(57)【要約】  本発明は、動物細胞を培養する培養器を含む装置に関し、特に動物細胞が培養される培養管を多数積層して形成された培養管束を含む大量細胞培養装置に関する。  本発明によると、培養管は、両端が偏平状に閉鎖されており、前記培養管の両端面には、前記培養液が流出入される穴が一方に傾いて設けられて、前記両端面の各穴は、前記培養管１８の内側で一直線上で連結されて、前記各穴を連結する前記培養管の内側の一直線は、一定な角度で培養管の底面と傾きを有するように形成され、培養液が培養管内で円滑に疎通できることを特徴とする細胞培養管、及びこのような細胞培養管が含まれる大量細胞培養装置が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
培養液が流出入される培養管１８において、
前記培養管１８の両端は、偏平状に閉鎖されており、前記培養管１８の両端面には、前記培養液が流出入される穴が一方に傾いて設けられて、前記両端面の各穴は、前記培養管１８の内側で一直線上で連結されて、
前記各穴を連結する前記培養管１８の内側の一直線は、一定な角度で培養管の底面と傾きを有するように形成され、前記培養液が前記培養管１８内で円滑に疎通できることを特徴とする細胞培養管。
【請求項２】
前記傾きは、１°乃至５°の範囲内に含まれることを特徴とする、請求項１に記載の細胞培養管。
【請求項３】
前記培養管１８の前記両端の一側の穴と他側の穴のいずれか一方の穴は、前記培養管１８の端面の外周面から前記培養管１８の端面の中心の方に一定距離だけ移動されて形成されることを特徴とする、請求項１に記載の細胞培養管。
【請求項４】
前記培養管１８の端面は、円形、楕円形または多角形から選択されたいずれか一つであることを特徴とする、請求項１に記載の細胞培養管。
【請求項５】
前記培養管１８の両端に形成された穴の大きさは、前記培養管の端面の１乃至７０％を占めることを特徴とする、請求項１に記載の細胞培養管。
【請求項６】
培養液が流出入される培養管１８が円形ハウジング１４内に多数含まれて、回転軸２１を中心に回転可能な培養管束１３を含む大量細胞培養装置において、
前記大量細胞培養装置は、前記培養管束１３が含まれる大量細胞培養器１０と、前記培養管束１３を回転させる動力手段２０と、前記大量細胞培養器１０に培養液を供給する新鮮培地タンク３０と、前記培養管束１３で培養された培養物を収穫する培地収穫タンク４０とを含み、
前記培養管束１３は、両端面に楕円状穴１９ａが形成されて、前記回転軸２１に隣接して設けられた培養管１８ａと、長い半楕円または短い半楕円を含んだ半楕円状穴１９ｂが形成されて、前記円形ハウジング１４の内周面に隣接して設けられた培養管１８ｂとを含み、前記培養液が前記培養管１８に均一に満たされるように形成されることを特徴とする大量細胞培養装置。
【請求項７】
前記培養管１８の両端は、偏平状に閉鎖されており、前記培養管１８の両端面には、前記培養液が流出入される穴が一方に傾いて設けられて、前記両端面の各穴は、前記培養管１８の内側で一直線上で連結されて、
前記各穴を連結する前記培養管１８の内側の一直線は、一定な角度で培養管の底面と傾きを有するように形成され、前記培養液が前記培養管１８内で円滑に疎通できることを特徴とする、請求項６に記載の大量細胞培養装置。
【請求項８】
前記培養管１８の前記両端の一側の穴と他側の穴のいずれか一方の穴は、前記培養管１８の端面の外周面から前記培養管１８の端面の中心の方に一定距離だけ移動されて形成されることを特徴とする、請求項７に記載の大量細胞培養装置。
【請求項９】
前記傾きは、１°乃至５°の範囲内に含まれることを特徴とする、請求項７に記載の大量細胞培養装置。
【請求項１０】
前記培養管１８の端面は、円形、楕円形または多角形から選択されたいずれか一つであることを特徴とする、請求項７に記載の大量細胞培養装置。
【請求項１１】
前記培養管１８の両端に形成された穴の大きさは、前記培養管の端面の１乃至７０％を占めることを特徴とする、請求項７に記載の大量細胞培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動物細胞を培養する培養器を含むシステムに関し、特に動物細胞が培養される培養管を多数積層して形成された培養管束を含む大量細胞培養システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、効果的な動物細胞の培養のために、細胞の特性による培養方法に多くの関心が集められている。その結果、ハイブリドーマ(hybridomas)、胚芽幹細胞(embryonic stem cell)などは、それぞれの細胞特性に適する培養方法が研究開発されて広く使用されている。しかし、線維芽細胞(fibroblastoid)や上皮細胞(epithelial-like cell)のような付着性細胞の大量培養においては、未だに完璧な方法が開発されておらず、培養収率が低くて長期間培養が難しい問題がある。
【０００３】
従来、このような問題点を解決するために、細胞培養管及びこれを利用した大量細胞培養器に関する技術が開示された。
【０００４】
従来の技術による方式は、培養管が多数積層された培養管束を円形ハウジング内に装着して、これをモーターのような動力手段で回転させながら、培養管束に培養液を一定に供給すると、培養管に培養液が流入されて培養管壁面に分布されることにより、培養液に含まれた動物細胞を大量培養する方式である。このような培養器に関する詳細な構成は、本出願人の大韓民国特許出願第２００１−２７８３１号に示されている。
【０００５】
従来の技術の問題点は、培養管束に含まれた培養管の位置によって培養物の流入量が均一ではなく、それぞれの培養管における細胞培養環境が異なってくるため、均一な細胞培養が難しいという点である。また、培養管の両端に形成された培養物の流入穴を通じて細胞と細胞培養液が流出入する時、表面張力による凝結現象が発生し、培養液の自由な移動が難しい。このような問題点を、図２乃至図４を参照して説明する。
【０００６】
図２を参照すると、従来の技術による培養管束４は、培養管１が多数積層されて形成されて、このような培養管束４の内部に一定量の培地が供給されて、図２のように培養管束４の底部に溜まるようになり、培養管束４は、回転軸３を中心に回転しながら、培養管１に培地が流入される。
【０００７】
図３を参照すると、従来の技術による培養管１は、両端に穴２が形成されるが、このような穴２は、培養管１の両端の偏心低部に形成されて、このような穴２を通じて培養液が流入される。但し、穴２は、培養管の底面と水平に形成されて、穴２に表面張力による凝結現象が発生すると、培養液の自由な移動が難しい。
【０００８】
図４を参照すると、従来の技術による培養管１は、回転軸３からの位置によって、流入される培養物の量が異なってくる。例えば、回転軸３に近接した所に位置した培養管１ａは、培地量が相対的に少ない反面、回転軸３から相対的に遠く離れた所に位置した培養管１ｂは、培地量が多くなる。これは、培養管束４に流入された培地の水面と培養管１ａ、１ｂとがなす角度が、回転軸３からの相対的位置によって異なるからである。結果的に、それぞれの培養管１ａ、１ｂによって培地量が異なってくるため、均一な細胞培養が難しい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記のような点に鑑みて案出されたもので、培養管束に含まれた培養管の位置に関らず均一な培養物が流入される培養管を通じて、均一な細胞培養を可能にする大量細胞培養システムを提供することを目的とする。また、培養管の両端に形成された培養物の流入穴を通じて細胞と細胞培養液が流出入する時、表面張力による凝結現象を防止できる培養管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記のような目的を達成するために提供される本発明の実施例による細胞培養管は、培養液が流出入される培養管１８において、前記培養管１８の両端は、偏平状に閉鎖されており、前記培養管１８の両端面には、前記培養液が流出入される穴が一方に傾いて設けられて、前記両端面の各穴は、前記培養管１８の内側で一直線状で連結されて、前記各穴を連結する前記培養管１８の内側の一直線は、一定な角度で培養管の底面と傾きを有するように形成され、前記培養液が前記培養管１８内で円滑に疎通できることを特徴とする。
【００１１】
前記傾きは、１°乃至５°の範囲内に含まれることが好ましい。
【００１２】
一方、前記培養管１８の前記両端の一側の穴と他側の穴のいずれか一方の穴は、前記培養管１８の端面の外周面から前記培養管１８の端面の中心の方に一定距離だけ移動されて形成されることが好ましい。
【００１３】
また、前記培養管１８の端面は、円形、楕円形または多角形から選択されたいずれか一つであることが好ましい。
【００１４】
さらに、前記培養管１８の両端に形成された穴の大きさは、前記培養管の端面の１乃至７０％を占めることが好ましい。
【００１５】
また、上記のような目的を達成するために提供される本発明の実施例による大量細胞培養装置は、培養液が流出入される培養管１８が円形ハウジング１４内に多数含まれて、回転軸２１を中心に回転可能な培養管束１３を含む大量細胞培養装置において、前記大量細胞培養装置は、前記培養管束１３が含まれる大量細胞培養器１０と、前記培養管束１３を回転させる動力手段２０と、前記大量細胞培養器１０に培養液を供給する新鮮培地タンク３０と、前記培養管束１３で培養された培養物を収穫する培地収穫タンク４０とを含み、前記培養管束１３は、両端面に楕円状穴１９ａが形成されて、前記回転軸２１に隣接して設けられた培養管１８ａと、長い半楕円または短い半楕円を含んだ半楕円状穴１９ｂが形成されて、前記円形ハウジング１４の内周面に隣接して設けられた培養管１８ｂとを含み、前記培養液が前記培養管１８に均一に満たされるように形成されることを特徴とする。
【００１６】
さらに、本発明の実施例による大量細胞培養装置は、上記のような培養管を含む。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明した本発明の実施例による細胞培養器及びこれを含む大量細胞培養システムによると、培養管束に含まれた培養管の位置に関らず均一な培養物が流入される培養管を通じて、均一な細胞培養が可能であり、培養管の内部に一定な傾きが形成されるため、培養管の両端に形成された培養物の流入穴を通じて細胞と細胞培養液が流出入する時、表面張力による凝結現象を防止することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例による大量細胞培養システムの概念図である。
【図２】従来の技術による培養管束の概念図である。
【図３】従来の技術による培養管の斜視図である。
【図４】図３の培養管の問題点を示した概念図である。
【図５】本発明の実施例による培養管が含まれた培養管束の問題解決原理を示した概念図である。
【図６】図５の培養管の傾きを示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付の図面を参照し、本発明の実施例による細胞培養管及びこれを含む大量細胞培養装置の構成について詳細に説明する。
【００２０】
図１を参照すると、本発明の実施例による大量細胞培養システムは、培養管束１３が含まれる大量細胞培養器１０と、培養管束１３を回転させる動力手段２０と、大量細胞培養器に培養液を供給する新鮮培地タンク３０と、培養管束１３で培養された培養物を収穫する培地収穫タンク４０とを含む。
【００２１】
大量細胞培養器１０には、培養管束１３に酸素が流入される酸素流入口１１及び空気が排出される空気排出口１７が形成されて、培養管束１３の内部に培地が流入される培地流入口１５及び培養された培養物が排出される出口１６が形成される。また、培養管束１３に供給される培地の一定水位を調節するレベル調節手段１２を含み、培養管束１３は、円形ハウジング１４内に装着される。
【００２２】
動力手段２０は、モーターのような装置が適用できて、動力手段２０は、回転軸２１に回転力を付加し、回転軸と結合された培養管束１３が回転するようになる。
【００２３】
さらに、新鮮培地タンク３０から培養管束１３に培地を円滑に供給するための培地移動ポンプ６０と、収穫された培養物を培地収穫タンクに円滑に移送させるための移送ポンプ６１とが含まれて、酸素及びｐＨセンサー５０及びセンサー用ポンプ５１が含まれる。
【００２４】
培養器内部に流入される培地は、新鮮培地タンク３０から培地移送ポンプ６０により、培地流入口１５を通じて、培地の液高が自動にレベル調節手段１２により常に一定に維持されるように供給されて、培養が終了した培養物は、出口１６から移送ポンプ６１により培養物収穫タンク４０に移送される。培養物のｐＨ濃度と溶存酸素は、センサー用ポンプ５１を通じて酸素及びｐＨセンサー５０に供給されると、培養状態を自動に測定するようになる。一方、培養中の細胞に酸素を供給するために、含湿・除菌された空気が酸素流入口１１を通じて一定に供給されて、培養器内のガスは、空気排出口１７を通じて排出されつつ溶存酸素濃度を一定に維持するようになる。培養器内の培養管を動力手段２０の回転軸２１により１/３〜１/４ＲＰＭで回転させると、培養管が培養液と徐々に接触しつつ培養管内部に細胞が付着されて生息し、培地の栄養分から代謝活動を通じて細胞の増殖がなされる。本発明のように、両末端の低部に穴が開いている培養管は、管の両末端の穴が遠心の下方に設けられるように培養器回転軸２１を中心に並べて装着することにより、培養管内に培地が容易に分配されて排出できるようになる。培養器束１３に細胞浮遊液を注入すると、細胞が培養管内に完全に付着するまで２４〜７２時間が所要されるが、培養管の内側に細胞が完全に付着すると、培養管内の培養培地は、培地の分配と入れ替えが行われる。その後、細胞の生産性に係るブドウ糖(glucose)、乳酸(lactate)、アンモニア(ammonia)濃度または適正ｐＨなどを培地入れ替え周期として設定して培養する。培養された培地は、培養器内のレベル調節手段１２により自動に入れ替えられて、溶存酸素とｐＨの調節のために除菌及び含湿された二酸化炭素と空気の混合ガスを同時に注入して培養する。このような大量細胞培養システムを通じて、細胞培養及び分析が自動にできる。
【００２５】
本発明による大量細胞培養システムは、培養器内の培養管に培地を分配して、一定量ずつ持続的に入れ替える方式として、バッチ式(batch)、連続・バッチ式(continuous batch)または連続式(continuous)で培養できる培養器であって、各培養管内の培地表面を通じて空気の交換がなされるため、他の培養器に比べ、より多い空気との接触面を有し、従来の生物反応器(bioreactor)のように気泡応力(air bubble stress)やせん断応力(Shear stress)が起こらない。また、空気と接触した細胞面では、細胞内に溶存酸素が効果的に伝達できるため、糖分解代謝が円滑に起こるようになる。即ち、酸素不足下では、ブドウ糖が乳酸に分解されて、細胞のエネルギー源として使用され、培地内の水素イオン濃度が高まって細胞損傷を招来しやすいが、豊かな溶存酸素が供給されると、ＴＣＡサイクル(Tricarboxylic Acid Cycle)を利用して、細胞が必要とする多い量のエネルギーが供給できるだけではなく、水素イオン濃度の増加も抑えられる。また、細胞面が空気と直接接触した面では、培地内のエネルギー源であるブドウ糖が急速に枯渇されることにより、細胞自体が炭素源を効果的に使用するためにＴＣＡサイクルを使用するしかない。しかし、このような状態が長く持続されると、細胞自体がストレスを受けるようになるが、これは、細胞を再び培地内に移動させ、細胞面が培地と接触するようにするか、新しい培地を供給することにより克服することができる。この原理は、現在、付着細胞培養時に最も普遍的に使用されるローラーボトル(Roller Bottle)の原理とも同一である。このような原理が、本発明の大量細胞培養器１０内で培養が円滑になされるように空気と二酸化炭素を適宜供給して、水素イオン濃度を調節し、ローラーボトルの問題点(自動化不可、air入れ替え不可、pH調節不可)を解決して、培養空間を画期的に減らし、完全自動化による細胞培養を実現することができるようになった。
【００２６】
このような大量細胞培養システムは、本出願人の大韓民国特許出願第２００１−２７８３１号を参照すればよく、本発明の技術的思想は、培養管１８と、培養管束１３における培養管１８の配置にあるため、以下ではこれについて詳細に説明する。
【００２７】
図５を参照すると、培養管１８は、培養管束１３(図１参照)を回転させる回転軸２１を中心に半径方向に積層される。本発明の実施例による培養管束１３は、回転軸２１に近接した位置には、楕円状穴１９ａが形成された培養管１８ａが配置されて、回転軸２１から半径方向に離れて円形ハウジング１４(図１参照)の内周面に近接した位置には、半楕円状穴１９ｂが形成された培養管１８ｂが配置される。したがって、培養液が培養管１８ａ、１８ｂに均一に満たされることができるようになる。
【００２８】
図５は、培養管束１３内における回転軸２１とそれぞれの培養管１８ａ、１８ｂの相対的位置を説明するために、培養管束１３の一部を概念的に示したものである。図５の点線で表示された水平線は、培養管束１３の内部に流入される一定な量の培養液の水位を示す。図５の培養管１８ａ、１８ｂの位置に係らず、それぞれの培養管１８ａ、１８ｂに流入された培養液の量は同一であることが分かる。したがって、培養管束１３に含まれたそれぞれの培養管１８に流入される培養液の量が一定に維持されて、均一な細胞培養が可能になる。
【００２９】
無論、このような問題解決原理は、必ずしも楕円状穴１９ａと半楕円状穴１９ｂに限定する必要はない。即ち、半楕円状穴１９ｂは、長い半楕円、短い半楕円などを含み、楕円と半楕円の面積は、培養管１８の断面積の５０％を超えなければよい。
【００３０】
多数の培養管１８が積層された培養管束１３に流入される培養液の水位に係らず、それぞれの培養管１８に均一な量の培養液が流入できるようにする構成であれば、本発明の技術的思想に含まれる。即ち、培養管束１３が回転軸２１を中心に回転しつつ、それぞれの培養管１８に培養液が流入される時、流入される培養液の量を均一にするための培養管の穴の角度と形状に本発明の技術的特徴がある。
【００３１】
以下では、このような培養管１８の構成について、図６を参照して詳細に説明する。
【００３２】
本発明の実施例による細胞培養管１８は、両端が偏平状に閉鎖されており、両端の低部の偏心に、培養液が流出入される穴１９が培養管１８の底面と一致するように一直線上に形成される。ここで、培養管１８の低部または底面は、図６で培養管１８が地面に安着した状態と仮定すると、地面と当接する部分を意味するもので、相対的な概念として理解すればよい。培養管１８は、培養液が流入できる一定な空間を形成する一つの管の形状で形成できる。
【００３３】
したがって、このような培養管１８の断面は、円形、楕円形、または多角形から選択された一つの形状であればよい。培養管１８の断面形状によって、培養管束１３に含まれる培養管１８の積層数を増やしたり減らしたりすることができる。
【００３４】
上記で従来技術の問題点として言及した表面張力による凝結現象により、培養管１８の穴１９を通じての培養液の流出入が自由ではない問題点を解決するために、本発明の実施例による培養管１８は、内部に一定な角度で底面と傾きを有するように形成される。
【００３５】
図６を参照すると、培養管１８の両端の一側の穴１９と他側の穴１９’のいずれか一方の穴(図６では、左側の穴)は、培養管１８の端面の外周面から培養管１８の端面の中心の方に一定距離だけ移動されて形成できる。図６では、符号１９は、培養液が流入される‘流入口’、符号１９’は、培養液が流出される‘流出口’と理解すればよい。もちろん、その反対も可能である。いずれの場合も、‘流入口’から‘流出口’に一定な傾斜を有する傾きが形成される。これと同時に、一側と他側の穴１９、１９’の低部により繋がる一直線と底面との傾きを持たせるために、培養管１８の内部に厚さを異ならせて形成する。したがって、図６を参照すると、培養管１８の底面と培養管１８の両端の穴１９、１９’の低部により連結された直線とは、一定な傾きを有するようになるため、流入される培養液の流動をさらに活発にすることができる。
【００３６】
従来の技術によると、培養管そのものを傾けた状態で(０乃至１０度)培養管束を形成する方法が必要であったが、多数の培養管を、一定な傾きを持たせて積層する過程は実質的に難しい。本発明の実施例によって、内部に傾きを持たせた培養管１８は、このような問題点を解決する。好ましくは、培養管１８内部の傾きは、１度乃至５度の範囲内にある。もちろん設計者の意図によって多様な角度の傾きが具現できる。
【００３７】
さらに、培養管１８の両端に形成された穴１９、１９’の大きさは、培養管断面の１〜７０％を占めることが好ましい。穴１９、１９’の大きさが小さすぎると、流入される培養液の量が少なくなり、穴１９、１９’の大きさが大きすぎると、流入される培養液の量が多くなる。このような点は、培養する細胞の種類と量によって、設計者が考慮すべき事項である。
【符号の説明】
【００３８】
１０    大量細胞培養器
１３    培養管束
１４    円形ハウジング
１８    培養管
１９    培養管穴
２０    動力手段
３０    新鮮培地タンク
４０    培地収穫タンク
５０    酸素及びｐＨセンサー
６０    培地移動ポンプ
【図１】
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【図２】
2010524460.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2010524460.tif 000007
【図６】
2010524460.tif 000008
【国際調査報告】
2010524460.tif 000009
2010524460.tif 000010