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JPS6157288B2 - - Google Patents
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JPS6157288B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6157288B2
JPS6157288B2 JP57038238A JP3823882A JPS6157288B2 JP S6157288 B2 JPS6157288 B2 JP S6157288B2 JP 57038238 A JP57038238 A JP 57038238A JP 3823882 A JP3823882 A JP 3823882A JP S6157288 B2 JPS6157288 B2 JP S6157288B2
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JP
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cells
culture medium
membrane
substance
molecular weight
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Application number
JP57038238A
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Japanese (ja)
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Rimu Furankurin
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Abbott Biotech Inc
Original Assignee
Damon Biotech Inc
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Publication date
Application filed by Damon Biotech Inc filed Critical Damon Biotech Inc
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Publication of JPS6157288B2 publication Critical patent/JPS6157288B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、細胞により産生されるタイプの生物
質を製造する方法に関する。 細胞生物学の発達によつて、種々の高等生物の
細胞が、病気の治療ないし診断において有意な潜
在的若しくは明白な有用性を示す物質を少量産生
することがわかつている。かかる物質の例は文献
に多く記されており、それには、ホルモン、イン
ターフエロンおよびリンフオキンの如き種々の生
物学的応答改変剤並びに、診断テストに用いられ
る抗体の如き他物質が含まれる。また、抗生物質
を大量生産するのに、微生物系統の細胞培養が長
い間用いられてきた。 特に、高等動物からの細胞培養においては、バ
クテリアその他による汚染の危険が常に存在す
る。また、ほとんどの場合、細胞の培養によつて
産生される興味深い物質の量は非常に少く、しか
もそれは、血清たん白質および他物質の複雑な混
合物を含む培養基に集まる。これは、興味深い物
質の単離ないし精製を困難なものとする。 概記するに、本発明は、生きている細胞によつ
て産生される物質の製造系および製造方法を提供
する。本発明の実施によつて、培養する細胞のた
めの保護環境がもたらされ且つ混入異質成分をほ
とんど含まない培養基に興味ある物質を集める手
段が提供されるという二つの個有な利点が達成さ
れる。本発明は、興味ある物質を、より高分子量
の血清たん白質その他、産生性細胞の継続的生存
能力および代謝を保持するのに通常必要とされる
類似物から分離するのに使用されうる。別法とし
て、本発明は、比較的少量の低分子量栄養又は細
胞代謝生成物を含む培養基に興味ある物質を集め
るのに使用されうる。 本方法は、細胞の標準的代謝作用ないし継続的
生存能力に必要な栄養、イオンおよび他の比較的
低分子量の材料を透過しうる膜の中に細胞を封入
カプセル化する工程を含む。この膜は、細胞が分
泌した興味ある物質を透過してもよく透過しなく
てもよいが、いずれにせよ、分子量が一般に、約
2.0×105ダルトンよりも小さな或る選定レベルに
ある分子の通り抜けないし貫通を許容するのに十
分な透過度上限を有する。このようにして産生さ
れたカプセルを次いで、慣用の水性培養基に懸濁
させて、該カプセル内の細胞に通常のインビトロ
代謝作用を行わせる。細胞によつて分泌された、
分子量が膜の透過度上限よりも小さな物質は膜を
通り抜けて培養基中に集まる。有利なことに、高
等動物からの多種の細胞培養物の生存能力ないし
保建に必要なしかも典型的にはそれ自体消費され
ない血清たん白質の如き高分子量物質をマイクロ
カプセルに入れ、そこに閉じ込めて該物質が培養
基中に拡散しないようにすることができる。細胞
培養物が代謝の際消費する物質が、カプセル膜を
通つて拡散しうるのに十分低い分子量を有すると
き、それは培養基を出て膜を貫通する。また、膜
の通り抜けを許容するのに十分小さな分子寸法を
有する、細胞の代謝生成物は、カプセル外部の培
養基中へと拡散する。興味ある物質が、透過度上
限よりも小さな分子量を有する場合、それはカプ
セル外培養基中に拡散し、その培養基中で比較的
容易に収得されうる。なぜなら、従来法のカプセ
ル化しない細胞培養物に存在する汚染性高分子量
材料がないからである。興味ある物質が膜の透過
度上限よりも大きな分子量を有するとき、それは
カプセル内に蓄積するので、後刻、その回収に備
えてカプセルを培養基から分離し、破壊すること
ができる。 本発明は、カプセル膜内に封入することのでき
る細胞の種類に関して本質上制約がない。特に、
企図されることは、微生物や、高等動物全ての組
織からの細胞の培養物が使用されうることであ
る。融合細胞、例えばハイブリドーマ細胞又は、
例として最近の組換えDNA技法により製せられ
る遺伝学的改変細胞も同じく容易にカプセル化す
ることができる。要するに、懸案のタイプの細胞
をインビトロ維持することのできる培養基があれ
ば、その細胞は、ここに開示する方法に従つて用
いられうる。本発明の方法および本発明の系に従
つて製造することのできる物質の種類は、インタ
ーフエロン、およびモノクローナル抗体である。 本発明の系は、生存性細胞をカプセル封入しこ
れを水性培養基に懸濁させたものよりなる。カプ
セル化した細胞は、該細胞の継続的生存能力ない
し代謝に必要な栄養の貫通を許容するのに十分な
透過度上限によつて特徴づけられる膜を有する。
この膜は、細胞の代謝を維持するのに必要なしか
も、膜の透過度上限よりも大きい寸法範囲にある
成分全てを含む培養基に配分された生存性細胞を
封入する。培養基は、膜の透過度上限よりも小さ
な分子量を有する、細胞の生存能力を維持するの
に必要な成分を含む。 従つて、本発明の一つの目的は、細胞によつて
産生されるタイプの生物質を製造する系および方
法を提供することである。本発明の別の目的は、
かかる系にして、産生性細胞を健康的な保護小環
境に入れこれを、該細胞の代謝生成物と、細胞の
生存能力ないし保全に必要な高分子量物質とを分
けるのに役立つ半透膜によつて閉じ込めた系を提
供することである。本発明の他の目的は、細胞培
養物から生物学上活性な物質を製造するための改
良方法を提供することである。本発明の更に他の
目的は、モノクローナル抗体ならびにインターフ
エロンの如き生物学的応答改変剤を血清不含培養
基中で製造することである。 如上および他の目的並びに本発明の特徴は以下
の記載と添付図面より明らかとなろう。 本発明の広い概念は、細胞培養基による完全
な、細胞のための小環境を、半透膜によつて外部
の水性培養基から分離するように個々の細胞若し
くは細胞群周囲に半透膜を介在させることであ
る。哺乳類からの細胞は代表的には、その継続的
な生存能力ないし健康を維持するために血清たん
白質の存在を必要とし、その一部分は約65000〜
150000ダルトンよりも大きな分子量を有する。従
来法のカプセル化しない細胞培養においては、細
胞から分泌された興味ある物質を培養基中に分散
させ、これを高分子量成分、低分子量成分の両者
と混合せしめる。典型的には、細胞産生物の量は
かなり少いため、興味ある物質の単離精製は困難
な仕事となる。更に、哺乳類細胞の培養は、バク
テリア等による汚染に対してまぎれもなく敏感で
ある。そのため、無菌状態を保持する種々の技法
を用いて培養を行わねばならず、また往々培養基
中に抗体を含ませねばならない。 本発明のプラクテイスに従えば、上記問題は、
一般に約200000よりも大きくない選択された透過
度範囲を有する半透膜の中に培養細胞をカプセル
化することによつて軽減される。すなわち、半透
膜は、最大分子量が透過度上限と同じか又はそれ
より小さな物質をして該膜を貫通させる多孔質の
ものである。而して、透過度上限よりも大きな分
子量の物質は膜を通り抜けることができない。こ
のことから、継続的生存能力、代謝作用、更には
有糸分裂に必要な成分全てを含有する培養基と一
緒に細胞をカプセル化することができ、次いでこ
のようにカプセル化された細胞を、該細胞により
消費される低分子量物質を含む(しかし所要の高
分子量物質を含む必要のない)培養基中に懸濁さ
せることができる。 典型的には、高等生物からの細胞は、高分子量
の血清たん白質を摂取せず、継続的な標準生物学
的応答のために近似したものを要求する。細胞に
より摂取され或は代謝作用の行われる塩、アミノ
酸、その他低分子量の要素は膜を自由に通り抜
け、また必要に応じカプセル外培養基を単に変え
ることで補給されうる。膜の透過度上限よりも小
さな分子量を有する、細胞の代謝作用による分泌
物はカプセル外培養基中に蓄積する。この培養基
には高分子量の物質がないため、興味ある代謝物
の収得ないし単離は簡素化される。また、透過度
上限よりも大きな分子量を有する興味ある生成物
の収得も、該生成物がカプセル内部に在つてカプ
セル外容積中に分散していないことで促進され
る。 低分子量の細胞産生物に適用したときの本発明
概念を添付図面に概略例示する。第1図に示す如
く、細胞10は、孔16を有するカプセル膜12
内に配置されている。高分子量の要素18も膜1
2内部に封入され、その中に在つて培養基14内
を自由に循環する。細胞に必要な成分20や、興
味ある物質22′を含む代謝生成物22は、カプ
セル内培養基、カプセル外培養基いずれにおいて
も自由に循環し、また孔16を通つて膜を横切
る。周期的(ないし連続的)基準での作業が必要
とされるとき、カプセル外培養基はその成分全て
と一緒に、カプセルそのものから吸引等によつて
分離され、新たな培養基に置き換えられる。集め
られた培養基には、高分子量の成分18が事実上
なく、かくして収得、単離の手順が簡易化され
る。しかも、細胞10は、常時カプセル内部の小
環境内に在つて保護されたまゝである。 いくつかの場合において、例えば、カプセル化
した細胞による特定の興味ある物質の産生を刺激
するために、該細胞を、膜の貫通には大きすぎる
分子寸法の高分子量成分にさらすことが要求され
る。一つの例は、ヒトの線維芽細胞、白血球又
は、或る種のウイルス若しくは高分子量核酸によ
る処理でインターフエロンを分泌するよう誘発さ
れるリンパ芽細胞からのインターフエロン製造で
ある。このような場合、もし膜の透過度上限が誘
発性要素の分子量よりも低ければ、細胞を、カプ
セル化に先立ちインターフエロン誘発に付すか或
は、細胞培養ののちカプセル膜を選択的に破壊し
て高分子量材料を細胞によつて摂取させるかせね
ばならない。米国出願番号243584に相当する同日
出願の明細書には、かかる目的ないし他の目的の
ため、細胞を損うことなく用いられうる特種なカ
プセル膜の選択的破壊方法が開示されている。 本発明の方法は、細胞周囲に半透膜を形成しう
ると同時にその継続的生存能力に悪影響しない方
法に依処する。一つの適当なカプセル化方法を以
下に詳述する。 細胞のカプセル化 カプセル化しようとする組織ないし細胞を、保
全に適した或は、かかわり合う特定タイプの組織
若しくは細胞の継続的代謝作用を保持するのに適
した水性培養基に懸濁させる。この目的に適した
培養基は市販されている。カプセル化しようとす
る原料の平均径は数μm〜数mm範囲で広く変動し
うる。しかしながら、最良の結果は、300〜1000
μm範囲の大きさのカプセルを以て達成される。
線維芽細胞、白血球、リンパ芽細胞の如き個々の
細胞、これら細胞の種々の比の混成物又は他の組
織単位を所望に応じカプセル化することができ
る。また、組換えDNA法又は他の技法により遺
伝学的に改変されたものを含む微生物もカプセル
化することができる。 このような生物の継続的生存能力は殊に、所要
栄養の入手性、酸素移動、培養基中の有毒物の不
在および培養基のPHに依存する。それ故、かかる
生物を生理学上相容しうる環境に保持ししかも同
時にカプセル化することは従前不可能であつた。
問題は、膜形成の所要条件が組織に対し有害若し
くは致死的であるということだつた。而して、組
織を健康状態で生き残らせる膜形成の方法は、米
国出願番号24600の発明前何ら出現しなかつた。 しかしながら、生きている組織と生理学上適合
し得しかも、それ自体水不溶化して保形性凝着塊
を形成することのできる或る種の水溶性物質が、
個々の細胞若しくは細胞群周囲に保護バリヤー層
すなわち「一時カプセル」を形成するのに用いら
れ、またこの一時カプセルが、細胞を損うことな
く細胞周囲に、より恒久的な半透膜を沈着させる
べく処理されうることが発見された。かかる物質
は組織培養基に対し数重量%程度の濃度で加えら
れる。なお、この培養基には、培養細胞と必要に
応じ血清成分が含まれ、また随意成分として、コ
ラーゲンの如き細胞基質又は、固定基質として作
用する水分散性高分子量物質が含まれる。コラー
ゲンを用いる場合、その濃度を約10μg/ml〜約
1mg/ml範囲内とすべきであるが、好ましくは100
〜500μg/ml程度とする。 次いで、組織をその培養基と一緒に含む上記溶
液を小滴形状にし、これを直ちに水不溶化し、そ
して少くとも表面層をゲル化させる。しかるの
ち、この保形性一時カプセルに、より恒久的な膜
を付与する。もし組織を、損うことなく放出する
ことが望まれるなら、引続いて膜そのものを選択
的に破壊することができる。一時カプセルの形成
に用いられる材料に依つては、この恒久的な膜を
形成したあとカプセル内部を再液化させてもよ
い。これは、培養基中に、該材料が溶けうる条件
を確立させることによつて遂行される。 一時カプセルの形成に用いられる材料は、イオ
ン環境又はイオン濃度の変化によつて保形性のも
のに転化しうる水溶性無毒材料ならいずれであつ
てもよい。又、この材料は、複数のカチオン基を
有する重合体と反応して塩形成することのできる
複数の易イオン化アニオン部分例えばカルボキシ
ル基を含むべきである。あとで説示する如く、こ
の種の材料を用いることにより、一時カプセルの
表面層において、選択された透過度上限を有する
恒久的な膜を、困難を伴わずに沈着させることが
できる。 一時カプセルを形成するのに現在好ましい材料
は、水に可溶の天然ないし合成の酸性多糖類ゴム
であり、かかる材料は市販されている。これらは
典型的には、植物から抽出され、各種食品の添加
剤として往々用いられている。アルギン酸ナトリ
ウムが今日好適な水溶性ゴムであり、150000ダル
トン以上の分子量範囲にあるアルギン酸塩を用い
ることができるが、しかし該塩はその分子量寸法
および粘度故に、最終的に形成されたカプセル膜
を透過することは通常不可能である。これよりも
低分子量例えば50000〜80000ダルトンのアルギン
酸塩は、十分な多孔性を有する膜を経てカプセル
内部容積から、拡散によつて、より容易に除去さ
れ、それ故に好ましい。使用しうる他のゴムに、
グアーガム、カラジーナン、ペクチン、トラガカ
ントゴム又はキサンタンゴムが包含される。 これらの材料は、グリコシド結合した糖類鎖を
含む。その遊離酸基は往々、アルカリ金属イオン
形例えばナトリウムイオン形状で存在する。もし
カルシウム若しくはアルミニウムの如き多価イオ
ンがこのアルカリ金属イオンと交換するなら、水
溶性多糖類分子は「架橋」されて、水に不溶の保
形性ゲルを形成し、そして該ゲルは、イオン交換
により或は金属イオン封鎖剤を通してイオンを除
去するとき再溶解せしめられうる。酸性ゴムと塩
形成することのできる多価アオンなら本質上全て
が作動性であるが、生理学上相容しうるイオン例
えばカルシウムを用いることが好ましい。これは
組織を生きている状態で保全しやすい。他の多価
カチオンも使用することができる。ただし、マグ
ネシウムイオンはアルギン酸ナトリウムをゲル化
するのに有効でない。 代表的な溶液組成物は、培養基中等容量の細胞
培養物と生理的食塩水中1ないし2%のゴム溶液
よりなる。アルギン酸ナトリウムを用いるとき、
1.2〜1.6%溶液が首尾よく使われている。もし、
カプセル化しようとする細胞が有糸分裂するのに
固定基質への付着を要求する種類のものなら、ま
た該細胞がカプセル内部で増殖されるべきものな
ら、コラーゲンか或は、水に分散しうる天然ない
し合成の高分子量たん白質若しくはポリペプチド
を細胞培養物に含ませることができ、そして最終
的に形成されたカプセル内部の容積中に留められ
る。この目的に、複数のカチオン基を有する重合
体例えばポリリシンが用いられる場合、該カチオ
ン基は水溶性ゴムのアニオン箇所と反応して、ゴ
ムと絡み合わされた実質上水に不溶のマトリツク
スを形成する。かかる原料の好ましい濃度は、懸
濁物(ゴム溶液を含む)1ml当り100〜500μg程
度である。 次工程のカプセル化において、組織を含むゴム
溶液は所望寸法の小滴形状にされる。しかるの
ち、該小滴は直ちにゲル化されて好ましくは球状
ないし扁球状を保持するものとなるが、しかし必
ずしもかかる形態を呈さない。小滴形成は既知の
方法によつて実施されうる。その手順例は以下の
如くである。 多価カチオンの水溶液例えば1.5%のCaCl2溶液
を入れたチユーブに、小滴形成装置を保持するス
トツパーを嵌合させる。この装置は、上方空気取
入口と、ストツパー内にうまく設けられた細長い
中空体部分を有するハウジングよりなる。このハ
ウジングの頂部に、段階式ポンプを備えた10c.c.注
入器を、例えば長さ方向に沿いハウジングを貫通
するテフロン被覆された内径0.01in針によつて取
付ける。ハウジングの内部は、針の先端が、エア
ナイフとして機能する一定の空気層流にさらされ
るように設計されている。使用時、注入器に、カ
プセル化しようとする原料を含む溶液を満たし、
針の先端から溶液の小滴を増分的に強制押出すべ
く段階式ポンプを作動させる。空気流れによつ
て、液滴同士を「切り離」し、而してこの液滴は
CaCl2溶液中約2.5cmに落下し、そこでカルシウム
イオンを吸収して直ちにゲル化する。この場合、
針の先端とCaCl2溶液面との距離は、アルギン酸
ナトリウム/細胞懸濁物をして物理的に最も有利
な形状である球体(最小の表面積に最大容積)を
呈させるに十分長い。ストツパー中の開口部を通
つてチユーブ内の空気が流出する。これはゲルの
「架橋」をもたらし、また懸濁せる組織とその培
養基を含む高粘度保形性保護一時カプセルの形成
をもたらす。カプセルは別個の相として溶液中に
蓄積し、吸引によつて分離されうる。 次の処理工程において、この一時カプセルの表
面周囲に、表面層を「架橋」することによつて半
透膜を沈着させる。これは、ゲル化した一時カプ
セルを、該ゲル分子中のアニオン官能基と反応し
うるカチオン基を有する重合体の水溶液にさらす
ことによつて遂行されうる。遊離イミンないしア
ミン基の如き酸反応性基を有する重合体が好まし
い。この状況において、多糖類ゴムは、カルボキ
シル基とアミン若しくはイミン基との相互作用
(塩結合形成)によつて架橋される。用いられる
架橋性重合体の分子量を選定し且つ重合体溶液の
濃度および暴露時間を調節することにより、透過
度を範囲内に制御することができる。低分子量を
有する重合体の溶液は、一定期間では、高分子量
重合体の場合よりも一層、一時カプセル内部に侵
入する。架橋剤の侵入度は、得られる透過度と相
関関係がある。一般に、分子量が高く侵入が少い
ほど、細孔寸法は大きい。反応の期間、重合体溶
液の濃度および所望される透過度に依拠して、広
くいえば3000から100000ダルトン以上の分子量範
囲内の重合体を用いることができる。平均分子量
約35000ダルトンのポリリシンを用いるとき、一
つの好首尾な反応条件組合せとして、ポリリシン
含量0.0167%の生理的食塩水溶液を2分間撹拌し
ながら反応させることが挙げられる。これは、約
100000ダルトンの透過度上限を有する膜をもたら
す。所定の系で透過度を制御するのに最適な反応
条件は上記指針にかんがみて実験により容易に決
定されうる。この方法を用いるなら、膜の透過度
上限約200000ダルトンよりも小さな選定レベルに
設定することができる。 適当な架橋用重合体の例には、遊離アミノ若し
くはイミノ基を有する天然ないし合成のたん白質
およびポリペプチド、ポリエチレンアミン、ポリ
エチレンイミンおよびポリビニルアミンが含まれ
る。現在、DおよびL両形のポリリシンが首尾よ
く使われている。ポリアルゲニン、ポリシトルリ
ン又はポリオルニチンの如きたん白質も亦作動す
ることができる。正電荷の濃度がより高い範囲に
ある重合体例えばポリビニルアミンはゲル分子の
アニオン基に激しく結合して安定な膜を形成する
が、しかしこの膜は破壊するのにかなりむづかし
い。 ゴムの稀溶液で処理すると、カプセルの表面に
遊離アミノ基が結合するが、処理しないなら、カ
プセル同士が凝集しやすくなる。 カプセル化でのこの時点において、カプセルを
集めることができる。それは、ゴム、細胞、細胞
と相容しうる培養基並びに随意成分としてのコラ
ーゲン若しくは別の固定基質の内部マトリツクス
の溶液ゲル化物を囲繞する半透膜よりなる。カプ
セル内部のまた膜を横切つての物質移動を促進す
べき故、ゲル化物を再液化してその水溶性形状に
戻すことが好ましい。これは、ゴムが液状をなす
条件を再確立させることにより、例えば内部ゲル
からカルシウム又は他の多価カチオンを除去する
ことによつて遂行されうる。また、アルカリ金属
イオンおよび水素イオンを含むりん酸塩緩衝剤入
り食塩水にカプセルを単に浸漬することによつ
て、カプセル内の培養基を再溶解させることがで
きる。而して、カプセルを撹拌下溶液に浸漬する
とき、一価イオンはゴム内部のカルシウム若しく
は他の多価イオンと交換する。同じ目的にくえん
酸ナトリウム溶液を用いることができ、そしてこ
のものは金属イオン封鎖剤として二価イオンを失
活させるのに役立つ。 上記の如くカプセル化した細胞培養物は、関連
せる特定細胞タイプの要件全てを満たすべく特に
設計された培養基に懸濁され得、それによつて該
培養物は標準的なインビトロ代謝を示し続ける。
もし、培養物が血清成分の如き高分子量成分の環
境を必要とするなら、この成分をカプセル外培養
基から省くことができる。細胞によつて通常摂取
される成分は典型的には、比較的低分子量であ
り、該成分が細胞膜を透過するときそれはカプセ
ル膜を横切つて細胞の小環境内に容易に拡散す
る。カプセル内培養基中に分泌された、細胞の代
謝生成物は、そしそれがカプセル膜の透過度上限
よりも小さな分子量を有するなら同様に該膜を横
切つて拡散し、カプセル外培養基中に蓄積する。 カプセル化された細胞は、在来の培養物と同じ
条件例えば温度、PHおよびイオン環境のもとで培
養することができる。また、細胞の産生物も、慣
用技法によつてカプセル外培養基から或はカプセ
ル内から収得することができるが、ここに開示す
る培養技法は次の如き利点を有する。すなわち、 1 培養中の細胞は、膜の透過度上限よりも大き
な寸法を有する要素による汚染から保護され、
また剪断力ないし機械的損傷からも保護され
る。これは、培養法に通常付帯する取扱い要件
ないし滅菌要件が幾分緩和されうることを意味
する。なぜなら、微生物は、カプセル化された
細胞に達し得ず、またウイルス感染した細胞が
他細胞を汚染することもないからである。 2 カプセルは、高分子量原料が留めおかれてい
る環境内で細胞を事実上不動にし、しかもより
低分子量の細胞栄養や産生物が容易に取り出さ
れ或は導入される。このことから、細胞を損う
ことなく、栄養流体培養基を既述の如く間欠的
に或は連続的に集め、また補給することが可能
となる。 3 細胞によつて産生された興味ある物質は、一
層容易に回収される。カプセル膜を貫通するの
に十分小さな分子寸法の細胞分泌物は栄養との
混合状態でカプセル外培養基中に蓄積する。し
かしながら、高分子量の血清成分等はカプセル
外培養基中に解放されず、かくして興味ある細
胞生成物の回収が簡素化される。膜の透過度上
限よりも大きな分子寸法を有する分泌された細
胞産生物はカプセル内に蓄積する。無論、細胞
膜外に分泌されない細胞産生物にも、興味ある
ものがある。これらの産生物は、カプセルを単
離し引続き例えば後述の技法を用いてカプセル
膜を選択的に破壊し、必要に応じて細胞膜を破
壊することにより比較的濃厚な形状で回収する
ことができる。 4 カプセル内容積は、細胞分割によく適した環
境を供与する。懸濁物培養は、カプセル内部で
有糸分裂することが観察されている。標準培養
においては二次元の単層で増殖する固定基質依
存細胞がカプセル内に配列すべく増加する。か
かる細胞は基質として膜の内面を用い且つ(或
は)、カプセル内部に配置された既述の高分子
量材料に係留する。これは、在来の培養物と比
較したとき細胞密度の有意な増加をもたらす。
かかる細胞群の継続的生存能力は、カプセルの
表面積対容積比がかなり大きく、かくして細胞
全てが所要栄養、酸素等への近づきを得るとい
う事実によつて促進される。 或る特定の状況において、細胞を、損うこと
なく開放するためにカプセル膜を選択的に破壊
することが有利である。注目しうる一つの例は
インターフエロン(INF)の製造にある。INF
を産生することのできる細胞は、INF製造工程
に備えて、用意された或る種のウイルス又は核
酸に付されねばならない。また、いくつかの
INF誘発方法では、たん白質合成を抑制するた
めの試薬を培養物に添加する。従つて、培養の
増殖工程は、INF誘発工程とは全く異なる条件
下で実施されねばならない。もし、INF誘発に
用いられる物質がカプセル膜の透過度上限より
も大きな分子量であるなら、(ウイルス誘発の
場合のように)誘発処理は、カプセル化された
細胞の培養物中で遂行され得ない。従つて、
INF産生性細胞は、これをカプセル内で増殖す
るとき誘発処理に付さしめるために膜の破壊に
よつて解放されねばならない。 膜の破壊 上述せるタイプの膜内に留めおかれた細胞は、
このカプセル化細胞に有意には悪影響しない性質
を有する市販試薬を用いる方法によつて放出せし
められうる。先ず、カプセルをその懸濁培養基か
ら分離し、十分に洗浄して、マイクロカプセル外
部に存在する汚染物を全て除去し、次いで、この
マイクロカプセルを、カルシウムイオンの如き単
原子多価カチオンと、ポリスルホン酸塩若しくは
ポリりん酸塩の如き複数のアニオン部分を有する
ストリツピング重合体との混合溶液に撹拌下で分
散させる。この工程に好ましいのは、天然のスル
ホン化多糖類ヘパリンである。用いられるストリ
ツピング重合体のアニオン電荷濃度は、膜を形成
するのに当初用いられたポリアニオン原料の電荷
密度に等しいか、好ましくは該密度よりも高くあ
るべきである。重合体の分子量は、少くとも、膜
形成時に使用せる複数のカチオン基を有する重合
体の分子量に相応し、好ましくは該分子量よりも
大きくあるべきである。上記混合溶液中のカプセ
ル懸濁物内では、水溶性ゴム上のアニオン箇所に
ついて、カルシウムイオンが膜形成に使用せる多
カチオン重合体鎖と競合し、同時に重合体鎖上の
カチオン箇所について、溶液中に溶解せるヘパリ
ン若しくは、複数のアニオン部分を有する他の重
合体が膜内のゴムと競合する。これは、例えばポ
リリシンおよびヘパリンの水分散性好ましくは水
溶性錯体にして、ゲルの分子により単原子カチオ
ンと結合したものをもたらす。 この工程によつて、膜は、後続の金属イオン封
鎖剤に暴露されるとき溶解しやすくなる。なお、
この金属イオン封鎖剤は、ゲルから単原子イオン
を吸収することによつて破壊処理を完了させる。
培養基中にカプセル膜の破片が残存するとして
も、それは細胞から容易に分離することができ
る。 選択的な破壊処理の第一工程で現在好ましい溶
液は1.1%(w/v)の塩化カルシウムと、溶液1ml当
り500〜1500単位のヘパリンを含む。懸濁物の全
容積に対し約20〜30%を占めるに十分なこの溶液
にマイクロカプセル1容を加える。細胞を収容せ
るカプセル膜を破壊するのに塩化カルシウムとヘ
パリンが好ましい。なぜなら、両試薬はほとんど
の細胞と生理学上相容し得、それ故に細胞損傷の
可能性を最小限におさえるからである。アルミニ
ウム塩又は多価カチオン(但しMg〓イオンを除
外)の混合物も亦、既述タイプのポリスルホン酸
塩若しくはポリりん酸塩と一緒に用いることがで
きる。 一般に、この工程で用いられる単原子イオンお
よびアニオン重合体の濃度は広範囲で変動するこ
とができる。最適濃度は実験によつて容易に決定
されうる。而して、それは、膜形成に用いられる
特定の重合体および暴露時間によつて異なる。 現在、選択的破壊を行なうのに好ましい金属イ
オン封鎖剤はくえん酸ナトリウムであうが、しか
しくえん酸およびEDTAの他のアルカリ金属塩を
用いることもできる。くえん酸ナトリウムを用い
る場合、その最適濃度は55mM程度である。くえ
ん酸塩又は他の金属イオン封鎖剤を等張性の食塩
水に溶かして細胞損傷を最小限におさえることが
好ましい。 更に、本発明は下記の非制限例から理解されよ
う。 例 1 INF−βの製造 ヒトの包皮組織を既知方法によりトリプシンと
EDTAで5分間37℃で処理して得た線維芽細胞
を、40%(v/v)の精製したウシ胎児性血清、0.8%
のアルギン酸ナトリウム(シグマ)および200μ
g/mlの精製子ウシ皮コラーゲンを補つた完成培
養基(CMLR−1969、Connaught
Laboratories)に懸濁させる。細胞懸濁物の密度
は約1.5×107個細胞/mlである。例1に記載の如
く、アルギン酸塩の一時カプセルを形成する。こ
れをポリリシン(MW43000ダルトン)の0.005%
(w/v)水溶液に3分間懸濁させることによつて、
カプセルの表面層に半透膜を沈着させる。 得られたカプセルを、10%のウシ胎児性血清を
補つたCMLR−1969培養基に懸濁させる。上記工
程は全て37℃で行なう。同じ温度でインキユベー
トしたのち、カプセルを顕微鏡下で試験すると
き、それは、有糸分裂を行なつて、マイクロカプ
セル内に3次元の線維芽細胞形態を示す細胞を含
むことがわかる。 4〜5日間インキユベートしたのち、カプセル
内の線維芽細胞をVilcek法によるINF−β超誘発
技術に付す。5%のCO2(95%の空気)雰囲気
下、ウイスコンシン州ミルウオーキ所在の
PLBiochemicalsより入手される二重ラセンRNA
(既知のIFN−β誘発剤)ポリI−ポリC100μ
g/mlとシクロヘキシイミド(たん白質合成抑制
剤、カルフオルニア州ラジヨラ所在
Calbiochem)50μg/mlの存在下37℃で1時間イ
ンキユベートする。1時間後、懸濁せるカプセル
を、シクロヘキシイミド50μg/mlを含む培養基
(CMLR−1969)で洗浄し、次いで再び、同じ溶
液中に5%CO2雰囲気下37℃で3時間懸濁させ
る。このインベーシヨンが完了したとき、洗浄工
程を繰返し、シクロヘキシイミド50μg/mlとア
クチモミシンD(既知のRNA合成抑制剤、
Calbiochem)5μg/mlを含む培養基にカプセル
を再懸濁させて、5%CO2雰囲気下37℃で2時間
インキユベートする。次いで、カプセルを培養基
で2回洗浄し、血清不含培養基に37℃で18〜24時
間懸濁させる。この間、線維芽細胞はINF−βを
分泌する。これは21000ダルトン程度の分子量を
有し、カプセル外培養基から収得される。 例 2 1NF−βの製造 例1の手順を反復したが、但し誘発に先立ち、
カプセル膜を選択的に破壊して、ポリI−ポリC
が線維芽細胞に一層容易に近づきうるようにす
る。破壊工程は次のように実施する。 1ml当り約500〜1000個のカプセルを含むマイ
クロカプセル懸濁物10ml部分を沈降させ、懸濁培
養基を吸引によつて除く。該カプセルをりん酸塩
緩衝剤入り食塩水(PBS、PH=7.4)で2回洗浄
する。次いで洗浄したカプセルを、ヘパリン1000
単位/mlおよびCaCl21.1%(w/v)を含むアリコー
ト3.0mlと混合する。この懸濁物を37℃で3分間
かき混ぜたのち、カプセルを沈降させ、上澄み液
の吸引除去後、該カプセルを0.15MのNaCl 3.0ml
で2回洗浄する。2回目の洗浄液を吸収したの
ち、カプセルに、等容量の110mMくえん酸ナト
リウムと0.15MNaClよりなる混合溶液(PH7.4)
2.0mlを混合する。該混合物を1分間手で渦動さ
せて膜の溶解を誘い、そのあと細胞を培養基で2
回洗浄する。 次いで、細胞を培養基に懸濁させ、例1に記載
の誘発工程に付したのち、再度例1に記載の如く
カプセル化する。次いで、カプセル懸濁物を血清
不含培養基中で18〜24時間インキユベートし、そ
の間細胞からINF−βが分泌され、このものはカ
プセル膜を通り抜けてカプセル外培養基中に蓄積
する。 例1および例23を、ポリI−ポリC(5S)(沈
降値、二重ラセンRNAを構成すべくアニールさ
れたポリIとポリC)を用いて実施するとき、そ
れは下記のINF−β産生量(細胞105当りのINF−
β単位数)をもたらす: 例1 25 25 例2 2500 2500 例1および例2を、ポリI−ポリC(12S)
(沈降値、購入時二重ラセン)を用いて実施した
場合、それは下記のINF−β産生量(細胞105
当りのINF−β単位数)をもたらす: 例1 25 25 例2 2500 2500 例2の手順を用いたとき例1の場合よりも産生
量が100倍高いことの少くとも部分的根拠は、例
3の手順によるときポリI−ポリCが細胞に、よ
り近づきやすいという事実にあると信じられる。 例 3 例1の手順を繰返すが、但しコラーゲンを含ま
ないカプセルを用いる。カプセル化した細胞を在
来の単層培養基中で増殖させ、トリビンで処理
し、ポリI−ポリC(5S)で誘発し、同時にマ
イクロカプセル化した。カプセル外培養基は、細
胞105個当り2500単位のINF−βを含むことがわ
かつた。 例 4 モノクローナル抗体 MITのHermam Eisenより入手したハイブリド
ーマ細胞を3.0×106個細胞/mlの密度に培養し
た。この細胞は、従来技術で今日よく知られた方
法によりマウスの脾細胞とマウスの骨髄腫細胞か
ら融合されたもので、培養中ジニトロフエニルウ
シ血清アルブミンに対する抗体を産生した不死の
細胞系を構成する。ウシ胎児性血清0.6mlと生理
的食塩水(150mM)0.3mlに1.4%のアルギン酸
ナトリウムを含有する懸濁物2.1mlを加えること
によつて、細胞懸濁物3mlをアリコートを調製し
た。この懸濁物の小滴を直ちにCaCl2溶液中でゲ
ル化し、次いでポリLリシンの0.016重量%溶液
で処理した。得られたカプセルの内部を、110m
Mのくえん酸ナトリウム1部と150mMの食塩水
3部の溶液に6分間浸漬することによつて再液化
した。次いで、ハイブリドーマ細胞を含むカプセ
ルを、20%の熱失活ウシ胎児性血清を含むRPMI
−1640培養基(Gibco)の混合物中に懸濁させ
た。 ハイブリドーマ培養物のカプセル化した場合と
しなかつた場合の細胞のカウント数および、これ
らカプセル化培養物と未カプセル培養物により産
生されたモノクローナル抗体の量を周期的に測定
した。その結果を第2図のグラフに示す。 例 5 白血球からのINF−α アメリカンレツドクロス(American Red
Cross)から取得せる軟膜30mlを5%のEDTA3.0
mlで処理し、4℃の0.83%NH4Clへの反復10分間
暴露に付して赤血球を溶解させた。NH4Clによる
処理の合い間に5分間の遠心処理(4℃で
1200rpm)を行なつた結果、残存せる完全な白血
球から残屑が分離された。次いで、細胞をMEN
(最小必須培養基、血清不含、Gibco)に懸濁さ
せ、100の要素によつて稀釈し、トリプタン青で
15分間染色した。試料について行なつた細胞のカ
ウントは、軟膜30ml当り約1.3×109個の白血球が
生き残つたことを示した。次いで、該細胞を、2
%の熱失活ウシ胎児性血清を補なつた培養基に1
×107個細胞/mlの濃度で懸濁させた。 この細胞懸濁物を撹拌下センダイウイルス(各
種濃度のヒーム凝集(HA)単位/ml、メリーラ
ンド所定のFlow Laboratories)に37℃で1時間
暴露することにより、誘発工程を実施した。次い
で、室温で遠心処理することにより、細胞からウ
イルスを分離し、細胞を等容量のMEN−4%熱
失活ウシ胎児性血清と1.4%アルギン酸ナトリウ
ムに再懸濁させた。カプセルを既述の如く形成し
たのち、これを血清不含培養基と血清含有培養基
に再懸濁させた。これら試験試料のカプセル外培
養基中で検出されたINF量に有意な差はなかつ
た。また、未カプセル対照培養物におけるINF産
生量も同じであつた。これらの実験結果を下に示
す:
The present invention relates to a method for producing biological substances of the type produced by cells. Advances in cell biology have shown that cells of various higher organisms produce small amounts of substances that have significant potential or apparent utility in the treatment or diagnosis of disease. Examples of such substances are well documented in the literature and include hormones, various biological response modifiers such as interferons and lymphoquines, and other substances such as antibodies used in diagnostic tests. Additionally, cell cultures of microbial strains have long been used to mass produce antibiotics. Particularly in cell cultures from higher animals, there is always a risk of contamination with bacteria and other contaminants. Also, in most cases, the amount of interesting substances produced by culturing cells is very small, and it collects in the culture medium, which contains a complex mixture of serum proteins and other substances. This makes isolation or purification of interesting substances difficult. Generally speaking, the present invention provides systems and methods for producing substances produced by living cells. By practicing the present invention, two unique advantages have been achieved: providing a protective environment for the cells being cultured and providing a means of collecting the material of interest in a culture medium that is largely free of contaminating foreign components. Ru. The present invention can be used to separate substances of interest from higher molecular weight serum proteins and other analogs normally required to maintain continued viability and metabolism of producing cells. Alternatively, the present invention can be used to collect substances of interest into a culture medium containing relatively small amounts of low molecular weight nutrients or cellular metabolic products. The method includes encapsulating cells within a membrane permeable to nutrients, ions, and other relatively low molecular weight materials necessary for normal metabolic functions or continued viability of the cells. This membrane may or may not be permeable to the substance of interest secreted by the cell, but in any case it generally has a molecular weight of approximately
It has a permeability upper limit sufficient to permit passage of molecules at a selected level of less than 2.0×10 5 Daltons. The capsules thus produced are then suspended in a conventional aqueous culture medium to allow the cells within the capsules to undergo normal in vitro metabolic activities. secreted by cells,
Substances with molecular weights smaller than the upper permeability limit of the membrane pass through the membrane and collect in the culture medium. Advantageously, high molecular weight substances, such as serum proteins, which are not necessary for the viability or maintenance of various cell cultures from higher animals and are not typically consumed as such, can be microencapsulated and confined therein. It is possible to prevent the substance from diffusing into the culture medium. When a substance that the cell culture consumes during metabolism has a molecular weight low enough to be able to diffuse through the capsule membrane, it leaves the culture medium and penetrates the membrane. Also, the metabolic products of the cell, which have molecular dimensions small enough to allow passage through the membrane, diffuse into the culture medium outside the capsule. If the substance of interest has a molecular weight less than the upper permeability limit, it will diffuse into the extracapsular culture medium and can be obtained relatively easily in that culture medium. This is because there are no contaminating high molecular weight materials present in conventional non-encapsulated cell cultures. When the substance of interest has a molecular weight greater than the upper permeability limit of the membrane, it accumulates within the capsule so that it can be separated from the culture medium and destroyed in preparation for its subsequent recovery. The present invention is essentially unrestricted as to the types of cells that can be encapsulated within the capsule membrane. especially,
It is contemplated that cultures of cells from microorganisms and tissues of all higher animals may be used. fused cells, such as hybridoma cells, or
Genetically modified cells produced by, for example, modern recombinant DNA techniques can also be easily encapsulated. In short, if a culture medium is available that can maintain cells of the type of concern in vitro, those cells can be used according to the methods disclosed herein. The types of substances that can be produced according to the methods and systems of the invention are interferons and monoclonal antibodies. The system of the invention consists of encapsulated viable cells suspended in an aqueous culture medium. Encapsulated cells have membranes characterized by an upper permeability limit sufficient to allow penetration of nutrients necessary for continued viability or metabolism of the cells.
The membrane encapsulates viable cells distributed in a culture medium containing all components necessary to maintain cell metabolism but in a size range greater than the permeability limit of the membrane. The culture medium contains components necessary to maintain cell viability that have a molecular weight less than the upper permeability limit of the membrane. Accordingly, one object of the present invention is to provide systems and methods for producing biological substances of the type produced by cells. Another object of the invention is to
In such a system, productive cells are placed in a healthy, protective microenvironment that is surrounded by a semipermeable membrane that serves to separate the metabolic products of the cell from the high molecular weight substances necessary for cell viability or maintenance. The goal is to provide a system that is confined. Another object of the invention is to provide an improved method for producing biologically active substances from cell cultures. Yet another object of the invention is to produce monoclonal antibodies as well as biological response modifiers such as interferons in serum-free culture media. These and other objects and features of the invention will become apparent from the following description and the accompanying drawings. The broad concept of the invention is to interpose a semipermeable membrane around individual cells or groups of cells so that a small environment for the cells, complete with cell culture medium, is separated by the semipermeable membrane from the external aqueous culture medium. That's true. Cells from mammals typically require the presence of serum proteins to maintain their continued viability or health, some of which are about 65,000 to
It has a molecular weight greater than 150,000 Daltons. In conventional non-encapsulated cell culture, the substance of interest secreted by the cells is dispersed in the culture medium and mixed with both high and low molecular weight components. Typically, the quantities of cellular products are quite small, making isolation and purification of the substance of interest a difficult task. Furthermore, mammalian cell cultures are definitely sensitive to contamination by bacteria and the like. Therefore, culturing must be carried out using various techniques to maintain sterile conditions, and antibodies must often be included in the culture medium. According to the practices of the present invention, the above problem can be solved by
This is generally alleviated by encapsulating the cultured cells in a semipermeable membrane having a selected permeability range not greater than about 200,000. That is, a semipermeable membrane is a porous membrane that allows a substance whose maximum molecular weight is the same as or smaller than the upper limit of permeability to pass through the membrane. Therefore, substances with a molecular weight larger than the upper limit of permeability cannot pass through the membrane. This allows cells to be encapsulated together with a culture medium containing all the components necessary for continued viability, metabolic activity and even mitosis, and the cells thus encapsulated can then be It can be suspended in a culture medium that contains low molecular weight substances (but need not contain the required high molecular weight substances) to be consumed by the cells. Typically, cells from higher organisms do not take up high molecular weight serum proteins and require something similar for continued standard biological responses. Salts, amino acids, and other low molecular weight elements that are taken up or metabolized by the cells pass freely through the membrane and can be replenished as needed by simply changing the extracapsular culture medium. Cell metabolic secretions with molecular weights below the permeability limit of the membrane accumulate in the extracapsular culture medium. The absence of high molecular weight substances in this culture medium simplifies the collection or isolation of metabolites of interest. Obtaining products of interest with molecular weights greater than the permeability upper limit is also facilitated by the product being inside the capsule and not dispersed in the extracapsular volume. The inventive concept as applied to low molecular weight cellular products is schematically illustrated in the accompanying drawings. As shown in FIG.
located within. High molecular weight element 18 also membrane 1
2 and freely circulates within the culture medium 14. Metabolic products 22, including cellular components 20 and substances of interest 22', circulate freely in both the intracapsular and extracapsular culture media and cross the membrane through the pores 16. When operation on a periodic (or continuous) basis is required, the extracapsular culture medium, together with all its components, is separated from the capsule itself, such as by suction, and replaced with fresh culture medium. The collected culture medium is virtually free of high molecular weight components 18, thus simplifying the harvest and isolation procedures. Furthermore, the cells 10 remain protected within the small environment inside the capsule at all times. In some cases, for example, in order to stimulate the production of a particular substance of interest by an encapsulated cell, it is required to expose the cell to a high molecular weight component whose molecular dimensions are too large to penetrate the membrane. . One example is interferon production from human fibroblasts, leukocytes, or lymphoblasts that are induced to secrete interferon upon treatment with certain viruses or high molecular weight nucleic acids. In such cases, if the permeability limit of the membrane is lower than the molecular weight of the inducing element, the cells can be subjected to interferon induction prior to encapsulation, or the capsule membrane can be selectively disrupted after cell culture. The high molecular weight material must be taken up by the cells. U.S. Application No. 243,584, filed on the same day, discloses a special method of selectively disrupting the capsule membrane that can be used for this and other purposes without damaging the cells. The method of the present invention relies on methods that are capable of forming a semipermeable membrane around the cell while not adversely affecting its continued viability. One suitable encapsulation method is detailed below. Encapsulation of Cells The tissue or cells to be encapsulated are suspended in an aqueous culture medium suitable for preservation or for maintaining continued metabolic activity of the particular type of tissue or cell involved. Culture media suitable for this purpose are commercially available. The average diameter of the raw material to be encapsulated can vary widely in the range of several μm to several mm. However, the best results are between 300 and 1000
This is achieved with capsules of size in the μm range.
Individual cells such as fibroblasts, leukocytes, lymphoblasts, mixtures of various ratios of these cells, or other tissue units can be encapsulated as desired. Microorganisms can also be encapsulated, including those that have been genetically modified by recombinant DNA methods or other techniques. The continued viability of such organisms depends, inter alia, on the availability of necessary nutrients, oxygen transfer, the absence of toxic substances in the culture medium and the pH of the culture medium. It has therefore not been previously possible to maintain such organisms in a physiologically compatible environment and encapsulate them at the same time.
The problem was that the requirements for membrane formation were harmful or lethal to the tissue. Thus, no method of membrane formation that would allow tissue to survive in a healthy state had emerged prior to the invention of US Application No. 24600. However, certain water-soluble substances that are physiologically compatible with living tissue and that can themselves become water-insolubilized to form shape-retaining aggregates,
Used to form a protective barrier layer or "temporary capsule" around individual cells or groups of cells, which in turn deposits a more permanent semipermeable membrane around the cells without damaging them. It has been discovered that it can be treated as desired. Such substances are added at a concentration of several percent by weight relative to the tissue culture medium. This culture medium contains cultured cells and, if necessary, serum components, and optionally contains a cell matrix such as collagen or a water-dispersible high molecular weight substance that acts as a fixed matrix. If collagen is used, its concentration should be in the range of about 10 μg/ml to about 1 mg/ml, but preferably 100 μg/ml to about 1 mg/ml.
~500 μg/ml. The solution containing the tissue together with its culture medium is then formed into droplets, which are immediately water-insolubilized and gelled at least in the surface layer. This temporary shape-retaining capsule is then provided with a more permanent membrane. If it is desired to release the tissue intact, the membrane itself can subsequently be selectively destroyed. Depending on the materials used to form the temporary capsule, the interior of the capsule may be reliquefied after this permanent membrane is formed. This is accomplished by establishing conditions in the culture medium that allow the material to dissolve. The material used to form the temporary capsule can be any water-soluble, non-toxic material that can be converted into a shape-retaining material by changes in the ionic environment or ionic concentration. The material should also contain a plurality of easily ionizable anionic moieties, such as carboxyl groups, that can react with a polymer having a plurality of cationic groups to form a salt. As will be explained later, by using materials of this type, permanent membranes with a selected upper permeability limit can be deposited without difficulty in the surface layer of the temporary capsule. Presently preferred materials for forming temporary capsules are water soluble natural or synthetic acidic polysaccharide gums, and such materials are commercially available. These are typically extracted from plants and are often used as additives in various foods. Sodium alginate is currently the preferred water-soluble rubber, and alginates in the molecular weight range of 150,000 Daltons and above can be used, however, because of their molecular weight size and viscosity, the salts cannot penetrate the final formed capsule membrane. It is usually impossible to do so. Alginates of lower molecular weight, for example 50,000 to 80,000 Daltons, are more easily removed by diffusion from the internal volume of the capsule through membranes with sufficient porosity and are therefore preferred. Other rubbers that can be used include
Included are guar gum, carrageenan, pectin, tragacanth or xanthan gum. These materials contain glycosidic linked sugar chains. The free acid groups are often present in alkali metal ionic form, such as sodium ionic form. If a multivalent ion such as calcium or aluminum exchanges this alkali metal ion, the water-soluble polysaccharide molecules become "cross-linked" to form a water-insoluble shape-retaining gel, and the gel is ion-exchanged. It can be redissolved when removing ions by or through a sequestering agent. Although essentially all polyvalent aions capable of forming salts with acidic rubbers are agonistic, it is preferred to use physiologically compatible ions such as calcium. This makes it easier to preserve the tissue in a living state. Other polyvalent cations can also be used. However, magnesium ions are not effective in gelling sodium alginate. A typical solution composition consists of a medium volume of cell culture and a 1 to 2% gum solution in physiological saline. When using sodium alginate,
1.2-1.6% solutions have been successfully used. if,
If the cells to be encapsulated are of a type that requires attachment to a fixed matrix for mitosis, and if the cells are to be grown inside the capsule, they can be dispersed in collagen or water. Natural or synthetic high molecular weight proteins or polypeptides can be included in the cell culture and retained within the final volume of the formed capsule. If a polymer having a plurality of cationic groups, such as polylysine, is used for this purpose, the cationic groups react with the anionic sites of the water-soluble rubber to form a substantially water-insoluble matrix entangled with the rubber. The preferred concentration of such raw materials is about 100 to 500 μg per ml of suspension (including rubber solution). In the next step, encapsulation, the tissue-containing rubber solution is shaped into droplets of the desired size. Thereafter, the droplets immediately gel and preferably retain a spherical or oblate shape, but do not necessarily have this morphology. Droplet formation can be performed by known methods. An example of the procedure is as follows. A stopper holding the droplet former is fitted into a tube containing an aqueous solution of polyvalent cations, such as a 1.5% CaCl 2 solution. The device consists of a housing having an upper air intake and an elongated hollow body portion conveniently located within the stopper. Attached to the top of the housing is a 10 c.c. syringe with a stepped pump, for example, by a Teflon-coated 0.01 inch inner diameter needle extending through the housing along its length. The interior of the housing is designed so that the needle tip is exposed to a constant laminar air flow that acts as an air knife. In use, a syringe is filled with a solution containing the raw material to be encapsulated;
A staged pump is activated to force incremental droplets of solution out of the needle tip. The air flow “separates” the droplets from each other, and the droplets
It falls approximately 2.5 cm into the CaCl2 solution, where it absorbs calcium ions and immediately gels. in this case,
The distance between the tip of the needle and the surface of the CaCl 2 solution is long enough to cause the sodium alginate/cell suspension to assume the most physically advantageous shape, a sphere (maximum volume with minimum surface area). Air within the tube escapes through an opening in the stopper. This results in "crosslinking" of the gel and the formation of a highly viscous, shape-retentive, protective temporary capsule containing the suspended tissue and its culture medium. The capsules accumulate in the solution as a separate phase and can be separated by suction. In the next processing step, a semipermeable membrane is deposited around the surface of this temporary capsule by "crosslinking" the surface layer. This can be accomplished by exposing the gelled temporary capsule to an aqueous solution of a polymer having cationic groups that can react with anionic functional groups in the gel molecules. Polymers having acid-reactive groups such as free imine or amine groups are preferred. In this situation, polysaccharide gums are crosslinked by interaction of carboxyl groups with amine or imine groups (salt bond formation). By selecting the molecular weight of the crosslinkable polymer used and adjusting the concentration and exposure time of the polymer solution, the permeability can be controlled within a range. A solution of a polymer with a low molecular weight penetrates into the temporary capsule interior more than a high molecular weight polymer over a certain period of time. The degree of penetration of the crosslinking agent correlates with the degree of permeability obtained. Generally, the higher the molecular weight and the lower the penetration, the larger the pore size. Depending on the duration of the reaction, the concentration of the polymer solution and the desired permeability, polymers within the broad molecular weight range of 3,000 to 100,000 Daltons or more can be used. When using polylysine with an average molecular weight of about 35,000 Daltons, one successful combination of reaction conditions is to react with a physiological saline solution containing 0.0167% polylysine for 2 minutes with stirring. This is approximately
Resulting in a membrane with a permeability upper limit of 100,000 Daltons. Optimal reaction conditions for controlling permeability in a given system can be readily determined experimentally in light of the above guidelines. Using this method, selected levels can be set below the membrane permeability upper limit of about 200,000 Daltons. Examples of suitable crosslinking polymers include natural and synthetic proteins and polypeptides having free amino or imino groups, polyethyleneamine, polyethyleneimine and polyvinylamine. Currently, both the D and L forms of polylysine are used successfully. Proteins such as polyargenin, polycitrulline or polyornithine can also be activated. Polymers with higher concentrations of positive charges, such as polyvinylamine, bind strongly to the anionic groups of the gel molecules and form stable films, but these films are quite difficult to break. Treatment with a dilute solution of rubber binds free amino groups to the surface of the capsules, but without treatment, the capsules tend to aggregate together. At this point in encapsulation, the capsules can be collected. It consists of a semipermeable membrane surrounding a solution gel of an internal matrix of rubber, cells, a culture medium compatible with the cells, and optionally collagen or another immobilized matrix. Since mass transfer within the capsule and across the membrane is to be facilitated, it is preferred to reliquefy the gel to return it to its water-soluble form. This may be accomplished by re-establishing the conditions under which the rubber is liquid, for example by removing calcium or other polyvalent cations from the internal gel. The culture medium within the capsule can also be redissolved by simply immersing the capsule in phosphate buffered saline containing alkali metal ions and hydrogen ions. Thus, when the capsule is immersed in a stirred solution, monovalent ions exchange with calcium or other multivalent ions inside the rubber. Sodium citrate solution can be used for the same purpose and serves as a sequestering agent to deactivate divalent ions. A cell culture encapsulated as described above can be suspended in a culture medium specifically designed to meet all the requirements of the particular cell type involved, so that the culture continues to exhibit standard in vitro metabolism.
If the culture requires an environment of high molecular weight components such as serum components, this component can be omitted from the extracapsular culture medium. Components normally taken up by cells are typically of relatively low molecular weight, and as they permeate the cell membrane, they readily diffuse across the capsule membrane and into the microenvironment of the cell. The metabolic products of the cells secreted into the intracapsular medium then, if they have a molecular weight smaller than the upper permeability limit of the capsule membrane, also diffuse across the membrane and accumulate in the extracapsular medium. . Encapsulated cells can be cultured under the same conditions as conventional cultures, such as temperature, PH, and ionic environment. Although cell products can also be obtained from the extracapsular culture medium or from within the capsule by conventional techniques, the culture techniques disclosed herein have the following advantages. 1 Cells in culture are protected from contamination by elements with dimensions larger than the upper permeability limit of the membrane;
It is also protected against shear forces or mechanical damage. This means that the handling or sterilization requirements normally associated with culture methods can be relaxed somewhat. This is because microorganisms cannot reach the encapsulated cells, and virus-infected cells cannot contaminate other cells. 2. The capsule renders the cells virtually immobile in an environment in which high molecular weight raw materials are retained, yet lower molecular weight cell nutrients and products are easily removed or introduced. This makes it possible to collect and replenish the nutrient fluid culture medium intermittently or continuously as described above, without damaging the cells. 3. Substances of interest produced by cells are more easily recovered. Cell secretions of molecular size small enough to penetrate the capsule membrane accumulate in the extracapsular culture medium in admixture with nutrients. However, high molecular weight serum components etc. are not released into the extracapsular culture medium, thus simplifying the recovery of the cell products of interest. Secreted cell products with molecular dimensions larger than the permeability limit of the membrane accumulate within the capsule. Of course, there are also interesting cell products that are not secreted outside the cell membrane. These products can be recovered in a relatively concentrated form by isolating the capsule and subsequently selectively disrupting the capsule membrane and, if necessary, disrupting the cell membrane using, for example, the techniques described below. 4 The intracapsular volume provides a well-suited environment for cell division. Suspension cultures have been observed to undergo mitosis inside the capsule. In standard culture, fixed substrate-dependent cells that grow in a two-dimensional monolayer expand to arrange within the capsule. Such cells use the inner surface of the membrane as a matrix and/or are anchored to the aforementioned high molecular weight materials placed inside the capsule. This results in a significant increase in cell density when compared to conventional cultures.
The continued viability of such cell populations is facilitated by the fact that the capsule has a fairly large surface area to volume ratio, thus all the cells have access to the necessary nutrients, oxygen, etc. In certain situations, it is advantageous to selectively disrupt the capsule membrane in order to release the cells intact. One notable example is in the production of interferon (INF). INF
Cells capable of producing INF must be exposed to some type of prepared virus or nucleic acid in preparation for the INF production process. Also some
In the INF induction method, reagents are added to the culture to inhibit protein synthesis. Therefore, the culture expansion step must be carried out under completely different conditions than the INF induction step. If the substance used to induce INF has a molecular weight greater than the upper permeability limit of the capsule membrane, the induction procedure cannot be carried out in cultures of encapsulated cells (as in the case of viral induction). . Therefore,
The INF-producing cells must be released by disruption of the membrane in order to subject them to the induction process as they proliferate within the capsule. Destruction of Membranes Cells trapped within the types of membranes mentioned above are
Release can be achieved by methods using commercially available reagents that have properties that do not significantly adversely affect the encapsulated cells. First, the capsules are separated from their suspension culture medium and thoroughly washed to remove any contaminants present on the outside of the microcapsules, and then the microcapsules are treated with monoatomic polyvalent cations such as calcium ions and polysulfone. Disperse under stirring in a mixed solution with a stripping polymer having multiple anionic moieties, such as an acid salt or polyphosphate. Preferred for this step is the natural sulfonated polysaccharide heparin. The anionic charge concentration of the stripping polymer used should be equal to, or preferably higher than, the charge density of the polyanionic raw material originally used to form the membrane. The molecular weight of the polymer should be at least commensurate with, and preferably greater than, the molecular weight of the polymer having multiple cationic groups used during membrane formation. In the capsule suspension in the above mixed solution, calcium ions compete with the multi-cationic polymer chains used for membrane formation for anion sites on the water-soluble rubber, and at the same time, for cation sites on the polymer chains, calcium ions compete for anion sites on the water-soluble rubber in the solution. soluble heparin or other polymers with multiple anionic moieties compete with the rubber in the membrane. This results in water-dispersible, preferably water-soluble, complexes of polylysine and heparin, for example, bound to monoatomic cations by molecules of the gel. This step makes the membrane more susceptible to dissolution when exposed to subsequent sequestering agents. In addition,
The sequestering agent completes the destruction process by absorbing monatomic ions from the gel.
If capsule membrane debris remains in the culture medium, it can be easily separated from the cells. A currently preferred solution for the first step of selective destruction contains 1.1% (w/v) calcium chloride and 500-1500 units of heparin per ml of solution. One volume of microcapsules is added to enough of this solution to account for about 20-30% of the total volume of the suspension. Calcium chloride and heparin are preferred to disrupt the capsule membrane that encases the cells. This is because both reagents are physiologically compatible with most cells, thus minimizing the potential for cell damage. Aluminum salts or mixtures of polyvalent cations (with the exception of Mg ions) can also be used together with polysulfonates or polyphosphates of the type described above. Generally, the concentrations of monatomic ions and anionic polymers used in this step can vary over a wide range. Optimal concentrations can be easily determined by experiment. As such, it depends on the particular polymer used to form the film and the exposure time. The currently preferred sequestering agent for selective destruction is sodium citrate, but other alkali metal salts of citric acid and EDTA can also be used. When using sodium citrate, its optimal concentration is around 55mM. Preferably, the citrate or other sequestering agent is dissolved in isotonic saline to minimize cell damage. Further, the invention will be understood from the following non-limiting examples. Example 1 Production of INF-β Human foreskin tissue was treated with trypsin using a known method.
Fibroblasts obtained by treatment with EDTA for 5 min at 37°C were treated with 40% (v/v) purified fetal bovine serum, 0.8%
of sodium alginate (Sigma) and 200μ
Complete culture medium (CMLR-1969, Connaught) supplemented with g/ml purified calf skin collagen
Laboratories). The density of the cell suspension is approximately 1.5×10 7 cells/ml. Temporary alginate capsules are formed as described in Example 1. This is 0.005% of polylysine (MW43000 Daltons)
(w/v) by suspending in an aqueous solution for 3 minutes,
A semipermeable membrane is deposited on the surface layer of the capsule. The resulting capsules are suspended in CMLR-1969 culture medium supplemented with 10% fetal bovine serum. All of the above steps are performed at 37°C. When the capsule is examined under a microscope after incubation at the same temperature, it is found to contain cells undergoing mitosis and exhibiting a three-dimensional fibroblast morphology within the microcapsule. After incubation for 4-5 days, the fibroblasts within the capsules are subjected to INF-β hyperinduction technique using the Vilcek method. in Milwaukee, Wisconsin under a 5% CO 2 (95% air) atmosphere.
Double helical RNA obtained from PLBiochemicals
(Known IFN-β inducer) Poly I-Poly C100μ
g/ml and cycloheximide (protein synthesis inhibitor, Radziola, California)
Incubate at 37° C. for 1 hour in the presence of 50 μg/ml (Calbiochem). After 1 hour, the suspended capsules are washed with culture medium (CMLR-1969) containing 50 μg/ml of cycloheximide and then suspended again in the same solution for 3 hours at 37° C. under a 5% CO 2 atmosphere. When this invasion is complete, the washing step is repeated and cycloheximide (50 μg/ml) and actimomicin D (a known RNA synthesis inhibitor,
Capsules are resuspended in culture medium containing 5 μg/ml (Calbiochem) and incubated for 2 hours at 37° C. in a 5% CO 2 atmosphere. The capsules are then washed twice with culture medium and suspended in serum-free culture medium for 18-24 hours at 37°C. During this time, fibroblasts secrete INF-β. It has a molecular weight of around 21000 Daltons and is obtained from extracapsular culture medium. Example 2 Preparation of 1NF-β The procedure of Example 1 was repeated, except that prior to induction,
By selectively destroying the capsule membrane, polyI-polyC
allows easier access to fibroblasts. The destruction process is carried out as follows. A 10 ml portion of the microcapsule suspension containing approximately 500-1000 capsules per ml is allowed to settle and the suspension medium is removed by aspiration. The capsules are washed twice with phosphate buffered saline (PBS, PH=7.4). The washed capsules were then treated with heparin 1000
Units/ml and mix with a 3.0 ml aliquot containing 1.1% (w/v) CaCl 2 . After stirring the suspension at 37°C for 3 minutes, the capsules were allowed to settle, and after removing the supernatant liquid by suction, the capsules were poured into 3.0 ml of 0.15 M NaCl.
Wash twice with After absorbing the second washing solution, fill the capsule with an equal volume of a mixed solution of 110mM sodium citrate and 0.15M NaCl (PH7.4).
Mix 2.0ml. The mixture was manually swirled for 1 min to induce membrane lysis, and then the cells were incubated with culture medium for 2 min.
Wash twice. The cells are then suspended in culture medium, subjected to the induction step described in Example 1, and then encapsulated again as described in Example 1. The capsule suspension is then incubated in serum-free culture medium for 18-24 hours, during which time INF-β is secreted from the cells, which penetrates the capsule membrane and accumulates in the extracapsular culture medium. When Example 1 and Example 23 are carried out using poly I-poly C (5S) (sedimentation value, poly I and poly C annealed to constitute double helical RNA), it produces INF-β as described below. Amount (INF− per 10 5 cells)
β units): 1 2 Example 1 25 25 Example 2 2500 2500 Example 1 and Example 2 were converted into poly I-poly C (12S)
(sedimentation value, double helix as purchased), it results in the following INF-β production (number of INF-β units per 10 cells): 1 2 Example 1 25 25 Example 2 2500 2500 The 100-fold higher yield using the procedure of Example 2 than with Example 1 is at least partially based on the fact that poly I-poly C is more accessible to cells when using the procedure of Example 3. It is believed that there is. Example 3 The procedure of Example 1 is repeated, but using capsules without collagen. Encapsulated cells were grown in conventional monolayer culture, treated with trivin, induced with poly I-poly C (5S), and simultaneously microencapsulated. The extracapsular culture medium was found to contain 2500 units of INF-β per 10 5 cells. Example 4 Monoclonal Antibody Hybridoma cells obtained from Hermam Eisen of MIT were cultured at a density of 3.0×10 6 cells/ml. The cells were fused from mouse splenocytes and mouse myeloma cells by methods now well known in the art and constituted an immortal cell line that produced antibodies against dinitrophenyl bovine serum albumin in culture. do. Aliquots of 3 ml of cell suspension were prepared by adding 2.1 ml of a suspension containing 1.4% sodium alginate to 0.6 ml of fetal bovine serum and 0.3 ml of saline (150 mM). A droplet of this suspension was immediately gelled in CaCl 2 solution and then treated with a 0.016% by weight solution of poly-L-lysine. The inside of the obtained capsule was 110m
It was reliquefied by immersion for 6 minutes in a solution of 1 part M sodium citrate and 3 parts 150 mM saline. The capsules containing hybridoma cells were then placed in RPMI containing 20% heat-inactivated fetal bovine serum.
-1640 culture medium (Gibco). Cell counts of hybridoma cultures with and without encapsulation and the amount of monoclonal antibodies produced by these encapsulated and unencapsulated cultures were measured periodically. The results are shown in the graph of FIG. Example 5 INF-α from white blood cells American Red
30ml of buffy membrane obtained from Cross) with 5% EDTA3.0
ml and lysed red blood cells by repeated 10 minute exposure to 0.83% NH 4 Cl at 4°C. Centrifugation for 5 min (at 4°C) was performed between treatments with NH 4 Cl.
As a result, debris was separated from the remaining intact white blood cells. Then, MEN the cells
(Minimum Essential Culture Medium, Serum Free, Gibco), diluted by a factor of 100 and triptan blue.
Stained for 15 minutes. Cell counts performed on the samples showed that approximately 1.3 x 10 9 leukocytes per 30 ml of buffy coat survived. Then, the cells were
1% in culture medium supplemented with heat-inactivated fetal bovine serum.
The cells were suspended at a concentration of ×10 7 cells/ml. The induction step was performed by exposing the cell suspension to Sendai virus (various concentrations of Heem aggregation (HA) units/ml, Flow Laboratories, Maryland) for 1 hour at 37° C. under stirring. Virus was then separated from the cells by centrifugation at room temperature, and the cells were resuspended in equal volumes of MEN-4% heat-inactivated fetal bovine serum and 1.4% sodium alginate. After capsules were formed as described above, they were resuspended in serum-free and serum-containing culture media. There was no significant difference in the amount of INF detected in the extracapsular culture medium of these test samples. The amount of INF produced in the unencapsulated control cultures was also the same. The results of these experiments are shown below:

【表】 例 6 リンパ芽細胞からのINF−α アメリカンタイプカルチヤーコレクシヨン
(American Type Culture Collection)からのナ
マルワ(Namalwa)細胞を慣用培養基中で増殖
させ、また同細胞をマイクロカプセル封入後、10
%熱失活ウシ胎児性血清を補つたRPMI−1460培
養基中で増殖させた。1客の未カプセル細胞懸濁
物、またカプセル封入した細胞懸濁物をINFの誘
発産生処理に付した。培養基には実質上等数の細
胞が含まれた。未カプセル細胞培養基とカプセル
化細胞培養物に、2回蒸留した水中25μg/ml濃
度のブロムデオキシウリジンを加えて有糸系裂を
抑制した。37℃で36時間のインキユベーシヨン
後、両細胞培養物を洗浄し、次いで2%熱失活ウ
シ胎児性血清を補つたRPMI−1640培養基に懸濁
させた。 次いで、カプセル化細胞培養物を処理して、そ
のカプセル膜を選択的に破壊した。該カプセルを
生理的食塩水で3回洗浄し、1.1%のCaCl2を含む
1000単位/mlヘパリン溶液中37℃で10分間インキ
ユベートしたのち、食塩水で再洗浄した。洗浄せ
るカプセルを次いで、生理的食塩水中稀くえん酸
ナトリウム溶液とともに37℃で5分間インキユベ
ートした。この時点でカプセル懸濁物を撹拌した
ところ、膜の溶解とナマルワ細胞の解放がもたら
された。次いで、細胞懸濁物を遠心処理して残屑
を除き、くえん酸塩/食塩水で数回洗浄した。 そのあと、両培養物を、1.0×106細胞/mlの密
度で、2%熱失活ウシ胎児性血清と緩衝液(PH
7.4)を補つた新たなRPMI−1640培養基中に懸濁
させた。 在来の培養物と以前カプセル化した培養物に、
羊水中のニユーキヤツスル病ウイルスのバンコフ
スキ(Bankowski)株を加えた。このウイルス
は、1.0×108pfu/mlの濃度であり、カルフオルニ
ア州デイビス所在のポウルトリーヘルスラボラト
リーズ(Poultry Health Laboratories)より購
入した。細胞懸濁物10ml毎にウイルス1mlを加え
た。培養物を37℃で24時間インキユベートした。 次いで、慣用培養物を五つの部分(下記1〜
5)に分け、また以前カプセル化した培養物は四
つの部分(下記6〜9)に分けた。培養物の9ア
リコートを各々、下記処理後INF産生に関して試
験した。 1 処理せず 2 2%の熱失活ウシ胎児性血清を含むRPMI−
1640に再懸濁 3 血清不含RPMI−1640に再懸濁 4 RPMI−1640培養基と5%熱失活ウシ胎児性
血清と一緒にカプセル化し、生成せしめるカプ
セルを血清不含培養基中に懸濁 5 RPMI−1640培養基と5%熱失活ウシ胎児血
清と一緒にカプセル化し、得られたカプセル
を、2%ウシ胎児性血清を含む培養基中に懸濁 6 血清不含培養基に再懸濁 7 2%熱失活ウシ胎児性血清を含む培養基に再
懸濁 8 培養基+5%熱失活ウシ胎児性血清と一緒に
再カプセル化し、得られたカプセルを血清不含
培養基に懸濁 9 培養基+5%熱失活ウシ胎児性血清と一緒に
再カプセル化し、得られたカプセルを培養基+
2%血清中に懸濁 細胞培養物1〜9各々におけるINF−α1単位
を産生するのに必要な細胞量を次第に示す: 1 30 6 40 2 45 7 40 3 − 8 1000360 4 680 9 200100 5 2000 他の具体化も、前掲特許請求の範囲内で実施さ
れる。
[Table] Example 6 INF-α from lymphoblasts Namalwa cells from the American Type Culture Collection were grown in a conventional culture medium and the cells were microencapsulated for 10 days.
The cells were grown in RPMI-1460 medium supplemented with % heat-inactivated fetal calf serum. Both unencapsulated cell suspensions and encapsulated cell suspensions were subjected to induced production of INF. Culture media contained essentially equal numbers of cells. Bromdeoxyuridine at a concentration of 25 μg/ml in double-distilled water was added to unencapsulated and encapsulated cell cultures to inhibit mitotic fissures. After 36 hours of incubation at 37°C, both cell cultures were washed and then suspended in RPMI-1640 medium supplemented with 2% heat-inactivated fetal bovine serum. The encapsulated cell culture was then treated to selectively disrupt its capsule membrane. The capsules were washed three times with saline containing 1.1% CaCl2 .
After incubation for 10 minutes at 37°C in a 1000 units/ml heparin solution, the cells were washed again with saline. The washed capsules were then incubated with dilute sodium citrate solution in saline for 5 minutes at 37°C. Agitation of the capsule suspension at this point resulted in membrane dissolution and release of Namalwa cells. The cell suspension was then centrifuged to remove debris and washed several times with citrate/saline. Both cultures were then mixed with 2% heat- inactivated fetal bovine serum and buffer (PH
7.4) in fresh RPMI-1640 culture medium. For native cultures and previously encapsulated cultures,
Bankowski strain of New York disease virus in amniotic fluid was added. The virus was at a concentration of 1.0 x 108 pfu/ml and was purchased from Poultry Health Laboratories, Davis, California. 1 ml of virus was added for every 10 ml of cell suspension. Cultures were incubated at 37°C for 24 hours. The conventional culture was then divided into five portions (1 to 1 below).
5) and the previously encapsulated culture was divided into four parts (6-9 below). Nine aliquots of the culture were each tested for INF production after the following treatments. 1 Not treated 2 RPMI containing 2% heat-inactivated fetal bovine serum
1640 3 Resuspend in serum-free RPMI-1640 4 Encapsulate with RPMI-1640 culture medium and 5% heat-inactivated fetal bovine serum and suspend the resulting capsules in serum-free culture medium 5 RPMI-1640 culture medium and 5% heat-inactivated fetal bovine serum were encapsulated, and the resulting capsules were suspended in culture medium containing 2% fetal bovine serum6 and resuspended in serum-free culture medium7 2%. Resuspend in culture medium containing heat-inactivated fetal bovine serum 8 Re-encapsulate with culture medium + 5% heat-inactivated fetal bovine serum and suspend the resulting capsules in serum-free culture medium 9 Culture medium + 5% heat-inactivated fetal bovine serum Re-encapsulation with live fetal bovine serum and culture medium +
The amount of cells required to produce INF-α1 units in each of cell cultures 1 to 9 suspended in 2% serum is shown progressively: 1 30 6 40 2 45 7 40 3 - 8 1000360 4 680 9 200100 5 2000 Other embodiments are also within the scope of the following claims.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の概念を例示する略図であ
り、第2図は例4に記載の実験結果を示すグラフ
である。第1図中主要な部分を表わす符号の説明
は以下の通りである: 10:細胞、12:カプセル膜、14:培養
基、16:孔、18:高分子量の要素又は血清成
分、20:細胞に必要な成分、22′:興味ある
物質、22:代謝生成物。
FIG. 1 is a diagram illustrating the concept of the invention, and FIG. 2 is a graph illustrating the experimental results described in Example 4. The explanation of the symbols representing the main parts in Fig. 1 is as follows: 10: Cell, 12: Capsule membrane, 14: Culture medium, 16: Pore, 18: High molecular weight element or serum component, 20: Cell Necessary component, 22': Substance of interest, 22: Metabolite.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 生きている細胞によつて産生されるインター
フエロンおよびモノクローナル抗体から選択され
る物質を製造する方法であつて、 A 該細胞を、選択された透過度上限を有する膜
の中に封入、カプセル化し、 B 該カプセル化させる細胞を水性培養基に懸濁
させ、 C 該細胞にインビトロ代謝を行わせ且つ前記物
質を分泌させ、 D 該物質を前記水性培養基から或は前記膜の中
より前記物質を収得する 諸工程からなる方法。 2 カプセル化工程(A)が、水不溶性の塩結合せる
マトリツクスを生成すべく重合体鎖上のカチオン
基と水溶性ゴム上のアニオン基とを反応させて膜
を形成することにより遂行される特許請求の範囲
第1項記載の方法。 3 カプセル化工程(A)が、 (1) 細胞を、該細胞と生理学上相容し得しかも複
数のアニオン部分を有する水溶性ゴムを含有す
る水性培養基中に懸濁させ、 (2) 該懸濁物を、細胞を含む小滴に形成し、 (3) この小滴を、生理学上相容しうる多価カチオ
ンの溶液にさらして、該小滴を、ばらばらな或
は離散した、水に不溶の保形性一時カプセルと
してゲル化し、 (4) この一時カプセルを、前記アニオン部分と反
応しうる複数のカチオン基を有する重合体にさ
らすことにより該カプセルの表面層を架橋して
前記小滴周囲に半透膜を生成する、 諸工程によつて遂行される特許請求の範囲第1項
記載の方法。 4 工程(4)で形成された膜の中のゲルを再溶解さ
せる追加工程を含む特許請求の範囲第3項記載の
方法。 5 物質が、選択された透過度上限よりも小さい
分子量を有し、而して該物質を、膜を介して水性
培養基中に拡散させ、そしてこの物質を該培養基
から得する工程を含む特許請求の範囲第1項記載
の方法。 6 細胞が、該細胞を維持し且つ物質のインビト
ロ生合成を許容するのに十分な完全細胞培養基と
一緒にカプセル化される特許請求の範囲第1項又
は5項記載の方法。 7 工程(B)で用いられる水性培養基が、細胞を維
持し且つ物質のインビトロ生合成を許容するのに
十分な完全細胞培養基である特許請求の範囲第1
項又は5項記載の方法。 8 物質のインビトロ生合成を許容するために、
膜の透過度上限よりも大きな分子量を有する成分
を細胞が必要とし、而して細胞と一緒に該成分を
カプセル化する追加工程を含む特許請求の範囲第
6項記載の方法。 9 細胞が哺乳類の細胞である特許請求の範囲第
1項又は5項記載の方法。 10 カプセル内で細胞に有糸分裂を行わせる追
加工程を含む特許請求の範囲第1項又は5項記載
の方法。 11 細胞が、遺伝子操作された細胞である特許
請求の範囲第1項又は5項記載の方法。 12 カプセル化工程(A)において、約0.5mm以下
の径を有する球状マイクロカプセルが形成される
特許請求の範囲第1項又は5項記載の方法。 13 物質がインターフエロンである特許請求の
範囲第1項又は第5項の方法。 14 物質がモノクローナル抗体である特許請求
の範囲第1項又は第5項の方法。 15 工程(A)でカプセル化される細胞が、物質の
産生を保持するために膜の透過度上限よりも大き
な分子量を有する成分との接触を必要とし、而し
て工程(A)では、この成分を細胞と一緒にカプセル
化し、工程(B)で用いられる水性培養基には該成分
が実質的にない、特許請求の範囲第1項又は第5
項記載の方法。 16 選択された透過度上限が約1.5×105ダルト
ンである特許請求の範囲第1項記載の方法。 17 細胞がハイブリドーマ細胞よりなり、物質
が、選択された透過度上限よりも大きな分子量を
有するモノクローン抗体よりなり、該抗体が膜内
から収得される特許請求の範囲第1項記載の方
法。 18 カプセル化せる生存性細胞を水性培養基中
に懸濁させたものよりなる、生きた細胞の培養系
であつて、 前記カプセル化した生存性細胞が該細胞により
必要とされる栄養の通り抜けないし貫通を許容す
るのに十分な透過度上限によつて特徴づけられる
膜と、この膜内に封入されたしかも、該膜の透過
度上限よりも寸法の大きな細胞の生存能力を保持
するのに必要な成分(A)全てを含む培養基中に配分
懸濁された前記生存性細胞とからなり、また 前記水性培養基が、前記膜の透過度上限よりも
小さな分子量を有する細胞の生存能力を保持する
のに必要な成分(B)全てを含む、培養系。 19 成分(A)が血清成分よりなる特許請求の範囲
第18項記載の系。 20 細胞が哺乳類の細胞よりなる特許請求の範
囲第18項記載の系。 21 細胞が微生物よりなる特許請求の範囲第1
8項記載の系。 22 細胞が、遺伝子操作された細胞よりなる特
許請求の範囲第18項記載の系。 23 細胞がハイブリドーマ細胞よりなる特許請
求の範囲第18項記載の系。 24 細胞がインターフエロンを分泌することの
できる細胞よりなる特許請求の範囲第18項の
系。 25 細胞がモノクローナル抗体を分泌すること
のできる細胞よりなる特許請求の範囲第18項の
系。 26 膜が、多孔質マトリツクスを構成すべく、
複数のカチオン部分を有する重合体と複数のアニ
オン部分を有する重合体ゴムとを結合させたもの
よりなる特許請求の範囲第18項記載の系。
[Scope of Claims] 1. A method for producing a substance selected from interferon and monoclonal antibodies produced by living cells, comprising: A. passing said cells through a membrane having a selected upper permeability limit; (B) suspending the encapsulated cells in an aqueous culture medium; (C) allowing the cells to undergo in vitro metabolism and secrete the substance; and (D) transporting the substance from the aqueous culture medium or into the membrane. A method consisting of various steps of obtaining the substance from inside. 2. A patent in which the encapsulation step (A) is carried out by forming a membrane by reacting the cationic groups on the polymer chain with the anionic groups on the water-soluble rubber to produce a water-insoluble salt-bonding matrix. The method according to claim 1. 3. The encapsulation step (A) comprises: (1) suspending the cells in an aqueous culture medium containing a water-soluble rubber that is physiologically compatible with the cells and having multiple anionic moieties; (2) suspending the cells; forming the suspension into droplets containing cells; (3) exposing the droplets to a solution of physiologically compatible polyvalent cations to transform the droplets into loose or discrete water particles; (4) crosslinking the surface layer of the capsule by exposing the temporary capsule to a polymer having a plurality of cationic groups capable of reacting with the anionic moiety to form the droplets; A method according to claim 1, carried out by the steps of creating a semipermeable membrane around the periphery. 4. The method according to claim 3, comprising an additional step of redissolving the gel in the film formed in step (4). 5. Claims in which the substance has a molecular weight less than a selected upper permeability limit and which include the step of diffusing the substance through a membrane into an aqueous culture medium and obtaining the substance from the culture medium The method described in Scope 1. 6. The method of claim 1 or 5, wherein the cells are encapsulated with a complete cell culture medium sufficient to sustain the cells and allow in vitro biosynthesis of the substance. 7. Claim 1, wherein the aqueous culture medium used in step (B) is a complete cell culture medium sufficient to sustain the cells and allow in vitro biosynthesis of the substance.
The method described in Section 5 or Section 5. 8 To allow in vitro biosynthesis of substances,
7. The method of claim 6, wherein the cell requires a component having a molecular weight greater than the upper permeability limit of the membrane, and includes the additional step of encapsulating the component with the cell. 9. The method according to claim 1 or 5, wherein the cells are mammalian cells. 10. The method of claim 1 or 5, comprising the additional step of causing cells to undergo mitosis within the capsule. 11. The method according to claim 1 or 5, wherein the cells are genetically engineered cells. 12. The method according to claim 1 or 5, wherein in the encapsulation step (A), spherical microcapsules having a diameter of about 0.5 mm or less are formed. 13. The method according to claim 1 or 5, wherein the substance is interferon. 14. The method according to claim 1 or 5, wherein the substance is a monoclonal antibody. 15 If the cells to be encapsulated in step (A) require contact with a component having a molecular weight greater than the permeability limit of the membrane in order to sustain production of the substance, and in step (A) this Claims 1 or 5, wherein the component is encapsulated with the cells and the aqueous culture medium used in step (B) is substantially free of the component.
The method described in section. 16. The method of claim 1, wherein the selected permeability upper limit is about 1.5 x 105 Daltons. 17. The method of claim 1, wherein the cells consist of hybridoma cells and the substance consists of a monoclonal antibody having a molecular weight greater than the selected permeability upper limit, and the antibody is obtained from within the membrane. 18. A culture system for living cells, comprising viable encapsulated cells suspended in an aqueous culture medium, the encapsulated viable cells being able to pass through or penetrate the nutrients required by the cells. a membrane characterized by a permeability upper limit sufficient to permit said viable cells distributed and suspended in a culture medium containing all of component (A), and said aqueous culture medium retains the viability of cells having a molecular weight smaller than the upper permeability limit of said membrane. A culture system containing all necessary components (B). 19. The system according to claim 18, wherein component (A) comprises a serum component. 20. The system of claim 18, wherein the cells are mammalian cells. 21 Claim 1 in which the cells are microorganisms
The system described in Section 8. 22. The system according to claim 18, wherein the cells are genetically engineered cells. 23. The system according to claim 18, wherein the cells are hybridoma cells. 24. The system of claim 18, wherein the cells are cells capable of secreting interferon. 25. The system of claim 18, wherein the cells are cells capable of secreting monoclonal antibodies. 26 In order for the membrane to constitute a porous matrix,
19. The system of claim 18, comprising a combination of a polymer having a plurality of cationic moieties and a polymer rubber having a plurality of anionic moieties.
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