KR970008216B1

KR970008216B1 - 세포 배양 장치

Info

Publication number: KR970008216B1
Application number: KR1019890011331A
Authority: KR
Inventors: 피. 아미오트 브루스
Original assignee: 엔도트로닉스 인코레이티드; 리차드 이. 싸코윅즈
Priority date: 1988-08-10
Filing date: 1989-08-09
Publication date: 1997-05-22
Anticipated expiration: 2009-08-09
Also published as: DE68907153T2; KR900003359A; EP0356785A1; DE68907153D1; AU622921B2; US5079168A; CA1315232C; EP0356785B1; JPH02107183A; AU3924089A; ATE90723T1

Abstract

요약없음

Description

세포 배양 장치

제1도는 제1구체예에 따른 조립된 상태에서의 본 발명 세포 배양 장치의 사시도이다.

제2도는 제1도의 선2-2'를 따라 절단한 단면도이다.

제3도는 분해된 상태에서의 본 발명의 제1구체예의 분해 사시도이다.

제4도는 본 발명의 제1구체예에 따른 조립장치의 종축 단면도이다.

제5도는 분해된 상태에서의 본 발명의 제2구체예의 분해 사시도이다.

제6도는 본 발명의 제2구체예에 따른 조립 장치의 종축 단면도이다.

제7도는 제2도의 단면도와 유사하지만, 제2구체예의 배열을 도시하는 단면도이다.

제8도는 본 발명의 제3구체예의 상세한 사시도이다.

제9도는 분해상태에서의 본 발명의 제3구체예의 분해 사시도이다.

제10도는 제2도와 유사하지만, 제3구체예의 배열을 도시하는 단면도이다.

제11도는 본 발명의 제3구체예에 따른 조립장치의 종축 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

12 : 세포 배양 장치14 : 쉘

15 : 구멍20 : 세포 배양 덮개

21 : 접착물22,24 : 멤브레인층

26 : 세포 배양 공간28 : 모세관

30,32 : 튜우브50 : 중심부

60,70 : 헤더63 : 공간 쳄버

72 : 플랜지77 : 플러그

99 : 통로

발명의 분야

본 발명은 시험관내의 세포를 배양하기 위한 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 최소한 하나의 덮개로 구성되는 용이하게 조립된 간편한 세포 배양 장치에 관한 것으로서, 그 내부는 세포 배양 공간을 한정하며, 그 덮개는 연장 중심부 주위를 나선상으로 감싼다. 본 발명은 보다 특히 간단히 고안된 세포 배양 장치에 관한 것이지만, 이는 영양 매체 전달 및 이동으로부터 분리되도록 세포 배양 공간 전후로 효율적인 기체 전달 및 이동을 부여함으로써 보다 경제적으로, 그리고 보다 높은 수율로 세포 및/또는 세포 생성물을 제조할 수 있도록 보다 빠른 속도로 세포에 보다 많은 산소량을 제공하기 위한 것이다.

발명의 배경

시험관내에서의 살아있는 세포의 배양은 바이러스 백신의 제조, 세포 신진대사의 부가적인 부산물의 회수, 및 인공기관을 창조하기 위한 의조직 유도체의 제로를 포함한 다양한 목적을 의하여 행해진다.

조밀한 다량의 세포를 제조하기 위한 시험관내의 살아있는 세포의 중심과 관련하여 여러가지 문제점이 제시되고 있다. 우선, 영양 매체의 각각의 성분들이 모든 세포에 도달하기 위하여 세포층들을 통하여 확산되어야 한다. 이는 세포층의 두께가 두꺼워질 때 상당히 어렵게 된다.

둘째, 증식세포와 바로 인접한 유체가 세포 신진대사가 진행됨에 따라 연속적으로 변화하고, 영양 매체가 변하거나 한꺼번에 교반될 때 단계적으로 그 최초 상태로만 복귀하기 때문에 세포증식을 위한 안정한 환경의 유지가 어렵다.

셋째, 몇몇 형태의 세포를 증식시키기 위한 래티스(lattice) 또는 적절한 물질이 요구된다.

여러가지 형태의 장치와 방법이 이와 같은 점에 부응하여 개발되었다. 한 방법은 미국 특허 제3,450,598호에 개시된 플라스틱 또는 유리 로울러 튜우브 및 병의 내부 표면상 뒤에 세포를 부착하고 증식시키는 것을 포함한다. 다른 방법은 페트리(petri)접시 또는 사각형의 배양접시와 같은 고정 용기의 편평면에 세포를 부착시키는 것을 포함한다. 그 편평면은 미국 특허 제3,843,454호에 개시된 공간-격치 어레이(array)내에 서로의 상부에 적재될 수 있다.

중공(中空)섬유 또는 합성 모세관을 사용하는 것은 세포의 증식을 위한 지지 매트릭스로서 최근 상당히 공개되고 있다. 예를 들어, 모두 나첵(Knazek)등의 특허인 미국 특허 제3,821,087호, 제3,883,993호, 제4,184,922호, 제4,200,689호, 제4,206,015호 및 제4,220,725호는 반투과상의 튜브형 멤브라인(membrane) 또는 모세관에서 시험관내에서의 세포증식을 위한 장치 및 방법을 다양하게 개시하고 있으며, 그 세포들은 영양 매체내에서 모세관 벽의 외부 표면상에 초기에 장착되도록 한다. 영양물질은 모세관 벽을 통하여 확산 매체로부터 확산되어 세포에 의하여 이용된다. 세포 생성물은 모세관 벽을 통하여 확산 물질 속으로 세포로부터 확산되고, 이로부터 세포 생성물은 회수된다.

미국 특허 제4,184,922호 및 제4,200,689호는 섬유의 단일다발로 구성되는 세포 배양 장치를 개시하는데, 이들 섬유의 일부는 하나의 확산 회로에 연결되고, 남은 섬유들은 제2확산 회로에 연결된다. 두 회로 사이에서의 압력의 차이는 보조 모세관 공간내에서 확산 물질을 환류 이동시키게 되고 그럼으로써 증식세포의 영양분배를 향상시켜 준다.

미국 특허 제4,220,725호에서는 세포가 성장하도록 하는 모세관의 다발이 주세포배양을 방해하지 않고 주기적인 이동을 위해 세포가 이동할 수 있도록 보조덮개 공간을 형성하는 다공성 덮개 또는 시이트(sheet)물질내에 감싸게 된다. 보조덮개 공간의 형성은 모세관의 외부 표면상에 위치한 세포 전후로 영양 및 배설물의 확산을 위하여 표면적을 증가시켜 준다.

미국 특허 제3,997,396호에서는 단일의 중공섬유 멤브레인의 한 측면 또는 표면에 세포가 부착되어 성장하며, 여기서 세포는 영양 매체내에서 세포를 동시에 배양하는 반면 세포가 부착하여 세포와 접촉하는 반대면으로부터 멤브레인을 통하여 산소를 통과시킴으로써 증식되고 유지된다. 세포가 부착된 반대면으로부터 멤브레인을 통하여 산소를 연속적으로 통과시킴으로써 산소의 연속적이고 균일한 공급이 세포에 도달하여 영양을 공급하고, 그럼으로써 바람직한 조직밀도에서 세포의 호기성 증식을 용이하게 한다.

패더(Feder)등의 미국 특허 제4,087,327호 및 제4,201,845호에서는 시험관내에서의 세포 배양 반응계가 공지되었으며, 이는 섬유의 외부 표면상에 세포 부착을 위한 매트릭스와 같은 얕은 층 형상으로 배열된 연장된 중공 또는 고형의 섬유를 이용한다. 영양 매체 유동은 섬유층을 통하여 실질적으로 균일하게, 그리고, 섬유의 연장축의 평면과 실질적으로 수직으로 행해진다. 세포는 섬유벽을 투과하는 섬유의 내부를 통하여 산소를 통과시킴으로써 공기를 통하게 된다. 매체 유동의 비교적 짧은 통로내에서의 섬유의 얕은 층의 사용은 세포 부착을 위한 섬유 표면의 보다 많은 이용 뿐만 아니라 섬유 다발에 의하여 정상적으로 생성된 영양 및 신진대사 물질의 변화를 초래한다.

미국 특허 제4,391,912호는 중공섬유가 쉘(shell)의 외부의 한 단부에서 열리고 약 10²내지 5×10⁴옹스트롬의 세공직경을 갖는 쉘내에 싸인 복수개의 중공섬유 및 기체 투과 쉘을 구성하는 부유 동물 세포를 증식 하기 위한 장치를 개시하고 있다. 영양 매체는 중공섬유의 내부를 통하여 통과하고 산소는 쉘을 통하여 통과하고 동물세포는 쉘과 중공섬유 사이의 공간에서 배양된다. 이들 중공섬유의 세공 직경은 고밀도 세포 성장을 초래하는 세포에 의해 만들어진 영양 및 신진대사 생성물의 효율적인 교환을 극대화하는 것으로 개시되어 있다.

중공섬유 세포 배양 장치의 유용성에도 불구하고 중공 모세관을 통한 영양 매체 유동은 세포에 의한 모세관 다발의 완전한 침투를 방해하여 바람직하지 못한 매체 유동의 변화를 형성함이 밝혀졌다. 그 결과 세포부착을 위한 유용한 모세관 표면의 이용이 완전하지 못하고, 세포는 그 표면을 따라 고르지 못하게 분배된다. 또한, 영양 매체가 반응기를 통하여 유동할 때, 영양물은 입구 가까이의 세포에 더 유용하고, 이 매체가 출구로 유동할 때 젖산과 같은 신진대사 생성물은 그 매체가 축적되어 pH에 나쁜 영향을 미치고 세포에 기타 독성효과를 나타내게 된다.

이들 중공섬유형 세포 배양 장치에 있어서의 또 다른 난점은 세포에 적절한 산소를 공급하는데 필요한 높은 매체 순환율에 관한 것이다. 특히 공기로 평형된 수성의 영양 매체는 1ℓ당 4.5ml의 산소(37℃, 760mmHg)를 운반할 수 있다. 산소를 운반하기 위한 수성 용액의 이러한 상대적 부족은 시험관내의 세포성장의 조작에서 제한 단계적으로 세포에 산소가 공급되는 상태를 야기시킨다. 세포 및/또는 세포 은닉 생성물의 높은 수율을 얻기 위하여 매체 순환율은 세포에 더 많은 산소를 제공하기 위하여 증가되어야 한다. 반대로 높은 순환율은 높은 내부 압력 및 난류를 야기시켜 이는 산업적인 규모로 장치를 설치하고 감도 및 취성이 너무 강력한 통기(通氣) 및/또는 교반의 사용을 금지하는 포유동물 세포를 증식함에 있어서 문제점을 제시하였다. 또한 강력한 통기는 세포배양에 의하여 생성된 생물학적으로 그리고 의약적으로 유용한 많은 단백질의 변성을 야기시킨다.

나아가서, 세포에 분리된 산소 및 영양 매체를 전달하기 위한 상기 설명한 중공섬유형 장치는 조립하기에 어렵고, 기계적으로 복잡하며, 과도하게 큰 단점들이 있다. 또한 이러한 장치들의 치수는 영양 매체 공급원에 가까이 인접한 성장세포를 유지하는데 한정되지 않아서 바람직하지 못한 영양변화를 야기시킨다.

그러므로 종래 기술의 장치와 관련된 여러가지 난점들을 극복하고 보다 경제적으로, 그리고 보다 높은 수율로 세포 및/또는 세포 은닉 생성물을 생성하는 시험관내의 세포 특히, 포유동물 세포를 성장시키기 위한 새로운 세포 배양 장치를 제공할 필요가 있게 되었다.

발명의 요약

본 발명의 목적은 종래 기술과 관련된 상기 언급한 난점들을 극복할 수 있는 개선된 세포 배양 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 영양 매체로부터의 분리된 세포 전후로 기체를 전달하고 이동함으로써 이룩된 외부 환경과 세포 사이에서 효율적인 기체 교환을 극대화하는 것을 특징으로 하는 시험관내의 세포증식을 위한 세포 배양 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 현저하게 감소된 영양 매체 순환율을 갖도록 함으로써 산업적 규모로 보다 용이하게 할 수 있는 세포 배양 장치를 제공하기 위한 것이다.

간편하게 고안되고 조립하기에 용이하며 그 크기가 간단하며 세포를 성장시키고 높은 수율로 세포 및/또는 가치있는 세포 생성물을 회수하는 부드러운 내부 환경을 갖는 세포 배양 장치를 제공하는 것도 본 발명의 또 다른 목적이다.

본 발명의 이들 및 다른 목적들은, (a) 덮개가 제1 및 제2측면 및 종축 모서리를 따라 제2멤브레인층에 밀봉된 제1멤브레인층을 구성하고 각각 세포 배양 공간을 형성하는 제1 및 제2외부 표면을 갖는 최소한 하나의 덮개; (b) 세포 배양 공간에 영향 매체를 전달하기 위한 제1전달 수단; (c) 세포 배양 공간에 세포를 전달하기 위한 제2전달 수단; (d) 세포 배양 공간에 기체를 전달하기 위한 제3전달 수단; (e) 덮개의 제1측면 모서리의 축에 평행하게 부착되고 덮개가 나선상으로 감싸여져 종축 모서리가 중심부의 종축에 수직인 두 면내에 설치된 하나의 종축을 갖는 연장 중심부; (f) 덮개가 중심부 주위에 나선상으로 싸여질 때, 제1외부 표면의 종축 모서리는 중심부에 그리고 덮개의 미리 감긴 층의 제2외부 표면에 고정되게 부착함으로써 나선상으로 연장된 중간-덮개 기체 공간이 그 사이에 형성되도록 최소한 한개의 덮개의 제1외부 표면의 종축 모서리의 양쪽의 전 길이를 따라서 설치된 부착 수단; (g) 세포 배양 공간으로부터 신진대사 배설 생성물을 이동하기 위한 제1이동 수단; (h) 세포 배양 공간으로부터 세포 및/또는 세포 생성물을 이동하기 위한 제2이동 수단; (i) 세포 배양 공간으로부터 기체상의 배설 생성물을 이동하기 위한 제3이동 수단; (j) 중심부의 제1단부에 인접하여 설치되고 전달 수단과 연결되는 입구 수단을 갖는 제1단부 헤더(header) 수단; 및 (k) 중심부의 제2단부에 인접하여 설치되고 최소한 하나의 이동 수단과 연결되는 출구 수단을 갖는 제2단부 헤더 수단; 으로 구성되는 한 구체예의 세포 배양 장치내에서 실현된다.

바람직한 구체예의 상세한 설명

본 발명의 장점 및 특징들은 첨부된 도면을 참고로 하여 하기의 상세한 설명으로부터 보다 완전하게 이해될 수 있을 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 여러가지 구체예에 있어서의 각각의 구조는 부재번호에 의하여 일컬어질 것이다.

제1도에 도시된 본 발명의 구체예에 있어서 하나의 조립된 세포 배양 장치는 12로서 일반적으로 표기된다. 이 예에 있어서, 세포 배양 장치(12)는 실리콘으로 만들어진 탄성 중합 슬리브(sleeve)또는 열수축 열가소성 슬리브인 외부 쉘 또는 재킷(14)을 포함하며, 그 표면은 구멍(15)을 갖는다. 쉘(14) 및 그 단부 캡 헤더(60,70)는 함께 세포 배양 장치(12)의 외부 밀봉을 형성한다.

제1도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1구체예의 단면도가 제2도에 도시되어 있다. 이 도면의 구체적인 특징은 하기 설명되는 제3도를 참고로 설명된다.

제3도에 있어서, 이는 분해 상태에서의 본 발명의 제1구체예를 도시하는 것으로, 세포 배양 덮개(20)는 제1및 제2 멤브레인층(22,24)에 의해서 한정되는 제1 및 제2외부 표면을 갖고, 이들은 각각 실질적으로 동일한 차원을 가지며, 그들 사이에 세포 배양 공간(26)을 형성하도록 적절한 접착물(21)을 갖는 그들의 제1 및 제2종축 모서리 및 제1 및 제2측면 모서리를 따라서 서로 밀봉된다. 실리콘 접착물이 바람직하다. 층(22,24)은 공기, 산소 및 이산화탄소와 같은 기체에는 투과성이지만 세포 및 액체에는 비투과성인 의약용 실리콘, 미크로-세공 폴리에틸렌, 폴리술폰, 폴리카아보네이트, 또는 폴리에틸렌과 같은 다공의 공수성(hydro phobic)물질로 만들어지는 것이 바람직하다. 다공의 멤브레인층은 일반적으로 약 0.02에서 0.4미크론 범위의 구멍 크기를 갖는다. 바람직한 물질은 의약용 실리콘인데 이는 세포의 효과적인 부착을 허용하기 위한 그 표면의 부수적인 물리적 또는 화학적 변형을 요구하지 않으며 세포 배양 공간(26)과 외부 환경 사이에서의 극대로 효율적인 기체 교환을 제공하기 때문이다. 특히 바람직한 물질로는 "실라스틱(SILASTIC)" 이름으로 미네아폴리스(MN)의 SciMed Life Systems아 미드랜드(MI)의 Dow Corning에 의해서 제조되는 섬유-강화 폴리메틸실록산이다. 멤브레인층(22,24)은 또한 기체 확산에 대한 저항을 최소화 할 수 있도록 가능한한 얇게 설치되어야 한다. 예를 들어, 실리콘이 멤브레인 물질로서 사용될 때, 적절한 두께는 약 0.125mm이다. 그 층 물질의 바람직한 두께는 약 0.1-0.250mm의 범위이다. 상기 언급한 공수성 물질들은 또한 이들이 기체확산에 저항을 증가시키는 표면상에 수막(water film)이 형성되지 않도록 한다는 점에 있어서 유리하다. 덮개의 종축길이는, 중심부(50)의 외부 환경과는 상대적으로, 덮개의 복수개의 층이 중심부 주위에 나선상으로 싸여지도록 한다. 실제로 덮개의 종축길이는 약 1-90m이며, 약 2-40m가 바람직하고, 그 측면길이 또는 폭은 통상 약 0.1-0.3m의 범위이고, 약 0.15-0.25m가 바람직하다.

이 예에 있어서, 모세관이 모세관의 벽을 통하여 단지 세포 배양 공간과 통할 수 있도록 덮개의 밀봉된 종축 모서리 사이로부터 외부쪽으로 개구단부가 연장되고 덮개내에 설치된 액체 투과성 벽을 갖는 복수개의 중공섬유 또는 모세관(28)에 의해서 영양 매체는 세포 배양 공간으로 전달되고 수용성 배설 생성물은 세포 배양 공간으로부터 이동된다. 모세관은 서로 평행하게 그리고 실질적으로 동일하게 격치된 덮개내에 설치될 수 있다. 모세관 사이의 거리는 약 100-1,000미크론이 보통이며, 바람직한 거리는 약 200-500미크론이다. 100미크론 미만의 거리는 제조관점에서 보아 어렵고 세포 성장을 위한 적절한 공간을 주지 못한다. 1,000미크론 이상의 격치는 상기 설명한 바와같이 최적 세포 및/또는 세포 생성물 수율을 나쁘게 하는 세포 배양 공간에서 영양 변화를 발생시키는 경향이 있다. 모세관은 반-다공성, 친수성, 및 선별 투과성 멤브레인벽을 형성하는 섬유 속으로 방사될 수 있고, 세포에 비독성인 어떤 적절한 물질로부터 제조될 수 있다. 이들 예로는 아세테이트, 안이소트픽 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 비누화 셀루로오스 에스테르, 나일론, 폴리아크릴로니트릴, 및 아크릴 공중합체들을 포함한다. 바람직한 물질은 델라이(CA)의 Enka Ltd.에 의해 제조된 재생 셀룰로오스 아세테이트 "쿠프로판(CUPROPHAN)"이 있다. 모세관(28)은 세포의 특정 세포 신진대사 요건에 필요한 글루코스, 아미노산, 비타민 및 기타 필수 영양 물질을 포함하는 신선한 영양 매체를 운반한다. 이 매체는 세포 배양 공간(26)속으로 모세관벽을 통하여 확산한다. 세포 배설 생성물은 모세관(28)속으로 세포 배양 공간(26)으로부터 확산하고 그를 통하여 흐르는 매체에 의하여 제거된다. 모세관(28)의 외부 직경은 약 60-400미크론의 범위가 보통이며, 약 200-300미크론이 바람직하고, 내부직경은 약 100-300미크론이 보통이고, 약 200-250미크론이 바람직하다.

세포전달과 세포 및/또는 세포 생성물이 이동을 위한 세포 배양 공간(26)속으로의 접촉은 각각 입구 및 출구 튜우브(30,32)에 의해서 행해진다. 튜우브(30)는 덮개의 층(22,24)의 제1종축 모서리 사이에 설치되고 세포 배양 공간 속으로 돌출하여 튜우브의 제1단부 부분이 세포 배양 공간과 통하게 하고 그 튜우브의 제2단부 부분은 하기에 설명되는 제4도에 도시된 바와 같이 제1단부 캡 헤더(60)상의 보조 모세관 입구 부분(68)과 통하게 한다. 튜우브(32)는 튜우브(32)가 세포 배양 공간 속으로 돌출하도록 설치된 튜우브(30)의 모서리의 반대쪽 덮개의 층(22,24)의 제2종축 모서리 사이에 설치되고 그럼으로써 튜우브의 제1단부 부분은 세포 배양 공간과 통하고 투우브의 제2단부 부분은 제4도에 도시된 바와 같이 제2단부 캡 헤더(70)상에 보조 모세관 출구 부분(78)과 통하게 한다. 입구 및 출구 튜우브는 실리콘 고무, 폴리에틸렌 또는 폴리우레탄과 같은 유연성의 생물학적으로 적합한 물질로 만들어져야 한다. 바람직한 물질은 실리콘 고무이다. 튜우브의 내부 직경은 충분히 커서 세포 배양 공간 속으로 적절한 세포 주입과 그로부터의 세포 및/또는 세포 생성물의 이동을 허락할 수 있어야 한다. 적절한 내부 직경은 통상 약 1.5-9.5mm의 범위이다. 튜우브의 외부 직경은 덮개(20)를 구성하는 멤브레인층(22,24)의 종축 모서리 사이에는 튜우브(30,32)의 결합 또는 봉합을 용이하게 하도록 선택한다. 바람직한 외부 직경은 약 3-13mm이다. 튜우브(30,32)는 세포 배양 공간(26)속으로 단지 충분히 멀리 연장하여 각각 세포 주입과 세포 및/또는 세포 생성물 수확을 적절하게 하도록 한다. 제3도에는 도시되어 있지 않지만, 각각의 튜우브(30,32)의 하나 이상이 덮개내의 적절하게 설치되어 있다.

복수개의 모세관(28)과 그 안에 설치된 각각의 튜우브(30,32)의 최소한 하나를 갖는 덮개(20)를 조립할 때, 접착물(21)이 두 종축 모서리의 전 길이를 따라서 그리고 덮개의 제1외부 표면의 제1측면 모서리(27)를 따라서 인가된다. 다음에, 그 종축 및 측면 모서리가 실질적으로 인접하지만 접착물(21)을 접촉하지 않도록 하는 차원을 갖는 시이트의 형태내의 지지 메쉬(mesh)(23)를 덮개의 제1외부 표면상에 겹치게 한다. 그 메쉬는 약 0.5-1.0mm의 두께를 갖는 부직의 플라스틱 스크린으로 구성되는 것이 바람직하다. 다음에, 제3도에 도시된 바와같이, 제1측면 모서리(27)는 중심부의 종축에 평행한 연장된 중심부(50)에 견고하게 부착된다. 덮개의 종축 모서리는 중심부의 종축에 수직인 두 평면내에 설치되도록 그리고 덮개의 제1외부 표면의 종축 모서리가 견고하게 중심부에 고착되도록, 그리고 한번 감싸서 외부 주위 표면을 완전히 덮을 때 덮개의 미리 감싼 층의 제2외부 표면의 종축 모서리에 견고하게 고착시키도록 중심부 주위에 덮개(20)를 다시 나선상으로 감싼다. 이러한 방식으로 중심부 주위에 나선상으로 감쌀 때, 덮개는 하기에 상세히 설명하는 바와 같이 제2도에 나타난 바와 같이 거기에 포함된 메쉬(23)를 갖는 나선상으로 연장하는 중간-덮개 공간(29)을 형성한다. 중간-덮개 공간(29)은 멤브레인층(22,24)을 통하여 세포 배양 공간으로부터 확산하는 기체상의 배설 생성물의 제한되지 않고 나선상으로 외부로 유동하도록 한다. 세포 배양 공간(26)이 영양 매체로 채워지고 세포 밀도가 증가될 때 덮개의 감싼 인접층이 서로 접촉하지 않도록 함으로써 그 메쉬는 중간-덮개 공간을 지지하는 역할을 한다. 그 중간-덮개 공간은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 명백한 것과 같이 메쉬의 사용외에 다른 방법으로도 유지될 수 있다.

본 발명의 이 구체예에서의 연장 중심부(50)는 두가지 목적을 행한다. 우선, 그 중심부는 나선상으로 감싸는 덮개를 지지하는 기능을 갖는다. 둘째로, 그 중심부는 기체 투과성 통로로서의 역할을 하여 그를 통하여 중심부의 전 종축 길이를 따라서 기체가 흐르도록 하게 그로부터 방사상으로 확산하도록 하게 한다. 그러므로 중심부는 플라스틱, 금속 또는 합금과 같은 충분히 강성인 물질로 제조되는 것이 적절하며 그래서 덮개를 지지하도록 하게 할 뿐 아니라 기체가 흐를 수 있도록 충분히 다공성이 되도록 한다. 제3도에 도시된 바와 같이, 중심부는 중공의 강성 물질로 만들어지며, 그 표면은 기체의 확산을 허용하도록 개구 또는 구멍(52)을 갖게 천공되어 있다. 구멍 크기는 보통 약 0.5-5mm 범위이며, 약 1.25-2.50mm가 바람직하다. 도면에는 도시되어 있지 않지만, 중심부는 미세공의 폴리에틸렌, 세라믹 또는 기타 소결 물질과 같은 다공성 고체 물질로 만들어질 수 있다.

덮개가 완전히 중심부 주위를 감싼 후, 그 감싼 예비-조립체는 제1도 및 제2도에 도시된 바와 같은 열수축 열가소성 슬리브와 같은 쉘 또는 재킷(14)으로써 선택적으로 고정될 수 있다. 사용될 수 있는 물질의 적절한 예는 PVC(폴리비닐클로라이드), 폴리올레핀, TEFLON, MYLAR, 폴리에틸렌 및 KYNAR(불화 폴리비닐리덴)을 포함한다. 물론 이 예에 있어서 보호성 쉘이 도시된 바와 같다면, 그 장치로부터 기체가 이탈하도록 기체 투과성 및/또는 천공성(제1도 및 제2도에 도시된 바와 같이)이어야 한다. 쉘 또는 재킷의 제2기능은 나선상으로 감싼 덮개를 한정하는 것이며, 그래서 일단 영양 매체로 채워지면 시이트(22,24) 사이에 위치한 세포 배양 쳄버(chamber)가 약 200-500미크론보다 더 크지 않은 전체 두께를 갖도록 하며, 바람직하게 약 200-350미크론보다 더 크지 않도록 한다.

일단 덮개가 중심부 주위에 감싸지고 상기 설명한 방법으로 쉘내에 넣어지면, 제1단부 캡 헤더(60)는 제4도에 도시된 바와 같이 중심부의 제1단부와 인접하여 설치된다. 헤더(60)의 환상의 쇼울더(shoulder) 또는 플랜지(flange)(62)는 쉘(14)의 외부 주위 모서리에 견고하게 부착하여 유압 밀봉을 형성하게 한다. 보조 모세관 입구 부분(68)은 세포주입 튜우브(30)를 수용하도록 결합하여 액상 유통 상태가 되도록 하다. 기체 입구 부분(66)은 그 장치로 공기 공급을 위하여 그 장치의 외부의 펌프 또는 압축 기체 장치에 부착되고 액상 유통 상태가 되도록 압축부의 제1단부를 물리도록, 그리고 중심부 속으로 공기와 같은 기체의 제한되지 않는 유동을 제공하도록 그 내부에서 결합된다. 이 예에 있어서, 보조 헤더(67)는 기체 입구 부분(66)에 결합되고, 그 환상의 쇼울더(65)는 액상 유통 상태가 되도록 중심부(50)의 개구단부와 물린다. 여기서 표현되는 "공기"는 대기 뿐만 아니라 세포의 비독성이고, 생리학적으로 수용가능한, 그리고 시험관내에서 그들의 성장에 도움이 되는 기체 또는 그 혼합 기체를 의미하는 것이다. 또한 보조 헤더(67)는 기체 입구 부분과 중심부의 개구단부와 각각 유통되도록 제1 및 제2단부에 결합된 플라스틱 튜우브에 의하여 대치될 수 있다. 내부-모세관 입구 부분(64)은 외부 영양 매체 공급원에 부착되고 그 장치의 내부에 결합되어서 단부 캡 헤더(60), 보조 헤더(67) 및 서로 밀봉된 덮개의 연속적으로 감싼 각각의 층의 제1종축 모서리와 그 종축에 수직인 중심부(50)의 표면에 의하여 한정된 면에 의해서 형성된 공간 쳄버(63)와 유통할 수 있도록 한다. 공간 쳄버(63)는 덮개의 밀봉된 종축 모서리로부터 외부쪽으로 그리고 쳄버 내부로 연장되는 모세관(28)의 제1개구단부와 유통한다. 모세관은 상기 설명한 면과 평절삭하는 것이 바람직하다.

제2단부 캡 헤더(70)는 중심부의 제2단부와 인접하여 설치되며 그래서 헤더(70)의 환상의 쇼울더 또는 플랜지(72)가 유압 밀봉을 형성하도록 쉘(14)의 외부 주위 모서리에 견고하게 부착되게 한다. 물론, 쉘이 설치되지 않는다면, 환상의 쇼울더 또는 플랜지(62)는 가장 바깥쪽의 나선상으로 싸인 덮개층의 외부 주위 모서리에 견고하게 부착되어야 한다. 외부-모세관 출구 부분(78)은 세포 배양 공간(26)으로부터 세포 및/또는 세포 생성물을 이동하기 위한 생성물 수확 튜우브(32)를 수용하는 장치의 내부에 결합되어야 한다. 헤더(70)에 부착된 플러그(77)는 중심부(50)의 내부 주위 표면과 물려서 그로부터 기체의 이탈을 방지한다. 물론 플러그(77)는 헤더(70)에 부착될 필요는 없지만 분리하여 공급될 수 있다. 또한, 적절한 캡이 유체 밀봉방식으로 중심부(50)의 단부상에 고정될 수 있다. 내부-모세관 출구 부분(74)은 그 장치의 내부에 결합하여 헤더(70), 플러그(77) 및 서로 밀봉되고 그 내부에 모세관(28)의 제2개구단부가 연장되는 덮개의 각각의 연속적으로 싸인 층의 제2종축 모서리와 그 종축에 수직인 중심부(50)의 표면에 의해서 한정되는 면에 의해서 형성된 공간 쳄버(79)와 유통되게 한다.

신선한 영양 매체는 제1개구단부를 거쳐 모세관을 통하여 채워지는 공간 쳄버(63) 속으로 내부-모세관 입구 부분(64)을 통하여 장치속으로 흐르게 된다. 매체와 영양물질은 모세관 벽을 통하여 세포 배양 공간(26)으로 확산하고 세포에 의해서 섭취된다. 사용된 매체와 수용성 세포 신진대사 배설 생성물은 다시 모세관 벽을 통하여 세포 배양 공간(26)으로부터 확산하고, 모세관(28)으로부터 공간 쳄버(79)속으로, 그리고 내부-모세관 출구 부분(74)을 통하여 그 장치 밖으로 충진 매체에 의해서 운반된다.

기체는 하기 방법으로 장치에 공급되고 이동된다. 제4도에 도시된 바와 같이, 공기는 기체 입구 부분(66)과 중심부(50) 내부의 보조 헤더(67)를 통하여 장치속으로 흐르게 되고 제2도에 있어서, 공기는 구멍(52)을 통하여 중간-덮개 공간(29)으로 흐르고 나선상으로 흐르며 멤브레인층(22,24)을 통하여 세포 배양 공간(26)속으로 확산하여 세포에 의하여 섭취된다. 기체상의 배설 생성물은 멤브레인층(22,24)을 통하여 중간-덮개 공간(29)속으로 확산하며 밀봉되지 않은 미리 싸여진 층과 덮개의 제2측면 모서리(25)에 의하여 한정된 공간을 통하여 중심부(50)로부터 외부쪽으로 나선상으로 흐르게 되다. 기체는 쉘 또는 재킷(14)상의 개구(15)를 통하여 흐름으로써 장치로부터 빠져나간다.

본 발명의 두번째 구체예는 제5-7도에 도시되어 있다.

이 예는 여러면에 있어서 첫번째 예와는 다른데, 이는 세포 배양 공간에서 성장 세포로 기체가 공급되고, 또 그로부터 이동되는 방식에 관한 것이다.

제5도에 있어서, 모세관(28) 및 튜우브(30,32)가 설치된 덮개(20)는 상기 설명한 바와 같이 조립된다. 다음에 접착물(21)은 덮개(20)의 제1외부 표면의 제1 및 제2종축 및 측면 모서리의 전 길이를 따라서 인가된다. 다음에 최소한 하나의 기체 입구 튜우브(40)가 덮개(20)의 제1 외부 표면상에 설치되고 고정되며 이는 최소한 그 표면의 한 검출분을 따라서 연장하여 중심부(54)의 종축과 평행이 되도록 하며 그리고 덮개로부터 외부쪽으로 연장하여 덮개가 중심 주위에 나선상으로 감싸지고 그 장치가 완전히 조립될 때 튜우브(40)의 개구단부가 단부 캡 헤더(60')상의 기체 입구 부분(66')과 유통하도록 용이하게 결합되고, 그 다른 개구단부 아래에 설명하는 바와 같이 제7도에 도시된 중간-덮개 기체 공간(29)과 유통한다. 덮개(20)의 제1외부 표면의 반대쪽 종축 모서리에 설치되고 고정된 최소한 하나의 기체 출구 튜우브(42)는 또한 그 표면의 최소한 한 부분을 따라 연장하고 덮개로부터 외부쪽으로 또한 연장하여서 덮개가 중심부 주위에 나선상으로 감싸지고 완전히 조립될 때, 튜우브(42)의 한 개구단부가 헤더(70')상의 기체 출구 부분(76')과 유통하도록 용이하게 결합하고 다른 개구단부가 중간-덮개 기체 공간(29)과 유통하도록 한다. 메쉬(23)는 다시 상기 설명한 동일한 방법으로 덮개(20)의 제1외부 표면상에 겹쳐진다. 덮개의 제1측면 모서리(27)는 중심부(54)에 견고하게 부착된다. 이 예에서의 중심부는 기체에 비투과성이고 이 목적에 부응하고 또한 나선상으로 싸여진 덮개를 지지하기 위한 물질로 구성될 수 있다. 덮개(20)는 다시 완전히 감쌀 때 공급되는 접착물(21)을 갖는 덮개(20)의 제2측면 모서리(25)가 덮개의 미리 싸여진 층의 제2외부 표면에 부착된다는 점을 제외하고는 상기 설명한 동일한 방법으로 나선상으로 감싸진다. 이들 감싸진 조립체는 다음에 하기 설명할 제6-7도와 같이 쉘(16)로써 선택적으로 고정될 수 있다. 이 예에 있어서, 쉘은 첫번째 구체예에서와 같이 열수축 열가소성 슬리브이지만, 기체에 투과성 및/또는 천공성이어야 할 필요가 없다는 점에 있어서 다르다. 이 예에 있어서, 쉘은 세포 배양 공간(26)내의 세포가 튜우브(40)에 의하여 산소로써 공급되는 공간 중간-덮개 공간(29)인 이 예에서의 산소 공급원으로부터 약 100-250미크론보다 더 크지 않도록 하여 준다.

일단 덮개가 중심부 주위에 싸여지고, 상기 설명한 방법대로 쉘(16)내에 넣어지면, 제1단부 켑 헤더(60')는 제6도에 도시된 바와 같이 중심부(54)의 제1단부에 인접하여 설치된다. 헤더(60')의 환상 쇼울더 또는 플랜지(62')는 쉘(16)의 외부 주위 모서리에 견고하게 부착하여 유압 밀봉을 형성한다. 보조-모세관 입구 부분(68')은 액상 유통상태가 되도록 세포 주입 튜우브(30)를 수용하도록 결합한다.

기체 입구 부분(66')은 장치에 공기 공급을 위하여 장치 외부의 펌프 또는 압축 기체 수단에 부착되고 액상 유통 상태가 되고 공기와 같은 기체의 제한되지 않은 흐름을 위하여 기체 입구 튜우브(40)와 물리도록 장치의 내부에 결합시킨다. 내부-모세관 입구 부분(64')은 영양 매체 공급원 또는 장치 외부의 용기에 부착되고 헤더(60') 및 서로 밀봉된 덮개의 각각의 연속적으로 감싼 층의 제1종축 모서리 및 그 종축에 수직인 중심부(54)의 표면에 한정된 면에 의해서 형성된 공간 쳄버(63')와 유통할 수 있도록 그 내부에서 결합된다. 공간 쳄버(63')는 덮개의 밀봉된 종축 모서리로부터 외부쪽으로 그리고 쳄버쪽으로 연장하는 모세관(28)의 제1개구단부와 유통한다. 제2단부 캡 헤더(70')는 중심부의 제2단부와 인접하여 설치되어서 헤더(70')의 환상 쇼울더 또는 플랜지(72')가 유압 밀봉을 형성하도록 수레(16)의 외부 주위 모서리에 견고하게 부착한다. 물론, 제1구체예에서와 같이, 쉘이 설치되지 않는다면, 환상의 쇼울더 또는 플랜지(62',72')는 가장 바깥쪽의 나선상으로 싸인 덮개층의 외부 주위 모서리에 견고하게 부착되어야 한다. 보조-모세관 출구 부분(78')은 세포 배양 공간(26)으로 부터 세포 및/또는 생성물의 이동을 위하여 생성물 수확 튜우브(32)와 액상 유통 상태로 되도록 장치의 내부에 결합시킨다.

내부-모세관 출구 부분(74')은 헤더(70) 및 서로 밀봉되고 그 안으로 모세관(28)의 제2개구단부가 연장되는 덮개의 각각의 연속적으로 감싼 층의 제2종축 모서리와 그 종축에 수직인 중심부(54)의 표면에 의하여 한정된 면에 의해서 형성된 공간 쳄버(79')와 유통되는 장치의 내부에 결합된다. 기체 출구 부분(76')은 장치로부터 기체상의 배설 생성물의 제거를 위한 기체 출구 튜우브(42)와 액상 유통 상태가 장치의 내부에 결합시킨다.

영양 매체는 제1구체예에 설명한 방법과 같이, 실질적으로 장치속으로 그리고 장치로부터 흐르게 된다.

기체는 하기 방법에 따라 장치로 들어오고 나가게 되다. 제6도에 도시된 바와 같이, 공기는 도시되지 않은 장치 외부의 공기 공급원으로부터, 그리고 기체 입구 부분(66')을 통하여 장치 속으로, 그리고 다시 기체 입구 튜우브(40)속으로 흐르게 된다. 제7도에 있어서, 기체는 중간-덮개 기체 공간(29) 속으로 튜우브(40)로부터 흐르고 산소가 세포에 의해서 섭취되는 세포 배양 공간(26) 속으로 멤브레인층(22,24)을 통하여 확산한다. 기체상의 배설 생성물은 중간-덮개 기체 공간(29) 속으로 멤브레인층(22,24)을 통하여 확산한다. 제6도를 다시 살펴보면, 기체는 기체 출구 튜우브(42)를 통하여 흐르고 기체 출구 튜우브(42)와 액상 유통 상태가 되는 헤더(70')상의 기체 출구 부분(76')을 통하여 장치로부터 빠져 나간다.

이 예에 있어서는 비록 단지 각 튜우브(40,42)의 하나만이 도시되어 있을지라도, 기체 입구 튜우브(40)의 숫자는 기체 출구 튜우브(42)의 숫자보다 더 큰 것이 바람직하다. 또한 이들은 교대 방식으로 덮개의 제1외부 표면의 반대쪽 종축 모서리를 따라서 배열되는 것이 바람직하다. 물론, 기체 입구 부분(66')과 기체 출구 부분(76')은 이 분야의 통상의 지식을 가진자에게 공지된 방법으로 각각 복수개의 튜우브(40,42)와 물리도록 장치의 내부에 결합시킨다.

이 구체예는 산소 변화가 세포 배양 공간(26)내에서 만들어지지 않기 때문에 중심부의 외부 표면으로부터 더 멀리 설치된 세포 배양 공간의 영역내에서 성장하는 세포들이 성장에 필요한 산소를 빼앗기지 않는다는 점에 있어서 유리하다.

본 발명의 상기 설명한 구체예들에 있어서, 세포들은 덮개 내부 표면 및 중공섬유의 벽에 초기 부착하게 하고 또는 미국특허 제4,391,912호에 개시된 것과 같은 중공섬유사이에 부유시키게 함으로써 성장될 수 있다.

본 발명의 제3구체예는 제8-11도에 예시되어 있다. 이 구체예는 제2구체예와 유사하다. 그러나 이는 다음과 같은 특징에 있어서 제2구예와 다르다. 우선, 제8도에 도시된 바와 같이, 두 덮개(80,90)가 설치되어 있다. 각각의 덮개는 최소한 하나의 멤브레인층의 모두 네개의 모서리를 따라서 위치한 적절한 접착물(21)을 갖고 그럼으로써 그 사이에 각각 세포 배양 공간(85,95)을 형성하며, 기체 투과성 공수성 멤브레인층(22,24)을 반-세공의 친수성 멤브레인층(82,92) 각각 위에 겹쳐서 결합함으로써 형성된다. 기체-투과성 공수성 층에 대한 적절한 물질로는 제1구체예의 설명에 이미 설명한 것들을 포함한다.

반-세공의 친수성 층에 대한 적절한 물질로는 상기 설명한 바와 같이 모세관을 만드는데 사용된 것들을 포함한다. 세포 주입 튜우브(30)와 생성물 수확 튜우브(32)는 상기 두 구체예에서 설명한 바와 같이 덮개(80,90)내에 설치된다. 본 발명의 이 구체예에서는 모세관을 사용되지 않았다. 상기 설명한 바와 같은 메쉬(23)는 다시 멤브레인층(22,82,92,24)의 정상에 위치한다. 다음에 덮개(80)는 덮개(90)위에 겹쳐져서 멤브레인층(82,93)이 서로 대면하여 적절한 접착물로 그들의 양측면 모서리를 따라서 함께 결합시킨다. 그들은 종축 모서리는 밀봉하지 않은 상태로 둔다.

제9도에 대하여는, 적절한 접착물이 층(22)의 외부 표면의 제1 및 제2종축 및 측면 모서리에 인가된다. 다음에 기체 입구 튜우브(40)와 기체 출구 튜우브(42)는 제2구체예의 상기 설명과 같이 층(22)의 외부 외부 표면상에 설치되고 고정된다. 층(22)의 제1측면 모서리는 그 종축 표면을 따라서 중심부(54)에 부착된다. 이 구체예에 있어서의 중심부는 실질적으로 제2구체예에 설명된 것과 동일하다.

이미 설명한 바와 같이, 서로 조립되고 고착된 덮개(80,90)는 완전히 감싸지는 데에서 중심부(54) 주위에 나선상으로 감싸지고, 층(22)의 제2측면 모서리(25)는 덮개의 이미 감싼 층의 외부 표면층(24)에 고착된다. 이는 제10도에 도시되어 있다. 또한 나선상으로 연장한 중간-덮개 공간(89) 및 나선상으로 연장한 중간-덮개 통로(99)가 형성되며 각각은 기체 및 매체 유동을 위한 적절한 공간을 유지할 목적으로 내부에 포함된 메쉬를 갖는다. 중간-덮개 공간(89)은 인접한 나선상으로 감싼 층(22,24)에 의하여 형성되며, 그 측면 및 종축 모서리는 서로 밀봉된다. 통로(99)는 인접한 나선상으로 감싼 층(82,92)에 의하여 한정되며, 그 종축 모서리는 밀봉되지 않고 그 측면 모서리는 밀봉된다.

감싸진 부분-조립체는 재킷 또는 쉘(16)로써 선택적으로 고정되고 다음에, 제11도에 도시된 것과 제2구체예에 상기 설명한 바와 같이, 제1 및 제2단부에 각각 물리게 된다.

신선한 영양 매체는 입구 부분(64'')을 통하여 외부 매체 공급원으로부터 장치 내부에, 그리고 덮개(80,90)의 각각의 연속적으로 감싼 층의 제1종축 모서리 및 그 종축 표면에 수직인 중심부(54)의 표면에 의해서 한정된 면 및 단부 캡 헤더(60'')에 의해서 형성된 공간 쳄버(63'')속으로 흐르게 한다. 영양매체는 다시 층(82,92)의 인접한, 밀봉되지 않은 나선상으로 연장하는 종축 모서리 사이에서 쳄버(63'')와 액상 유통 상태가 되도록 통로(99)속으로 흐르고, 각각 세포 배양 공간(85,95)속으로 확산되며, 거기서 세포에 의해서 섭취된다. 사용된 매체 및 수용성 신진대사 배설 생성물은 각각 멤브레인층(82,92)을 통하여 세포 배양 공간(85,95)으로부터 통로(99)속으로 확산하고, 통로(99)와 액상 유통 상태가 되고, 덮개(80,90)의 각각의 연속적으로 감싼 층의 제2종축 모서리 및 그 종축과 수직인 중심부(54)의 표면에 의해서 한정된 면 및 단부 캡 헤더(70")에 의해서 한정된 제2공간 챔버(79")속으로 충진 매체에 의해서 운반된다. 영양 매체는 쳄버(79'')와 액상 유통 상태인 출구 부분(74'')을 통하여 흐름으로써 장치로부터 빠져나간다.

기체는 제2구체예에 설명한 것과 제10-11도에 도시된 것과 같이 실질적으로 장치로 공급되며 장치로부터 이동된다. 제11도에 도시된 바와 같이, 공기는 기체 입구 튜우브(40)와 액상 유통 상태인 장치의 내부에서 결합된 기체 입구 부분(66'')을 통하여 장치속으로 흐른다. 제10도에 있어서, 기체는 중간-덮개 공간(89,95)속으로 튜우브(40)를 통하여 흐르고 멤브레인층(22,24)을 각각 통하여 세포 배양 공간(85,95)속으로 확산하며, 세포에 의하여 섭취된다. 기체성의 배설 생성물은 멤브레인층(22,24)을 각각 통하여 확산함으로써 중간-덮개 공간(89) 속으로 세포배양 공간(85,95)을 빠져 나간다. 제11도를 다시 살펴보면, 기체는 다시 단부 캡 헤더(70'')상의 기체 출구 부분(76'')과 액상 유통되도록 결합한 튜유브(42)를 통하여 흐르고 그것을 통하여 장치를 빠져 나간다. 제11도에 있어서, 튜우브(40,42) 각각의 하나만이 도시되어 있는데, 이는 그들이 서로 공통 평면을 갖고 있기 때문이다.

그래서 본 발명의 이 구체예 또한 모세관을 사용하지 않고 세포 전후로 영양매체 및 기체를 분리하여 공급하고 이동 할 수 있는 것이다.

상기 설명한 세 구체예의 어느 것도 하기 방법으로 변형될 수 있다. 세포가 부착하기 위한 세포 배양 공간에서의 표면적의 양을 증가시키기 위하여 미세담체, 망상 폴리 우레탄 포움(foam) 또는 실리카 입자와 같은 직경이 약 200-400미크론의 양전하의 비독성 입자가 세포 배양 공간에 부가될 수 있고, 덮개의 조립시에 그 내부에 넣을 수 있다.

동물 세포의 여러가지 다양한 형태의 종류가 본 발명의 장치에서 배양될 수 있으며, 예로서 양서류, 포유류 및 조류 세포, 특히 포유류 세포등이다. 이의 예로서는 인간의 폐조직 형성 세포, 리서스 원숭이 콩팥 세포, 베로(vero)세포, MDCK 세포, 중국쥐 난소 세포, 쥐 태아 조직 형성 세포 및 새끼쥐 콩팥 세포를 포함한다. 박테리아 세포, 곤충 세포 및 식물 세포가 또한 여기서 배양될 수 있지만, 본 발명의 상기 열거한 것과 같은 동물 세포의 배양에 특히 적합하다.

이 장치는 또한 Eagle의 기초 배양기, Dulbecco의 수정된 최소 필수 배양기(MEM) 및 적절한 영양 물질, 태아의 송아지 혈청, 및 기타 물질을 보충한 Eagle 또는 Hank의 평형 염용액과 같은 종래의 영양 매체를 사용하기에 적합하다.

본 발명에 따라 설명된 방법으로 세포에 산소와 같은 기체를 제공함으로써, 세포는 보다 경제적으로 성장될 수 있는데 이는 산소가 세포에 전달되는 비율이 종래 기술의 장치보다 현저히 증가되기 때문이다. 예를 들어, 공기로써 평형이 된 수성의 영양 매체는 37℃, 760mmHg 압력하에서 1ℓ당 4,5ml의 산소만을 운반할 수 있는 반면 같은 조건하에서 1ℓ당 209ml의 산소를 운반할 수 있기 때문이다. 그래서 최소한 46배(209/4.5) 더 많은 산소가 물 1ℓ보다 공기 1ℓ로부터 이용 가능하다. 나아가서 공기와 같은 기체는 주어진 온도에서 물보다 점성이 더 작기 때문에 단위시간당 공기의 더 많은 양이 세포 배양 장치에 전달될 수 있고, 그래서 그 높은 산소 변화를 유지할 수 있다. 그러므로 본 발명에서는 세포 및/또는 세포 생성물의 증가는 종래의 장치에서 얻어진 수율보다 최소한 10 내지 46배가 될 수 있다. 또한, 비통기성 매체의 액상 유속은 세포 배양장치의 평방미터당 1시간에 100 내지 1,000ml의 매체정도로 감소될 수 있다. 현존하는 세포 배양 장치는 세포 설장에 필요한 산소량을 공급하기 위하여 장치의 평당 미터당 1분에 500ml 정도의 매체가 되도록 작동한다. 이 유속의 감소와 내부 압력의 같은 감소는 산업적으로 규모의 응용을 용이하게 한다.

본 발명이 비록 상세히 구체적인 예로써 설명되었다 할지라도, 많은 변형들이 본 발명의 요지와 영역을 벗어나지 않고 만들어질 수 있다는 것이 이 분야의 통상의 지식을 가진 자들에게 명백한 것이 될 것이다.

Claims

(a) 덮개가 제1 및 제2측면 및 종축 모서리를 따라 제2 멤브레인층에 밀봉된 제1멤브레인층을 구성하고, 각각 세포 배양 공간을 형성하는 제1 및 제2외부 표면을 갖는 최소한 하나의 덮개; (b) 세포 배양 공간에 영양 매체를 전달하기 위한 제1전달 수단; (c) 세포 배양 공간에 세포를 전달하기 위한 제2전달 수단; (d) 세포 배양 공간에 기체를 전달하기 위한 제3전달 수단; (e) 덮개의 제1측면 모서리에 축과 평행하게 부착되고, 덮개가 나선상으로 감싸여져 종축 모서리가 중심부의 종축에 수직인 두 면내에 설치된 하나의 종축을 갖는 연장 중심부; (f) 덮개가 중심부 주위에 나선상으로 싸여질 때, 제1외부 표면의 종축 모서리는 중심부에 그리고 덮개의 미리 감긴층의 제2외부표면에 고정되게 부착함으로써 나선상으로 연장된 중간-덮개 기체 공간이 그 사이에 형성되도록 최소한 한개의 덮개의 제1외부 표면의 종축 모서리의 양쪽의 전 길이를 따라서 설치된 부착 수단; (g) 세포 배양 공간으로부터 선진 대사 배설 생성물을 이동하기 위한 제1이동 수단; (h) 세포 배양 공간으로부터 세포 및/또는 세포 생성물을 이동하기 위한 제2이동 수단; (i) 세포 배양 공간으로부터 기체성의 배설 생성물을 이동하기 위한 제3이동 수단; (j) 중심부의 제1단부에 인접하여 설치되고 전달 수단과 연결되는 입구 수단을 갖는 제1단부 헤더(header) 수단; 및 (k) 중심부의 제2단부에 인접하여 설치하고 최소한 하나의 이동 수단과 연결되는 출구 수단을 갖는 제2단부 헤더 수단으로 구성되는 세포 배양 장치.
제1항에 있어서, 상기 덮개를 구성하는 상기 제1 및 제2멤브레인층이 다공성이고 기체에는 실질적으로 투과성이지만 세포 및 액체에는 실질적으로 비투과성인 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
제2항에 있어서, 상기 멤브레인층은 약 0.02 내지 0.4미크론의 구멍 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
제2항에 있어서, 상기 멤브레인층의 각각이 의약용 실리콘으로 구성되는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
제4항에 있어서, 상기 멤브레인층의 각각 약 0.125 내지 0.250mm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
제 1항에 있어서, 상기 덮개가 복수개의 덮개층이 상기 중심부에 대하여 나선상으로 감싸지도록 상기 중심부의 외부 주변에 비례하는 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
제2항에 있어서, 상기 모세관은 단지 상기 모세관의 벽을 통해서 상기 세포 배양 공간과 유통하도록 상기 덮개의 상기 밀봉된 종축 모서리 사이로부터 외부쪽으로 연장하는 개구단부와, 상기 덮개내에 설치된 액체 투과성 벽을 갖는 복수개의 모세관으로 상기 제1전달 수단 및 상기 제1이동 수단이 구성되는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
제7항에 있어서, 상기 모세관은 실질적으로 동일하게 격치되도록 설치하며 서로 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
제8항에 있어서, 상기 모세관이 서로 약 100 내지 1,000 미크론 사이에 격치되는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2전달 수단은 상기 덮개의 제1종축 모서리 사이에서 설치되고 상기 세포 배양 공간속으로 돌출한 최소한 하나의 튜우브 수단으로 구성되고 그럼으로써 상기 튜우브 수단의 제1단부 부분은 상기 세포 배양공간과 유통하고 상기 튜우브 수단의 제2단부 부분은 상기 제1단부 헤더 수단상의 입구 수단과 유통하는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
제7항에 있어서, 상기 중심부가 기체 투과성인 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
제11항에 있어서, 상기 중심부는 중공물질로 구성되고 그 주변의 표면은 천공된 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
제11항에 있어서, 상기 제3전달 수단은 유체 밀봉을 형성하도록 제1단부에서 상기 중심부와 물리고, 그럼으로써 기체가 상기 중심부에 들어가도록 하며, 상기 제1단부 헤더 수단상의 상기 입구 수단과 유통되는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
제11항에 있어서, 제1단부 반대쪽의 상기 중심부의 제2단부가 그로부터 기체의 이탈을 막기 위하여 밀봉 수단으로 밀봉되는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
제11항에 있어서, 상기 제3이동 수단이 상기 덮개와 상기 덮개의 미리 감싼 층의 상기 제2외부 표면의 제2측면 모서리에 의하여 한정된 개구로 구성되며 그를 통하여 기체성의 배설 생성물이 상기 장치를 빠져 나가는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2이동 수단이 상기 덮개의 상기 제2종축 모서리 사이에 설치된 최소한 하나의 관상형의 수단으로 구성되고, 상기 세포 배양 공간속으로 돌출하여 상기 튜우브 수단의 제1단부 부분은 상기 세포 배양 공간과 유통하고, 상기 튜우브 수단의 제2단부 부분은 상기 제2단부 헤더 수단상의 상기 출구 수단과 유통하는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
제1항에 있어서, 상기 접착제 수단은 상기 덮개의 상기 제1외부 표면의 상기 제2측면 모서리의 전길이를 따라서 더 설치되어서 상기 모서리가 덮개의 미리 감싼 층의 상기 제2외부 표면에 견고하게 고착되는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
제17항에 있어서, 상기 중심부가 기체에 비투과성인 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
제17항에 있어서, 상기 제3전달 수단이 최소한 하나의 상기 덮개의 상기 제1외부 표면상에 설치되고 고정된 최소한 하나의 관상형의 수단으로 구성되고 상기 중심부의 상기 종축과 평행이 되도록 상기 표면의 부분을 따라서 최소한 연장되고 상기 제1단부 헤더 수단상에 상기 입구 수단과 유통되도록 상기 덮개로부터 외부쪽으로 연장되는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
제17항에 있어서, 상기 제3이동 수단이 최소한 하나의 상기 덮개의 상기 제1외부 표면상에 설치되고 고정된 최소한 하나의 관상형의 수단으로 구성되고, 상기 표면의 최소한 부분을 따라서 연장되고 상기 제2단부헤더 수단상의 상기 출구 수단과 유통되도록 상기 덮개로부터 외부쪽으로 연장되는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
제17항에 있어서, 제1전달 수단과 상기 제1이동 수단이 상기 덮개내에 설치된 복수개의 중공섬유로 구성되고 그 개구단부는 상기 덮개의 상기 밀봉된 종축 모서리로부터 외부로 연장되어 상기 모세관이 단지 상기 모세관의 벽을 통하여 상기 세포 배양 공간과 유통하는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
제17항에 있어서, 상기 나선상으로 감싼 덮개의 상기 제1종축 모서리와 그 종축에 수직인 상기 중심부의 표면에 의해서 한정된 면, 및 상기 제1단부 헤더 수단이 함께 상기 모세관의 개구단부와 유통하는 제1공간 쳄버를 형성하는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
제17항에 있어서, 상기 나선상으로 감싼 덮개의 상기 제2종축 모서리와 그 종축에 수직인 상기 중심부의 표면에 의해서 한정된 면, 및 상기 제2단부 헤더 수단이 함께 상기 모세관의 개구단부와 유통하는 것을 특징으로 하는 제2공간 쳄버를 형성하는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
제17항에 있어서, 상기 장치는 실질적으로 동일한 차원을 갖는 두개의 덮개로 구성되고, 각각의 상기 두개의 덮개는 각각 그들의 제1 및 제2측면 및 종축 모서리를 따라서 반-다공성 친수성 멤브레인층상에 기체 투과성 공수성 멤브레인층을 겹쳐서 결합함으로써 형성됨으로써 상기 제1덮개의 상기 친수성 멤브레인층은 상기 제2덮개의 상기 친수성 멤브레인층과 대면하여 그들의 제1 및 제2측면 모서리를 따라서 거기에 결합하도록 제1덮개가 제2덮개 위에 겹쳐질 때 그 사이에 세포 배양 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
제24항에 있어서, 상기 친수성 멤브레인층이 재생 셀루로오스 아세테이트로 구성되는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
제24항에 있어서, 상기 제1전달 수단과 상기 제1이동수단이 상기 두 덮개 사이에 한정된 나선상으로 연장한 통로로 구성됨으로써 영양 매체가 상기 제1및 제2밀봉되지 않은 종축 모서리 사이로부터 흐르도록 하는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
제24항에 있어서, 상기 제3전달 수단과, 상기 제3이동 수단이 상기 두 덮개의 하나의 상기 기체-투과성 공수성 멤브레인층의 외부 표면상에 설치되고 고정되는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
제1항에 있어서, 메쉬가 상기 최소한 하나의 덮개의 최소한 하나의 멤브레인층의 상부에 위치되는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
제28항에 있어서, 상기 메쉬가 부직의 플라스틱 스크린으로 구성되는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
제1항에 있어서, 나선상으로 감싼 덮개의 가장 바깥층이 쉘 수단의 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
제30항에 있어서, 상기 쉘이 열수축성 열가소성 슬리이브로 구성되는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
제11항에 있어서, 상기 장치가 기체에 실질적으로 투과성 및/또는 천공성인 쉘 수단내에 설치되는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.