バイオリアクターの装置、操作設計とスケールアップ時の留意点

発酵工程における微生物活用や藻類バイオマス、抗体医薬製造や再生医療用細胞製造など、細胞培養の産業応用への期待が高まるにつれ、物質収支と速度論に基づいてバイオものづくりを設計・オーガナイズできる人材の育成は重要性を増している。この技術分野は生物化学工学と呼ばれ、醸造・発酵技術の発展と共に体系化され、抗生物質やバイオ医薬品の製造などに実践的に展開されてきた。 　本セミナーでは、バイオリアクターの基本から、容器・装置・操作の設計論の基本的事項を解説し、各種細胞への適用における注意点を述べる。本セミナーが対象とする技術の範囲は極めて広く、一日で全てをお伝えすることは難しいが、可能な限り平易にエッセンス・考え方に絞って講義する.ユーザーの立場から、どのように装置を使いこなすかという操作の基本事項を押さえて頂き 、今後より深く生物化学工学を学んで頂くきっかけとしてご活用頂きたい。

1. バイオリアクターとは何か (概論)
   1. バイオリアクターの活躍の場
      〜醸造、発酵、環境浄化からバイオ医薬品、再生医療まで〜
   2. 一般的なバイオリアクターの形状
      • 通気撹拌型
      • 気泡塔型
      • 固定化担体、固定化細胞の活用
      • センサー、制御系
   3. バイオリアクター運転の基本プロセス および操作上の注意点
      • 滅菌
      • 培地仕込み
      • 洗浄方法 他
   4. フラスコ培養とバイオリアクターのちがい
   5. バイオリアクターにおいて大事な操作変数と、各種制御の実装
   6. バイオリアクターの基本的取り扱い
      • バイオリアクターのメンテナンス
      • バイオリアクターのコンタミ対策
      • 起こりがちなトラブルと対処法
      • 他
2. バイオリアクターに関わる反応の定式化と、操作設計への活用
   1. 一次反応速度式の記述法
   2. 増殖速度論、殺菌速度論
      • 指数的増殖
      • 比増殖速度
      • 比消費速度
      • 比生産速度
      • モノーの式
   3. 回分培養操作
      • 増殖連動型
      • 増殖非連動型
      • 基質/生産物による阻害と解除
   4. 流加培養操作
   5. 連続培養操作
   6. 酸素供給速度論
      • 酸素移動容量係数
3. スケールアップの方法論、実際
   1. スケールアップの指標
      • 撹拌動力
      • シェアストレス
      • 酸素供給速度
   2. スケールアップの設計式
      • 無通気培養
      • 通気撹拌培養
   3. スケールアップの留意点
4. 各種細胞の大量培養における注意点
   1. 微生物培養の実際、注意点
   2. 動物細胞培養の実際、注意点
   3. iPS細胞培養の実際、注意点
5. 将来展望
   • 不均一構造の構築に挑む複雑組織工学
   • 生体内環境模倣培養による機能的組織の育成
   • 臓器リアクターの実現に足りないもの
• 質疑応答