第五章动植物细培养动力学.ppt

* 第五章 动植物细胞培养动力学 5.1、动植物细胞培养的特性 5.2、植物细胞培养及反应动力学 5.3、动物细胞培养及反应动力学 本 章 主 要 内 容 5.1 动植物细胞培养的特性 动植物细胞培养技术：是一项将动植物组织、器官或细胞在适当的培养基上进行无菌繁殖的技术。 5.1.1 动物细胞培养的特性 由于动物细胞体外培养具有明显的表达产物的优点，为传统微生物发酵所无法取代，因此，生物技术中许多有价值的生物制品，需要借助于动物细胞培养而获得，这种需求极大地促进了动物细胞培养技术的发展。 早在1907年，美国的Harrison在世界上首次将蛙的神经组织在试管内培养成功，建立起动物组织体外培养的第一块基石。 1950年前后，Enders及其同事发表了第一篇关于在培养细胞中生长病毒的报告，开拓了以动物病毒为研究对象的新领域。 作为大规模细胞培养，Copsik等人成功的进行了有关仓鼠肾细胞（BHK）的悬浮培养。随后，采用在培养液中添加人工合成的小球状惰性聚合体载体，大幅度提高了细胞的产量，并在10000升发酵罐内成功地进行深层培养。 随着基因工程技术的发展，人们逐渐认识到有许多基因产物不能在原核细胞内表达，它们需要经过真核细胞所特有的翻译后修饰，以及正确的切割、折叠后，才能形成与自然分子一样的功能和抗原性。使得动物细胞一跃成为一种重要的宿主细胞，用以生成多种生物制品，例如病毒疫苗、淋巴因子（干抗素和白细胞介素等）、单克隆体、红细胞生成素、纤维蛋白溶酶原激活剂、第八因子、肿瘤坏死因子、上皮生长因子和过氧化物歧化酶等。这些采用大规模细胞培养技术生产贵重药品在临床诊断、治疗和预防等方面都有重要意义。 动物细胞无细胞壁，机械强度低，适应环境能力差； 生长速度缓慢，易受微生物污染，培养时需要抗生素； 大多数哺乳动物需附着在固体或半固体的表面生长； 对营养要求严格； 大规模培养时，不可简单地套用微生物培养的经验。 动物细胞培养与微生物培养的不同点 动植物细胞培养与微生物培养性能的相比 1～10 可以 简单 0.5～5 无 一般 有 100～1000 胞内或胞外 高 ～75 发酵食品、抗生素、有机化合物、酶等 10～100 可以，但细胞易聚集 复杂 15～100 有限分化 敏感 有 20～30 胞内 低 ～90 酶、生物碱、天然色素、有机化合物等 10～100 可以，多采用贴壁 很复杂 15～100 有 非常敏感 无 1～25 胞内或胞外 低 ～ 疫苗、激素、抗体、生长因子、免疫调节剂等 大小[μm] 悬浮生长 营养要求 倍增时间[h] 细胞分化 环境的敏感性 细胞壁 产物存在 产物浓度（%） 含水量 产物种类 微生物细胞 植物细胞 哺乳动物细胞 项目 大规模细胞培养的主要危险之一是微生物污染。设备、培养基、悬浮系统和操作方法等的复杂性都易引起微生物污染，这是细胞培养都存在的一个普遍问题，在大规模培养更为严重。 动物细胞生长十分缓慢，并易为大多数微生物污染物所破坏。支原体（mycoplasma）对动物细胞培养的威胁最大，因为其感染力强且不易检出。 因此，大规模细胞培养成功的必要条件是要有一个设备精良的细胞库（cell　bank）。在细胞库中的冷冻细胞不受污染。 动物细胞培养基的配方十分复杂，并且还需补充血清和蛋白胨。 原料的质量控制和培养基的生产是大规模细胞培养的主要问题。因为血清来源困难，质量不稳定，残留血清给产物提纯带来困难等。虽然可采用无血清培养基，但在无血清培养基中更可能出现细胞毒。因此，与培养物相接触的水必须采用高纯度的水。 培养基一般需经膜过滤器过滤。可保证其无菌状态，但支原体也可被0.1μm的过滤膜滤出。 目前，利用动物细胞培养的方法生产的有用产品大致可分为4大类： （1）疫苗 如狂犬病疫苗、麻疹疫苗和脊髓灰质炎疫苗等。 （2）干抗素 如α-干扰素和β-干扰素等。 （3）单克隆抗体 如抗绵羊红细胞单克隆抗体等。 （4）遗传重组产品 如人生长激素、免疫球蛋白等。 （1）生长速率慢，易为微生物等污染，但可采用在培养基中加入抗生素等措施； （2）细胞个体大且无壁，对环境敏感，因此应慎重解决供氧（搅拌与通风）与细胞脆弱的矛盾； （3）设备放大是一新课题，不能完全按照微生物反应过程的经验； （4）反应过程成本高，主要用于高附加值产物的生产。 动物细胞培养过程的特征 5.1.2 植物细胞培养的特性 1902年，德国植物学家G.Haberlandt就预言植物细胞培养的可能性。 1937年前后，法国和美国科学家分别成功的进行了胡萝卜和烟草的组