细胞培养技术在生物制药生产中的应用与优化研究

细胞培养技术在生物制药生产中的应用与优化研究

李妍睿

黑龙江八一农垦大学

摘要：细胞培养技术在生物制药领域扮演着至关重要的角色。本文综述了细胞培养技术在生物制药生产中的应用现状，并探讨了优化研究的相关内容。首先介绍了细胞培养技术的基本原理和流程，然后重点讨论了在生物制药生产中的应用，包括重组蛋白的生产、疫苗制备以及基因治疗等方面。接着，分析了当前细胞培养技术面临的挑战，如细胞培养条件的优化、培养基组分的选择以及细胞工程技术的发展等。最后，展望了未来细胞培养技术在生物制药领域的发展方向，为相关研究提供了一定的参考价值。

关键词：细胞培养技术；生物制药；应用；优化

细胞培养技术是指将生物体内的细胞在体外培养的一种技术手段，已经成为生物制药生产中不可或缺的工具之一。通过细胞培养技术，可以大规模生产各类生物药物，包括蛋白质药物、疫苗和基因治疗药物等。然而，目前仍然存在一些挑战需要克服，如细胞培养条件的优化、生产成本的降低以及生物药物的质量控制等。因此，对细胞培养技术在生物制药生产中的应用与优化进行深入研究具有重要意义。

一、细胞培养技术的基本原理与流程

细胞培养技术是一种将生物体内的细胞在体外培养的重要技术手段，其基本原理和流程涉及多个关键步骤。细胞培养技术需要选择合适的细胞来源，这可能是来自人类、动物或植物组织的原代细胞，也可以是永生化的细胞株。这些细胞需要经过筛选和鉴定，以确保其适合在体外培养条件下生长和增殖。培养基的配制是细胞培养技术中至关重要的一环。培养基是模拟生物体内细胞所需环境的培养液，其中包含了细胞所需的营养物质、生长因子、激素、氨基酸等。培养基的配方可以根据细胞类型的不同和特定的研究目的进行调整和优化。在细胞培养过程中，温度、湿度和气体环境的控制也是至关重要的。通常情况下，细胞培养室内的温度会保持在37摄氏度左右，以模拟人体内的温度环境；湿度和CO2浓度也需要精确控制，以维持培养条件的稳定性和细胞的正常生长状态。在细胞培养过程中，细胞需要定期进行传代以维持其在培养皿中的生长状态。传代过程中，细胞会被从原有培养皿中取出，并重新分配到新的培养皿中。此外，细胞在培养过程中还需要定期更换培养基，以保证培养液中的营养物质充足，并排除废物和代谢产物。细胞培养技术还涉及目标产物的提取和纯化过程。一旦细胞达到了足够的密度和生长状态，目标产物就可以通过细胞破碎、离心、过滤等方法进行提取和纯化。这一过程通常需要经过多步骤的操作，并且需要使用各种生物化学方法和设备来确保产物的纯度和活性。

二、细胞培养技术在生物制药生产中的应用

（1）重组蛋白的生产

重组蛋白是通过基因工程技术将外源基因导入到宿主细胞中，使其表达和产生的蛋白质。这些重组蛋白包括但不限于单克隆抗体、生长因子、激素、细胞因子等，广泛用于治疗癌症、自身免疫性疾病、感染性疾病等疾病的治疗。在重组蛋白的生产过程中，首先需要选择合适的表达系统。常用的表达系统包括哺乳动物细胞、昆虫细胞、细菌和酵母等。其中，哺乳动物细胞表达系统最为常用，因为哺乳动物细胞能够实现对蛋白质的正确翻译后修饰，保证产生的重组蛋白具有较高的生物活性和稳定性。在重组蛋白的生产过程中，需要进行细胞株的构建和筛选。研究人员将外源基因导入到宿主细胞中，并通过筛选和鉴定，选择出具有高表达水平和稳定性的细胞株。这些细胞株经过长期培养和优化，可以实现高效、持续地表达目标蛋白。重组蛋白的生产过程还涉及到培养条件的优化。通过优化培养基的成分、控制培养条件和调节生物反应器等手段，可以提高细胞的生长速率和目标蛋白的表达水平。同时，还可以优化细胞培养的工艺流程，缩短生产周期，降低生产成本。

（2）疫苗制备

细胞培养技术在生物制药生产中的另一个重要应用领域是疫苗制备。疫苗是预防传染性疾病的一种重要手段，通过激活人体免疫系统产生抗体或细胞免疫应答，从而提供对特定病原体的保护。传统的疫苗制备方法包括灭活疫苗、减毒活疫苗和重组疫苗等，而细胞培养技术为疫苗制备提供了一种新的方法。

在细胞培养技术中，利用哺乳动物细胞、昆虫细胞或细菌等作为宿主细胞，通过转染或转化外源基因，使其表达目标病原体的抗原蛋白。这些抗原蛋白可以是病毒表面蛋白、细菌毒素、寄生虫抗原等，能够激发人体免疫系统产生免疫应答，从而提供对相应病原体的保护。与传统的疫苗制备方法相比，利用细胞培养技术制备疫苗具有一些显著优势。首先，细胞培养技术可以实现对疫苗抗原的精确控制，可以选择性地表达特定的抗原蛋白，避免了传统疫苗制备过程中可能存在的批次差异和不良反应。其次，细胞培养技术可以实现对疫苗生产过程的规模化和自动化，提高了生产效率和产量，有助于满足大规模疫苗接种需求。此外，细胞培养技术还能够避免使用动物源性原料，减少了疫苗生产过程中的生物污染风险，提高了疫苗的安全性和纯度。

在疫苗制备过程中，细胞培养技术还可以应用于疫苗病毒的增殖和提取、病毒样粒子（VLP）的生产、重组疫苗的表达和纯化等方面。通过不断优化培养条件、提高细胞株的稳定性和表达水平，以及采用先进的生物工程技术，可以进一步提高疫苗的生产效率和质量，促进疫苗制备技术的发展和应用。

（3）基因治疗

细胞培养技术在生物制药生产中的另一个重要应用领域是基因治疗。基因治疗是一种新型的治疗方法，通过向患者体内引入具有治疗效果的基因，修复或替换缺陷基因，从而实现对疾病的治疗。细胞培养技术为基因治疗提供了一种有效的生产手段和载体途径。在基因治疗中，通常需要制备大量的基因载体，用于携带和传递治疗基因到患者体内的靶细胞。常用的基因载体包括病毒载体和非病毒载体。病毒载体通常是利用病毒的天然传染能力将治疗基因导入到靶细胞中，如腺病毒、逆转录病毒等。非病毒载体则是利用化学或物理方法将治疗基因导入到细胞内，如质粒DNA、合成的载体等。这些基因载体需要在体外通过细胞培养技术进行大规模的生产和纯化。在基因治疗的生产过程中，细胞培养技术还可以应用于基因载体的转染和基因表达的调控。通过转染技术，将构建好的基因载体导入到宿主细胞中，使其表达并产生治疗基因。细胞培养技术可以实现对转染条件的优化，选择合适的转染剂和转染方法，以提高基因转染效率和靶细胞的转染率。同时，细胞培养技术还可以调控基因的表达水平和时机，通过优化培养条件和引入调控元件，实现对基因表达的精确调控，提高治疗效果和降低潜在的副作用。

三、结论

细胞培养技术在生物制药生产中具有广阔的应用前景，但同时也面临着诸多挑战。我们需要进一步深入研究细胞培养技术的基础理论，不断优化培养条件和工艺流程，加强细胞工程技术的研究，以推动细胞培养技术在生物制药领域的发展，为人类健康事业作出更大贡献。

参考文献

[1]蒋恒波,张细和,蔡润发,等.制药技术在生物制剂生产中的应用与优化[J].当代化工研究, 2023.

作者简介：李妍睿（2003.5—），女，汉族，籍贯：黑龙江省绥化市，本科，就职于黑龙江八一农垦

大学生命科学技术学院。