動物細胞大規(guī)模培養(yǎng)技術研究進展

摘要：文章淺析了動物細胞大規(guī)模培養(yǎng)技術的研究進展。

關鍵詞：動物細胞；培養(yǎng)技術；進展

中圖分類號： S85 文獻標識碼：A 文章編號：1674-0432（2011）-02-0178-1

動物細胞培養(yǎng)開始于上世紀初，由胚胎學技術衍生而來。1962年以后其規(guī)模開始增大，發(fā)展到現(xiàn)在已成為生物制品生產以及基因工程等領域必不可少的工具之一。利用動物細胞培養(yǎng)生產具有較高醫(yī)用價值的酶、疫苗、單抗和生長因子等，已成為生物醫(yī)藥等高新技術產業(yè)的重要組成部分。在大規(guī)模培養(yǎng)動物細胞的過程中，最根本的是使培養(yǎng)細胞的條件達到最優(yōu)化，盡可能降低或消除外界環(huán)境對細胞的影響，使細胞維持高存活力和高效表達。

1 細胞最適生長培養(yǎng)基的選擇

動物細胞培養(yǎng)基是細胞體外賴以生長、增殖、分化的重要因素。目前，動物細胞大規(guī)模培養(yǎng)中已經普遍使用無血清培養(yǎng)基，在此之前使用過天然培養(yǎng)基和合成培養(yǎng)基。無血清培養(yǎng)基在很多方面雖然都顯示了極其強大的優(yōu)勢和發(fā)展前景，但無血清培養(yǎng)的應用誘發(fā)的細胞凋亡也成為了動物細胞無血清培養(yǎng)技術中亟待解決的問題。研究發(fā)現(xiàn)，在培養(yǎng)基中加入一些化合物，如金精三羧酸(Aurint ricarboxylic acid, ATA)、抗氧化劑和鋅離子等，可阻止因采用無血清培養(yǎng)基而導致的一定程度上的細胞凋亡。

2 生物反應器的選擇

2.1 機械攪拌式生物反應器 機械攪拌式生物反應器是一類研制較早、應用廣泛的生物反應器，主要包括培養(yǎng)罐、泵、馬達、管、閥及儀表等幾部分。

2.2 中空纖維管生物反應器 中空纖維管生物反應器的原理是泵動細胞培養(yǎng)液通過成束的合成空心纖維管 (毛細管)，提供了大量的細胞生長表面積，使細胞附著在毛細管內壁上生長，是一類開發(fā)較早且一直在改進的生物反應器。

2.3 氣升式生物反應器 氣升式生物反應器的原理是讓氣體混合物從底部經噴射管噴入反應器的中央導流管，使得中央導流管側的液體密度低于外部區(qū)域從而形成循環(huán)。

2.4 流化床生物反應器 流化床生物反應器的基本原理是培養(yǎng)液通過反應器垂直向上流動形成循環(huán)，一直供給細胞必需的營養(yǎng)成分，使細胞得以在微粒中生長，同時，不斷加入新鮮培養(yǎng)液并排出代謝廢物。

2.5 一次性生物反應器 一次性生物反應器是由FDA認可并經過預先消毒的聚乙烯塑料箱組成，對生物體無害，箱中一部分填充培養(yǎng)基并接種細胞，其他部分是空氣。培養(yǎng)過程中空氣連續(xù)通過整個過濾器進入箱體，同時前后搖動箱體大大提高了培養(yǎng)液里的氧氣溶解量，也促使培養(yǎng)液均勻混合。現(xiàn)在常用于培養(yǎng)動物細胞和植物細胞，并非常適合生產病毒。

3 培養(yǎng)用微載體的選擇

大多數(shù)被培養(yǎng)的動物細胞都是貼壁依賴性細胞，而傳統(tǒng)的貼壁依賴性細胞的培養(yǎng)是通過轉瓶培養(yǎng)方式獲得，其操作繁雜重復，耗費空間和人力，所以在動物細胞的大規(guī)模培養(yǎng)中都使用微載體。理想的微載體應用有利于細胞的快速附著和擴展，有利于細胞高密度生長，允許細胞易于脫落。近年來開始使用的多孔微載體可提供大的表面積/體積比率和最大的細胞密度。然而，以該載體培養(yǎng)的一些細胞系卻緊緊貼在了微載體內，使其移動能力較差。因此，需要研制一種更好的培養(yǎng)方式，用來改善其表面特性和提高微孔的開放性，從而在增加細胞的移動性的同時提高了細胞貼壁率。

4 培養(yǎng)過程的在線監(jiān)控

在大規(guī)模培養(yǎng)動物細胞中，生物離線取樣特別是產物濃度測定需要較長的時間，不能及時反映細胞生存環(huán)境中的各種參數(shù)變化。因此，在線過程監(jiān)控就顯得非常重要，這樣可以創(chuàng)造適合細胞生存的最佳環(huán)境，減少培養(yǎng)過程中的污染。到現(xiàn)在為止，在細胞培養(yǎng)過程中已經能對溫度、pH值、溶解氧濃度進行在線分析并控制。此外，估測目前和未來生物反應過程中葡萄糖的吸收率和乳搪的生成率的軟件也已經研制成功，這使得對細胞大規(guī)模培養(yǎng)過程的狀態(tài)監(jiān)控更加及時、準確。

5 細胞生長所需的最佳條件

影響細胞培養(yǎng)的主要因素有溫度、pH值、CO2、DO、葡萄糖、乳酸、氨、甲基乙二醛、培養(yǎng)基成分等。一般情況下，溫度一般為37℃，pH值在7.0-7.4之間，CO2水平為4-10%, DO維持在20-50%，葡萄糖是細胞培養(yǎng)過程中的能量的主要來源，需要維持在一定水平。乳酸、氨、甲基乙二醛等是動物細胞培養(yǎng)中的主要限制因素。在實際應用中，降低甲基乙二醛的濃度是通過降低葡萄糖用量來實現(xiàn)的。

6 動物細胞大規(guī)模培養(yǎng)的應用

最近幾年，動物細胞培養(yǎng)發(fā)展迅猛，能夠自由擴大培養(yǎng)并且已經用于工業(yè)化生產。許多生物活性物質、疫苗、載體，如藥用蛋白質、單克隆抗體、流感疫苗等，都能利用動物細胞大規(guī)模培養(yǎng)來獲得。這些高技術產品大致可分為：疫苗、干擾素、單克隆抗體、基因工程產品。動物細胞大規(guī)模培養(yǎng)技術今后向自動化、精巧化、大型化、高細胞密度、高目的產品產量發(fā)展。具體說來，就是開發(fā)細胞解離容易、細胞生長性能優(yōu)良，并可以重復使用的廉價新型MC；研發(fā)更大規(guī)模的高無菌條件的生物反應器和剪切力較小、混合性能良好的攪拌系統(tǒng)；設計新型培養(yǎng)基以適合于各種體細胞株（系）的無血清、無蛋白培基；優(yōu)化細胞解離工藝，降低細胞損傷；將其他領域的高、精、尖技術移植于本領域，從而提高大規(guī)模培養(yǎng)動物細胞的精巧化、自動化水平。

參考文獻

[1] 忻亞娟,朱家鴻.動物細胞培養(yǎng)技術的進展[J].浙江預防醫(yī)學,2001,(14):48-50.

[2] 陳昭烈.動物細胞培養(yǎng)過程中的凋亡[J].生物工程進展,

1998,18(6):17-20.

[3] 譚昌耀.用哺乳動物生產人用治療制劑的發(fā)展與改進[J].國外醫(yī)學：預防、診斷、治療用生物制品分冊,2001,24(1):11-14.

[4] 李學梅,林建平,劉娥,等.固定化米根酶發(fā)酵制L2乳酸[J].菌物系統(tǒng),1998,17(4):318-326.

[5] 譚文松,陸健,張元興.氣升式生物反應器在雜交瘤細胞培養(yǎng)中的應用[J].生物工程學報,1996,12(4):477-481.

作者簡介：趙龍，男，漢族，吉林白城人，吉林農業(yè)科技學院生物工程學院生物工程專業(yè)本科生。