摘要：文章淺析了動物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)的研究進展。

關(guān)鍵詞：動物細(xì)胞；培養(yǎng)技術(shù)；進展

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

動物細(xì)胞培養(yǎng)開始于上世紀(jì)初，由胚胎學(xué)技術(shù)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(chǎn)以及基因工程等領(lǐng)域必不可少的工具之一。利用動物細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)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(shù)產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。在大規(guī)模培養(yǎng)動物細(xì)胞的過程中，最根本的是使培養(yǎng)細(xì)胞的條件達(dá)到最優(yōu)化，盡可能降低或消除外界環(huán)境對細(xì)胞的影響，使細(xì)胞維持高存活力和高效表達(dá)。

1 細(xì)胞最適生長培養(yǎng)基的選擇

動物細(xì)胞培養(yǎng)基是細(xì)胞體外賴以生長、增殖、分化的重要因素。目前，動物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)中已經(jīng)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(yīng)用誘發(fā)的細(xì)胞凋亡也成為了動物細(xì)胞無血清培養(yǎng)技術(shù)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(dǎo)致的一定程度上的細(xì)胞凋亡。

2 生物反應(yīng)器的選擇

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

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

2.3 氣升式生物反應(yīng)器 氣升式生物反應(yīng)器的原理是讓氣體混合物從底部經(jīng)噴射管噴入反應(yīng)器的中央導(dǎo)流管，使得中央導(dǎo)流管側(cè)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(yīng)器 流化床生物反應(yīng)器的基本原理是培養(yǎng)液通過反應(yīng)器垂直向上流動形成循環(huán)，一直供給細(xì)胞必需的營養(yǎng)成分，使細(xì)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(yīng)器 一次性生物反應(yīng)器是由FDA認(rèn)可并經(jīng)過預(yù)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(xì)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(xì)胞和植物細(xì)胞，并非常適合生產(chǎn)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(xì)胞都是貼壁依賴性細(xì)胞，而傳統(tǒng)的貼壁依賴性細(xì)胞的培養(yǎng)是通過轉(zhuǎn)瓶培養(yǎng)方式獲得，其操作繁雜重復(fù)，耗費空間和人力，所以在動物細(xì)胞的大規(guī)模培養(yǎng)中都使用微載體。理想的微載體應(yīng)用有利于細(xì)胞的快速附著和擴展，有利于細(xì)胞高密度生長，允許細(xì)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(xì)胞密度。然而，以該載體培養(yǎng)的一些細(xì)胞系卻緊緊貼在了微載體內(nèi)，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(xì)胞的移動性的同時提高了細(xì)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(xì)胞中，生物離線取樣特別是產(chǎn)物濃度測定需要較長的時間，不能及時反映細(xì)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(xì)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(xì)胞培養(yǎng)過程中已經(jīng)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(yīng)過程中葡萄糖的吸收率和乳搪的生成率的軟件也已經(jīng)研制成功，這使得對細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)過程的狀態(tài)監(jiān)控更加及時、準(zhǔn)確。

5 細(xì)胞生長所需的最佳條件

影響細(xì)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(xì)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(xì)胞培養(yǎng)中的主要限制因素。在實際應(yīng)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(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)的應(yīng)用

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

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