8讲第2节-动物细胞大规模培养技术
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大规模培育技术应用简介通过大规模体外培育技术培育哺乳类动物细胞是生产生物制品的有效方法。
20 世界 60-70年月,就已创立了可用于大规模培育动物细胞的微载体培育系统和中空纤维细胞培育技术。
近十数年来,由于人类对生长激素、干扰素、单克隆抗体、疫苗及白细胞介素等生物制品的需求猛增,以传统的生物化学技术从动物组织猎取生物制品已远远不能满足这一需求。
随着细胞培育的原理与方法日臻完善,动物细胞大规模培育技术趋于成熟。
所谓动物细胞大规模培育技术〔large-scale culture technology〕是指在人工条件下〔设定ph、温度、溶氧等〕,在细胞生物反响器〔bioreactor〕中高密度大量培育动物细胞用于生产生物制品的技术。
目前可大规模培育的动物细胞有鸡胚、猪肾、猴肾、地鼠肾等多种原代细胞及人二倍体细胞、cho〔中华仓鼠卵巢〕细胞、BHK-21(仓鼠肾细胞)、Vero 细胞(非洲绿猴肾传代细胞,是贴壁依靠的成纤维细胞)等,并已成功生产了包括狂犬病疫苗、口蹄疫疫苗、甲型肝炎疫苗、乙型肝炎疫苗、红细胞生成素、单克隆抗体等产品。
在过去几十年来,该技术经有了很大进展,从使用转瓶(roller bottle) 、CellCube 等贴壁细胞培育,进展为生物反响器〔Bioreactor〕进展大规模细胞培育。
第一代细胞培育技术核心问题是难以产业化或者说是规模化生产:一是在工艺生产时不能大规模制备产品;二是非批量生产简洁导致产品质量的不均一性;三是难以对同批生产进展生产和质量控制。
随着生物技术的进展,迫切需要大规模的细胞培育,特别是培育表达特异性蛋白的哺乳动物细胞,以便获得大量有用的细胞表达产物。
承受玻璃瓶静置或旋转瓶的培育方法,已不能满足所需细胞数量及其分泌产物。
因而必需为工业化生产开创一种的技术方法。
自 70 年月以来,细胞培育用生物反响器有很大的进展,种类越来越多,规模越来越大,较常见的细胞培育生物反响器有空气提升反响器,中空纤维管反响器,无泡搅拌反响器及篮式生物反响器等。
一、前言动物细胞培养开始于本世纪初1962年,动物细胞培养规模开始扩大,发展至今已成为生物、医学研究和应用中广泛采用的技术方法,利用动物细胞培养生产具有重要医用价值的酶、生长因子、疫苗和单抗等,动物细胞培养已成为医药生物高技术产业的重要部分。
利用动物细胞培养技术生产的生物制品已占世界生物高技术产品市场份额的50%。
动物细胞大规模培养技术是生物技术制药中非常重要的环节。
目前,动物细胞有悬浮培养和贴壁培养.技术水平的提高主要集中在培养规模的进一步扩大、优化细胞培养环境、改变细胞特性、提高产品的产率与保证其质量上。
二、动物细胞的特点及生长特性动物细胞虽可像微生物细胞一样,在人工控制条件的生物反应器中进行大规模培养,但其细胞结构和培养特性与微生物细胞相比,有显著差别:①动物细胞比微生物细胞大得多,无细胞壁,机械强度低,对剪切力敏感,适应环境能力差;②倍增时间长,生长缓慢,易受微生物污染,培养时须用抗生素;③培养过程需氧量少(氧传质系数KLa 大于10 h-1即可满足每毫升107个细胞的生长);④培养过程中细胞相互粘连以集群形式存在;⑤原代培养细胞一般繁殖50 代即退化死亡;⑥代谢产物具有生物活性,生产成本高,但附加值也高。
三、动物细胞的固定化培养技术1、固定化培养方法在动物细胞培养中,培养细胞的目的不仅仅要求催化活细胞培养中,培养细胞的目的不仅仅要求催化活力,更重要的是利用细胞来合成和分泌蛋白,因此如何保持细胞的活性显得尤为重要。
由于动物细胞的极度敏感性,上述这些固定化方法会对动物细胞产生毒性,另外多糖(如卡拉胶等) 由于具有很高的离子强度也会对细胞产生毒害,故在动物细胞培养中要考虑使用较温和的固定化方法,如吸附、包埋、中空纤维或胶囊化。
(1)吸附①多孔陶瓷美国某公司开发了一种完全自动化的细胞培养系统,该系统的核心是陶质矩形蜂窝状生物反应器。
反应器构型是一圆筒内装置有许多陶质矩形通道的蜂窝状圆柱体,可提供4. 25 m2 的生长表面积,既可用于培养悬浮生长的细胞,又可用于培养贴壁依赖性细胞。