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

Research Project

Project/Area Number 21K04800
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 27040:Biofunction and bioprocess engineering-related
Research InstitutionOsaka Institute of Technology

Principal Investigator

NAGAMORI Eiji  大阪工業大学, 工学部, 教授 (70394898)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywords培養工学 / 溶存酸素 / 非侵襲計測 / 組織培養 / バイオリアクター / 動物細胞 / 高密度培養 / 酸素供給 / kLa / 培地分析 / 灌流培養 / 酸素運搬体 / 酸素移動容量係数
Outline of Research at the Start

動物細胞培養技術がモノづくりに本格的に資する時代となった。抗体医薬等の最終製品をより低コストに製造するには、細胞懸濁培養(現状10^7-8 cells/mL)の一層の高濃度化が有効であるものの、高濃度細胞に酸素を不足なく供給する技術は、そのボトルネックとなっている。培養溶液中への酸素供給速度v (mg/L hr)はv = kLa (C*-C) にて表され、本研究ではC*(飽和溶存酸素濃度(mg/L))を高めるアプローチとして、人工酸素運搬体あるいは人工ヘモグロビンの活用について検討する。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系を確立し、サンプルの性能評価を行う。

Outline of Final Research Achievements

To reduce the cost of products made from suspension cell cultures, it is important to develop fundamental technologies that enable high-density culture. The realization of technology for culturing highly concentrated cellular tissues is also required. One of the bottlenecks in both of these areas is the development of technology to supply cultured cells with oxygen without shortage. In this research, as an approach to increase the rate of oxygen supply to the liquid, we aimed to utilize artificial oxygen carriers, etc., and first worked to realize high-density culture conditions in tissue culture and suspension culture in which the occurrence of oxygen rate-limiting events can be detected. Currently, we are evaluating the effects of oxygen carrier samples using the constructed experimental system with collaborators.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

低酸素状態でGFP発現すMOI30#8株を用い、平面培養(2D)において画像情報から実溶存酸素濃度を推定できる可能性を示した。この技術を活用して三次元組織(3D)内の実溶存酸素濃度を非侵襲的に簡便に明らかにする技術が初めて構築された。この技術は将来の組織培養技術開発において基盤的な評価技術となり得る。
無血清培地で懸濁培養が可能なCHO細胞の高濃度培養技術について検討する中で、気泡‐細胞懸濁液分離技術を、半導体加工技術で作製された微細孔ステンレスメッシュを活用して構築した。通気培養において、気泡と細胞懸濁液を簡便に分離する技術は他用途への展開が期待できる。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (11 results) (of which Invited: 2 results) Book (4 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Engineered Whole Cut Meats Assembled of Cell Fibers Constructed by Tendon-Gel Integrated Bioprinting2021

    • Author(s)
      Dong-Hee Kang ,Fiona Louis , Hao Liu , Hiroshi Shimoda , Yasutaka Nishiyama , Hajime Nozawa , Makoto Kakitani , Daisuke Takagi , Daijiro Kasa , Eiji Nagamori , Shinji Irie , Shiro Kitano, Michiya Matsusaki
    • Journal Title

      Nature communications

      Volume: 12 Pages: 5059-5059

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    • Author(s)
      Hideaki Fujita, Masanobu Horie, Kazunori Shimizu, Eiji Nagamori
    • Journal Title

      Journal of Bioscience and Bioengineering

      Volume: 132 Issue: 4 Pages: 417-422

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2021.06.016

    • NAID

      40022715375

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  • [Journal Article] Effect of hydrogen peroxide concentration on the maintenance and differentiation of cultured skeletal muscle cells.2021

    • Author(s)
      Hideaki Fujita, Keisuke Mae, Kouki Nagatani, Masanobu Horie, Eiji Nagamori
    • Journal Title

      Journal of Bioscience and Bioengineering

      Volume: 131 Issue: 5 Pages: 572-578

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2020.12.010

    • NAID

      40022568974

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      長森英二
    • Organizer
      (一財)バイオインダストリー協会バイオエンジニアリング研究会、創薬モダリティ基盤研究会/Food Bio Plus研究会 連携講演会
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      長森英二
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    • Total Pages
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    • Publisher
      技術情報協会
    • ISBN
      9784861049040
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    • Author(s)
      長森英二、他79名
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    • Publisher
      技術情報協会
    • ISBN
      9784861048647
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    • Author(s)
      長森英二、他多数
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    • Publisher
      情報機構
    • ISBN
      9784865022209
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    • Author(s)
      藤里俊哉、中村友浩、横山奨、長森英二、他多数
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    • Publisher
      エヌ・ティー・エス
    • ISBN
      9784860437244
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  • [Remarks] 大阪工業大学工学部生命工学科生物プロセス工学研究室

    • URL

      http://www.oit.ac.jp/bio/labo/~nagamori/index.html

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Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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