大规模动物细胞培养技术研究进展

动物细胞大规模培养技术研究进展【摘要】当前动物细胞大规模培养技术已经成为生物技术领域的研究重点，同时被广泛应用于生物医药的研发、生产。

本文介绍了动物细胞大规模培养过程中的技术及研究进展。

【关键词】动物细胞；大规模培养技术；研究进展前言动物细胞培养出现在二十世纪初，并于1962年开始扩大，当前被广泛应用于生物、医学研究等。

依托动物细胞培养进行医用价值高的酶、疫苗、单抗、生长因子等的生产，已逐步发展为医药生物高新技术产业的一部分[1]。

当前依托动物细胞培养技术所制造生物制品在世界生物高技术产品市场份额中几乎占有一半的比例。

相关资料显示，生物技术药物属于新药开发的重要领域，在未来的制药工业中生物技术制药将成为重要新门类，上市的生物技术新药将高达数百种。

动物细胞大规模培养技术属于生物技术制药的重要环节，其水平当前集中于培养规模的扩大、细胞特征的改变等方面。

一、细胞生物反应器生物制品的生产离不开动物细胞的培养，其中生物反应器是进行动物细胞培养的重要设备。

因为动物细胞在生产红细胞生成素、尿激酶原、疫苗、干扰素等价值昂贵的生物制品时优势显著，所以关于动物细胞生物反应器的研制迅速。

（一）机械搅拌式这一类型的生物反应器开发相对早、应用也比较广泛，包括培养罐、阀、马达、管、泵、仪表。

在马达带动不锈钢搅拌系统可以对培养物进行混匀，罐顶的传感器连接监测培养物的pH值溶氧度、NH3、NH4+、温度、葡萄糖消耗等，规模为2000L，在微载体、灌注技术及多孔微球技术的配合下，其细胞密度将超过107/mL，消毒十分便利[2]。

培养的动物细胞类型多样、培养工艺易于放大、适宜于工厂化生产是其优势所在，但机械搅拌造成的剪刀力却会对细胞造成损害。

（二）气升式通过这一类型的生物反应器，气体混合物可以经底部喷射管到中央导管，这样中央导管的液体密度将比外部区域低，这就促成了循环。

其结构趋同于搅拌式，但是进行搅拌的不锈钢叶片换成了气流管，所以其形成的剪刀力较为温和，对细胞的损害相对较小。

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。

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。

哺乳动物细胞大规模培养技术方面的研究及进展摘要：哺乳动物细胞的培养与生物科技的发展有着密切的联系，已经被广泛地用于生物学、医学的研究和应用领域中。

本文将会对各种影响细胞培养的因素以及微载体和生物反应器在哺乳动物细胞大规模培养上的应用做一个回顾。

关键词：哺乳动物细胞, 培养, 微载体 , 生物反应器Research Progress on the Large-scale Culture Technologyof Mammalian CellCuijiali(the college of life science，grade 6，bioengineering，20072502529、510630) Abstract:The culture of mammalian cells is closely related to the development of biotechnology, which has been used extensively in the research and application fields of biology and medical science． In this article, various factors affecting cell cultivation and the application of microcarrier and bioreactor on large—scale culture of mammalian cells were reviewed．介绍自从1907年Harrison在试管中培养蝌蚪的神经组织成功以后(1), 细胞培养技术就被广泛地应用到生物医学领域的研究及应用中。

现在，细胞培养技术已经在细胞工程、酶工程、发酵工程、尤其遗传工程的发展中扮演着重要角色（2-3)。

本文将陈述关于哺乳动物细胞大规模培养的相关技术的研究进展。

动物细胞培养技术的研究现状和前景动物细胞培养技术是一项重要的生物技术，通过无菌操作将动物细胞培养在适当的培养基中，可以获得大量纯化的细胞、细胞器和生物制品，被广泛应用于生命科学、疾病研究和药品生产等领域。

本文将介绍动物细胞培养技术的研究现状和前景。

一、动物细胞培养技术的发展历程动物细胞培养技术起源于上世纪50年代，随着无菌技术和培养基的不断改进，动物细胞培养技术得以飞速发展。

1961年，美国学者Eagle首次提出了MEM培养基，可以支持多种细胞的生长和分裂，成为现代动物细胞培养的基础。

20世纪70年代，出现了断头草胚胎细胞、合成肝素生产细胞、丝裂素等细胞系，使用纯化技术获得大量细胞产物。

随着基因工程、克隆技术的发展，人们对细胞培养技术的需求也更加迫切，培养技术也得到了进一步的发展。

二、动物细胞培养技术的应用领域1. 细胞学研究动物细胞培养技术为细胞生长、分裂和传代提供了良好的条件，可以用于生物学、医学、药学等多个领域的细胞学研究，例如细胞遗传学、细胞生理学、细胞生物学等方面的研究。

2. 疾病研究动物细胞培养技术在疾病研究中具有重要的作用。

通过培养某一疾病的细胞，可以研究该疾病的病理机制和治疗方法。

例如，培养癌细胞可以研究癌症的发生和治疗。

3. 生物制品研发动物细胞培养技术可以大量生产具有生物活性的蛋白质、酶、抗体和疫苗等生物制品。

例如，利用CHO细胞或HEK293细胞表达可溶性蛋白，或利用CHO细胞表达单抗和Fc融合蛋白，都在药品生产中得到广泛应用。

三、动物细胞培养技术的研究进展1. 三维培养技术传统的动物细胞培养技术通常采用二维培养方式，细胞长期生长在平坦的表面上，存在许多限制。

三维培养技术可以让细胞在三维环境中生长，更接近自然情况。

三维培养技术可以在细胞核、蛋白质和代谢等方面呈现更真实的情况，更适合生物学和医学方面的研究。

2. 纳米技术和微流控技术纳米技术和微流控技术可以为细胞培养提供更优化的环境。

动物细胞培养技术的进展及应用动物细胞培养技术是一种生物医学研究中极为重要的技术，主要用于生产药品、细胞学、分子生物学和免疫学等领域的研究。

自从细胞培养技术的出现，它的应用范围越来越广泛，也越来越深入，本文将为您介绍动物细胞培养技术的进展及应用。

一、动物细胞培养技术的研究进展1. 细胞培养的基本原理细胞培养的基本原理是利用体外条件来模拟体内环境，为细胞提供适宜的营养物和生理调节因子，使细胞在体外生长、分化、增殖。

2. 培养基的制备培养基的制备是动物细胞培养技术中的关键步骤，它能够为细胞提供必需的营养物和生长因子，如氨基酸、维生素、激素等。

目前，常用培养基包括麦克尼五十五培养基、迈格林五十三号培养基等。

3. 细胞培养的技术方法细胞培养的技术方法主要有悬浮培养和附着培养两种方式。

其中，悬浮培养常用于细胞生长阶段的初步生长，主要是用于细胞的扩增；附着培养主要用于细胞的育种。

4. 细胞分离技术细胞分离技术将组织或器官中的细胞分离出来并对其进行分级培养。

常用的细胞分离技术主要包括胰酶、碎草酸和牛血清等。

5. 细胞传代技术细胞传代技术是指将已经生长到一定程度的细胞离心，将细胞培养上清液丢弃并重悬细胞，再一次培养出与上一代相同的数量和质量的细胞。

其目的是为了维持细胞的正常生理状态和扩大培养规模。

二、动物细胞培养技术的应用方向1. 生产药品细胞培养技术的重要应用之一就是生产药品。

细胞培养可以生产多种药品，如激素、抗体、血液制品等，与传统药品相比，细胞培养药品具有高纯度、低污染的优点。

2. 动物学研究细胞培养技术在动物学研究中也起着重要的作用。

细胞培养可以用于体外模拟动物器官的建立，从而研究生物功能和对病原体的免疫反应等。

3. 生物技术领域的应用细胞培养技术在生物技术领域也广泛应用。

例如细胞间相互作用的研究、生物反应器的建立、基因工程的研究等。

4. 医学领域的应用细胞培养技术在医学领域也有广泛的应用，如癌症的研究、干细胞和组织工程的应用等，这些领域都离不开细胞培养技术。

动物细胞培养的最新研究进展及其应用近年来，随着生物技术的不断发展，动物细胞培养已经成为了生命科学领域中的重要研究手段。

动物细胞培养可以为现代医学、生物制药和分子生物学等领域的发展提供有力支撑，因此，近年来动物细胞培养的最新研究进展备受关注。

一、动物细胞培养的技术原理动物细胞培养是指将动物细胞从体内分离出来，通过特定的营养物质、环境和条件，在实验室中重新使其生产生长。

动物细胞培养的实质是建立体外的生态环境，为细胞提供必须的营养物质，通过控制细胞的生理状态，使其合成和分泌目的分子。

动物细胞培养的基本步骤包括：细胞分离和纯化、获得种子细胞、筛选培养基、培养细胞、细胞检测和应用开发等环节。

其中，种子细胞的选择和培养基的筛选是关键环节，它们对于培养细胞的稳定性和细胞代谢的正常性具有至关重要的意义。

二、动物细胞培养的应用动物细胞培养的应用范围非常广泛，包括生物制药、制备疫苗、生产基因工程产品、组织工程、细胞毒性试验、检测环境和食品污染物等领域。

下面我们分析一下动物细胞培养在这些领域中的应用情况。

1、生物制药生物制药是指利用生物技术生产的药物。

动物细胞培养在生物制药中的应用非常广泛，它可以用来生产各种人工合成的蛋白质药物。

比如已经被广泛应用于临床治疗的人胰岛素，就是通过细胞培养技术生产的。

除此之外，细胞培养还可以被用于研究生物制药药物的生产工艺、药效、药代动力学等。

2、制备疫苗疫苗是指预防传染病以及控制疾病传播的一种预防措施。

动物细胞培养技术在制备疫苗中也发挥着重要的作用。

通过细胞培养，可以生产单克隆抗体、疫苗等免疫药物，为对抗病毒和细菌感染提供有效手段。

3、生产基因工程产品基因工程产品是指利用基因技术获得的具有特定功能的产品。

动物细胞培养技术在基因工程产品的研究和生产中也取得了很大的进展。

细胞培养可以获得大量的基因工程细胞，为制备基因工程产品提供了充足的细胞来源。

此外，细胞培养也可以用于研究基因表达、蛋白质结构和功能。

动物细胞规模化培养及生物反应器研究进展.动物细胞规模化培养及生物反应器研究进展郑朝朝(瑞普(保定生物药业有限公司河北保定 071000哺乳动物细胞培养已经发展到能够自由扩大培养并且用于工业化生产。

许多生物活性物质、疫苗、载体、药用蛋白,等都可以通过动物细胞大规模培养获得。

生物反应器是细胞大规模培养的关键, 其能够有效的增加细胞单位体积的培养密度, 从而为病毒性疫苗大规模生产奠定坚实的基础。

通过细胞培养生产生物制品既能提高生物制品的质量, 又能促进细胞培养技术、蛋白质表达纯化技术、病毒培养技术等的发展。

细胞生理功能的研究、培养基的优化、生物反应器的改进、微载体的改良等技术都是提高细胞源性产品质量和数量的关键因素。

1、规模化培养哺乳动物细胞的影响因素哺乳动物细胞没有细胞壁,因而较之微生物与植物细胞更脆弱更容易死亡,机体外培养时不但生长缓慢, 而且对培养条件的要求很高, 而高密度细胞培养时生物制品和疫苗工业化生产降低成本和提高产品质量的最关键技术之一。

大规模细胞培养过程中存在许多影响细胞生长和增殖的因素, 如PH 、温度、营养成分、溶解氧量、细胞代谢产物、生长因子、细胞外基质、细胞外剪切力和细胞凋亡等等。

在细胞培养过程中,随着培养及营养物质的消耗、代谢产物的集聚,细胞生长速度会受到抑制, 因此就需要精确调节细胞各种培养参数维持细胞快速增长, 防止细胞凋亡。

氧气难溶于培养基但又是动物细胞生长所必须的, 而且细胞代谢所产生的二氧化碳超过一定浓度就会抑制细胞生长[5]。

所以在规模化细胞培养过程中增加氧传递和降低二氧化碳集聚就显得尤为重要,生物反应器可以通过通风和灌注等方式使氧传递和二氧化碳清除达到一定的平衡,同时补充培养基中营养物质,清除其他代谢产物,优化细胞培养环境,有效提高产品质量。

2、多种生物反应器动物细胞的大规模培养需要特殊的生物反应器。

与微生物和植物细胞不同, 动物细胞的外层是质膜,脆性大,在反应器中务必减少剪切力。

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。

动物细胞大规模培养技术的研究进展作者：王珍指导老师：袁学军摘要：动物细胞培养作为生化工程学科领域中迅速发展起来的生物技术与化学工程结合的新型学科，无论在基础研究和应用研究方面都越来越受到生物技术界的重视，现已成为生化工程学科主要前沿学科之一。

利用动物细胞大规模培养技术可生产多种生物制品，为了提高为提高细胞活力和细胞生长密度, 采用有多种添加成分的无血清培养基培养细胞, 选择既有利于细胞生长又可提高培养细胞密度的微载体和条件温和、易操作、气体交换速度快的生物反应器, 在线监控细胞生存环境和生理活动, 减少培养过程中培养基的抑制因素, 从而给细胞提供更好的生存环境; 另外通过向细胞中导入抗凋亡基因, 可减缓细胞凋亡的发生, 提高细胞活性和蛋白产量; 此外, 在动物细胞大规模培养过程中, 利用多孔微载体能高效、大量地增殖细胞, 具有良好的应用前景.关键词: 动物细胞; 培养环境; 生物反应器; 微载体Research advance in large-scale culture of animal cells Abstract: The technology of animal cell culture is one of the frontiers which combines biotechnology with chemical engineering, and develops rapidly. It plays a more and more important role in both basic and applied research, and is becoming a unique high tech industry and displays tremendous prospects for industrial development. Many biological products were manufactured by means of large- scale culture of animal cells. To increase cell- specific productivity and cell density, serum- free media supplemented with several nutriments were used for cell culture, and microcarriers were chosen in favor of cell growth and high cell density. Biore actors with simple manipulation, good qualification and aeration were adopted. More suitable conditions for cell growth could be given through on- line supervising the environment for cell growth and restraint factors in cell culturing. Furthermore, the anti- apoptosis genes using recombinant DNA technology can increase cell viability and productivity. Porous microcarriers was emphasized in large- scale culture of animal cells.Keywords: animal cell; culture environment; bioreactor; microcarrier search advance in large-scale culture of animal cells.一、细胞培养技术概述动物细胞培养开始于本世纪初,1962年, 其规模开始扩大, 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, 已成为医药生物高技术产业的重要部分[1 ]，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% [2 ]，大量资料表明, 生物技术药物是当前新药开发的重要领域, 生物技术制药工业是下一个10 年制药工业的重要新门类, 期间将有数百种生物技术新药上市[3 ]，美国最新预测几种畅销基因工程药物2000 年全球销售额EPO 大于30 亿美元, G2CSF 大于20 亿美元, HGH、IFN、U K 均大于10 亿美元, 胰岛素和降钙素大于5 亿美元[4 ]。

动物细胞培养技术研究进展（张云生西北农林科技大学动物科技学院陕西杨凌 712100）[摘要]:动物细胞培养是生物、医学研究和应用中广泛采用的技术方法，可分为原代和传代培养，有贴壁、悬浮和固定化培养等培养方式。

细胞生长具有特殊的生物学性质，需要无菌、恒温和充分的营养环境。

动物细胞培养技术在拥有广阔的发展空间和光明前景的同时也面临着诸多问题和挑战。

[关键词]:细胞培养；微载体；中空纤维；微囊；生物反应器1885年，W Roux尝试使组织离体培养,被认为是组织细胞培养技术的萌芽； 1907年Harrison和1912年Carrel开始把组织培养作为一种方法,用于研究离体动物细胞的培养，标志着细胞培养技术(Cell culture technology)的诞生。

此后,随着抗生素、培养基、培养装置以及工艺方法的不断改进，动物细胞培养(Animal cell culture)的研究和应用逐步增多和深入，发展至今已成为在生物、医学研究和应用中广泛采用的技术方法。

利用细胞培养开展体外试验，成为了阐释生命现象、发病机理和筛选药物的重要手段；利用细胞培养技术结合细胞融合(Cell fusion) 、细胞杂交(Cell hybridization)以及转基因(Transgene)技术进行基因重组、组织构建是遗传和组织工程的重要工具；利用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，已成为医药生物技术产业的重要部分[1]。

1 基本概念[1,2 ]细胞培养是指从体内组织取出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一种培养技术。

从体内取出细胞首次培养即为原代培养( Primary Culture)，这是细胞培养的最初和必经阶段。

当原代培养细胞生长到一定时期，受到群体环境限制，就需要转移到另一容器才能继续生长，称为传代或继代培养( Subculture)。

根据原代培物性状的一致性与否，传代成功后称为细胞系( Cell line)或细胞株(Cell Strain)。