细胞工程在制药方面的研究

细胞工程在制药方面的研究

徐 瑛

多多药业有限公司 黑龙江 佳木斯 154007

摘要：随着科学技术的不断进步，生物制药技术逐步形成。它是一种利用多种生物技术，并在此基础上发展起来的现代高科技。我国细胞工程制药研究起步较晚，但其发展速度之快、前景之广阔，令人瞩目。与此同时，应将研究重点集中在开发和生产人源化抗体、开展分子药田工程以及执行动物药物工厂计划，以进一步加强卫生保健功能。

关键词：细胞工程；制药；分析

从无到有，从最初的 DNA重组技术到如今的蛋白组学、基因工程、细胞工程等多种生物医药技术的发展，为人类健康做出了巨大的贡献。目前，生物制药技术仍是国际医学界最为关注的高新技术，具有广阔的发展前景。约三分之二的生物技术应用的结果应用于制药工业，主要是改进传统医药学或研制新型特色药。生物制药技术在我国起步较晚，但近几年随着我国政府的逐步重视，我国对生物制药技术的投入不断增加，并通过产业结构调整建立了众多规模较大的生物制药产业基地。我们相信，在不远的将来，我国的生物制药技术一定会腾飞。

1细胞工程的内容

细胞学工程是以细胞为单位，运用细胞和分子生物学等理论和技术，按照人的意志，经过精心设计和操作，改变细胞的某些遗传特性，以达到改良新品种或培育新品种的目的，并增加细胞或使细胞再生而产生某种特定产物的能力，并在离体条件下大量培养、繁殖，从而提取一种有益于人类的产品的应用科学和技术。其主要包括细胞培养、遗传操作、上游工程、以及将转化后的细胞应用于生产实践中，以生产下游生物产品的过程。目前，细胞工程的研究主要集中在细胞融合、细胞器尤其是细胞核移植、染色体改造、转基因动植物以及大量细胞培养等方面。

2细胞生物反应器

没有培养动物细胞，就无法生产生物制品，而生物反应器是进行动物细胞培养的重要设备。由于动物细胞在生产红血球生成素、尿激酶原、疫苗、干扰素等生物制品时具有明显的优势，因此发展动物细胞生物反应器成为可能。

2.2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。在这种生物反应器中，混合气体能被底部的喷管喷入中心管道，从而使中心管道内的液体密度低于外部区域，从而形成循环。

2.3中空纤维管

这类反应器发展较早，也有较好的改进，泵动培养液经成束合成空心纤维管，使细胞能在毛细管壁上生长。在直径为350微米的毛细管中，其表面与体积的比值可达30比7，因此，束毛细管内壁是细胞生长良好的环境。这类生物反应具有广泛的应用前景，悬浮生长细胞、贴壁依赖性细胞等都可在此过程中被培养出来，细胞密度最高可达109/mL，杂种瘤细胞也可通过此过程获得单克隆抗体。而细胞培养环境温和、密度高、易于分离纯化等都是优点，但在培养环境不一致的情况下，易造成产品质量的稳定性问题，而且由于培养过程的扩大性比较困难，因此在消毒和反复使用方面的困难也比较大。另外，还研制开发了旋转体细胞培养系统、流化床生物反应器、脉冲式生物反应器、填充床生物反应器等。

3 研究植物细胞工程制药的现状

3.1 组织及细胞培养的研究现状

其中，植物细胞工程的理论依据最多，操作技术最实用，特别是在离体、无菌状态下，对组织、器官、细胞或细胞器的培养尤为重要。为细胞遗传操作和细胞保存奠定了基础。当前，植物细胞培养应用的技术领域主要有：高产细胞选育、培养工艺优化控制、悬浮物培养、生物反应器的研制、多级培养及固定化细胞、下游提纯等，且部分品种已进入工业化生产阶段。

3.2 遗传特性改造的研究现状

仅仅培养细胞还不够，要使培养出的细胞为人类服务，必须在一定程度上改造它，这就涉及到细胞遗传操作，这也是整个细胞工程最重要的一环。由于实验技术的飞速发展，使得基因操作更加方便、准确和高效，同时也使在靶细胞中导入外源 DNA的方法不断完善，另外，非病毒方式转化细胞的方法，如裸 DNA、超音波、基因枪、电针等已开始广泛应用；细胞融合方法的不断改进，大大提高了融合率；细胞诱变的进展也非常迅速，且诱变方式不断增多。以上理论和技术的发展为更有效的细胞培养创造了条件。

3.3 转基因植物的研究现状

基因工程技术是利用转基因植物的基因，将被改造的受体植物的细胞目导入基因中，以培育出所需的基因性状。国内对此方面的研究起步较晚，但由于被列入“八六三”计划并予以重点支持，已取得了较大成绩。

4细胞大规模培养技术

4.1贴壁培养

大多数动物细胞，包括非淋巴组织细胞、异倍体细胞，都适合贴壁培养，这种技术要求细胞附着在固体、半固体表面，并带有一定的电荷，以便生长。

原为环状的细胞贴壁后扩张，经有丝分裂，迅速进入对数生长阶段。在几天内，通常可以将培养面覆盖，形成致密的单细胞层。需要注意的是，贴壁面必须具有净阳电荷和高活性，如果是微载体，则还需要特殊的电荷密度，如果是有机物表面，则不仅要求具有强亲水性，还要求具有阳电荷。

这种方法的优点在于：紧密粘附于固相表面的细胞可直接倾泻到旧培养液中，清洗后可直接加入新培养液中，因此更换培养液比较方便；因为细胞是固定在承载物表面的，因此只要依靠灌注的方法就能培养，进而增强细胞的密度；使用同一设备可培养多种细胞，只要根据实际需要，通过不同培养液与细胞的比例；如果细胞贴壁在生长基质上，则其效果会更好。

但贴壁培养技术仍有一定的缺陷，由于细胞繁殖贴壁后消化困难，因此扩大培养存在一定的难度；用来培养细胞的设备需要较大的占地面积和更多的投资；在细胞培养均匀化过程中存在一定的困难；由于是利用细胞反应器培养细胞，因此不能通过显微镜观察细胞，不能对细胞生长状态进行实时监测。

4.2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。

4.3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。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。如使微载体的尺寸、电荷量达到最优，从而大大提高了细胞的增殖能力。此外，微载体的表面性质也在不断改善，大大方便了细胞的快速贴壁。目前所用的多孔微载体能提供相对较大的表面积，但这种载体所培养出的一些细胞系仍粘附于微载体上，因此必须加强对微载体的研究，进一步提高微孔的开放度，使微载体表面特性得到改善，从而最终促进细胞贴壁率的提高和移动性的增强。

结束语

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.