动物细胞的大规模培养

专论与综述　

动物细胞大规模培养系统要求和类型　

朱庆虎　，陈　弘　，刘兰刚　，康二勇　，秦红丽　

（１．中国农业科学院哈尔滨兽医研究所，哈尔滨１５０００１；　

２．内蒙古乌兰察布市动物疾病预防控制中心。乌兰察布０１２０００；　

３．武川县农村改水办公室，武川０１　１７００；　

４．天津市天农大生物技术发展有限公司。天津３００４０２）　

ＤＯＩ：１０．３９６９／Ｊ．ＩＳＳＮ．１６７１－６０２７．２０１０．１　１．００３　

动物细胞培养是生产许多临床和医学上重要生物制品　

的一种必不可少的方法，这些生物制品包括疫苗、干扰素、激　

素、生长因子和单克隆抗体等，既推动了生物学和医学的发　

展，又带来了巨大的社会效益和经济效益。然而，体外大规模　

繁殖动物细胞要比细菌繁殖困难得多，如细菌、酵母菌的细　胞壁厚，能耐受搅拌，不易破碎，营养要求低，生长条件易于　

控制，增殖周期短，产品的产量也高。而动物细胞膜薄而娇　

嫩、易碎，对营养要求高，大多数细胞必须贴壁附着生长。而　

且产物往往需要破碎细胞释出来，再经浓缩、纯化等复杂工　

艺，而使产品的得率受到损失。　

常规培养动物细胞的方法是用人工合成培养液加上一　定量的小牛血清，将细胞放在不同的容器中进行培养，如微　孑Ｌ板、培养皿以及各种培养瓶等。一船培养容器的体积很小，　最大培养体积为ｌ～２Ｌ。用这种方法培养的细胞所分泌或产　

出的产物是有限的，无法满足实验研究、应用研究和产业化　

生产的需要，而且容易导致产品批问差大，而且操作劳动强　

度大。应用细胞工程技术，建立大规模细胞培养系统生产各　种生物活性物质，是一种比较经济可靠的技术。为了培养规　

模的进一步扩大、优化细胞培养环境、提高产品的产出率与　保证其质量，动物细胞大规模培养技术已成为各生产企业发　

展至关重要的环节。具有代表性的有机械搅拌式培养系统、　气升式深层培养系统、微载体培养系统、微囊培养系统、大载　

体培养系统以及中空纤维培养系统，它们具有不同的技术特　

第十二 动物细胞的大规模培养技术

大规模培养哺乳类细胞是生产许多临床和医学上重要生物制品的一种有效的方法，这些生物制品包括疫苗、干扰素、激素、生长因子和单克隆抗体等，推动了生物学和医学的发展，给医学卫生事业带来了巨大的社会效益和经济效益。基因工程技术、细胞工程技术，以及新的细胞大规模繁殖培养系统的发展，是构成上述成就的主要原因。然而，体外大规模繁殖真核细胞要比原核细胞困难得多，如细菌、酵母菌和霉菌的细胞壁厚，能耐受搅拌，不易破碎，营养要求低，生长条件易于控制，增殖周期短，产品的产量也高，目前国外已用20万L发酵罐进行生产。而真核细胞膜薄而娇嫩、易碎，对营养要求高，大多数细胞必须贴壁附着生长，更重要的是真核细胞具有原核细胞所没有的功能，能对其分泌产物进行修饰，例如二硫键的形成、糖甲酰化等，使产物具有完整的生物学功能，另外原核细胞经基因工程技术所合成的生物制品，不是分泌型的而是同细胞相结合的，需要破碎细胞，释出产物，再经浓缩、纯化；因后加工过程复杂，而使产品的得率受到损失。利用真核细胞，可以不断合成和分泌，不断收获，后加工过程也相对简单，而且细胞往往可以重复利用。因此，利用培养的动物细胞生产的生物制品，仍有很高的市场价值。

实验室常规培养动物细胞的方法是用人工合成培养液加上一定量的小牛血清，将细胞放在不同的容器中进行培养，如微孔板、培养皿以及各种培养瓶等。一船培养容器的体积很小，最大培养体积为1—2L。用这种方法培养的细胞所分泌的产物是有限的，无法满足实验研究和应用研究的需要。利用小鼠腹水法繁殖杂交瘤细胞生产各种单克隆抗体；虽然能获得较高浓度的单克隆抗体，一般每只小鼠腹水单克隆抗体浓度在10mg／m1左右，但不易控制动物的批间差异和非特异的小鼠免疫球蛋白，以及潜在感染因子的污染。单克隆抗体纯度差，分离纯化难度大，成本不低，又不宜用于人体内的诊断和治疗。因此，不可能作为大规模生产单克隆抗体的主要方法。

动物细胞培养技术的发展

随着现代科技的不断发展，动物细胞培养技术正在逐步成为生命科学领域的重要研究手段。动物细胞培养技术可以使科研人员对生命体内的细胞和分子进行深入的研究，从而更好地理解细胞和生命活动的本质。本文将简要介绍动物细胞培养技术的基本原理、发展历程以及应用前景。

一、动物细胞培养技术的基本原理

动物细胞培养技术是一种将分离的动物细胞放入培养基中，使其在适宜的环境下进行生长和繁殖的技术。通常情况下，细胞培养基中会添加生长因子、营养物质、激素等物质，以保证细胞的正常生长和分裂。在培养期间，科研人员可以通过各种手段对细胞进行操控、观察和分析，以获得有关生命体内各种细胞和分子的重要信息。

二、动物细胞培养技术的发展历程

动物细胞培养技术的发展始于上世纪50年代，当时科学家们开始研究动物细胞的生长和繁殖机制，并尝试将其在培养基中进行体外培养。然而，由于当时技术水平的限制，细胞培养的成活率和繁殖能力都较低，甚至无法维持长时间的培养。随着科技水平的不断提高，人们逐渐解决了细胞培养过程中遇到的各种问题，开发出了更加成熟的动物细胞培养技术体系。现在，动物细胞培养已经成为了现代生命科学领域的重要手段之一。

三、动物细胞培养技术的应用前景

动物细胞培养技术具有广泛的研究和应用前景。例如，在医学领域中，科学家们可以通过动物细胞培养技术研究癌症、病毒感染等疾病的治疗机制，并筛选出合适的治疗药物。在生物技术领域中，动物细胞培养技术也被广泛应用于细胞克隆、蛋白质表达等方面。此外，动物细胞培养技术还可以用于呼吸、毒性等方面的研究，并被广泛应用于化妆品、医疗器械、食品等商品的安全性评价。

总之，动物细胞培养技术作为生命科学中的一项重要技术，在未来的发展中将会发挥越来越重要的作用。科学家们将继续在动物细胞培养技术的基础上，不断探索生命体内细胞和分子的奥秘，以期为人类的健康福祉做出更加卓越的贡献。

大规模培养技术应用简介

通过大规模体外培养技术培养哺乳类动物细胞是生产生物制品的有效方法。20世界60-70年代，就已创立了可用于大规模培养动物细胞的微载体培养系统和中空纤维细胞培养技术。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获取生物制品已远远不能满足这一需求。随着细胞培养的原理与方法日臻完善，动物细胞大规模培养技术趋于成熟。

所谓动物细胞大规模培养技术（large-scale culture technology）是指在人工条件下（设定ph、温度、溶氧等），在细胞生物反应器（bioreactor）中高密度大量培养动物细胞用于生产生物制品的技术。目前可大规模培养的动物细胞有鸡胚、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，是贴壁依赖的成纤维细胞)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，该技术经有了很大发展，从使用转瓶(roller bottle) 、CellCube等贴壁细胞培养，发展为生物反应器（Bioreactor）进行大规模细胞培养。第一代细胞培养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；二是非批量生产容易导致产品质量的不均一性；三是难以对同批生产进行生产和质量控制。

随着生物技术的发展，迫切需要大规模的细胞培养，特别是培养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。采用玻璃瓶静置或旋转瓶的培养方法，已不能满足所需细胞数量及其分泌产物。因而必须为工业化生产开创一种新的技术方法。自70年代以来，细胞培养用生物反应器有很大的发展，种类越来越多，规模越来越大，较常见的细胞培养生物反应器有空气提升反应器，中空纤维管反应器，无泡搅拌反应器及篮式生物反应器等。八十年代以来，人们逐渐开始以生物反应器培养代替鼠腹水的方法获得单克隆抗体。