【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。
（三）中空纤维管
这种类型的反应器开发相对较早且得到了较好的完善，泵动培养液经成束合成空心纤维管，这样细胞将于毛细管内壁进行生长。当毛细管的直径350μm，则其表面与体积的比例将为30比7，所以成束毛细管内壁使得细胞的生长拥有了较好的环境。这种类型的生物反应其应用广泛，悬浮生长细胞、贴壁依赖性细胞都可以在其中得以培养，其细胞密度最高将超过109/mL，杂交瘤细胞也可以通过这一反应器得到培养从而制成单克隆抗体。细胞培养环境温和、密度较高、容易分离纯化等都是其优势所在，然而其培养环境不均一致使产品质量存在稳定性问题，且由于培养工艺放大较为困难，所以进行消毒和重复使用困难较大。
此外，旋转式细胞培养系统、流化床生物反应器、脉动式生物反应器、填充床生物反应器等都被研发出来。
二、细胞大规模培养技术
（一）贴壁培养
包括非淋巴组织细胞、异倍体细胞在内的大多动物细胞都适宜于贴壁培养，这一技术需要细胞贴附到带一定电荷的固体、半固体表面才能进行生长。原本圆形的细胞贴壁后将铺展开来，经过有丝分裂，快速进入对数生长期。通常只需数天就能铺满培养表面，形成致密的细胞单层。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆值得注意的是贴壁表面需有净阳电荷和高度的活性，如果是微载体，还需特定的电荷密度，而如果是有机物表面，不仅需较强的亲水性，而且要带有阳电荷。这一技术的优势在于紧密黏附在固相表面的细胞可以直接倾去旧培养液，经清洗即可直接加入新培养液，所以更换培养液较为便利；由于细胞固定在承载物表面，所以只要依托灌注方式就能进行培养，进而增强细胞的密度；使用同一个设备可以培养多种细胞的，只要按照实际需通过各种培养液与细胞比例；如果细胞贴壁在生长基质，那么其将使得一种产品得到更有效的表达 [3]。然而贴壁培养技术依然存在一定的缺陷，因为细胞繁殖贴壁后消化困难，所以扩大培养存在一定的难度；用于培养细胞的设施需要较大的占地较面积和较多的投资；在测定、控制细胞所处环境的均匀化方面存在一定的难度；因为是利用细胞反应器培养细胞，所以无法通过显微镜观察细胞，细胞的生长状态没有办法得到实时监测。
（二）悬浮培养技术
这一技术是基于生物发酵而产生的，可以用于杂交瘤细胞等非贴壁依赖性细胞的培养，细胞主要在振荡、转动装置的作用下，在反应器自由悬浮生长[4]。通过对动物细胞进行分散、离心、漂洗等然后接种于适宜的培养液，然后将其放到特定条件自由悬浮培养。这种技术利用人源或动物源的蛋白或激素进行细胞培养，使得后期纯化工作简单化，产品质量增强。这一技术操作简便、培养条件均一；传质、传氧较好，能够促进细胞接触培养基营养物质及气体，温度、氧分压等培养条件容易被控制；在进行离体培养时不用附着物，只依托培养液就可以悬浮生长；细胞增殖快、产量高且需要的设备相对简单；进行细胞传代无需再分散，依据比例稀释就能继续培养，根据细菌发酵经验，易于培养规模扩大且实现生产量连续扩大；在连续密封的系统中，培养也可以进行，从而有助于简化操作步骤，避免污染。然而这一技术也存在一定的局限性，例如细胞密度相对低，所以灌流培养存在困难；适宜于这种技术培养的细胞相对较少且转化细胞悬浮培养存在潜在致癌危险。
（三）微载体培养技术
这一技术兼具悬浮培养、贴壁培养的优势，为动物细胞大规模培养提供了有效条件，其比表面积大、易于测定和监控、培养环境均一、系统化自动化水平高。其载体一般为直径是60～250μm的固体小珠，有纤维素、明胶、葡聚糖、塑料、玻璃这几种材质，当前微载体培养技术在动物细胞的培养中较为广泛，同时也取得了一定的成果[5]。例如使微载体的大小、电荷量实现最优化，从而极大的增强了细胞的生长能力。又如，微载体的表面特性被不断改善，极大地促进了细胞的快速贴壁。当前所使用的多孔微载体能够提供相对较大的表面积，可是这一载体所培养的有些细胞系仍然贴在微载体，移动性弱，所以必须加强对微载体的研究，使微孔的开放性进一步增强，使其表面特性进一改善，最终促使细胞贴壁率提高，移动性加强。
此外，固定化培养、填充床细胞培养等都得到了一定的发展。
结语
动物细胞大规模培养技术经过几十年的研究与实践，依然存在或多或少的问题，然而相较于起步阶段，已经发生了质的转变。随着动物细胞大规模培养技术的发展，更加理想的生物反应器将会出现，从而得到高密度、高活力的细胞，细胞培养与产物分离的涡合系统将得以创建和完善，从而实现对培养液的有效利用和生产成本的下降。
参考文献：
[1]王景庆，刘派利，庄长鹰.大规模动物细胞培养技术研究进展[J].科研，2015，41：160-160.
[2]孟庆勇，曹翊婕.动物细胞大规模培养研究概况[J].生物技术世界，2016，6：8-9.
[3]纪前前.动物细胞大规模培养技术和细胞凋亡的检测[J].畜牧兽医科技信息，2014，4：9-9.
[4]李慧文.论在生物制药中细胞大规模培养技术的应用[J].黑龙江科技信息，2014，36：121-121.
[5]骆海燕，窦冰然，姜开维，等.搅拌式动物细胞反应器研究应用与发展[J].生物加工过程，2016，2：75-80.
作者简介：
李玲玲 女 汉族 1982年出生 陕西人 硕士学历 讲师，江汉大学文理学院教师 研究方向为生物技术。
论文作者:李玲玲
论文发表刊物:《航空军医》2017年第2期
论文发表时间:2017/3/22
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