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。

在使用悬浮的动物细胞培养物的物质生产中，有效地进一步增加了最终浓度（目前为10^7个细胞/ml），以较低的成本生产最终产品，例如药品，但是在高浓度细胞培养过程中供应氧气而不短缺的技术是瓶颈。除了容易受到曝气搅拌引起的份额外，具有较高蛋白质浓度的动物细胞培养基倾向于剧烈泡沫，而且气流速率也有限制（经验上约为0.05 VVM）。培养溶液中的氧供应率V（Mg/L HR）表示为V = KLA（C* -C），其中C*是饱和的溶解氧氧浓度（Mg/L），C是液体中溶解的氧气浓度，Kl，Kl是液体氧气转移容量（M/HR），AS液体液体液体（M/HR）是液体液体液体（M2），M2 periq periq periq periq preiq periq preiq preiq preiq preiq preiq periq preiq iTICID。在这项研究中，我们将考虑使用人造氧载体，这些氧气载体可以在抑制A的泡沫时维护的材料。首先，作为初步步骤，我们建立了缩小的实验条件（对于少量液体进行评估至关重要），从而可以在材料平衡和动力学方面进行精确的实验，并评估各种材料的性能，以及具有高性能的材料，我们继续将社会实施和发展实施到组织工程中。在第一年，我们继续构建和探索规模降低的系统，并为可以复制大型培养箱中产生的氧气限速率的小型培养箱设定了目标（KLA = 10-15H^-1）。今年，我们已经努力分析和改善中等环境，这是一个问题，就像溶解的氧气一样，用于超高密度培养。原型型在实验室水平上可以轻松使用的灌注模块，以分析通过期间介质组件的变化。除了通常测量的葡萄糖，乳酸和谷氨酸等代谢物外，测量所有氨基酸的变化，几乎所有氨基酸都使用市售喂养料中培养基在灌注培养中耗尽。人们认识到，需要准备耗尽溶解氧的耗竭和优化超高密度培养的培养基环境。