数で流
動が可能であった。このことから、本発明のよる細胞培
養装置(D−1(実施例),D−2(実施例))が剪断力
に弱い細胞の培養に適しており、また、流動され難いキ
ャリアでも撹拌部材の低速回転で安定した流動を生じさ
せることができ、汎用性の高い培養装置であるといえ
る。
実験例−2 実験例−1で用いた4種の細胞培養装置(D−1(実施
例),D−2(実施例),D−3(比較例),D−4(比較
例))について、それぞれ第5図に示される細胞培養シ
ステムを構成し、下記の細胞、培地、マイクロキャリア
を用いて細胞培養を行った。
例),D−2(実施例),D−3(比較例),D−4(比較
例))について、それぞれ第5図に示される細胞培養シ
ステムを構成し、下記の細胞、培地、マイクロキャリア
を用いて細胞培養を行った。
・細 胞…CHOK1細胞(付着性細胞) ・培 地…DMEM/F−12混合培地に非必須アミノ酸を添加
した培地 ・培地pH…7.2 ・培地温度…37℃ ・マイクロキャリア…ファルマシア製Cytodex3/コラー
ゲンコート 架橋デキストラン 培養に先立ち細胞播種を行った。細胞播種は、細胞培養
装置のタンク内に貯留されている予め滅菌状態にあるマ
イクロキャリアと培地3に細胞を無菌的に投入し、20
分間隔で約3時間間欠撹拌(回転速度30r.p.m.)した。
なお、培地は予め酸素を供給(5%CO2+95%空気によ
り供給)して酸素溶存濃度度(DO)を平衡状態としたも
のを用いた。細胞播種を行った後、培地量を7として
本培養を行った。この時のマイクロキャリア濃度は5g/
、細胞播種密度は4×105cells/mlであった。本培養
は、初期培養過程(細胞増殖期)として6日目までは培
地に牛胎児血清(FBS)を5vol%となるように添加し、
培地の潅流を行わずに培養を行った。そして、7日目か
らは培地の潅流を第6図に示される希釈率にしたがって
行った。この間の酸素の供給は5%CO2+95%空気によ
り流量500ml/分、圧力0.8kg/cm2の条件で酸素供給部材
を介して行った。なお、培地の上部の気相部には、5%
CO2+95%空気により流量100ml/分の条件で通気を行っ
た。
した培地 ・培地pH…7.2 ・培地温度…37℃ ・マイクロキャリア…ファルマシア製Cytodex3/コラー
ゲンコート 架橋デキストラン 培養に先立ち細胞播種を行った。細胞播種は、細胞培養
装置のタンク内に貯留されている予め滅菌状態にあるマ
イクロキャリアと培地3に細胞を無菌的に投入し、20
分間隔で約3時間間欠撹拌(回転速度30r.p.m.)した。
なお、培地は予め酸素を供給(5%CO2+95%空気によ
り供給)して酸素溶存濃度度(DO)を平衡状態としたも
のを用いた。細胞播種を行った後、培地量を7として
本培養を行った。この時のマイクロキャリア濃度は5g/
、細胞播種密度は4×105cells/mlであった。本培養
は、初期培養過程(細胞増殖期)として6日目までは培
地に牛胎児血清(FBS)を5vol%となるように添加し、
培地の潅流を行わずに培養を行った。そして、7日目か
らは培地の潅流を第6図に示される希釈率にしたがって
行った。この間の酸素の供給は5%CO2+95%空気によ
り流量500ml/分、圧力0.8kg/cm2の条件で酸素供給部材
を介して行った。なお、培地の上部の気相部には、5%
CO2+95%空気により流量100ml/分の条件で通気を行っ
た。
上述のような培養における細胞密度、および酸素溶存濃
度(DO)の変化を第7図、第8図に示した。
度(DO)の変化を第7図、第8図に示した。
第7図および第8図に示されるように本発明のよる細胞
培養装置D−1(実施例),D−2(実施例)を用いた培
養では、培養開始15日目以後、細胞密度は107cells/ml
以上を示し、酸素溶存濃度(DO)も3ppm以上の高い状態
が維持された。これに対して、細胞培養装置D−3(比
較例),D−4(比較例)を用いた細胞培養では、培養開
始15日目以後も細胞密度は2×106〜4×106cells/ml以
下であり、かつ、酸素溶存濃度(DO)は徐々に低下して
9日目以後は2ppm以下となり、これにともなって細胞密
度も徐々に低下を示した。
培養装置D−1(実施例),D−2(実施例)を用いた培
養では、培養開始15日目以後、細胞密度は107cells/ml
以上を示し、酸素溶存濃度(DO)も3ppm以上の高い状態
が維持された。これに対して、細胞培養装置D−3(比
較例),D−4(比較例)を用いた細胞培養では、培養開
始15日目以後も細胞密度は2×106〜4×106cells/ml以
下であり、かつ、酸素溶存濃度(DO)は徐々に低下して
9日目以後は2ppm以下となり、これにともなって細胞密
度も徐々に低下を示した。
実験例−3 実験例−1で用いた4種の細胞培養装置(D−1(実施
例),D−2(実施例),D−3(比較例),D−4(比較
例))について、それぞれ第5図に示される細胞培養シ
ステムを構成し、下記の細胞、培地を用いて細胞培養を
行った。
例),D−2(実施例),D−3(比較例),D−4(比較
例))について、それぞれ第5図に示される細胞培養シ
ステムを構成し、下記の細胞、培地を用いて細胞培養を
行った。
・細 胞…ナマルバ(Namalwa)細胞(非付着性細胞) ・培 地…RPMI−1640にFBSを5vol%となるように添加
した培地 ・培地pH…7.2 ・培地温度…37℃ 培養は、予め酸素を供給(5%CO2+95%空気により供
給)して酸素溶存濃度(DO)を平衡状態とした培地7
に細胞密度が5×105cells/mlとなるように細胞を投入
した。培養開始から6日目までは、培地の上部の気相部
に5%CO2+95%空気により流量500ml/分の条件で通気
を行い、またこの間、培地の潅流を行わずに培養を行っ
た。そして、7日目からは培地の潅流を第9図に示され
る希釈率にしたがって行った。そして、7日目からは酸
素の供給を酸素流量200ml/分、圧力0.5kg/cm2の条件で
酸素供給部材を介して行った。
した培地 ・培地pH…7.2 ・培地温度…37℃ 培養は、予め酸素を供給(5%CO2+95%空気により供
給)して酸素溶存濃度(DO)を平衡状態とした培地7
に細胞密度が5×105cells/mlとなるように細胞を投入
した。培養開始から6日目までは、培地の上部の気相部
に5%CO2+95%空気により流量500ml/分の条件で通気
を行い、またこの間、培地の潅流を行わずに培養を行っ
た。そして、7日目からは培地の潅流を第9図に示され
る希釈率にしたがって行った。そして、7日目からは酸
素の供給を酸素流量200ml/分、圧力0.5kg/cm2の条件で
酸素供給部材を介して行った。
上述のような培養における細胞密度、および酸素溶存濃
度(DO)の変化を第10図、第11図に示した。
度(DO)の変化を第10図、第11図に示した。
第10図および第11図に示されるように本発明のよる細胞
培養装置D−1(実施例),D−2(実施例)を用いた培
養では、培養開始10日目以後、細胞密度は5×106〜7
×106cells/ml以上を示し、酸素溶存濃度(DO)も3ppm
以上の高い状態が維持された。これに対して、細胞培養
装置D−3(比較例),D−4(比較例)を用いた培養で
は、培養開始10日目以後も細胞密度は1.5×106〜2×10
6cells/ml以下であり、かつ、酸素溶存濃度(DO)は徐
々に低下して10日目以後は2ppm以下となり、これにとも
なって細胞密度も徐々に低下を示した。
培養装置D−1(実施例),D−2(実施例)を用いた培
養では、培養開始10日目以後、細胞密度は5×106〜7
×106cells/ml以上を示し、酸素溶存濃度(DO)も3ppm
以上の高い状態が維持された。これに対して、細胞培養
装置D−3(比較例),D−4(比較例)を用いた培養で
は、培養開始10日目以後も細胞密度は1.5×106〜2×10
6cells/ml以下であり、かつ、酸素溶存濃度(DO)は徐
々に低下して10日目以後は2ppm以下となり、これにとも
なって細胞密度も徐々に低下を示した。
以上詳述したことから明らかなように、本発明によれば
円筒型酸素供給部材の円筒内部領域に位置するように配
設された撹拌部材により培地はタンク内壁と円筒型酸素
供給部材外壁との間の領域と円筒内部領域とを循環する
よう流れることにより、培地の乱流が抑えられて細胞へ
の剪断力が最小限にとどめられ、かつ円筒型酸素供給部
材は高分子多孔質材料からなるチューブが円筒形状をな
すように支持部材に巻き回されて形成されているので、
培地と接触する面積が大きく培地に十分な酸素が供給さ
れるため高効率の細胞培養が可能になるという効果が奏
される。
円筒型酸素供給部材の円筒内部領域に位置するように配
設された撹拌部材により培地はタンク内壁と円筒型酸素
供給部材外壁との間の領域と円筒内部領域とを循環する
よう流れることにより、培地の乱流が抑えられて細胞へ
の剪断力が最小限にとどめられ、かつ円筒型酸素供給部
材は高分子多孔質材料からなるチューブが円筒形状をな
すように支持部材に巻き回されて形成されているので、
培地と接触する面積が大きく培地に十分な酸素が供給さ
れるため高効率の細胞培養が可能になるという効果が奏
される。
第1図は本発明に係る細胞培養装置を示す部分断面図、
第2図は本発明の細胞培養装置に用いられる他の円筒型
酸素供給部材を示す概略斜視図、第3図は2重構造の円
筒型酸素供給部材の概略断面図、第4図は本発明の細胞
培養に用いられる他の撹拌部材を示す概略斜視図、第5
図は第1図に示されるような細胞培養装置を用いた細胞
培養システムを示す図、第6図および第9図は培地潅流
における希釈率を示す図、第7図および第10図は細胞培
養における細胞密度の変化を示す図、第8図および第11
図は細胞培養における酸素溶存濃度(DO)の変化を示す
図である。 1……細胞培養装置、2……タンク、3……円筒型酸素
供給部材、4……撹拌部材、5a、5b……培地フィルタ
ー、10……培地、21……タンク本体、22……密閉部材、
23……ジャケット部、31……支持部材、31a、31a……棒
材、32……チューブ、42……螺旋型スクリュー撹拌羽
根。
第2図は本発明の細胞培養装置に用いられる他の円筒型
酸素供給部材を示す概略斜視図、第3図は2重構造の円
筒型酸素供給部材の概略断面図、第4図は本発明の細胞
培養に用いられる他の撹拌部材を示す概略斜視図、第5
図は第1図に示されるような細胞培養装置を用いた細胞
培養システムを示す図、第6図および第9図は培地潅流
における希釈率を示す図、第7図および第10図は細胞培
養における細胞密度の変化を示す図、第8図および第11
図は細胞培養における酸素溶存濃度(DO)の変化を示す
図である。 1……細胞培養装置、2……タンク、3……円筒型酸素
供給部材、4……撹拌部材、5a、5b……培地フィルタ
ー、10……培地、21……タンク本体、22……密閉部材、
23……ジャケット部、31……支持部材、31a、31a……棒
材、32……チューブ、42……螺旋型スクリュー撹拌羽
根。
Claims (3)
- 【請求項1】細胞あるいは細胞が付着したマイクロキャ
リアが懸濁している培地を貯留するための密閉可能なタ
ンクと、該タンク内に配設され高分子多孔質材料からな
るチューブが円筒形状をなすように支持部材に巻き回さ
れて形成された円筒型酸素供給部材と、該円筒型酸素供
給部材の円筒内部領域に位置するように配設された撹拌
部材とを備え、前記培地が前記タンク内壁と前記円筒型
酸素供給部材外壁との間の領域と前記円筒内部領域とを
循環することを特徴とする細胞培養装置。 - 【請求項2】前記撹拌部材が螺旋型スクリュー撹拌羽根
を有することを特徴とする請求項1記載の細胞培養装
置。 - 【請求項3】前記円筒型酸素供給部材が多重構造を有す
ることを特徴とする請求項1または2記載の細胞培養装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2071126A JPH078230B2 (ja) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | 細胞培養装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2071126A JPH078230B2 (ja) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | 細胞培養装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03272678A JPH03272678A (ja) | 1991-12-04 |
JPH078230B2 true JPH078230B2 (ja) | 1995-02-01 |
Family
ID=13451566
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2071126A Expired - Fee Related JPH078230B2 (ja) | 1990-03-20 | 1990-03-20 | 細胞培養装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH078230B2 (ja) |
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JP5460241B2 (ja) * | 2009-10-30 | 2014-04-02 | 株式会社日立製作所 | 生体細胞の培養方法及び培養装置 |
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Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1990
- 1990-03-20 JP JP2071126A patent/JPH078230B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH03272678A (ja) | 1991-12-04 |
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