| 研究課題/領域番号 |
02453113
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
船津 和守 九州大学, 工学部, 教授 (80037960)
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| 研究分担者 |
梶原 稔尚 九州大学, 工学部, 助教授 (10194747)
松下 琢 九州大学, 工学部, 助手 (10209538)
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| キーワード | 動物細胞 / 植物細胞 / 大量高密度培養 / β-カロチン / エアーリフト槽 / PID制御 / 三次元流動シミュレーション / ハイブリッド型人工肝臓 |
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| 研究概要 |
1.溶存酸素(DO)電極・DO変換器・指示調節計・マスフローコントローラーなどを組み合わせて通気量を操作変数としたDOのPID自動制御システムが構築できた。これによってニンジン細胞のエアーリフト槽における増殖とβ-カロチン生産が培地中のDOによって制御できることが明らかになった。各々の最適DO値は増殖が3.0ppmβ-カチロン生産が0.05ppmでありβ-カチロンは増殖とともに生産される物質であったため、生産速度を最大(0.24μg/10^8cells/day)にするDO値0.15ppmの半連続培養によって従来の回分培養の約7.5倍高い物質生産速度を維持することができた。また動物細胞の高密度培養においても、多孔質性ポリウレタンフォーム(PUF)充填層の出口DO値を5.8ppm以上に維持することによって担体内の細胞密度を1.1×10^8cells/cm^3の高密度まで均一に向上させることに成功した。
2.培養装置内の三次元流動解析に関しては、培養液のニュートン流体から高分子溶融体のような粘弾性を示す非ニュートン流体まで、有限要素法を用いてその三次元流動や応力分布を計算機シミュレーションする方法を確立した。特に培養液については慣性項を考慮した定式化も本研究によって完成した。そこで最も一般的な培養槽である二枚の平板パドル翼をもつ撹拌槽内の流れに対し三次元流動シミュレーションを行い、速度場・応力場を各撹拌速度(10〜60rpm)について求めることに成功した。
3.種々の細胞株がPUF孔内で多層化して球状細胞集塊を形成することが明らかとなった。特にラット初代肝実質細胞の場合、この球状細胞集塊は従来のシャーレ単層状態の肝細胞よりもはるかに高い肝機能(生体肝と同レベル)を長期間(約1ヶ月)維持しており、PUFという多孔質体を用いることで、細胞の生体外組織化培養技術が開発できる可能性が示唆された。またこのPUFを用いた高密度培養装置は、ハイブリッド型人工肝臓の開発に応用可能であり、現在鋭意検討中である。
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