1、 動植物細(xì)胞的大規(guī)模培養(yǎng)動物細(xì)胞培養(yǎng)簡介所謂動物細(xì)胞培養(yǎng)是指離散的動物活細(xì)胞在體外人工條件下的生長、增值過程。在此過程中，細(xì)胞不再形成組織。動物細(xì)胞培養(yǎng)是生產(chǎn)許多臨床和醫(yī)學(xué)上重要生物制品的一種必不可少的方法，這些生物制品包括疫苗、干擾素、激素、生長因子和單克隆抗體等，既推動了生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的發(fā)展，又帶來了巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。目前, 動物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)水平的提高主要集中在培養(yǎng)規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大、細(xì)胞培養(yǎng)環(huán)境的優(yōu)化、生物反應(yīng)器的改良、改變細(xì)胞特性、提高產(chǎn)品的產(chǎn)出率與保證其質(zhì)量上。動物細(xì)胞培養(yǎng)的環(huán)境 影響動物細(xì)胞培養(yǎng)的主要因素有溫度、pH值、CO2 、DO、葡萄糖、乳酸、氨、甲基乙二醛、培養(yǎng)基

2、成分等。一般情況下，人和哺乳動物細(xì)胞的最適溫度為37，pH值在7.2-7.4之間，CO2 水平為4-10%, DO維持在20-50%，葡萄糖是細(xì)胞培養(yǎng)過程中的能量的主要來源，需要維持在一定水平。乳酸、氨、甲基乙二醛等是動物細(xì)胞培養(yǎng)中的主要限制因素。在實際應(yīng)用中，降低甲基乙二醛的濃度是通過降低葡萄糖用量來實現(xiàn)的。培養(yǎng)基用于動物細(xì)胞的培養(yǎng)基可以分為天然培養(yǎng)基和合成培養(yǎng)基兩大類。天然培養(yǎng)基的優(yōu)點是營養(yǎng)成分豐富、培養(yǎng)效果良好；缺點是成分復(fù)雜、個體差異大、來源有限。天然培養(yǎng)基的種類很多，包括血清、血漿、組織浸出液、水解乳蛋白等。其中血清是最常用的天然培養(yǎng)基。合成培養(yǎng)基的優(yōu)點是既能給細(xì)胞提供一個近似于體內(nèi)

3、的生存環(huán)境，又便于控制和提供標(biāo)準(zhǔn)化體外生存環(huán)境。然而合成培養(yǎng)基中還是需要加入一定量的天然培養(yǎng)基予以補充。培養(yǎng)方法動物細(xì)胞的體外培養(yǎng)有兩種類型：貼壁依賴性細(xì)胞和非貼壁依賴性細(xì)胞。懸浮培養(yǎng)：懸浮培養(yǎng)主要用于非貼壁依賴性細(xì)胞，是指細(xì)胞在培養(yǎng)器中自由懸浮生長的過程。對于小規(guī)模培養(yǎng)可采用轉(zhuǎn)瓶和滾瓶培養(yǎng)，大規(guī)模培養(yǎng)則可采用發(fā)酵罐式的細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器。懸浮培養(yǎng)對設(shè)備的要求也比較簡單。貼壁培養(yǎng)：貼壁培養(yǎng)是動物培養(yǎng)的一種重要方法，是指必須貼附在固體介質(zhì)表面上生長的細(xì)胞培養(yǎng)，主要用于非淋巴組織和許多異倍體等貼壁依賴性細(xì)胞的培養(yǎng)。優(yōu)點：1. 細(xì)胞緊密黏附于固相表面，可直接傾去舊培養(yǎng)液，清洗后直接加入新培養(yǎng)液，容易更換

4、培養(yǎng)液；2. 因細(xì)胞固定載體表面，不需過濾系統(tǒng)，容易采用灌注方式培養(yǎng)，從而達(dá)到提高細(xì)胞密度的目的；3. 當(dāng)細(xì)胞壁貼于生長基質(zhì)時，細(xì)胞將更有效的表達(dá)一種產(chǎn)品；4. 同一設(shè)備可培養(yǎng)多種細(xì)胞，并根據(jù)需要采用不同的培養(yǎng)液和細(xì)胞的比例； 缺點：1.細(xì)胞繁殖貼壁后不易消化下來，培養(yǎng)的擴(kuò)大比較困難；2.培養(yǎng)設(shè)施占地面積大，設(shè)備投資大；3.采用細(xì)胞反應(yīng)器培養(yǎng)，細(xì)胞無法進(jìn)行顯微鏡觀察，不能有效監(jiān)測細(xì)胞的生長狀態(tài)；4.在測定和控制細(xì)胞所處環(huán)境的完全均勻化方面比較困難。固定化培養(yǎng)：固定化培養(yǎng)是既適用于貼壁依賴性細(xì)胞，又適用于非貼壁依賴性細(xì)胞的包埋培養(yǎng)方式，具有細(xì)胞生長密度高、抗剪切力和抗污染能力強等優(yōu)點。一般對于貼

5、壁依賴性細(xì)胞通常采用膠原包埋，而對于非貼壁依賴性細(xì)胞則通常采用海藻酸鈣包埋。反應(yīng)器氣升式生物反應(yīng)器：氣升式生物反應(yīng)器的原理是讓氣體混合物從底部經(jīng)噴射管噴入反應(yīng)器的中央導(dǎo)流管，使得中央導(dǎo)流管側(cè)的液體密度低于外部區(qū)域從而形成循環(huán)。中空纖維管生物反應(yīng)器：中空纖維管生物反應(yīng)器的原理是泵動細(xì)胞培養(yǎng)液通過成束的合成空心纖維管 (毛細(xì)管)，提供了大量的細(xì)胞生長表面積，使細(xì)胞附著在毛細(xì)管內(nèi)壁上生長，是一類開發(fā)較早且一直在改進(jìn)的生物反應(yīng)器。機械攪拌式生物反應(yīng)器：機械攪拌式生物反應(yīng)器是一類研制較早、應(yīng)用廣泛的生物反應(yīng)器，主要包括培養(yǎng)罐、泵、馬達(dá)、管、閥及儀表等幾部分。流化床生物反應(yīng)器：流化床生物反應(yīng)器的基本原理是

6、培養(yǎng)液通過反應(yīng)器垂直向上流動形成循環(huán)，一直供給細(xì)胞必需的營養(yǎng)成分，使細(xì)胞得以在微粒中生長，同時，不斷加入新鮮培養(yǎng)液并排出代謝廢物。培養(yǎng)技術(shù)動物細(xì)胞無論是貼壁培養(yǎng)或是懸浮培養(yǎng)，均可分為分批式、流加式、半連續(xù)式、連續(xù)式等多種培養(yǎng)方式。動物細(xì)胞的連續(xù)培養(yǎng)一般是采用灌注培養(yǎng)，其優(yōu)越性不僅在大大提高了細(xì)胞生長密度，而且有助于產(chǎn)物的表達(dá)和純化。生產(chǎn)工藝植物細(xì)胞培養(yǎng)所謂植物細(xì)胞培養(yǎng)是指在離體條件下將愈傷組織或其他易分散的組織置于液體培養(yǎng)基中，進(jìn)行振蕩培養(yǎng)，講組織分散成游離的懸浮細(xì)胞，通過繼代培養(yǎng)使細(xì)胞增值來獲得大量細(xì)胞群體的方法。小規(guī)模的細(xì)胞培養(yǎng)通常在培養(yǎng)瓶中完成，而大規(guī)模的培養(yǎng)則可在發(fā)酵罐中進(jìn)行。與動物細(xì)

7、胞培養(yǎng)相比，植物細(xì)胞培養(yǎng)的最大優(yōu)點是植物細(xì)胞可以在簡單的合成培養(yǎng)基上正常生長。由于植物細(xì)胞的分裂方式使得細(xì)胞間的內(nèi)壁相互交叉,這些細(xì)胞結(jié)合在一起形成聚集體，聚集體的直徑可以達(dá)到很大；培養(yǎng)的植物細(xì)胞具有薄而非特異化的細(xì)胞壁,雖然在液體培養(yǎng)基中壁壓可以維持細(xì)胞的完整性,但是,這樣的細(xì)胞仍然是脆弱的,不能承受大觀模培養(yǎng)時攪拌器所具有的巨大剪力；植物細(xì)胞的生理和代謝活性都較低，次生物質(zhì)的合成和積累速度也低；某些培養(yǎng)細(xì)胞的遺傳穩(wěn)定性較差。與微生物相比,植物細(xì)胞有以上其固有的特點,因此必需在進(jìn)行大規(guī)模培養(yǎng)時給予充分的考慮，其細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)與微生物發(fā)酵技術(shù)有一定的區(qū)別。培養(yǎng)方法植物細(xì)胞培養(yǎng)方法主要有單

8、倍體細(xì)胞培養(yǎng)、原生質(zhì)體培養(yǎng)、固體培養(yǎng)、液體培養(yǎng)、懸浮培養(yǎng)和固定化培養(yǎng)等。其中原生質(zhì)體培養(yǎng)里的原生質(zhì)體指的是植物的體細(xì)胞經(jīng)過纖維素酶處理后可去掉細(xì)胞壁，獲得的去壁細(xì)胞。用不同植物的原生質(zhì)體進(jìn)行融合與體細(xì)胞雜交可獲得體細(xì)胞雜交的植株。影響因素許多化學(xué)的和物理學(xué)的因素影響大規(guī)模培養(yǎng)細(xì)胞的生長和代謝產(chǎn)物的合成與累積，其中包括培養(yǎng)基的組成,植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì),pH,溫度,通氣,攪拌和光照等。培養(yǎng)基的種類和成分對培養(yǎng)細(xì)胞的生物產(chǎn)量和代謝產(chǎn)物的種類與數(shù)量有明顯的影響。目前，對植物細(xì)胞大量培養(yǎng)一般分成兩個階段：第一階段是利用生長培養(yǎng)基，盡可能快速的使細(xì)胞的生物量得到增長；第二階段是通過生產(chǎn)培養(yǎng)基來誘發(fā)和保持次生代謝作用。可以通過改變培養(yǎng)基的組成來達(dá)到提高培養(yǎng)細(xì)胞中代謝產(chǎn)物的數(shù)量的目的。在培養(yǎng)的第一階段,可以使用生長培養(yǎng)基,大量增加生物產(chǎn)量,在培養(yǎng)的第二階段則使用生產(chǎn)培養(yǎng)基,增加代謝產(chǎn)物的數(shù)量。培養(yǎng)技術(shù)目前用于植物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)的技術(shù)主要有植物細(xì)胞的大規(guī)模懸浮培養(yǎng)和植物細(xì)胞或原生質(zhì)體的固定化培養(yǎng)。植物細(xì)胞的培養(yǎng)方式有間歇培養(yǎng)、連續(xù)培養(yǎng)和固定化