动物细胞培养用生物反应器CLA VORUS TM A/B型
北京天和瑞生物科技有限公司
目录
1.概述 (2)
2.反应器型号 (3)
3.标准配置 (4)
4.功能描述 (4)
5.反应器硬件 (6)
6.控制系统 (8)
7.远程控制 (10)
8.使用案例 (10)
9.联系方式 (19)
1. 概述
CLA VORUS
TM
A/B 型动物细胞培
养用生物反应器，是符合医药卫生要求的、用于制药行业细胞培养的、工业化规模生物反应器，适用于动物细胞微载体悬浮培养，以及动物细胞悬浮培养，是进行各种细胞培养的理想工具。
CLA VORUS
TM
A/B 型动物细胞培
养用生物反应器，设计充分体现了动物细胞大规模培养技术的特点，管道布局
简洁、选材优质、制造精良。反应器系统具有良好的功能性、可靠性、方便性，有效保证了细胞培养的效果，体现了良好的经济性和功能性。
CLA VORUS
TM
A/B 型动物细胞培养用生物反应器，具有以下优势和特点：
? 国内自行设计、开发、并工业化使用的动物细胞反应器，具有优越的性
能和经济性。
? 管路布局合理、简洁，有效消除管路灭菌死角，并实现了管路在线灭菌
功能。反应器使用简单方便，灭菌效果可靠，为反应器无菌控制提供了有效保障。
? 搅拌系统采用先进的磁力搅拌器装置，代替传统的机械搅拌装置，由于
去除了机械密封，使反应器系统完全与外界隔绝，具有更优良的系统密封性，保证了反应器长时间无菌运行安全性。同时由于去除机械密封，易清洁，更符合医药行业要求。
? 深层通气系统采用微泡发生器提供溶氧，气泡更小、更均匀，溶氧传递
效果良好，并且通过设计优化，减少气体使用的种类，使用方便。 ? 采用称重系统控制反应器料液体积，可实现灌流培养要求，操作简单可
靠。
? 反应器灭菌使用蒸汽在线灭菌，自动化程度高，并可进行手动操作灭菌，
使用方便。
CLA VORUS TM 100反应器用于疫苗新工艺开发
?反应器采用蒸汽和电加热两种控温方式，反应器运行温度控制更加灵敏、方便。
?电极、仪表、控制器、阀门等重要设备和原器件，均选用品质优良的进口设备，充分保证了反应器使用可靠性和运行稳定性。
?触摸屏控制设计，外加计算机终端远程控制，可实现反应器的运行参数显示、控制、校正、存储、查询等功能，功能强大、使用方便。
?可配备细胞截留系统，实现细胞的微载体培养，以及细胞悬浮培养的高密度培养，培养效果良好。
2.反应器型号
我们可提供以下型号的标准设计反应器，也可定制其它非标规格反应器。
反应器型号工作体积（L）灭菌方式CLA VORUS TM A 100 80 手动灭菌
CLA VORUS TM A 500 420 手动灭菌
CLA VORUS TM A 600 500 手动灭菌
CLA VORUS TM A 1200 1000 手动灭菌
CLA VORUS TM B 100 80 自动灭菌/手动灭菌
CLA VORUS TM B 500 420 自动灭菌/手动灭菌
CLA VORUS TM B 600 500 自动灭菌/手动灭菌
CLA VORUS TM B 1200 1000 自动灭菌/手动灭菌
3. 标准配置
项目
系统参数
型号 CLA VORUS
TM
A 型 CLA VORUS
TM
B 型
罐体材质 316L 不锈钢 316L 不锈钢 设计压力 0.27Mpa 0.27Mpa 灭菌方式 手动灭菌 自动灭菌/手动灭菌 搅拌控制 底部磁力搅拌
底部磁力搅拌
温度控制
夹套电加热/蒸汽加热，双温度PID 控制
夹套电加热/蒸汽加热，双温度PID
控制
pH 控制 进口pH 电极，控制器，PID 控制 进口pH 电极，控制器，PID 控制 溶氧控制 进口溶氧电极，控制器，PID 控制 进口溶氧电极，控制器，PID 控制 称重控制
进口称重模块，PID 控制
进口称重模块，PID 控制
气体系统
压缩空气、氧气、二氧化碳气体，电
磁阀自动控制，内置微孔气体分布器。
压缩空气、氧气、二氧化碳气体，气
动隔膜阀自动控制，内置微孔气体分
布器。
压力控制
无
气体比例调节阀、PID 控制 控制系统
液晶触摸屏显示、配置独立溶氧、PH 、称重控制器。
液晶触摸屏显示、配置独立溶氧、PH 、
称重控制器。
远程控制
无 CLA VORUS TM 远程控制软件
4. 功能描述
CLA VORUS
TM
A/B 型动物细胞培养用生物反应器系统，包括罐体、支架管
路、控制柜三部分，采用触摸屏软件控制，并可配备计算机终端远程控制功能，可实现反应器搅拌、温度、PH 、溶氧、称重、罐体压力、蒸汽灭菌等控制，并具备数据记录和查询功能。
4.1搅拌控制
搅拌组件采用底部磁力搅拌，磁力搅拌器与反应器形成一定夹角，带动料液转动产生涡流，实现料液充分混合。磁力搅拌器采用无极变速，运行平稳。
4.2温度控制
采用夹套对反应器进行温度控制。夹套系统配备蒸汽混合器和电加热器，蒸汽混合器提高了反应器温度上升的速度，电加热器提高了反应器温度控制的灵敏性和稳定性。反应器温度控制系统采用基于罐体温度、夹套温度的双温度PID 控制方式，温度补偿功能使控温更加稳定。
4.3p H控制
采用独立模块控制方式，PH控制器单独设置。使用PID控制模式实现自动控制，具有自适应PID控制调整功能，可自动设定最佳的PID参数。pH控制与二氧化碳通气控制阀，以及酸、碱蠕动泵相关联，通过控制二氧化碳、酸液、碱液的开关，实现pH的自动控制。当pH 低于设定值时，控制器启动碱液蠕动泵，补碱提高pH至设定值；当pH高于设定值时，控制器启动二氧化碳气体电磁阀，以及酸液蠕动泵，降低pH至设定值。二氧化碳流量可通过转子流量计调节，酸液、碱液蠕动泵流量可通过泵调速阀进行调节，进一步提高了pH控制的灵敏度。
4.4溶氧控制
采用独立模块控制方式，溶氧控制器单独设置。使用PID控制模式实现自动控制，具有自适应PID控制调整功能，可自动设定最佳的PID参数。溶氧控制与氧气通气控制阀关联，通过控制阀开关，实现溶氧的自动控制。当溶氧低于设定值时，控制器启动控制阀，向反应器中通氧气提高溶氧至设定值。氧气流量可通过转子流量计调节，进一步提高了溶氧控制的灵敏度。
4.5称重控制
采用独立模块控制方式，称重控制器单独设置。使用PID控制模式实现自动控制，具有自适应PID控制调整功能，可自动设定最佳的PID参数。称重控制与料液蠕动泵关联，通过控制蠕动泵开关，实现液位的自动控制和灌流培养功
能。当料液重量高于设定值时，控制器启动蠕动泵，将反应器中料液通过管路排出，降低料液重量至设定值。料液泵流速可通过泵流量调节阀控制，进一步提高了液位控制的灵敏度。
4.6压力控制
采用自动比例调节阀控制反应器罐体压力，PID控制模式，具有自适应PID 控制调整功能，可自动设定最佳的PID参数。压力控制器与罐体比例调节阀关联，通过控制调节阀开关比例，实现罐体压力的自动控制。当罐体压力高于设定值时，控制器启动调节阀的开关比例，将反应器中气体通过排气呼吸器排出，降低罐体压力至设定值；当罐体压力低于设定值时，控制器启动压缩空气通气控制阀，通过表面通气方式向反应器中通入压缩空气，提高罐体压力至设定值。
4.7校正功能
PH电极、溶氧电极、蠕动泵具有校正功能，可实现在位校正。
4.8蒸汽灭菌功能
在线蒸汽灭菌，可实现自动灭菌，并具有手动灭菌功能。
4.9软件控制
提供反应器触摸屏控制和计算机终端远程控制两种模式，具有数据显示、工艺状态显示、工艺参数控制、校正、数据记录存储、历史数据查询等功能。
5.反应器硬件
5.1罐体
不锈钢罐体，带不锈钢顶盖和不锈钢三角支
架。夹套控温，带保温层。
罐体选用316L不锈钢材质，夹套选用304不
锈钢材质。内表面经电抛光：Ra<0.8μm。
罐体、夹套按压力容器设计，设计压力0.27Mpa，工作压力0.25Mpa。
顶盖使用法兰连接密封。可安装CIP清洗球，用于反应器在线清洗。
罐体顶部TC连接方式端口，用于减压阀、压力表、呼吸器、压力传感器、以及各种管道安装。
罐体顶部配备灯镜和视镜，用于反应器内部观察。
罐体侧面TC连接方式端口，用于安装PH、溶氧、温度电极，以及取样阀。
罐体底部安装罐底隔膜阀，用于料液排放。
5.2搅拌系统
磁力底搅拌，进口原装磁力搅拌器，无极变速，搅拌转速0－300rpm。
5.3温度控制系统
夹套控温，蒸汽加热和电加热双加热方式，或任意单独选择；配备夹套和罐体双温度探头，双温度PID控制，温度控制精度±0.3℃。
5.4P H控制系统
进口原装PH电极、PH控制器，PID控制模式，PH控制响应偏差±0.01。
5.5溶解氧控制系统
进口原装溶氧电极、溶氧控制器，PID控制模式，溶氧响应偏差0.5％。
5.6称重控制系统
进口原装称重模块、称重控制器，控制精度。
5.7压力控制系统
进口原装压力传感器、气体比例调节阀，PID
控制模式。
5.8蒸汽灭菌系统
夹套灭菌、气体管路灭菌、罐底阀灭菌、工
艺管路灭菌，自动控制或手动控制，气动隔膜阀
自动控制。
5.9气体系统
压缩空气气体管路、氧气气体管路、二氧化碳气体管路，气体减压阀，气动隔膜阀自动控制。
配备微泡分布器，用于深层通气，提供溶氧。
5.10细胞截留系统
机械顶搅拌，配备旋转过滤器，过滤精度15u/20u/40u/75u。
5.11工艺管路系统
配备罐体进液管、罐体排液管，用于料液补加和排液。
5.12蠕动泵
配备四个蠕动泵，用于补加料液、排出料液、补加碱液、补加消泡剂。6.控制系统
反应器控制功能由控制柜实现，包括显示屏、溶氧
控制器、PH控制器、称重控制器、数据记录仪。
6.1显示屏
触摸屏液晶显示器，系统参数基本显示和控制。
6.2用户权限设置
三级用户权限，密码保护，一级用户查询状态数据，
二级用户控制更改工艺参数，三级用户控制更改系统参数。
6.3流程图显示
反应器运行流程图，显示运行参数，反应器阀门、控制器运行状态，可手动更改参数设置和运行状态。
6.4控制显示
显示运行参数、并可更改参数设置。
6.5操作程序显示
气动夹套排水程序、夹套补水程序、夹套降温程序、空罐灭菌程序、满罐灭菌程序，自动控制。
6.6系统状态显示
显示阀门、控制器运行状态，并可手动更改。
6.7校正控制显示
PH电极校正程序、溶氧电极校正程序、泵速校正程序。
6.8P H控制器
独立PH控制器，温度补偿，可显示PH值、显示更改PH设定值、PH电极校正。
6.9溶氧控制器
独立溶氧控制器，温度补偿，可显示溶氧值，显示更改溶氧设定值、溶氧电极校正。
6.10称重控制器
独立称重控制器，可显示料液重量，显示料液重量控制设定值。
6.11数据在线打印
独立在线数据打印。
7.远程控制
可选配远程控制程序，实现反应器远程控制功能。独立终端计算机，WIN 系统，安装CLA VORUS TM反应器远程控制软件。
7.1状态显示功能
可显示反应器运行参数和运行状态。
7.2控制功能
可更改控制参数，完成手动和自动控制程序。
7.3校正功能
PH电极校正、溶氧电极校正、泵速校正。
7.4数据存储功能
分批次存储历史数据。
7.5数据查询功能
可对历史数据进行查询。
8.使用案例
CLA VORUS TM A/B型动物细胞培养用生物反应器，适用于动物细胞微载体培养、以及动物细胞悬浮培养，已成功用于国内生物医药企业工业化规模动物细胞培养，包括微载体培养Vero细胞、微载体培养Marc145细胞、悬浮培养BHK21细胞等，采用灌流培养工艺，细胞生长状态良好，实现了细胞高密度培养。
8.1CLA VORUS TM动物细胞培养用生物反应器微载体培养Marc145细胞
8.1.1试验材料
9生物反应器：CLA VORUS TM A 100
9细胞：Marc145细胞
9微载体：Cytodex 1（10g/L）
9培养基：Marc145细胞生物反应器专用培养基（MD900）
9血清：小牛血清（8％）
8.1.2试验方法
称取800g Cytodex微载体，用常规方法洗涤，放入生物反应器中，原位高压灭菌，降温后，用MD900培养基洗涤微载体，备用。
取生长良好的Marc145细胞，制备为细胞悬液，按合适比例接种反应器中。开启反应器，设定适合的温度、PH、搅拌速度、氧含量等培养参数，进行反应器培养条件自动控制。
反应器培养1－2天后，开启补液泵，向反应器中补加新鲜的培养基，并开启称重自动控制，进行灌流培养。
每天取反应器中微载体，用显微镜进行观察，并用结晶紫染液进行细胞计数。
8.1.3试验结果
Marc145细胞接种反应器中，细胞很快帖壁伸展；培养1天后细胞形态饱满、生长良好，每个微载体上平均生长10－15个细胞；培养第2天后细胞形态更加立体，轮廓清晰，细胞数量明显增加，少量微载体上细胞几乎长满；培养第3天后，微载体上细胞基本长满，细胞形态健康；培养第4天后，微载体上细胞更加致密，细胞密度达到5×106个/ml以上；继续培养至第10天，微载体上细胞依然良好，没有明显细胞脱落现象。
Marc145细胞微载体培养第1天
Marc145细胞微载体培养第2天
Marc145细胞微载体培养第3天
Marc145细胞微载体培养第4天
Marc145细胞微载体培养第10天
8.2CLA VORUS TM 动物细胞培养用生物反应器微载体培养Vero细胞
8.2.1试验材料
9生物反应器：CLA VORUS TM A 100
9细胞：Vero细胞
9微载体：Cytodex 1（10g/L）
9培养基：Vero细胞生物反应器专用培养基（MD505）
9血清：小牛血清（5％）
8.2.2试验方法
称取800g Cytodex微载体，用常规方法洗涤，放入生物反应器中，原位高压灭菌，降温后，用MD505培养基洗涤微载体，备用。
取生长良好的Vero细胞，制备为细胞悬液，按合适比例接种反应器中。开启反应器，设定适合的温度、PH、搅拌速度、氧含量等培养参数，进行反应器培养条件自动控制。
反应器培养1－2天后，开启补液泵，向反应器中补加新鲜的培养基，并开启称重自动控制，进行灌流培养。
每天取反应器中微载体，用显微镜进行观察，并用结晶紫染液进行细胞计数。
8.2.3试验结果
接种Vero细胞后，细胞帖壁生长良好；培养第2天后，少量微载体上细胞长满；培养第4天后，微载体上细胞致密，轮廓清晰，用结晶紫染色，细胞密度达到8×106个/ml以上。
Vero细胞微载体培养第2天
Vero细胞微载体培养第4天
Vero细胞微载体培养第4天
8.3CLA VORUS TM动物细胞培养用生物反应器悬浮培养BHK21细胞
8.3.1试验材料
9生物反应器：CLA VORUS TM A 100
9细胞：BHK21悬浮培养细胞
9培养基：BHK21细胞生物反应器悬浮用培养基（MD910）
9血清：小牛血清（5％）
8.3.2试验方法
取生长良好的BHK21细胞，按合适比例接种反应器中。开启反应器，设定适合的温度、PH、搅拌速度、氧含量等培养参数，进行反应器培养条件自动控制。
反应器培养1－2天后，开启补液泵，向反应器中补加新鲜的培养基，并开启称重自动控制，进行灌流培养。
每天取反应器中细胞培养液，用显微镜进行观察，并计数。
8.3.3试验结果
接种BHK21细胞后，细胞形态饱满、生长良好，培养4天后，细胞密度达到3×106个/ml以上。
BHK21细胞悬浮培养第4天
联系方式
公司名称：北京天和瑞生物科技有限公司
公司地址：北京昌平科技园白浮泉路11号邮政编码： 102200
联系电话：（010）80110922转8109
传真：（010）80110230
动物乳腺生物反应器的现状和趋势 学院：化工学院 班级：生物2012 姓名：韩沛志 学号：120123302042
动物乳腺生物反应器的现状和趋势 韩沛志 （辽宁科技大学化工学院生物工程，辽宁鞍山 114051） 【摘要】动物乳腺生物反应器技术是转基因技术的应用，于上世纪80年代提出，其目的是利用动物乳腺产生目的蛋白。利用该技术生产的蛋白具有低成本，高活性，易提取纯化的优点。虽然该技术尚处于发展时期，但具有广阔的应用前景和巨大地商业潜力，是许多公司大力发展的对象。文章综述了转基因动物乳腺生物反应器的原理、制备技术及应用、优点、国内外研究进展及存在问题，并对其发展方向进行了展望。 【关键词】转基因动物，乳腺，生物反应器 乳腺生物反应器是基于转基因技术平台，将外源基因导人动物基因组中并定位表达于动物乳腺，利用动物乳腺能够天然、高效合成并分泌蛋白质的能力，在动物的乳汁中生产一些具有重要价值的蛋白质的转基因动物的总称。1987年美国科学家Gordon等人首次在小鼠的乳汁中表达出人的蛋白t—PA(组织型纤维蛋白溶酶原激活因子)，展示了用动物乳腺生产高附加值产品的可能性。此后十多年的科学实践证明，动物乳腺有广泛表达外源基因的能力，可以生产各种蛋白质和多肽，从小分子肽到大分子蛋白质，从分泌型蛋白到内膜蛋白、多聚蛋白、二价抗体等。显示动物乳腺是一种很好的生物反应器，在生产高附加值蛋白质方面有广泛用途。现己成为生物技术研究的热点。并向商业化阶段转变，显示了广阔的应用前景。并且利用转基因动物乳腺生物反应器生产饮用奶，以期望获得既能满足蛋白质需要，又能增加抵抗力的品质全面的奶，为人类服务【1】。 1、乳腺反应器的原理 乳腺生物反应器(Gland Bioreactor)技术是指利用乳腺特异表达的乳蛋白基因的调控序列构建表达载体，制作转基因动物，指导外源基因在动物乳腺中特异性、高效率地表达，以期从转基因动物乳汁中源源不断地获得外源活性蛋
动物乳腺生物反应器 黄泠淇 16302010054 技术原理 乳腺生物反应器的原理是应用重组DNA技术和转基因技术,将目的基因转移到尚处于原核阶段(或1～2细胞的受精卵)的动物胚胎中,经胚胎移植,得到转基因乳腺表达的个体,其乳腺组织即可分泌生产目的产品进入奶中。 在构建乳腺表达的外源基因时,外源基因在乳腺特异性表达需要乳蛋白基因的一个启动子和调控区,即要有一个引导泌乳期乳蛋白基因表达的序列,这样才能将外源基因置于乳腺特异性调节序列控制之下,使其在乳腺中表达,再通过回收奶得到目的蛋白。 转基因动物乳腺生物反应器建立后尚需进一步鉴定。可分别从DNA，RNA及表达的目的蛋白等不同水平进行检测，从而确保能得到具有生物活性的目的蛋白。 目的蛋白的分离和纯化的基本路线可以分为：收集转基因动物奶液，离心去脂肪，酸处理去除酪蛋白，盐析、透析、超滤，以及各种层析技术来提纯，最后得到成品。 技术应用 工业上，动物乳腺生物反应器主要应用于生产活性蛋白。大量抗体，抗生素，疫苗被成功生产出来。腺反应器生产的抗胰蛋白酶，凝血因子更是帮助无数遗传病患者摆脱病痛。同时经营养改造过的乳腺生产的奶液可以为免疫系统功能不全的人和接受放疗化疗的病人提供优良的营养物质和安全的药物服用途径。 动物乳腺生物反应器除了用于大量生产蛋白质，还是研究基因的理想工具，利用这项技术能够方便研究基因功能，整合，翻译，修饰，表达，调控等。也为其他生物反应器的研究和商业应用开辟道路。技术优点
1.动物乳腺的表达可进行翻译后修饰，如信号肽切除，蛋白的糖基化，羟基化及羧基化等，相比原核生物生产的外源蛋白，这种方法生产的蛋白具有生物活性和稳定性。 2.这种蛋白表达体系简单，一旦建立转基因动物乳腺生物反应器，只要简单地饲养好动物，利用动物乳腺的高表达能力，即可源源不断地得到贵重的药物蛋白。 3.转基因动物乳腺反应器的生产过程是一个畜牧业过程，饲养费用低廉，对环境没有污染，有广阔的发展前景。因此，利用乳腺专一性表达的生物反应器生产药用蛋白，具有其它表达系统不可替代的优越性。 技术缺点 1.目前的转基因技术不能完全控制目的基因，启动子，调控区的结合位点，也很难找到合适的启动子和调控区基因，难以得到大量表达目的蛋白的乳腺反应器。 2.用于制备动物乳腺生物反应器的大牲畜毕竟是自然界长期进化的结果，机体的保护系统会对一切外源性物质产生排斥作用，动物机体可能会水解生产出来的目的蛋白，羧基化不充分，糖基化形式和人类不同。 3.动物奶液中的蛋白多种多样，而且目的蛋白的表达量变化也很大，而且相对其他蛋白，占比很小。而且奶液中可能含有细菌，病毒，动物组织碎屑，为目的蛋白的检测和纯化带来困难。
我国大规模细胞培养生物反应器综述 文章比较全面的介绍了我国目前生物反应器的现状,各种品种发酵的特点.提出了反应器的设计要以代 谢流分析为核心,要从系统生物学的角度出发. 1、发展大规模细胞培养及其生物反应器 借助于细胞培养进行各种产品生产已是我国生物技术产业化的重要组成部分，涉及医药、化工、轻工、食品、农业、海洋、环保等行业。培养的细胞不仅只是微生物，用于生物技术产品生产的动物细胞、植物细胞和藻类细胞大规模培养已引起了大家重视，显露出令人鼓舞的前景。而且随着生物技术的发展，在人类今后发现的一切具有生物活性的物质都可以借助于细胞培养方法得到。它们可以是细胞代谢产物、生物转化、酶或某基因表达产物。 此外，随着人类社会经济发展，如果没有基于科技进步的大力开发，能源和资源将难以支撑人类社会进一步发展的目标，人类社会的发展必须将基于碳氢化合物的经济转变为基于碳水化合物的经济。这种能源结构和资源结构的转变将直接关系到我国经济的可持续发展，社会的稳定、和国家安全。解决上述问题的最有效方法就是发展工业微生物，只有工业微生物才能将来源于太阳能的可再生资源碳水化合物转变为现代社会所需要的化工原料和能源。 显而易见，要进行这些产品的生产，无不涉及到细胞代谢与大规模培养研究。为了提高生产水平，除了获得高生产能力的细胞株外，生物反应器是重要的核心技术，必需提供有利于生物过程研究的装置技术和高效节能的生产装置。但是在生物技术产业化平台中，细胞大规模培养技术等中下游技术是我国最薄弱的技术环节之一，以我国生物医药等领域产业化来说，与先进国家的差距是全面的。滞后的一个重要原因之一就是缺乏相配套工艺的工业化放大技术研究和相应的装备技术支撑。例如以哺乳类细胞培养技术来看，西方国家基因工程抗体的开发已经进入大规模细胞反应阶段，细胞工程研究规模已经达到1000L以上，基因工程抗体的生产反应系统最大规模达到20000L以上。相形之下，我国多数药物开发单位的细胞反应规模仍停留在2-30L 规模，100L的培养技术还不稳定，长期以来都是照抄照搬国外的技术和进口国外设备。国内只能生产一些低档装置, 仅靠科研成果模仿和基础科学的跟随。 与其他各行业的装备制造业一样，生物反应器为生物技术产业再生产和扩大再生产提供共性技术和关键技术，它的发展水平也反映了国家在科学技术、工艺设计、材料、加工制造等方面的综合配套能力。装备制造业和商品化的迫切性可以归纳为如下几点： l 每年有大量的从摇瓶到不同大小的实验室生物反应器进行生物技术的实验室研究或中试放大的项目，这些项目有的已购买设备，但需要维修，有的则需新添有关装置。 l 每年有相当数量的生物技术工程项目投入，需要大量的用于生产的生物反应器，传统生物技术的生物反应器一般体积较大（几十M3到上百M3），而现代生物技术所需的反应器装置体积较小，但技术要求高。 l 随着不同产品过程优化与放大技术研究的进展，迫切需要新设计原理的生物反应器发挥作用。由此，必需有不断更新技术的生物反应装置推向市场，或者对现有生物反应器生产装置进行新技术改造，这也是包括制药、食品、轻工在内的传统产业现代生物技术改造的主要内容之一。 l 随着生物技术的发展，需要性能更高的生物反应器，例如哺乳类动物细胞大规模培养是当前高附加值的糖基化活性蛋白医药产品的发展趋势，如何开发适应动物细胞特殊需要的生物反应器并商品化就成为迫切需要
动物细胞培养和核移植技术 备课日期2014年 3 月 4 日课型新授课 教学目标 知识与技能 1\简述动物细胞养的含义。 2\说出动物细胞养的所需条件。 3\简述动物细胞培养的基本程序。 4\简述动物细胞核移植的概念。 过程与方法 情感态度 与价值观 1\通过学习基因工程的概念，使学生认识到科学研究需要的严谨，激 发为祖国而奋斗的精神。 2\通过学习基因操作的工具，使学生树立结构与功能相统一的辩证唯 物主义观念。 教学重点 1\动物细胞培养的过程及条件； 2\用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程和应用前景 教学难点用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程 教学方法以探究法、谈话法、材料教学法相结合。 教学用具多媒体课件 课时安排1课时 教学内容设计与反思 板书设计:
教学内容设计与反思一、复习导入: 教师活动：投影幻灯片，引导学生思考、分析讨论。 （1）植物细胞工程常用的技术手段有哪些？ 植物组织培养 植物体细胞杂交 （2）植物体细胞杂交的结果是产生了？ （3）植物体细胞杂交过程中涉及的原理是？ 二、讲授新课: （一）动物细胞工程 动物细胞工程常用的技术手段 动物细胞核移植、动物细胞融合、生产单克隆抗体、动物细胞培养 动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础。 （二）动物细胞培养 1.发展历史: 单20世纪初，人们不知道神经纤维是由神经细胞的细胞质向外突出形 成的，还是由神经细胞周围的其他细胞融合而成的。生物学家们就这个问 题展开了激烈的争论。1907年，美国生物学家哈里森(Harrison)从蝌蚪的 脊索中分离出神经组织，把它放在青蛙的凝固的淋巴液中培养。蝌蚪的神 经组织存活了好几周，并且从神经细胞中长出了神经纤维。哈里森的实验 不仅解决了神经纤维的起源问题，而且开创了动物组织培养的先河。此后， 在许多科学家的不懈努力下，动物组织培养不断改进并逐渐发展成为动物 细胞培养。 2、动物细胞培养的应用和概念： 动物细胞培养就是从动物有机体中取出相关 的组织,将它分散成个细胞,然后,放在适宜的 培养基中,让这些细胞生长和增殖. 3、动物细胞培养过程： 引导学生阅读课文44--46面相关内容。
2009年第44卷第10期生物学通报19 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 圆球形，宽度略大于长度（图9~11）。瓦韦孢子的上述发育过程与乌苏里瓦韦Lepisorus ussuriensis （Regel et Maack）Ching非常相似［4］。3个细胞长的单列丝状体是观察到的发育最快的，这可能与采集固定的时间有关。如果在晚一时间进行固定，可能还会观察到片状体，甚至原叶体；也或许孢子只能在孢子囊内发育到丝状体阶段，后面的发育要在离开孢子囊后完成（本文显微照片见封三）。 植物具有的胎生现象表现出对自然生态环境的较强适应特性，是一种特殊的繁殖方式，如红树科植物的胎生是为了适应海滨环境。作者认为，瓦韦孢子的“胎生现象”也是为了大量、及时而有效地繁殖后代的一种“策略”，这可能与瓦韦的附生生活方式有关。至于其他产地或生境中的瓦韦孢子是否也具有这种萌发方式，以及瓦韦利用这种孢子萌发方式来适应环境的生理生态机制还有待进一步的研究探讨。 主要参考文献 1Nayar B.K.，Kaur S..Gametophytes of homosporous ferns．Bot Rev，1971,37（3）：295—396. 2戴锡玲，庞婉婷，王全喜.我国胎生植物概述．生物学教学，2008,33（4）：4—5. 3中国科学院中国植物志编辑委员会．中国植物志第6卷第2分册．北京：科学出版社，2000,61. 4包文美，敖志文，陈发生．东北蕨类植物配子体发育的研究Ⅰ．水龙骨科．植物研究，1985,5（4）：101—114. （E－mail:daixiling80@https://www.doczj.com/doc/a814378162.html,） 动物乳腺生物反应器技术是基于转基因技术平台，将外源基因导入动物基因组中并定位表达于动物乳腺组织，通过回收奶就可以提取有重要价值的生物活性蛋白的方法。利用转基因动物的乳房代替生物发酵，大规模地生产人类所需的药用蛋白，开创了生物医药产业的新途径。用来生产药用蛋白的生物反应器除了乳腺生物反应器外，还有血液生物反应器、膀胱生物反应器和精液生物反应器等。然而，乳腺生物反应器较其他生物反应器在生物制药中有更大的优势。本文对动物乳腺生物反应器制药的优越性和研究进展进行了综述。 1动物乳腺反应器在生物制药中的优越性 1.1动物乳腺是一个封闭的系统由于乳汁不进入血液循环，故乳腺组织表达的药用蛋白绝大部分不会回到血液中，这样就避免了外源性药用蛋白对动物生理代谢过程造成影响，因而不会对动物的健康造成危害。1.2乳腺组织是一种高效的蛋白质合成器动物乳腺每年产奶量多，因而目的蛋白表达量多。一头奶牛一年可生产乳蛋白250~300kg，一只绵羊或山羊一年可生产乳蛋白25~30kg，一只家兔一年生产的乳蛋白也可达到3~5kg，如果把1%的乳蛋白替换成药用蛋白，其产量将十分可观［1］。用动物乳房生产外源蛋白，目前在初乳中已达到70g/L，在常乳中达到35g/L［2］。此外，乳汁中蛋白质的种类相对较少，主要是酪蛋白、乳球蛋白、白蛋白和从血液中扩散出来的少量血清蛋白及免疫球蛋白，因此易于分离纯化目的蛋白，且生产工艺简单。 1.3表达产物生物活性稳定乳腺组织有能力对表达的蛋白进行大规模复杂而专一的翻译后修饰，并且可折叠成有功能的构象，所以生产出的药用蛋白活性非常接近于天然蛋白质，具有高活性、低抗原性和高稳定性的优点。 动物乳腺生物反应器与生物制药 刘玉梅张自强 （河南科技大学动物科技学院河南洛阳471003） 摘要利用动物乳腺生物反应器生产人类所需的药用蛋白，在制药领域展现出了广阔前景。综述了应用动物乳腺生物反应器制药的优越性和应用进展。 关键词动物乳腺生物反应器生物制药转基因动物 中国图书分类号：R282文献标识码：A
?一、半连续式培养 1.半连续式培养又称为重复分批式培养或换液培养。采用机械搅拌式生物反应器系 统，悬浮培养形式。在细胞增长和产物形成过程中，每间隔一段时间，从中取出部分培养物，再用新的培养液补足到原有体积，使反应器内的总体积不变。这种类型的操作是将细胞接种一定体积的培养基，让其生长至一定的密度，在细胞生长至最大密度之前，用新鲜的培养基稀释培养物，每次稀释反应器培养体积的1/2~3/4，以维持细胞的指数生长状态，随着稀释率的增加培养体积逐步增加。或者在细胞增长和产物形成过程中，每隔一定时间，定期取出部分培养物，或是条件培养基，或是连同细胞、载体一起取出，然后补加细胞或载体，或是新鲜的培养基继续进行培养的一种操作模式。剩余的培养物可作为种子，继续培养，从而可维持反复培养，而无需反应器的清洗、消毒等一系列复杂的操作。在半连续式操作中由于细胞适应了生物反应器的培养环境和相当高的接种量，经过几次的稀释、换液培养过程，细胞密度常常会提高。 2.半连续式特点： ·培养物的体积逐步增加； ·可进行多次收获； ·细胞可持续指数生长，并可保持产物和细胞在一较高的浓度水平，培养过程可延续到很长时间。该操作方式的优点是操作简便，生产效率高，可长时期进行生产，反复收获产品，可使细胞密度和产品产量一直保持在较高的水平。在动物细胞培养和药品生产中被广泛应用。 二、连续式培养 1.连续式培养是一种常见的悬浮培养模式，采用机械搅拌式生物反应器系统。该模 式是将细胞接种与一定体积的培养基后，为了防止衰退期的出现，在细胞达最大密度之前，以一定速度向生物反应器连续添加新鲜培养基；同时，含有细胞的培养物以相同的速度连续从反应器流出，以保持培养体积的恒定。理论上讲，该过程可无限延续下去。
动物细胞培养及无血清培养研究进展 摘要：细胞培养是生物学中一项重要技术，应用较为广泛，目前已渗透到细胞生物学、生物化学、临床检验学等多个领域。其中动物细胞培养是动物细胞工程中最常用的技术手段，而且动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础。本文主要介绍了动物细胞培养和其中发展较快的无血清培养技术的研究应用进展。为未来实际的研究和生产作一些总结和展望。 关键词：动物细胞；细胞培养；无血清培养基 1 引言 组织培养技术创建于18世纪末，之后于1907 年美国生物学家Harrison在无菌条件下，以淋巴液为培养基在试管中培养蛙胚神经组织宣告成功后，才逐渐发展成为一种从机体获取细胞，模拟体内生存环境，在无菌、适当温度及酸碱度和一定营养条件下，使其生长繁殖并维持结构和功能的实验技术。这种技术为细胞学、遗传学、病毒学、免疫学的研究和应用做出了重要贡献。近年来生命科学迅速发展，各种在分子水平的实验如核移植、细胞杂交、DNA 介导的基因转移等，都是借助细胞培养技术而得以实现的。然而各领域的动物细胞培养技术发展并不平衡，存在许多的局限性，使用范围有限，还未出现适合整个生命科学研究领域的培养体系。因此本文对细胞培养及大规模培养、无血清培养做一些总结。 2动物细胞培养 动物细胞培养方式包括原代和传代培养。培养方式有贴壁、悬浮以及固定化培养等方式。 2.1动物细胞培养的基本概念 细胞培养指的是从体内组织取出细胞，并为其提供一个无菌、具有适当温度及酸碱度的环境，给予充分营养，使其生长繁殖并维持其结构和功能的一种培养技术。从体内取出的细胞进行的首次培养式细胞培养最初的阶段，也称为原代培养。原代培养式细胞培养当中重要的必经环节。原代培养细胞生长到一定时候后，由于受群体环境影响，需要转移到另一个容器，这种培养称为传代培养。传代后的动物细胞与原代培物形状一致的话，则表示传代成功，这些细胞称为细胞系或细胞株。 2.2动物细胞培养技术的内容
一、实验目的 1、学习并掌握动物细胞培养的无菌操作技术。 2、学习并掌握细胞传代培养的方法。 3、学习并掌握用倒置荧光显微镜观察细胞细胞形态。 二、实验原理 细胞培养（cell culture）：细胞在体外条件下生长，细胞不再形成组织。 动物细胞培养（animal cell culture）就是从动物机体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞（使用胰蛋白酶或胶原蛋白酶）然后，放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和增殖。由于细胞具有生长和自我复制的能力，为细胞体外培养和研究提供可能。 动物细胞培养可分为原代培养和传代培养。 原代培养（primary culture）即直接从动物机体分离、获得组织细胞，在无菌条件下，用胰蛋白酶消化或机械分散等方法，将动物组织分散成单个细胞开始首次培养长出单层细胞的方法。 传代培养（subculture）当细胞生长增值达到一定密度，用胰蛋白酶将细胞消化分散成单细胞，将细胞转移到新的培养皿中扩大培养的方法。 高等生物是由多细胞构成的整体，在整体条件下要研究单个细胞或某一群细胞在体内的功能活动是十分困难的，但如果把或细胞拿到体外培养、增殖并进行观察和研究，则方便简单的多。被培养的动物细胞是非常好的实验对象和实验研究材料，对体外培养的活细胞进行研究可以帮助人类探索防治各种疾病途径和机制，也可以人为地诱导和改变细胞的遗传性状和特性，因此，动物细胞体外培养技术是研究细胞分子机制非常重要的实验手段，被广泛应用于医学、生物技术、基因工程等研究领域。 三、细胞培养相关设施及材料 1、细胞培养室 无菌操作区：只限于细胞培养及其它无菌操作，与外界隔离。 孵育区：培养箱设定的条件为37℃，5%CO2。 制备区：培养液及有关培养用液体的制备，液体制备后应该在净化工作台进行过滤除菌。 储藏区：包括冰箱、干燥箱、液氮罐等。 清洗区和消毒灭菌区：清洗区为相对污染区，消毒灭菌区与清洗区分开。 2、细胞培养常用基本设施： 荧光显微镜、超净工作台、孵箱、电热鼓风干燥箱、冰箱、液氮罐、消毒器、恒温水浴槽、滤器等。 细胞培养常用器皿：培养瓶、培养板、培养皿，玻璃瓶、吸管，离心管、冻存管，注射器，烧杯、量筒等。 3、细胞培养用品的清洗、消毒 新玻璃器皿要用5%稀盐酸浸泡，以中和其表面碱性物质：刷洗： 硫酸清洁液浸泡：浓硫酸+重铬酸钾+蒸馏水； 冲洗：流水冲洗15-20次，蒸馏水冲洗3次，三蒸水漂洗1-3次。 所有需灭菌的器械、物品灭菌前均需包装，防止灭菌后污染。使用时放入超净工
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动物乳腺生物反应器 作者：刘静， Liu Jing 作者单位：山东省济宁学院生命科学与工程系,273155 刊名： 生物学教学 英文刊名：BIOLOGY TEACHING 年，卷(期)：2009,34(12) 参考文献(15条) 1.杨雪峰;刘玉梅;张文娟动物乳腺生物反应器在现代生物制药中的应用[期刊论文]-黑龙江畜牧兽医 2008(06) 2.李志勇细胞工程 2007 3.Wiilmut I;Schnieke AE;Mcwhir J Viable off-spring derived from fetal adult mammalian cells[外文期刊] 1997(6619) 4.Velander WH;Johnson JL;Page RL High-level expression of a heterologous protein in the milk of transgenic swine using the cDNA encoding human protein C 1992(24) 5.Wright G;Carver A;Cottom D High level expression of active human alpha-1-antitrypsin in the milk of transgenic sheep 1991(09) 6.曾邦哲转基因动物的基础与应用研究 1997(06) 7.Gordon K;Lee E;Vitale J Production of human tissue plaminogen activator in transgenic mouse milk 1987(11) 8.Palmiter RD;Brinster RL;Hammer RE Dramatic growth of mice that develop from eggs microinjected with metallothioneingrowth hormone fusion genes 1982(5893) 9.Gordon JW;Scangos GA;Plotkin DJ Genetic transformation of mouse embryos by microinjection of purified DNA 1980(12) 10.王洪岩;仲跻峰;刘文浩动物乳腺生物反应器的研究进展[期刊论文]-山东农业科学 2004(03) 11.刘殿峰;刘秀霞;姚 伟转基因动物乳腺反应器与生物制药[期刊论文]-黑龙江动物繁殖 2004(03) 12.王庆忠;李国荣;尹 昆乳腺生物反应器的研究现状和产业化前景[期刊论文]-生命科学 2005(01) 13.Denning C;Burl S;Ainslie A Deletion of alpha (1,3) galactosyl transferase (GGTA1) gene and the prion protein (PrP) gene in sheep[外文期刊] 2001(06) 14.McCreath KJ;Howcroft J;Campbell KHS Production of gene-targeted sheep by nuclear transfer from cultured somatic cells[外文期刊] 2000(6790) 15.朱小甫;渠敬峰;吴旭转基因动物乳腺生物反应器研究进展[期刊论文]-畜牧兽医杂志 2007(03) 本文链接：https://www.doczj.com/doc/a814378162.html,/Periodical_swxjx200912001.aspx
一、半连续式培养 1.半连续式培养又称为重复分批式培养或换液培养。采用机械搅拌式生物反应器系 统，悬浮培养形式。在细胞增长和产物形成过程中，每间隔一段时间，从中取出部分培养物，再用新的培养液补足到原有体积，使反应器内的总体积不变。这种类型的操作是将细胞接种一定体积的培养基，让其生长至一定的密度，在细胞生长至最大密度之前，用新鲜的培养基稀释培养物，每次稀释反应器培养体积的1/2~3/4，以维持细胞的指数生长状态，随着稀释率的增加培养体积逐步增加。或者在细胞增长和产物形成过程中，每隔一定时间，定期取出部分培养物，或是条件培养基，或是连同细胞、载体一起取出，然后补加细胞或载体，或是新鲜的培养基继续进行培养的一种操作模式。剩余的培养物可作为种子，继续培养，从而可维持反复培养，而无需反应器的清洗、消毒等一系列复杂的操作。在半连续式操作中由于细胞适应了生物反应器的培养环境和相当高的接种量，经过几次的稀释、换液培养过程，细胞密度常常会提高。 2.半连续式特点： ·培养物的体积逐步增加； ·可进行多次收获； ·细胞可持续指数生长，并可保持产物和细胞在一较高的浓度水平，培养过程可延续到很长时间。该操作方式的优点是操作简便，生产效率高，可长时期进行生产，反复收获产品，可使细胞密度和产品产量一直保持在较高的水平。在动物细胞培养和药品生产中被广泛应用。 二、连续式培养 1.连续式培养是一种常见的悬浮培养模式，采用机械搅拌式生物反应器系统。该模 式是将细胞接种与一定体积的培养基后，为了防止衰退期的出现，在细胞达最大密度之前，以一定速度向生物反应器连续添加新鲜培养基；同时，含有细胞的培养物以相同的速度连续从反应器流出，以保持培养体积的恒定。理论上讲，该过程可无限延续下去。
《动物细胞培养技术》复习思考题 1.动物细胞培养的实验器皿清洗要求为何较高？你认为该如何保证器皿中无杂质？如果 器皿中有杂质，会对细胞培养产生什么样的影响？ 答：①离体细胞对各种毒物都很敏感，若所用器材清洗效果未达到要求，各种毒物会损坏细胞影响实验。②器皿使用高压灭菌锅，121.3℃，20~30分钟，在取拿的时候用经过高压灭菌后的镊子取拿，避免造成污染。③ 2.叙述超净工作台的工作原理？ 答：超净工作台最主要的是空气循环过滤的过程，在这个过程中风机起到了心脏的作用。鼓风机驱动空气通过高效过滤器得以净化，净化的空气被徐徐吹过台面空间而将其中的尘埃、细菌甚至病毒颗粒带走，使工作区构成无菌环境。 3.正压过滤器为何会除菌？ 答：正压式过滤器没有内置灭菌灯，正压式过滤器利用的是两层0.22um孔的过滤膜，这层膜可以将细菌阻挡在膜上，过滤的液体流下去就基本上完成了灭菌过程 4.各种细胞培养用液的配制需要很精确吗？如果不精确，会导致什么后果？请举例说明。 你认为精确配制各种溶液？ 答： 5.配制后平衡盐溶液呈黄色意味着液体的pH发生了什么变化？ 答：配制后的液体应呈桃红色，PH值为7.4左右。苯酚红的变色域：1.2（橙）~3.0（黄），6.5（棕色）~8.0（紫色），若为黄色，则液体呈酸性，不利于细胞的生存。 6.用于分离细胞的消化液为什么宜用无Ca、Mg离子的D-Hanks液或PBS液配制 答：Ca＋2、Mg＋2是细胞膜的重要组分，具有使细胞凝聚的作用。因此，用于分离细胞的消化液宜用无Ca＋2、Mg＋2离子的D-Hanks液或PBS液。 7.L-谷氨酰胺在营养液中有何作用？ 答： L－谷氨酰胺是细胞的能量来源；是一种必须氨基酸，是使物体合成核酸、蛋白质、嘌呤、嘧啶的重要前体，也是蛋白质合成分解的调节物；是细胞内氨的清除剂，氨对一些细胞有毒性。 8.HEPES溶液的作用机理？ 答：它是一种氢离子缓冲剂。主要作用是防止培养基pH迅速变动 9.平衡盐溶液的组成与基本作用？小牛血清在细胞培养中有哪些作用？ 答：①平衡盐溶液主要是由无机盐、葡萄糖组成,它的作用是维持细胞渗透压平衡,保持pH 稳定及提供简单的营养.主要用于取材时组织块的漂洗、细胞的漂洗、配制其他试剂等。②作用：a提供能促使细胞指数生长的激素、基础培养基中没有或含量微小的营养物，以及某些低分子营养物质；b提供结合蛋白，识别维生素、脂类、金属离子，并与有毒金属和热源物质结合，起解毒作用；c是细胞贴壁、铺展生长所需因子的来源；d起酸碱度缓冲液作用； e提供蛋白酶抑制剂，细胞传代时使剩余胰蛋白酶失活，保护细胞不受损伤。 10.营养液制备后为什么要小剂量分装？ 答：避免营养液被污染后，全部的营养液都被污染。 营养液一次用完过后，下一次的实验就不能用，会引起污染，影响实验，若冷冻营养液，则营养液的营养成分会有所损失，影响细胞的生长 11.10万U/mL单位青霉素、链霉素的配制方法？ 答：用注射器吸10毫升双蒸水溶解100万单位的链霉素，弃去2ml，用剩余的8ml链霉素溶解80万单位的青霉素，配制成每毫升青霉素、链霉素各10万单位的母液。
细胞培养用生物反应器 细胞培养用生物反应器 2010年12月22日 1、发展大规模细胞培养及其生物反应器 借助于细胞培养进行各种产品生产已是我国生物技术产业化的重要组成部分，涉及医药、化工、轻工、食品、农业、海洋、环保等行业。培养的细胞不仅只是微生物，用于生物技术产品生产的动物细胞、植物细胞和藻类细胞大规模培养已引起了大家重视，显露出令人鼓舞的前景。而且随着生物技术的发展，在人类今后发现的一切具有生物活性的物质都可以借助于细胞培养方法得到。它们可以是细胞代谢产物、生物转化、酶或某基因表达产物。 此外，随着人类社会经济发展，如果没有基于科技进步的大力开发，能源和资源将难以支撑人类社会进一步发展的目标，人类社会的发展必须将基于碳氢化合物的经济转变为基于碳水化合物的经济。这种能源结构和资源结构的转变将直接关系到我国经济的可持续发展，社会的稳定、和国家安全。解决上述问题的最有效方法就是发展工业微生物，只有工业微生物才能将来源于太阳能的可再生资源碳水化合物转变为现代社会所需要的化工原料和能源。 显而易见，要进行这些产品的生产，无不涉及到细胞代谢与大规模培养研究。为了提高生产水平，除了获得高生产能力的细胞株外，生物反应器是重要的核心技术，必需提供有利于生物过程研究的装置技术和高效节能的生产装置。但是在生物技术产业化平台中，细胞大规模培养技术等中下游技术是我国最薄弱的技术环节之一，以我国生物医药等领域产业化来说，与先进国家的差距是全面的。滞后的一个重要原因之一就是缺乏相配套工艺的工业化放大技术研究和相应的装备技术支撑。例如以哺乳类细胞培养技术来看，西方国家基因工程抗体的开发已经进入大规模细胞反应阶段，细胞工程研究规模已经达到1000L以上，基因工程抗体的生产反应系统最大规模达到20000L以上。相形之下，我国多数药物开发单位的细胞反应规模仍停留在2-30L规模，100L 的培养技术还不稳定，长期以来都是照抄照搬国外的技术和进口国外设备。国内只能生产一些低档装置, 仅靠科研成果模仿和基础科学的跟随。 与其他各行业的装备制造业一样，生物反应器为生物技术产业再生产和扩大再生产提供共性技术和关键技术，它的发展水平也反映了国家在科学
动物细胞培养生物反应器的操作模式 米力 第四军医大学细胞工程中心，国家863西安细胞工程基地 陕西西安，710032 动物细胞培养工艺的选择首先考虑的重要一点是该产品所涉及的生物反应器系统。选择反应器系统也就是选择产品的操作模式，操作模式选择将决定该产品工艺的产物浓度、杂质量和形式、底物转换度、添加形式、产量和成本，工艺可靠性等。与许多传统的化学工艺不同，动物细胞反应器设备占整个工艺资金总投入的主要部分（＞50%），也就是说动物细胞培养工艺的选择主要部分是生物反应器系统的选择。选择反应器系统及培养工艺时，必须对工艺的整体性进行全面考虑，主要包括以下几个方面：细胞株及生长形式、产物表达量和稳定性，培养基质及代谢物，产物分离和纯化难度等。 动物细胞大规模培养的生物反应器操作模式，一般分为分批式操作（batch）、流加式操作（Fed-batch）、半连续式操作（semi-continuous）、连续式操作（continuous）和灌流式操作（perfusion）五种操作模式。 1. 批式操作（batch culture） 批式操作是动物细胞规模培养发展进程中较早期采用的方式，也是其它操作方式的基础。该方式采用机械搅拌式生物反应器，将细胞扩大培养后，一次性转入生物反应器内进行培养，在培养过程中其体积不变，不添加其它成分，待细胞增长和产物形成积累到适当的时间，一次性收获细胞、产物、培养基的操作方式。 该方式的特点:(1) 操作简单。培养周期短，染菌和细胞突变的风险小。反应器系统属于封闭式，培养过程中与外部环境没有物料交换，除了控制温度、pH值和通气外，不进行其他任何控制，因此操作简单，
细胞培养技术
细胞培养发展史及其应用 （一）前言 20世纪初，人们不知道神经纤维是由神经细胞的细胞质向外突出形成的，还是由神经细胞周围的其他细胞融合而成的。生物学家们就这个问题展开了激烈的争论。1907年，美国生物学家哈里森(Harriso n)从蝌蚪的脊索中分离出神经组织，把它放在青蛙的凝固的淋巴液中培养。蝌蚪的神经组织存活了好几周，并且从神经细胞中长出了神经纤维。哈里森的实验不仅解决了神经纤维的起源问题，而且开创了动物组织培养的先河。此后，在许多科学家的不懈努力下，动物组织培养不断改进并逐渐发展成为动物细胞培养。 所谓动物细胞培养(亦称组织培养)既有别于植物细胞培养，又与微生物的培养完全不同。所谓动物细胞培养是指离散的动物活细胞在体外人工条件下的生长、增殖过程，在此过程中细胞不再形成组织。 由于动物细胞培养是在人工条件下进行的，便于调控和观察，因而成为现今研究动物的物质代谢过程、染色体的形态变化、以及遗传物质的表达调控等高难领域的既便利而又有效的新方法。同时，随着现代生物化学、分子生物学、分子遗传学、以及现代医学的发展，细胞培养也在许多应用领域充分展示了其巨大的发展潜力，并已为世人所关注。尽管如此，动物细胞培养仍是一门年轻的新学科，在发展之初被混淆于动物组织培养之中。 （二）细胞培养技术及其历史 细胞培养的历史最早可追溯到19 世纪末，据可考证的资料记载W ilhelm Roux是第一个进行动物组织培养实验的人。 1885年Wilhelm Roux 将鸡胚髓板放置于温热盐水中使之维持存活了数天，是有记录的第一个体外移植成功的例子。 1887年Arnold把恺木的木髓碎片接种到蛙的身上。当白细胞侵入这些木髓碎片后，他把这些白细胞收集在盛将盐水的小碟中，接下来观察到这些白细胞在运动，并存活了一个短的时间。
动物乳腺生物反应器 动物物乳腺生物反应器是基于转基因技术平台，使外源基因导入动物基因组中并定位表达于动物乳腺，利用动物乳腺天然、高效合成并分泌蛋白的能力，在动物的乳汁中生产一些具有重要价值产品的转基因动物的总称。 乳腺生物反应器生产的外源蛋白种类广泛，从小分子肽到大分子复杂蛋白质，从生物活性酶到抗体、病毒抗原蛋白均可有效生产。利用动物乳腺生物反应器生产重组蛋白的优点有：（1）生物活性高，无污染。动物乳腺有完整的蛋白质翻译后修饰系统，包括糖基化、磷酸化、羧基化等，从而保证了产品的高生物活性。（2）易分离提纯，成本低廉。现有的一些人药物蛋白之所以昂贵，除了原料难以收集外，另一原因是分离提纯极为困难成本极高。而动物乳腺生物反应器的产物直接经乳汁分泌出体外，只需用常规方法除去酪蛋白沉淀乳清，再经层析即可得到重组蛋白，已经建立起完整的分离纯化生产程序。（3）产量高。外源基因在动物乳腺中的表达量可以达到每升几克到几十克，小群转基因大家畜的产量即可满足全世界市场的需求。动物乳腺生物反应器已经成为生物技术领域最具开发应用前景的尖端方向。 动物乳腺生物反应器发展简史 转基因动物的研究始于20世纪80年代初。1980年，Gordon等将重组DNA用显微注射法导入小鼠受精卵原核，首次获得了整合有外源基因的小鼠。1982年，Palmiter等将大鼠生长激素基因显微注射到小鼠受精卵中，首次获得了体重为正常小鼠2 倍以上的“超级小鼠”并提出了从转基因动物中提取药物蛋白的设想。此后几年的许多研究奠定了转基因动物技术体系的基础，但真正的乳腺生物反应器研究则始于1987 年Gordon 等的工作，他们将组织型纤溶酶原激活剂（tPA）与小鼠乳清酸蛋白（WAP）基因的启动子构成重组基因，成功地培育出了37只在乳汁中能表达tPA 的转基因小鼠，同年，世界上第一只能从乳汁中分泌α1-抗胰蛋白酶（AAT）的转基因绵羊在英国罗斯林研究所诞生。从此，开始了乳腺生物反应器的实用性研究。 Simons等（Simons等，1987年）将带MT启动子的β-乳球蛋白-凝血因子IX （BLG-FIX）、BLG-AAT 等重组DNA片段注射到绵羊受精卵中，获得了在乳汁中有外源基因表达的转基因后代。Wilmut等将羊乳球蛋白基因片段与F-IX和AAT-cDNA 融合质粒注入小鼠及绵羊受精卵中，获得乳汁中含F-IX 和AAT 的转基因小鼠及绵羊。Wright 等将绵羊BLG基因调控区与人AAT基因相连，获得了 4 只转基因绵羊。Velander 等利用WAP 基因启动子与人蛋白质C（hPC）cDNA 重组基因获得的转基因猪，重组hPC的表达量（1g/L）比人血中hPC 浓度还高200倍。Ebert等用β-CA基因的启动子引导tPA 在山羊乳汁中得到表达（1-3g/L）。Wilmut等（Wilmut等，1997年）首创体细胞克隆技术并成功构建了表达人F-IX的转基因克隆绵羊。2000年，英国PPL 公司将人类AAT 基因定点整合到胎儿成纤维细胞的前胶原基因座，用转基因细胞生产的转基因打靶绵羊（McCreath等；2000年）；2001年，他们又利用基因打靶技术生产出了AAT、3-GT 和朊病毒双剔除的克隆绵羊。上述研究可以看出，乳腺生物反应器研究从模式动物——小鼠的转基因开始，逐步建立起了大动物乳腺生物反应器制备的技术平台。 我国的施履吉院士在20世纪80年代初就提出了乳腺生物反应器的构想并获得了表达乙肝病毒表面抗原的转基因兔。1996 年10 月，复旦大学遗传所和上海医学遗传所合作成功地获得了表达有活性的F-IX蛋白的转基因小鼠和5只转基因绵羊，真正开始了我国的乳腺反应器构建工作。1998年，上海医学遗传研究所构建成以牛酪蛋白基因启动子驱动F-IX基因表达的表达载体，显微注射到山羊受精卵的雄原核，成功制
动物细胞培养生物反应器的操作模式
动物细胞培养生物反应器的操作模式 米力 第四军医大学细胞工程中心，国家863西安细胞工程基地 陕西西安，710032 动物细胞培养工艺的选择首先考虑的重要一点是该产品所涉及的生物反应器系统。选择反应器系统也就是选择产品的操作模式，操作模式选择将决定该产品工艺的产物浓度、杂质量和形式、底物转换度、添加形式、产量和成本，工艺可靠性等。与许多传统的化学工艺不同，动物细胞反应器设备占整个工艺资金总投入的主要部分（＞50%），也就是说动物细胞培养工艺的选择主要部分是生物反应器系统的选择。选择反应器系统及培养工艺时，必须对工艺的整体性进行全面考虑，主要包括以下几个方面：细胞株及生长形式、产物表达量和稳定性，培养基质及代谢物，产物分离和纯化难度等。 动物细胞大规模培养的生物反应器操作模式，一般分为分批式操作（batch）、流加式操作（Fed-batch）、半连续式操作（semi-continuous）、连续式操作（continuous）和灌流式操作（perfusion）五种操作模式。 1. 批式操作（batch culture） 批式操作是动物细胞规模培养发展进程中较早期采用的方式，也是其它操作方式的基础。该方式采用机械搅拌式生物反应器，将细胞扩大培养后，一次性转入生物反应器内进行培养，在培养过程中其体积不变，不添加其它成分，待细胞增长和产物形成积累到适当的时间，一次性收获细胞、产物、培养基的操作方式。
该方式的特点:(1) 操作简单。培养周期短，染菌和细胞突变的风险小。反应器系统属于封闭式，培养过程中与外部环境没有物料交换，除了控制温度、pH值和通气外，不进行其他任何控制，因此操作简单，容易掌握；(2)直观的反应细胞生长代谢的过程。由于培养期间细胞的生长代谢是在一个相对固定的营养环境，不添加任何营养成分,因此可直观的反应细胞生长代谢的过程,是动物细胞工艺基础条件或"小试"研究常用的手段；(3)可直接放大。由于培养过程工艺简单，对设备和控制的要求较低，设备的通用性强，反应器参数的放大原理和过程控制，比较其它培养系统较易理解和掌握，在工业化生产中分批式操作是传统的、常用的方法，其工业反应器(Genetech)规模可达12000L。 分批培养过程中，细胞的生长分为五个阶段：延滞期、对数生长期、减速期、平稳期和衰退期，见图1。分批培养的周期时间多在3~5天，细胞生长动力学表现为细胞先经历对数生长期（48~72h）细胞密度达到最高值后，由于营养物质耗劫或代谢毒副产物的累积细胞生长进入衰退期进而死亡，表现出典型的生长周期。收获产物通常是在细胞快要死亡前或已经死亡后进行。 图1 分批式培养动物细胞生长曲线
动物细胞培养反应器 动物细胞培养反应器动物细胞体外培养时，生物反应器是整个培养过程的关键设备，为细胞提供了一个适宜的生长环境，使之快速增殖并形成所需的生物组织制品。由于动物细胞在其形态结构、培养方法以及所需的力学环境等方面均不同于微生物细胞，因而传统的微生物反应器显然已不适用于动物细胞大规模培养，特别是组织工程的需要，促使新型生物反应器的研究与开发。 动物细胞培养反应器-分类及结构特点
动物细胞培养反应器 1、搅拌式生物反应器 搅拌式反应器靠搅拌桨提供液相搅拌的动力，它有较大的操作范围、良好的混合性和浓度均匀性，因此在生物反应中被广泛使用。但由于动物细胞没有细胞壁的保护，因此对剪切作用十分敏感，直接的机械搅拌很容易对其造成损害，传统的用于微生物的搅拌反应器用作动物细胞的培养显然是不合适的。所以，动物细胞培养中的搅拌式反应器都是经过改进的，包括改进供氧方式、搅拌桨的形式及在反应器内加装辅件等。 （1）供氧方式的改进 一般情况下搅拌式反应器还常伴有鼓泡，为细胞生长提供所需氧分。由于动物细胞对鼓泡的剪胞生长提供所需氧分。由于动物细胞对鼓泡的剪切也很敏感，所以人们在供氧方式的改进上做了许多工作。
笼式供氧是搅拌式动物细胞反应器供氧方式的一种，即气泡用丝网隔开，不与细胞直接接触。反应器既能保证混合效果又有尽可能小的剪切力，以满足细胞生长的要求。北野昭一报道了一个经过改进的搅拌式动物细胞反应器，整体呈梨形，搅拌置于反应器底部，在搅拌轴外装了一个锥形不锈钢丝网与搅拌轴一起转动。轴心处的鼓泡管在丝网内侧鼓泡，丝网外侧的细胞不与气泡直接接触。 （2）搅拌桨的改进 搅拌桨的形式对细胞生长的影响非常大，这方面的改进主要考虑如何减小细胞所受的剪切力。有人对搅拌桨的形式作了改进，并在反应器内加装了辅件，实验证明改进后的反应器适用于对剪切力敏感的细胞进行高密度培养。反应器采用了一个双螺旋带状搅拌桨，顶部的法兰盖上安装了3块表面挡板。每块挡板相对于径向的夹角为30°，垂直插入液面。挡板的存在减小了液面上的旋涡。这个反应器维持了较小的剪切力，实验中用于昆虫细胞的培养，最终的培养密度达到6×106个/mL，成活率在98%以上。 2、非搅拌式生物反应器 |搅拌式生物反应器用于动物细胞培养存在的最大缺点是剪切力大，容易损伤细胞，虽然经过各种改进，这个问题仍很难避免。相比之下，