动物细胞大规模培养技术进展

摘 要：文章浅析了动物细胞大规模培养技术的研究进展.

关 键 词：动物细胞；培养技术；进展

中图分类号：S85文献标识码：A文章编号：1674-0432（2011）-02-0178-1

动物细胞培养开始于上世纪初,由胚胎学技术衍生而来.1962年以后其规模开始增大,发展到现在已成为生物制品生产以及基因工程等领域必不可少的工具之一.利用动物细胞培养生产具有较高医用价值的酶、疫苗、单抗和生长因子等,已成为生物医药等高新技术产业的重要组成部分.在大规模培养动物细胞的过程中,最根本的是使培养细胞的条件达到最优化,尽可能降低或消除外界环境对细胞的影响,使细胞维持高存活力和高效表达.

1细胞最适生长培养基的选择

动物细胞培养基是细胞体外赖以生长、增殖、分化的重要因素.目前,动物细胞大规模培养中已经普遍使用无血清培养基,在此之前使用过天然培养基和合成培养基.无血清培养基在很多方面虽然都显示了极其强大的优势和发展前景,但无血清培养的应用诱发的细胞凋亡也成为了动物细胞无血清培养技术中亟待解决的问题.研究发现,在培养基中加入一些化合物,如金精三羧酸(Aurintricarboxylicacid,ATA)、抗氧化剂和锌离子等,可阻止因采用无血清培养基而导致的一定程度上的细胞凋亡.

2生物反应器的选择

2.1机械搅拌式生物反应器机械搅拌式生物反应器是一类研制较早、应用广泛的生物反应器,主要包括培养罐、泵、马达、管、阀及仪表等几部分.

2.2中空纤维管生物反应器中空纤维管生物反应器的原理是泵动细胞培养液通过成束的合成空心纤维管(毛细管),提供了大量的细胞生长表面积,使细胞附着在毛细管内壁上生长,是一类开发较早且一直在改进的生物反应器.

2.3气升式生物反应器气升式生物反应器的原理是让气体混合物从底部经喷射管喷入反应器的导流管,使得导流管侧的液体密度低于外部区域从而形成循环.

2.4流化床生物反应器流化床生物反应器的基本原理是培养液通过反应器垂直向上流动形成循环,一直供给细胞必需的营养成分,使细胞得以在微粒中生长,同时,不断加入新鲜培养液并排出代谢废物.

2.5一次性生物反应器一次性生物反应器是由FDA认可并经过预先消毒的聚乙烯塑料箱组成,对生物体无害,箱中一部分填充培养基并接种细胞,其他部分是空气.培养过程中空气连续通过整个过滤器进入箱体,同时前后摇动箱体大大提高了培养液里的氧气溶解量,也促使培养液均匀混合.现在常用于培养动物细胞和植物细胞,并非常适合生产病毒.

3培养用微载体的选择

大多数被培养的动物细胞都是贴壁依赖性细胞,而传统的贴壁依赖性细胞的培养是通过转瓶培养方式获得,其操作繁杂重复,耗费空间和人力,所以在动物细胞的大规模培养中都使用微载体.理想的微载体应用有利于细胞的快速附着和扩展,有利于细胞高密度生长,允许细胞易于脱落.近年来开始使用的多孔微载体可提供大的表面积/体积比率和最大的细胞密度.然而,以该载体培养的一些细胞系却紧紧贴在了微载体内,使其移动能力较差.因此,需要研制一种更好的培养方式,用来改善其表面特性和提高微孔的开放性,从而在增加细胞的移动性的同时提高了细胞贴壁率.

4培养过程的在线监控

在大规模培养动物细胞中,生物离线取样特别是产物浓度测定需要较长的时间,不能及时反映细胞生存环境中的各种参数变化.因此,在线过程监控就显得非常重要,这样可以创造适合细胞生存的最佳环境,减少培养过程中的污染.到现在为止,在细胞培养过程中已经能对温度、pH值、溶解氧浓度进行在线分析并控制.此外,估测目前和未来生物反应过程中葡萄糖的吸收率和乳搪的生成率的软件也已经研制成功,这使得对细胞大规模培养过程的状态监控更加及时、准确.

5细胞生长所需的最佳条件

影响细胞培养的主要因素有温度、pH值、CO2、DO、葡萄糖、乳酸、氨、乙二醛、培养基成分等.一般情况下,温度一般为37℃,pH值在7.0-7.4之间,CO2水平为4-10%,DO维持在20-50%,葡萄糖是细胞培养过程中的能量的主要来源,需要维持在一定水平.乳酸、氨、乙二醛等是动物细胞培养中的主要限制因素.在实际应用中,降低乙二醛的浓度是通过降低葡萄糖用量来实现的.

6动物细胞大规模培养的应用

最近几年,动物细胞培养发展迅猛,能够自由扩大培养并且已经用于工业化生产.许多生物活性物质、疫苗、载体,如药用蛋白质、单克隆抗体、流感疫苗等,都能利用动物细胞大规模培养来获得.这些高技术产品大致可分为：疫苗、干扰素、单克隆抗体、基因工程产品.动物细胞大规模培养技术今后向自动化、精巧化、大型化、高细胞密度、高目的产品产量发展.具体说来,就是开发细胞解离容易、细胞生长性能优良,并可以重复使用的廉价新型MC；研发更大规模的高无菌条件的生物反应器和剪切力较小、混合性能良好的搅拌系统；设计新型培养基以适合于各种体细胞株（系）的无血清、无蛋白培基；优化细胞解离工艺,降低细胞损伤；将其他领域的高、精、尖技术移植于本领域,从而提高大规模培养动物细胞的精巧化、自动化水平.