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Development of oxygen-supplying method for ultra-high density cell culture

超高密度细胞培养供氧方法的开发

基本信息

批准号：
21K04800
负责人：
長森英二
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Osaka Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

動物細胞浮遊培養を用いた物質生産において、医薬等の最終製品をより低コストに製造するには、最終到達濃度（現状10^7 cells/mL）の一層の高濃度化が有効であるものの、高濃度細胞培養時に、酸素を不足なく供給する技術はボトルネックとなっている。動物細胞は通気撹拌によるシェアに脆弱であることに加え、蛋白質濃度が高い動物細胞培地は泡立ちが激しく、通気速度には限界がある（経験的に0.05 VVM程度）。培養溶液中への酸素供給速度v (mg/L hr)はv = kLa(C*-C) 、ここでC*は飽和溶存酸素濃度(mg/L)，Cは液中溶存酸素濃度，kLは液側の酸素移動容量係数(m/hr)，aは単位液容積あたりの気液接触面積(m2/m3)、にて表され、本研究ではC*を高めるアプローチとして人工酸素運搬体、aを発泡抑制しつつ維持可能な素材の活用について検討していく。まず前段階として、物質収支と速度論の観点で精緻な実験を可能にするスケールダウン実験条件（少ない液量で評価するため必須）を確立し、各種素材の性能評価を行い、成績の良い素材については、社会実装への取り組みと、組織工学への展開へと進む。初年度は、スケールダウン系の構築・探索を進め、大型の培養槽（kLa=10-15h^-1程度）で発生する酸素律速を再現できる小型培養槽に目処をつけた。本年度は超高密度培養に向け溶存酸素と同様に問題となる培地環境の解析・改善に向けた取り組みを行った。実験室レベルで簡便に使用可能な灌流モジュールを試作し、培地成分の継時変化を解析した。代表的に測定されるグルコース、乳酸、グルタミン酸等の代謝物に加え、全アミノ酸の推移を測定したところ、市販Fed-Batch培地を用いた灌流培養ではほぼすべてのアミノ酸が枯渇していた。超高密度培養に向け溶存酸素枯渇と培地環境最適化の両輪を整えていく必要性が認識された。

Animal cells floating culture を with いた material production において, medical 薬の final products をより low コストに manufacturing するには, eventually reaching concentration (10 ^ 7 Cells/mL) a layer of のの high concentration change が have sharper であるものの and に when high concentrations of cell culture, acid, insufficient をなく supply する technology はボトルネックとなっている. Animal cell は tong 気撹 mix によるシェアに fragile であることにえ, protein concentration が high い animal cell culture は bubble made ちが excitation しく, 気 speed には limit がある (経験に 0.05 VVM degree). In the culture solution, the supply rate v of へ acid in the liquid (mg/L hr) is へ v = kLa(C*-C), the saturation concentration of acid in the liquid (mg/L) is でC* へ, the concentration of acid in the liquid is, and the coefficient of the moving capacity of the acid on the liquid side (m/hr) is kL. A は単 a fluid volume あたりの気 liquid contact area (m2 / m3), にて table され, this study では C * を high めるアプローチとして artificial acid element carrying body, a を発 bubble suppress しつつ may maintain な material の use について beg し検ていく. Front order とまずして theory, material 収と speed の観 point で delicate な be 験を may にするスケールダウン be 験 conditions (less ない fluid volume で review 価するため must) しを established, all kinds of material の performance evaluation 価を line いい, grades の good material については, society be loaded への group take りみと, tissue engineering への launched へと into む. Early annual は, スケールダウン is の building, explore を into め, large の trays (kLa = 10-15 degree of h ^ 1) で発 raw する acid element law speed を reappearance できる small training tank に処をつけた. は high density cultivation this year にと toward け soluble acid element with others に problem となる petty environment の parsing, improve に to けた group take りみを line った. Simple room be 験レベルでに may な perfusion モジュールを attempt し, petty composition の継 variations change を when parsing した. Representative に determination されるグルコース, lactic acid, グルタミンの metabolites such as acid にえ, full アミノ acid の goes on determination of をしたところ, city for the Fed - Batch petty を with いた perfusion culture ではほぼすべてのアミノ acid が withered 渇していた. The necessity of ultra-high-density culture に to け solubilized acid 渇と for the optimization of the <s:1> cultivation environment を to complete えてくくくがが to understand された.