动物细胞大规模培养技术

动物细胞体外培养的历史可追溯到1907年，美国生物学家Harrison在无菌条件下，以淋巴液为培养基成功地在试管中培养了蛙胚神经组织达数周，创立了体外组织培养法。1962年，其规模开始扩大，随着细胞生物学、培养系统及培养方法等领域的不断丰富和完善，动物细胞培养技术得到了很大的发展。

发展至今已成为生物、医学研究和应用中广泛采用的技术方法，利用动物细胞培养生产具有重要医用价值的酶、生长因子、疫苗和单抗等，已成为医药生物高技术产业的重要部分。其发展简史见表14-2。

利用动物细胞培养技术生产的生物制品已占世界生物高技术产品市场份额的50%。大量资料表明，生物技术药物是当前新药开发的重要领域，生物技术制药工业是下一个10年制药工业的重要新门类，期间将有数百种生物技术新药上市。

美国最新预测几种畅销基因工程药物2000年全球销售额EPO大于30亿美元,G2CSF大于20亿美元,HGH、IFN、UK均大于10亿美元,胰岛素和降钙素大于5亿美元。动物细胞大规模培养技术是生物技术制药中非常重要的环节。

目前,动物细胞大规模培养技术水平的提高主要集中在培养规模的进一步扩大、优化细胞培养环境、改变细胞特性、提高产品的产率与保证其质量上。

表14-2 动物细胞培养技术的发展

年份

技术发展概要

1907年 1951年 1957年 1962年 1967年 1975年 1975年 1986年 1989

Harrison创立体外组织培养法。 Earle等开发了能促进动物细胞体外培养的培养基。 Graff用灌注培养法创造了悬浮细胞培养史上绝无仅有的1×10 10 ～2×10 10 cells/L的记录，标志着现代灌注概念的诞生。 Capstile成功地大规模悬浮培养小鼠肾细胞(BHK)，标志着动物细胞大规模培养技术的起步。 Van Wezel用DEAE-Sephadex A 50 为载体培养动物细胞获得成功。 Sato等在培养基中用激素代替血清使垂体细胞株GH3在无血清介质中生长获得成功，预示着无血清培养技术的诱人前景。 Kobhler和Milstein成功地融合了小鼠B-淋巴细胞和骨髓瘤细胞而产生能分泌预定单克隆抗体的杂交瘤细胞。 DemoBiotech公司首次用微囊化技术大规模培养杂交瘤细胞生产单抗获得成功。 Konstantinovti首次提出大规模细胞培养过程中的生理状态控制，更新了传统细胞培养工艺中优化控制之理论

一、动物细胞形态

(1)成纤维细胞型(fibrlblast或mechanocyte type) 这种细胞形态与体内成纤维细胞形态相似故而得名。细胞体呈梭形或不规则三角形，中央有圆形核，胞质向外伸出2～3个长短不同的突起。

细胞群常借原生质突连接成网，生长时呈放射状、漩涡或火焰状走行。除真正的纤维细胞外，凡由中胚层间充质来源的其他组织细胞，如血管内皮、心肌、平滑肌、成骨细胞等，也多呈成纤维细胞形态。

实际上很多所谓成纤维细胞并无产生纤维的能力，只是一种习惯上概括的称法。

(2)上皮细胞型(epithilium cell type) 这种细胞呈扁平的不规则三角形，中央有圆形核，生长时常彼此紧密连接单层细胞片

(3)游走细胞型(wondering cell type) 这种细胞的培养需要在支持物上生长，一般不连接成片，细胞胞质经常出现伪足或突起，呈活跃的游走和变形运动，速度快而且方向不规则。此型细胞不很稳定，有时亦难和其他型细胞相区别，在一定条件下，如培养基化学性质变动等，它们也可能变为成纤维细胞型。

(4)多形性细胞型(polymorphic cell type) 除上述三种细胞外，还有一些组织和细胞，如神经组织的细胞等，难以确定它们的稳定形态，可统归多形性细胞。

上述这四种细胞形态均属于贴壁依赖型细胞，培养这类细胞时，常需贴附在支持物上生长。但由于培养环境的变化，细胞形态常发生改变。

(5)悬浮型细胞这类细胞常呈圆形，不贴附在支持物上，呈现悬浮状态生长。如血液细胞，淋巴组织细胞及肿瘤细胞。培养这类细胞也可采用微生物培养的方法进行悬浮物培养。