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JP2009089698A - Cell culture method and cell culture apparatus - Google Patents

Cell culture method and cell culture apparatus Download PDF

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JP2009089698A
JP2009089698A JP2007266222A JP2007266222A JP2009089698A JP 2009089698 A JP2009089698 A JP 2009089698A JP 2007266222 A JP2007266222 A JP 2007266222A JP 2007266222 A JP2007266222 A JP 2007266222A JP 2009089698 A JP2009089698 A JP 2009089698A
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啓介 渋谷
Ryoichi Haga
良一 芳賀
Masaru Nanba
勝 難波
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Hitachi Ltd
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Hitachi Plant Technologies Ltd
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Abstract

【課題】細胞培養において溶液を添加した際、培養槽内の局所領域の濃度変化を迅速に解消する。
【解決手段】液体培地を用いて細胞培養を行うに際して、当該液体培地に添加する溶液を空間的に複数に分割して添加する。溶液としては、アルカリ溶液、酸性溶液、若しくはアミノ酸、ビタミン、ミネラル及びタンパクの少なくともいずれか1つを含む培地溶液を挙げることができる。
【選択図】図1
When a solution is added in cell culture, a concentration change in a local region in a culture tank is quickly resolved.
When cell culture is performed using a liquid medium, a solution to be added to the liquid medium is spatially divided and added. Examples of the solution include an alkaline solution, an acidic solution, or a medium solution containing at least one of amino acids, vitamins, minerals, and proteins.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、例えば、医薬品等の主原料となる物質を生産する細胞を培養する際に適用される細胞培養方法及び細胞培養装置に関する。   The present invention relates to a cell culturing method and a cell culturing apparatus that are applied when culturing cells that produce a substance that is a main raw material such as pharmaceuticals.

抗体医薬をはじめとする医薬品は、細胞が産生する物質を主成分として含有している。このような物質は、例えば動物細胞により分泌生産されるため、動物細胞を培養し、培養液中に分泌された目的物質を分離精製することで得ることができる。   Drugs including antibody drugs contain substances produced by cells as the main component. Since such a substance is secreted and produced by animal cells, for example, it can be obtained by culturing animal cells and separating and purifying the target substance secreted in the culture solution.

細胞培養における培養方式は、種細胞を摂取してから培養終了時まで何も加えない回分培養方式、培養中に制限基質を加えるが培養終了時まで培養液は抜き取らない流加培養方式、培地を連続的に加えると共に等量の培地を抜いていく連続培養法式の3種類に分類できる。工業的な大量培養にはバリデーションの容易さより回分培養法が現在多く用いられている。   The culture method in cell culture is a batch culture method in which nothing is added until the end of the culture after inoculation of the seed cells, a fed-batch culture method in which a restriction substrate is added during the culture but the culture solution is not withdrawn until the end of the culture, It can be classified into three types: continuous culture method that continuously adds and removes the same amount of medium. For industrial mass culture, batch culture is currently used more frequently than the ease of validation.

細胞を用いた有用物質の生産方法においては、大量に使用する培地にかかるコストが高く、有用物質を低コストに提供することが困難である。したがって、細胞による有用物質の生産方法においては、より効率のよい培養方式が望まれている。現在主流の回分培養方式では、細胞の増殖と共に培地中の栄養源が減少し、乳酸、アンモニアなどの有害代謝産物が蓄積するため、細胞増殖期間を長く保つことができず、結果として有用物質の収率は低い。   In the production method of useful substances using cells, the cost of a medium used in large quantities is high, and it is difficult to provide useful substances at low cost. Therefore, a more efficient culture method is desired in the method for producing useful substances using cells. In the current mainstream batch culture method, the nutrient source in the medium decreases with the growth of the cells, and harmful metabolites such as lactic acid and ammonia accumulate, so that the cell growth period cannot be maintained for a long time. The yield is low.

この問題を解決するために、近年、流加培養方式が検討されている。この方式では、流加培養と流加方法を工夫する方式が提案されている。具体的には、エネルギー源の一つであるグルコースの利用と、主として乳酸代謝からTCAサイクルによる完全酸化とによってエネルギー源を効率的に利用させる方式である。これにより、有害代謝産物の蓄積を防いで高密度で細胞培養を達成することができる。また、流加培養方式は、回分培養方式で使用した既存の微生物培養装置の設備、ノウハウが応用できるメリットもある。   In order to solve this problem, a fed-batch culture method has been studied in recent years. In this method, a method for devising a fed-batch culture and a fed-batch method has been proposed. Specifically, the energy source is efficiently used by utilizing glucose, which is one of energy sources, and mainly from lactic acid metabolism to complete oxidation by TCA cycle. Thereby, accumulation of harmful metabolites can be prevented and cell culture can be achieved at high density. In addition, the fed-batch culture method has an advantage that the equipment and know-how of the existing microorganism culture device used in the batch culture method can be applied.

特許文献1には、発酵培養槽に滅菌用添加剤を不連続な霧状に添加する方法が開示されている。特許文献1に開示された培養方法によれば、滅菌用添加剤を不連続な霧状に添加することによって培地表面の気泡を効率的に消泡している。また、特許文献2には、炭素源フィード液を連続的に添加する培養装置が開示されている。さらに、特許文献3には、比重の重い疎水性溶媒を培養槽内に複数の液滴が培養液中を漂うように供給する装置が開示されている。   Patent Document 1 discloses a method of adding a sterilization additive to a fermentation culture tank in a discontinuous mist form. According to the culture method disclosed in Patent Document 1, bubbles on the surface of the medium are efficiently defoamed by adding the sterilizing additive in a discontinuous mist. Patent Document 2 discloses a culture apparatus that continuously adds a carbon source feed solution. Furthermore, Patent Document 3 discloses an apparatus for supplying a hydrophobic solvent having a high specific gravity so that a plurality of droplets drift in a culture solution in a culture tank.

特表2003−505102号公報Special table 2003-505102 gazette 特開平5−76346号公報JP-A-5-76346 特開平11−187868号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-187868

ところで、上述したような如何なる培養方式においても、培養期間中に種々の溶液を培地中に添加する場合がある。例えば、培地中のpHを制御するためのアルカリ溶液や酸性溶液、流加培養におけるフィード培地等を培地に所望のタイミングで添加している。これら種々の溶液を培地に添加した際、当該溶液が高濃度で存在する領域が形成されるが、当該領域は培養対象の細胞にとって過酷な環境となる。例えば、高濃度のアルカリ溶液の添加は、pHの高い領域を作り、その領域では細胞は死滅もしくは損傷を被る虞がある。また、フィード培地は高濃度に調製されているため、流加培養においてフィード培地を添加した場合、高栄養濃度領域が形成されることになり、この領域では本来あるべき流加培養の効果が発揮できない。   By the way, in any culture method as described above, various solutions may be added to the medium during the culture period. For example, an alkaline solution or acidic solution for controlling the pH in the medium, a feed medium in fed-batch culture, or the like is added to the medium at a desired timing. When these various solutions are added to the medium, a region where the solution exists at a high concentration is formed, but the region becomes a severe environment for cells to be cultured. For example, the addition of a high-concentration alkaline solution creates a region with a high pH, where cells may be killed or damaged. In addition, since the feed medium is prepared at a high concentration, when a feed medium is added in fed-batch culture, a high nutrient concentration region is formed. Can not.

すなわち、細胞培養において種々の溶液を添加することで細胞の生育に影響が生ずることがある。例えば細胞を利用した種々の物質生産を行う場合には、これに起因して生産性が低下するといった問題がある。そこで、本発明は、上述した実情に鑑み、細胞培養において溶液を添加した際、培養槽内の局所領域の濃度変化が迅速に解消される培養方法及び培養装置を提供することを目的とする。   That is, cell growth may be affected by adding various solutions in cell culture. For example, when various substances are produced using cells, there is a problem that productivity is lowered due to this. Then, in view of the above-mentioned situation, the present invention has an object to provide a culture method and a culture apparatus in which a concentration change in a local region in a culture tank can be quickly eliminated when a solution is added in cell culture.

上述した目的を達成した本発明に係る細胞培養方法は、液体培地を用いて細胞培養を行うに際して、当該液体培地に添加する溶液を空間的に複数に分割して添加することを特徴とするものである。特に、上記溶液としては、高濃度になるにつれ生産物質の生産性を減じる溶液、高濃度になるにつれ細胞に死滅若しくは損傷を与える溶液、細胞内のエネルギー代謝の回転を悪くする性質をもつ溶液、高濃度になるにつれ培養液成分に変性を生ずる性質をもつ溶液、又は高濃度になるにつれ副生成物を生成する性質をもつ溶液を挙げることができる。より具体的、上記溶液としては、アルカリ溶液、酸性溶液、若しくはアミノ酸、ビタミン、ミネラル及びタンパクの少なくともいずれか1つを含む培地溶液を挙げることができる。本発明に係る細胞培養方法において、一例として、上記溶液は噴霧ノズルによって培地に添加される。また、他の例として、上記溶液は複数の液滴として培地に添加される。   The cell culture method according to the present invention that achieves the above-described object is characterized in that when cell culture is performed using a liquid medium, a solution to be added to the liquid medium is spatially divided and added. It is. In particular, as the above solution, a solution that reduces the productivity of the product as the concentration becomes high, a solution that kills or damages the cell as the concentration becomes high, a solution that has a property of worsening rotation of energy metabolism in the cell, Examples thereof include a solution having a property of causing denaturation of a culture solution component as the concentration is increased, or a solution having a property of generating a by-product as the concentration is increased. More specifically, examples of the solution include an alkaline solution, an acidic solution, or a medium solution containing at least one of amino acids, vitamins, minerals, and proteins. In the cell culture method according to the present invention, as an example, the solution is added to the medium by a spray nozzle. As another example, the solution is added to the culture medium as a plurality of droplets.

さらに上述した目的を達成した本発明に係る細胞培養装置は、液体培地を用いて細胞培養を行う培養槽と、上記培養槽内の培地に対して、溶液を空間的に複数に分割して添加する溶液添加手段とを備える。本発明に係る細胞培養装置は、上記溶液として、例えば、高濃度になるにつれ生産物質の生産性を減じる溶液、高濃度になるにつれ細胞に死滅若しくは損傷を与える溶液、細胞内のエネルギー代謝の回転を悪くする性質をもつ溶液、高濃度になるにつれ培養液成分に変性を生ずる性質をもつ溶液、又は高濃度になるにつれ副生成物を生成する性質をもつ溶液を培地中に添加することができる。より具体的に上記溶液としては、アルカリ溶液、酸性溶液、若しくはアミノ酸、ビタミン、ミネラル及びタンパクの少なくともいずれか1つを含む培地溶液を挙げることができる。本発明に係る細胞培養装置において、上記溶液供給手段は少なくとも1以上の噴霧ノズルを備えることが好ましい。また、本発明に係る細胞培養装置において、上記溶液供給手段は上記溶液を複数の液滴として培地に添加する少なくとも1以上のノズルを備えることが好ましい。   Furthermore, the cell culture device according to the present invention that has achieved the above-described object is a culture vessel that performs cell culture using a liquid medium, and the solution is spatially divided and added to the culture medium in the culture vessel. Solution adding means. The cell culture device according to the present invention includes, for example, a solution that decreases the productivity of the produced substance as the concentration increases, a solution that kills or damages the cells as the concentration increases, and rotation of energy metabolism in the cell. It is possible to add a solution having a property of degrading the concentration, a solution having a property of denaturing the culture medium components as the concentration becomes high, or a solution having a property of generating a by-product as the concentration is increased to the medium. . More specifically, examples of the solution include an alkaline solution, an acidic solution, or a medium solution containing at least one of amino acids, vitamins, minerals, and proteins. In the cell culture device according to the present invention, the solution supply means preferably includes at least one spray nozzle. In the cell culture apparatus according to the present invention, it is preferable that the solution supply means includes at least one nozzle for adding the solution to the culture medium as a plurality of droplets.

本発明に係る細胞培養方法によれば、培地に種々の溶液を添加する培養方式であっても、培養対象の細胞の生存率、生育状態及び物質生産性を良好に維持することができる。また、本発明に係る細胞培養装置によれば、培地に種々の溶液を添加する培養方式を適用した場合であっても、培養対象の細胞の生存率、生育状態及び物質生産性を良好に維持することができる。したがって、本発明に係る細胞培養方法及び細胞培養装置によれば、例えば、培養対象の細胞に物質を生産させる際に、当該物質の生産性を向上させることができる。   According to the cell culture method according to the present invention, the survival rate, growth state, and substance productivity of cells to be cultured can be well maintained even in a culture system in which various solutions are added to the medium. In addition, according to the cell culture device of the present invention, even when a culture method in which various solutions are added to the medium is applied, the survival rate, growth state, and substance productivity of the cells to be cultured are well maintained. can do. Therefore, according to the cell culture method and the cell culture apparatus according to the present invention, for example, when a substance is produced in a cell to be cultured, the productivity of the substance can be improved.

以下、本発明に係る細胞培養方法及び細胞培養装置を図面を参照して詳細に説明する。本発明に係る細胞培養方法及び細胞培養装置は、医薬品等の主原料となる物質を生産する細胞を培養する際に適用することができる。本発明において、生産対象の物質としては、何ら限定されるものではなく、例えば抗体や酵素等のタンパク質、低分子化合物及び高分子化合物等の生理活性物質を挙げることができる。また、培養対象の細胞としては、何ら限定されるものではなく、動物細胞、植物細胞、昆虫細胞、細菌、酵母、真菌及び藻類等を挙げることができる。特に、本発明に係る細胞培養方法は、抗体や酵素等のタンパク質を生産する動物細胞を培養対象とすることが好ましい。また、本発明に係る細胞培養方法及び細胞培養装置は、上述したような物質生産を目的とするものに限定されず、細胞を培養して細胞自体を大量に取得するような際にも適用することができる。   Hereinafter, a cell culture method and a cell culture apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The cell culturing method and the cell culturing apparatus according to the present invention can be applied when culturing cells that produce substances that are main raw materials such as pharmaceuticals. In the present invention, the substance to be produced is not limited in any way, and examples thereof include proteins such as antibodies and enzymes, physiologically active substances such as low molecular compounds and high molecular compounds. Further, the cells to be cultured are not limited in any way, and examples include animal cells, plant cells, insect cells, bacteria, yeasts, fungi, and algae. In particular, the cell culture method according to the present invention preferably targets animal cells that produce proteins such as antibodies and enzymes. In addition, the cell culture method and the cell culture apparatus according to the present invention are not limited to those for the purpose of producing substances as described above, and are also applied when cells are cultured to obtain a large amount of cells. be able to.

本発明に係る細胞培養方法及び細胞培養装置では、アミノ酸濃度及び/又は炭素源濃度を所定の値に調整した初期培地を準備する。ここで、アミノ酸とは、天然タンパク質を構成する20種類のアミノ酸、シスチン、ヒドロキシリジン、ヒドロキシプロリン、チロキシン、O-ホスホセリン、デスモシン等を挙げることがでる。炭素源としては、特に限定されないが、細胞培養に一般的に使用される炭素源を挙げることができる。例えば、グルコース、ラクトース、ガラクトース、ラフィノース、マンノース、セロビオース、アラビノース、キシロース、ソルビトール、フルクトース、スクロース及びマルトース等の糖類を挙げることができる。また、炭素源としては、糖類以外にもアルコールを使用しても良い。   In the cell culture method and the cell culture apparatus according to the present invention, an initial medium in which the amino acid concentration and / or the carbon source concentration is adjusted to a predetermined value is prepared. Examples of amino acids include 20 kinds of amino acids constituting natural proteins, cystine, hydroxylysine, hydroxyproline, thyroxine, O-phosphoserine, desmosine and the like. Although it does not specifically limit as a carbon source, The carbon source generally used for cell culture can be mentioned. Examples thereof include saccharides such as glucose, lactose, galactose, raffinose, mannose, cellobiose, arabinose, xylose, sorbitol, fructose, sucrose, and maltose. Moreover, as a carbon source, you may use alcohol other than saccharides.

細胞培養装置の一例としては、図1に示すように、細胞を接種するための接種口1と、培養溶液中の状態を測定するためのDO電極2、pH電極3及び測温抵抗体4と、培養液の温度を調整するためのヒータ5と、培養液を攪拌するための攪拌翼6と、培養液のサンプリングのためのサンプリング口7と、培養中の溶液の添加するためのアルカリ添加配管8と、フィード培地添加配管9と、ガス交換のための空気入口10と、排気口11と、液中通気するためのスパージャー12と、通気により液面に生じる泡を除去するための消泡電極13と、培養終了時の培養液を回収するための液出口14とを備えている。また、細胞培養装置は、培養槽20を滅菌するための温調水入口15、温調水出口16、洗浄のためのCIP(定置洗浄)口17及びスプレーボール18を備えている。なお、図示しないが、細胞培養装置は培養中の細胞19の様子を目視で観測するための覗窓や照明を有している。   As an example of the cell culture apparatus, as shown in FIG. 1, an inoculation port 1 for inoculating cells, a DO electrode 2, a pH electrode 3 and a resistance temperature detector 4 for measuring a state in a culture solution, The heater 5 for adjusting the temperature of the culture solution, the stirring blade 6 for stirring the culture solution, the sampling port 7 for sampling the culture solution, and the alkali addition pipe for adding the solution during the culture 8, feed medium addition pipe 9, air inlet 10 for gas exchange, exhaust outlet 11, sparger 12 for venting in the liquid, and defoaming for removing bubbles generated on the liquid surface by venting An electrode 13 and a liquid outlet 14 for collecting the culture solution at the end of the culture are provided. The cell culture apparatus also includes a temperature-controlled water inlet 15 for sterilizing the culture tank 20, a temperature-controlled water outlet 16, a CIP (stationary cleaning) port 17 for cleaning, and a spray ball 18. Although not shown, the cell culture device has a viewing window and illumination for visually observing the state of the cells 19 being cultured.

また、細胞培養装置における培養槽20の周りには、図2に示すように、培地を調製するための培地調製槽21、培地成分補給のためのフィード培地を貯めた培地供給槽22、培養の状況をモニタリングしたデータを記録する記録装置23、モニタリングから培養状況を判断する解析装置24、解析結果から培養運転を制御する制御装置25、洗浄や滅菌等で使用するための純水製造装置26、ピュアスチーム(PS)発生装置27、WFI (Water for Injection)発生装置28が設置されている。なお、培地調製槽21と培養槽20との間はフィルタ29を介して接続されている。   Further, around the culture tank 20 in the cell culture apparatus, as shown in FIG. 2, a medium preparation tank 21 for preparing a medium, a medium supply tank 22 storing a feed medium for supplementing medium components, A recording device 23 for recording data obtained by monitoring the situation, an analysis device 24 for judging the culture state from the monitoring, a control device 25 for controlling the culture operation from the analysis result, a pure water production device 26 for use in washing or sterilization, A pure steam (PS) generator 27 and a WFI (Water for Injection) generator 28 are installed. The medium preparation tank 21 and the culture tank 20 are connected via a filter 29.

特に、細胞培養装置は、培地に溶液を添加するための溶液添加手段を有している。図1及び2に示した細胞培養装置において、溶液添加手段は、アルカリ添加配管8及びフィード培地添加配管9、並びに培地供給槽22となる。また、溶液添加手段は、pH電極3で測定した培地のpH値を記録装置23で記録し、このpH値が閾値を下回ったときに制御装置25によって所定量のアルカリ溶液をアルカリ添加配管8から添加するような構成であっても良い。また、溶液添加手段は、予め設定したフィード培地の添加タイミングに基づいて制御装置25によって所定量のフィード培地をからフィード培地添加配管9から添加するような構成であっても良い。   In particular, the cell culture device has a solution addition means for adding a solution to the medium. In the cell culture apparatus shown in FIGS. 1 and 2, the solution addition means is the alkali addition pipe 8, the feed medium addition pipe 9, and the medium supply tank 22. The solution addition means records the pH value of the medium measured with the pH electrode 3 with the recording device 23, and when this pH value falls below the threshold value, a predetermined amount of alkaline solution is supplied from the alkali addition pipe 8 by the control device 25. The structure which adds may be sufficient. Further, the solution addition means may be configured to add a predetermined amount of feed medium from the feed medium addition pipe 9 by the control device 25 based on a preset feed medium addition timing.

特に、本発明に係る細胞培養装置において、溶液添加手段は、添加対象の溶液を空間的に複数に分割して添加する。ここで、添加対象の溶液とは、特に限定されず、細胞の培養に際して培地に添加される種々の溶液を挙げることができる。本発明を適用して、空間的に複数に分割して添加することが望ましい溶液としては、培地において高濃度になるにつれ生産物質の生産性を減じるような性質を有する溶液、高濃度になるにつれ細胞に死滅若しくは損傷を与えるような性質を有する溶液、細胞内のエネルギー代謝の回転を悪くする性質をもつ溶液、高濃度になるにつれ培養液成分に変性を生ずる性質をもつ溶液、又は高濃度になるにつれ副生成物を生成する性質をもつ溶液を挙げることができる。より具体的に、溶液としては、培地のpHを調製するためのアルカリ溶液及び酸性溶液を挙げることができる。これらアルカリ溶液及び酸性溶液は、高濃度な状態で細胞と接触すると、生産物質の生産性を減じるように作用したり、細胞に死滅若しくは損傷を与えるように作用したり、培養液成分に変性を生ずるように作用する虞がある。また、溶液としては、培地成分を補充するための培地溶液を挙げることができる。培地溶液とは、アミノ酸、ビタミン、ミネラル及びタンパクの少なくともいずれか1つを含む組成の溶液を意味する。この培地溶液は、高濃度で細胞と接触すると細胞内のエネルギー代謝の回転を悪くするように作用したり、高濃度になるにつれ培養液成分に変性を生ずるように作用したり、或いは高濃度になるにつれ副生成物を生成する性質をもつ虞がある。   In particular, in the cell culture device according to the present invention, the solution adding means spatially divides and adds the solution to be added. Here, the solution to be added is not particularly limited, and examples thereof include various solutions added to the medium during cell culture. As a solution to which the present invention is applied, it is desirable to add it in a plurality of spatially divided solutions, which have properties that reduce the productivity of the product substance as the concentration in the medium increases, and as the concentration increases. Solutions that have the property of killing or damaging cells, solutions that slow down the turnover of intracellular energy metabolism, solutions that have the property of causing degeneration of culture fluid components as the concentration increases, or high concentrations As a result, a solution having a property of generating a by-product can be mentioned. More specifically, examples of the solution include an alkaline solution and an acidic solution for adjusting the pH of the medium. These alkaline solutions and acidic solutions, when in contact with cells in a high concentration state, act to reduce the productivity of the produced substance, act to kill or damage the cells, and denature the culture solution components. There is a risk that it will occur. Examples of the solution include a medium solution for supplementing medium components. The medium solution means a solution having a composition containing at least one of amino acids, vitamins, minerals, and proteins. This medium solution acts to deteriorate the turnover of energy metabolism in the cell when it comes into contact with the cell at a high concentration, acts to denature the culture medium components as the concentration increases, or increases the concentration. As it becomes, there exists a possibility of having the property to produce | generate a by-product.

添加対象の溶液を空間的に複数に分割して添加するには、例えば、配管の先端部における開口部を複数箇所設けた構成や、配管の先端部をメッシュ状にした構成を挙げることができる。空間的に複数に分割して所定量の溶液を添加した場合、等量の溶液を一括して添加した場合と比較して、個々の液滴が小径となり、培地に接触する比表面積が大となる結果、短時間で分散して均一な状態となる。このため空間的に複数に分割して所定量の溶液を添加した場合、当該溶液が高濃度で存在する領域を小さくすることができるとともに、より短時間で均一な濃度状態とすることができる。   In order to spatially divide and add the solution to be added, for example, a configuration in which a plurality of openings at the tip of the pipe are provided or a configuration in which the tip of the pipe is meshed can be given. . When a predetermined amount of solution is added in a spatially divided manner, each droplet has a smaller diameter and a larger specific surface area in contact with the medium than when an equal amount of solution is added all at once. As a result, it is dispersed in a short time and becomes uniform. For this reason, when a predetermined amount of solution is spatially divided and added, a region where the solution exists at a high concentration can be reduced, and a uniform concentration state can be achieved in a shorter time.

また、添加対象の溶液を空間的に複数に分割して添加するには、図3に示すように、培地に面する配管の先端部が複数に分岐したような溶液添加路31を使用しても良い。この溶液添加路31において、配管の先端部は複数の開口部を有するような構成やメッシュ状の構成としても良い。   Further, in order to add the solution to be added in a spatially divided manner, as shown in FIG. 3, a solution addition path 31 in which the tip of the pipe facing the culture medium is branched into a plurality is used. Also good. In this solution addition path 31, the tip of the pipe may have a configuration having a plurality of openings or a mesh configuration.

さらに、添加対象の溶液を空間的に複数に分割して添加するには、例えば溶液を霧状とするようなものであってもよい。添加対象の培地を霧状に添加するには、例えば図4に示すように、噴霧ノズルを使用した構成を適用することができる。噴霧ノズルは、例えば0.5〜10kPaの高圧空気室32と、添加溶液が供給される溶液室33とから構成されている。溶液室33に溶液を供給するとともに高圧空気を高圧空気室32に供給することによって、先端部から排出される溶液を霧状とすることができる。溶液室33には、溶液タンクTからポンプ装置35を用いて溶液を供給することができる。なお、溶液の供給量は、歪ゲージ圧力計34を用いることで制御することができる。また実際には、添加が必要なときに信号を送り、歪ゲージ圧力計を制御することで、添加制御を行うことができる。   Furthermore, in order to add the solution to be added in a spatially divided manner, for example, the solution may be in the form of a mist. In order to add the medium to be added in the form of a mist, for example, as shown in FIG. 4, a configuration using a spray nozzle can be applied. The spray nozzle is composed of, for example, a high-pressure air chamber 32 of 0.5 to 10 kPa and a solution chamber 33 to which an additive solution is supplied. By supplying the solution to the solution chamber 33 and supplying high-pressure air to the high-pressure air chamber 32, the solution discharged from the tip can be made into a mist. A solution can be supplied from the solution tank T to the solution chamber 33 using the pump device 35. The supply amount of the solution can be controlled by using a strain gauge pressure gauge 34. In practice, the addition control can be performed by sending a signal when the addition is necessary and controlling the strain gauge pressure gauge.

さらにまた、添加対象の培地を霧状に添加するには、例えば図5に示すように、バブルジェット方式のノズルを使用することができる。バブルジェット方式ノズルは、上面にピエゾ素子36を配設した振動板37と、溶液を供給する供給孔38及び供給孔38に供給された溶液を排出するノズル孔を有するノズル部材とが一体となるように構成されている。バブルジェット方式ノズルにおいて、供給孔38から入った溶液は、振動板37とノズル部材との間の空間に入る。ピエゾ素子36に電圧をかけることで振動板37が湾曲し、内部空間が狭まり、ノズル孔39から溶液40が噴射する。なお、溶液の添加が必要なときに信号を送り、ピエゾ素子に電圧をかけることで添加制御を行うことができる。   Furthermore, in order to add the medium to be added in the form of a mist, for example, as shown in FIG. 5, a bubble jet type nozzle can be used. In the bubble jet type nozzle, a diaphragm 37 having a piezo element 36 disposed on the upper surface, a supply hole 38 for supplying a solution, and a nozzle member having a nozzle hole for discharging the solution supplied to the supply hole 38 are integrated. It is configured as follows. In the bubble jet type nozzle, the solution entering from the supply hole 38 enters the space between the diaphragm 37 and the nozzle member. When a voltage is applied to the piezo element 36, the diaphragm 37 is curved, the internal space is narrowed, and the solution 40 is ejected from the nozzle hole 39. Note that the addition control can be performed by sending a signal when the solution needs to be added and applying a voltage to the piezo element.

また、図4に示したような噴霧ノズル或いは図5に示したようなバブルジェット方式ノズルを使用する場合、細胞培養装置は、これら噴霧ノズルやバブルジェット方式ノズルを確実に滅菌できるようなシステムを備えることが好ましい。具体的には、添加対象の溶液を噴霧ノズルやバブルジェット方式ノズルに供給するための配管51の中途部にバルブ53を介してピュアスチーム(PS)発生装置27を接続し、ピュアスチーム(PS)発生装置27からのピュアスチームを培養槽内に供給するためのスチーム用配管52を配設し、培養槽の底部にドレイントラップ54を配設する。以上のように構成することによって、噴霧ノズルやバブルジェット方式ノズルを使用した場合であっても確実に滅菌することができる。具体的にノズルの滅菌に関しては、バルブ53を開き、配管51に例えば121℃のピュアスチームを流すことにより、配管51を滅菌するとともに配管51内にできる液溜まりを除去する。同時に配管52に例えば121℃のピュアスチームを流し、培養槽内の温度を100℃以上に上げる。これにより、ノズル内の液溜まりを確実に除去することができる。この際、培養槽内の底に液溜まりが生じるが、ドレイントラップ54を開くことにより除去することができる。以上の操作により配管51、培養槽、ノズルのすべてを滅菌することができる。なお滅菌法は、本方法に限らず、乾熱滅菌等の他の滅菌方法を適用することもできる。   In addition, when the spray nozzle as shown in FIG. 4 or the bubble jet type nozzle as shown in FIG. 5 is used, the cell culture apparatus has a system that can reliably sterilize the spray nozzle and the bubble jet type nozzle. It is preferable to provide. Specifically, a pure steam (PS) generator 27 is connected via a valve 53 to a middle portion of a pipe 51 for supplying a solution to be added to a spray nozzle or a bubble jet type nozzle. A steam pipe 52 for supplying pure steam from the generator 27 into the culture tank is provided, and a drain trap 54 is provided at the bottom of the culture tank. By comprising as mentioned above, even if it is a case where a spray nozzle or a bubble jet system nozzle is used, it can sterilize reliably. Specifically, regarding the sterilization of the nozzle, the valve 53 is opened and, for example, pure steam at 121 ° C. is allowed to flow through the pipe 51 to sterilize the pipe 51 and remove a liquid pool formed in the pipe 51. At the same time, for example, 121 ° C. pure steam is caused to flow through the pipe 52 to raise the temperature in the culture tank to 100 ° C. or higher. Thereby, the liquid pool in a nozzle can be removed reliably. At this time, although a liquid pool is generated at the bottom in the culture tank, it can be removed by opening the drain trap 54. By the above operation, all of the pipe 51, the culture tank, and the nozzle can be sterilized. The sterilization method is not limited to this method, and other sterilization methods such as dry heat sterilization can also be applied.

以上のように構成された細胞培養装置によれば、以下のようにして、細胞の生育や細胞による物質生産に悪影響を及ぼすことなく細胞培養を行うことができる。なお、培養の前に培養槽内及び配管は、上述したように121℃のスチームで20分以上滅菌する。PS発生装置27からのピュアスチームを用いることによって、培養に関与するすべての配管および培養槽等、pH計等の各計器類も滅菌することができる。培地調製槽21内でWFIを用いて培地を調製し、0.25μm孔のフィルタ29を通して、培養槽内へと送液する。培養槽内の培地をヒータ5に温調水を流すことにより例えば37℃に制御し、攪拌翼6で攪拌しながら、空気、窒素、酸素、二酸化炭素を適切に混合させた混合ガスを空気入口10から入れることで、培地のpH及びDO(溶存酸素濃度)を培養に適した値に調整する。その後、種培養しておいた細胞を接種口1より無菌的に入れた。   According to the cell culture apparatus configured as described above, cell culture can be performed without adversely affecting cell growth and substance production by cells as follows. Before culturing, the inside of the culture tank and the piping are sterilized with steam at 121 ° C. for 20 minutes or longer as described above. By using the pure steam from the PS generator 27, it is possible to sterilize each instrument such as a pH meter, such as all pipes and culture tanks involved in the culture. A medium is prepared using WFI in the medium preparation tank 21, and fed to the culture tank through a filter 29 having a 0.25 μm pore. The temperature of the culture medium in the culture tank is controlled to 37 ° C. by flowing temperature-controlled water through the heater 5, and a mixed gas in which air, nitrogen, oxygen, and carbon dioxide are appropriately mixed while being stirred by the stirring blade 6 is supplied to the air inlet. 10 to adjust the pH and DO (dissolved oxygen concentration) of the medium to values suitable for culture. Thereafter, the seed-cultured cells were aseptically introduced from the inoculation port 1.

培養開始後、培養状態を確認及び制御するため、適時サンプリング口7より培養液のサンプリングを行う。サンプリングに関しては、滅菌の為、まず、配管に121℃のピュアスチームを20分以上流し、滅菌空気を送風することで乾燥させる。必要に応じてこの工程を複数回繰返してもよい。その後、配管の温度を冷まし、バルブを開いてサンプリング口7から培養液を採取し、目的量を確保したらバルブを閉じ、上記滅菌工程を経て配管の滅菌を行う。採取した培養液は調べたい成分に適した分析計を用いて分析することができる。   After the start of culture, the culture solution is sampled from the sampling port 7 in a timely manner in order to confirm and control the culture state. As for sampling, for sterilization, first, pure steam at 121 ° C. is allowed to flow through the pipe for 20 minutes or more and dried by blowing sterilized air. You may repeat this process in multiple times as needed. Thereafter, the temperature of the pipe is cooled, the valve is opened, the culture solution is collected from the sampling port 7, and when the target amount is secured, the valve is closed and the pipe is sterilized through the sterilization step. The collected culture solution can be analyzed using an analyzer suitable for the component to be examined.

培養中、液面上でのガスの交換が制御に間に合わなくなれば、あるいはその前に混合ガスの通気を液面からの通気からスパージャー12を用いた液中通気を行うことで制御を行うことができる。   If the exchange of gas on the liquid level is not in time for the control during the culture, or before that, the mixed gas is vented from the liquid level to the liquid level using the sparger 12. Can do.

特に、本発明に係る細胞培養装置によれば、細胞の増殖に伴って培地のpHが設定値より酸性へと傾いた場合、アルカリ溶液の添加を行うことで培地のpH調節を行うことができる。このとき、培地に添加されるアルカリ溶液の添加量は、目的とする培地のpH値に応じて算出されることとなる。添加量が決まったアルカリ溶液は、空間的に複数に分割されて培地に添加される。これにより、高濃度のアルカリ溶液が高濃度で存在する領域を小さくすることができるため、細胞に対する損傷や死滅を防止することができる。また、添加されたアルカリ溶液は、より短時間で均一に分散することができ、短時間で培地全体のpH調節を行うことができる。   In particular, according to the cell culture device according to the present invention, when the pH of the medium is more acidic than the set value as cells grow, the pH of the medium can be adjusted by adding an alkaline solution. . At this time, the amount of the alkaline solution added to the medium is calculated according to the pH value of the target medium. The alkaline solution whose amount of addition is determined is spatially divided into a plurality and added to the medium. Thereby, since the area | region where a high concentration alkaline solution exists in high concentration can be made small, the damage and death to a cell can be prevented. Further, the added alkaline solution can be uniformly dispersed in a shorter time, and the pH of the whole medium can be adjusted in a shorter time.

また、本発明に係る細胞培養装置では、所定のタイミングで培地成分補給のためのフィード培地の添加を行う。フィード培地の添加は、培養中のサンプリングした培養液の成分を分析し、その結果から細胞が消費した栄養量を決定し、次にフィードするまでに必要なフィード培地の添加量を計算する。添加量が決まったフィード培地は空間的に複数に分割されて培地に添加される。これにより、培地中においてフィード培地が局所的に高濃度となることを防止できるため、培養中の細胞内のエネルギー代謝効率を維持できるとともに副生成物等の生成を防止することができる。その結果、細胞の増殖や細胞による物質生産を阻害することを防止できる。   In the cell culture device according to the present invention, a feed medium for supplementing medium components is added at a predetermined timing. The addition of the feed medium is performed by analyzing the components of the sampled culture medium during the cultivation, determining the nutrient amount consumed by the cells from the results, and calculating the amount of the feed medium necessary for the next feeding. The feed medium whose amount is determined is spatially divided into a plurality and added to the medium. Thereby, since it can prevent that a feed culture medium becomes high concentration locally in a culture medium, the energy metabolic efficiency in the cell in culture | cultivation can be maintained, and production | generation of a by-product etc. can be prevented. As a result, inhibition of cell growth and substance production by the cells can be prevented.

以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではない。
〔実施例1〕添加溶液を分割することによる効果
(実験方法)
本実施例ではマウスマウスハイブリドーマであるCRL-1606細胞(American Type Culture Collectionより購入)を用いた。この細胞は抗フィブロネクチン抗体を分泌する浮遊系の細胞である。培養にはIscove's Modified Dulbecco's Medium(IMDM培地)に5%濃度になるようにFetal bovine serum(FBS)を添加した培地を用いた。以下血清培地と呼ぶ。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, the technical scope of this invention is not limited to a following example.
[Example 1] Effect of dividing the added solution (experimental method)
In this example, mouse mouse hybridoma CRL-1606 cells (purchased from the American Type Culture Collection) were used. These cells are floating cells that secrete anti-fibronectin antibodies. For the culture, a medium in which Fetal bovine serum (FBS) was added to Iscove's Modified Dulbecco's Medium (IMDM medium) to a concentration of 5% was used. Hereinafter referred to as serum medium.

細胞の調製を示す。血清培地で培養した細胞を遠心機により沈降させ(800rpm、5分)、上澄み液(培養液)を取り除き、2mol/lの塩酸でpH6.0に調製した血清培地を添加し、細胞数密度を0.8×10cells/mlとした後、径9cmの丸型培養皿に10ml加えた。アルカリ溶液の添加法を示す。pHを中性に戻すため、この培養皿の上から図6(a)に示すような構成で培養皿の中心に0.5mlの2%NaOHを1滴添加する場合、図6(b)に示すような構成で0.25mlの2%NaOHを2滴(計0.5 ml)添加する場合、図6(c)に示すような構成で0.17mlの2%NaOHを3滴(計0.5 ml)添加する場合、図6(d)に示すような構成で0.5mlの2%NaOHを噴霧して添加する場合、の4通りについて培養を行った。評価はNaOH添加前後での細胞の生存率により行った。細胞の生存率については、トリパンブルー染色法を用いBioProfile 100Plus(Beckman Coulter)を利用した。 Cell preparation is shown. Cells cultured in serum medium are sedimented with a centrifuge (800 rpm, 5 minutes), the supernatant (culture medium) is removed, serum medium prepared to pH 6.0 with 2 mol / l hydrochloric acid is added, and the cell number density is increased. After adjusting to 0.8 × 10 6 cells / ml, 10 ml was added to a round culture dish having a diameter of 9 cm. The addition method of an alkaline solution is shown. In order to return the pH to neutrality, when one drop of 0.5 ml of 2% NaOH is added to the center of the culture dish in the configuration as shown in FIG. When adding 2 drops of 0.25 ml of 2% NaOH (total 0.5 ml) in the configuration as shown, 3 drops of 0.17 ml of 2% NaOH in the configuration as shown in FIG. In the case of adding 5 ml), the culture was carried out in four ways: when 0.5 ml of 2% NaOH was sprayed and added in the configuration shown in FIG. The evaluation was performed based on the cell viability before and after the addition of NaOH. For the cell viability, BioProfile 100Plus (Beckman Coulter) was used using trypan blue staining.

結果を図7に示す。1箇所からNaOHを添加した場合、生存率が添加前より68%と大きく減少したのに対し、2箇所、3箇所から分けてNaOHを添加した場合、それぞれ80%、82%となり、更に、噴霧状に添加した場合には85%とアルカリ溶液による細胞損傷が改善された。以上の結果から、培地中のpHを調節するためのアルカリ溶液を空間的に複数に分割して添加することによって、培養中の細胞に対する損傷や死滅といった影響を大幅に低減できることが明らかとなった。   The results are shown in FIG. When NaOH was added from one place, the survival rate was greatly reduced to 68% before addition, whereas when NaOH was added separately from two places, it became 80% and 82%, respectively. When added in the form of 85%, cell damage by the alkaline solution was improved. From the above results, it was clarified that the effects of damage and death on cells in culture can be greatly reduced by adding an alkaline solution to adjust the pH in the medium in multiple spatial divisions. .

本発明を適用した細胞培養装置における培養槽を模式的に示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows typically the culture tank in the cell culture apparatus to which this invention is applied. 本発明を適用した細胞培養装置における培養槽の周辺装置を模式的に示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows typically the peripheral apparatus of the culture tank in the cell culture apparatus to which this invention is applied. 本発明を適用した細胞培養装置における分岐型配管を模式的に示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows typically the branch type piping in the cell culture apparatus to which this invention is applied. ノズルを用いた添加方式を模式的に示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows typically the addition system using a nozzle. バブルジェットを用いた添加方式を模式的に示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows typically the addition system using a bubble jet. 実施例におけるNaOHの添加方法を示す図である。(a)は培養皿の円中心に対して一括して添加する場合、(b)は培養皿の2箇所から同時に添加する場合、(c)培養皿の3箇所から同時に添加する場合、(d)スプレーにより霧状に添加する場合であり、それぞれ右に示した図中の×はNaOHを添加した培養皿中の位置を示す。It is a figure which shows the addition method of NaOH in an Example. When (a) is added all at once to the center of the culture dish, (b) is added simultaneously from two parts of the culture dish, (c) is added simultaneously from three parts of the culture dish, (d ) In the case of adding in a mist form by spraying, each X in the figure shown on the right indicates the position in the culture dish to which NaOH was added. 実施例におけるNaOHの添加方法の違いによる生存率の変化を示した図である。It is the figure which showed the change of the survival rate by the difference in the addition method of NaOH in an Example.

符号の説明Explanation of symbols

1…接種口、2…DO電極、3…pH電極、4…測温抵抗体、5…ヒータ、6…攪拌翼、7…サンプリング口、8…アルカリ添加配管、9…フィード培地添加配管、10…空気入口、11…排気口、12…スパージャー、13…消泡電極、14…液出口、15…温調水入口、16…温調水出口、17…CIP(定置洗浄)口、18…スプレーボール、19…細胞、20…培養槽、21…培地調製槽、22…培地供給槽、23…記録装置、24…解析装置、25…制御装置、26…純水製造装置、27…ピュアスチーム(PS)発生装置、28…WFI発生装置、29…フィルタ、30…ポンプ、31…分岐型配管、32…高圧空気室、33…アルカリ溶液室、34…歪ゲージ式圧力計、35…ポンプユニット、36…ピエゾ素子、37…振動板、38…供給孔、39…ノズル孔、40…液滴、51…アルカリ溶液添加用配管、52…スチーム用配管、53…ドレイン用バルブ、54…ドレイントラップ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Inoculation port, 2 ... DO electrode, 3 ... pH electrode, 4 ... Resistance temperature detector, 5 ... Heater, 6 ... Stirrer blade, 7 ... Sampling port, 8 ... Alkaline addition piping, 9 ... Feed culture medium addition piping, 10 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Air inlet, 11 ... Exhaust port, 12 ... Sparger, 13 ... Defoaming electrode, 14 ... Liquid outlet, 15 ... Temperature control water inlet, 16 ... Temperature control water outlet, 17 ... CIP (stationary washing) port, 18 ... Spray ball, 19 ... cell, 20 ... culture tank, 21 ... medium preparation tank, 22 ... medium supply tank, 23 ... recording device, 24 ... analyzer, 25 ... control device, 26 ... pure water production device, 27 ... pure steam (PS) generator, 28 ... WFI generator, 29 ... filter, 30 ... pump, 31 ... branch pipe, 32 ... high pressure air chamber, 33 ... alkali solution chamber, 34 ... strain gauge pressure gauge, 35 ... pump unit 36 ... Piezo element 37 ... Diaphragm 38 ... Kyuana, 39 ... nozzle hole 40 ... droplets, 51 ... alkaline solution addition pipe, 52 ... piping steam, 53 ... drain valve, 54 ... drain trap

Claims (10)

液体培地を用いて細胞培養を行うに際して、当該液体培地に添加する溶液を空間的に複数に分割して添加することを特徴とする細胞培養方法。   A method for culturing a cell, characterized in that when cell culture is performed using a liquid medium, a solution to be added to the liquid medium is spatially divided and added. 上記溶液は、高濃度になるにつれ生産物質の生産性を減じる溶液、高濃度になるにつれ細胞に死滅若しくは損傷を与える溶液、細胞内のエネルギー代謝の回転を悪くする性質をもつ溶液、高濃度になるにつれ培養液成分に変性を生ずる性質をもつ溶液、又は高濃度になるにつれ副生成物を生成する性質をもつ溶液であることを特徴とする請求項1記載の細胞培養方法。   The above solutions are solutions that reduce the productivity of the product as the concentration increases, solutions that kill or damage the cells as the concentration increases, solutions that deteriorate the rotation of intracellular energy metabolism, and concentrations that increase. 2. The cell culture method according to claim 1, wherein the cell culture method is a solution having a property of causing denaturation of a culture solution component, or a solution having a property of generating a byproduct as the concentration becomes high. 上記溶液は、アルカリ溶液、酸性溶液、若しくはアミノ酸、ビタミン、ミネラル及びタンパクの少なくともいずれか1つを含む培地溶液であることを特徴とする請求項1記載の細胞培養方法。   The cell culture method according to claim 1, wherein the solution is an alkaline solution, an acidic solution, or a medium solution containing at least one of amino acids, vitamins, minerals, and proteins. 上記溶液は、噴霧ノズルによって培地に添加されることを特徴とする請求項1記載の細胞培養方法。   The cell culture method according to claim 1, wherein the solution is added to the medium by a spray nozzle. 上記溶液は、複数の液滴として培地に添加されることを特徴とする請求項1記載の細胞培養方法。   The cell culture method according to claim 1, wherein the solution is added to the medium as a plurality of droplets. 液体培地を用いて細胞培養を行う培養槽と、
上記培養槽内の培地に対して、溶液を空間的に複数に分割して添加する溶液添加手段とを備える細胞培養装置。
A culture vessel for culturing cells using a liquid medium;
A cell culturing apparatus comprising solution adding means for spatially dividing and adding a solution to the medium in the culture tank.
上記溶液は、高濃度になるにつれ生産物質の生産性を減じる溶液、高濃度になるにつれ細胞に死滅若しくは損傷を与える溶液、細胞内のエネルギー代謝の回転を悪くする性質をもつ溶液、高濃度になるにつれ培養液成分に変性を生ずる性質をもつ溶液、又は高濃度になるにつれ副生成物を生成する性質をもつ溶液であることを特徴とする請求項6記載の細胞培養装置。   The above solutions are solutions that reduce the productivity of the product as the concentration increases, solutions that kill or damage the cells as the concentration increases, solutions that deteriorate the rotation of intracellular energy metabolism, and concentrations that increase. 7. The cell culture device according to claim 6, wherein the cell culture device is a solution having a property of causing denaturation of a culture solution component, or a solution having a property of generating a byproduct as the concentration becomes high. 上記溶液は、アルカリ溶液、酸性溶液、若しくはアミノ酸、ビタミン、ミネラル及びタンパクの少なくともいずれか1つを含む培地溶液であることを特徴とする請求項6記載の細胞培養装置。   The cell culture device according to claim 6, wherein the solution is an alkaline solution, an acidic solution, or a medium solution containing at least one of amino acids, vitamins, minerals, and proteins. 上記溶液供給手段は、少なくとも1以上の噴霧ノズルを備えることを特徴とする請求項6記載の細胞培養装置。   The cell culture apparatus according to claim 6, wherein the solution supply means includes at least one spray nozzle. 上記溶液供給手段は、上記溶液を複数の液滴として培地に添加する少なくとも1以上のノズルを備えることを特徴とする請求項6記載の細胞培養装置。   The cell culture device according to claim 6, wherein the solution supply means includes at least one or more nozzles for adding the solution to the culture medium as a plurality of droplets.
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