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细胞工程在高效生物制药中的应用研究

随着生物技术的迅速发展，生物制药已经成为当今医疗行业的

主流。而细胞工程作为生物技术的一个重要分支，已经成为生物

制药研究中不可或缺的一环。细胞工程利用基因工程技术对细胞

进行改良，使其能够大规模加速重组蛋白质生产，能够提高药品

生产的效率、稳定性和纯度。本文将从工程细胞构建、细胞培养

及纯化、工程细胞在生产中的应用三个方面着手，探讨细胞工程

在高效生物制药中的应用研究。

一、工程细胞构建

在细胞工程中，构建工程细胞是非常关键的一环。构建工程细

胞可以将优良遗传物质与高规格的基因表达系统结合起来，从而

促进重组蛋白质的高效表达与分泌。常用的工程细胞构建方法包

括质粒转染法、质粒基因整合法和基因敲除法等。

1.质粒转染法

质粒转染法是指将外源质粒直接转染到目标细胞内，从而使其

表达外源蛋白质。通常情况下，目标细胞通过电穿孔、微粒轰击

或特定化学试剂等方式实现质粒的转染。目前，最常用的转染法

是通过电穿孔进行质粒转染。

2.质粒基因整合法

质粒基因整合法是指将外源DNA稳定整合进入目标细胞的染

色体中。整合的方式主要有两种：一种是通过表达靶向整合酶，

将外源DNA插入宿主染色体的特定区域；另一种是利用爪牛烷等

物质实现高效整合。其中，Cre/loxP介导的广谱整合方法被广泛应

用于工程细胞的构建中。

3.基因敲除法

基因敲除是指利用斯姆斯卡蒂诺米的遗传学基础，直接精确删

除基因序列。因为基因敲除具有删除基因功能、系统可控和不影

响基因调控等特点，因此在工程细胞构建中也得到了广泛应用。

二、细胞培养及纯化

工程细胞构建完成后，需要进行细胞培养、分离与纯化，以得

到高纯度的重组蛋白质。

1.细胞培养

细胞培养是工程细胞的核心步骤之一。其优化程度直接影响到

药品的质量和产量。不同类别的药品需要不同类型的细胞培养系

统，如单克隆抗体需要大规模培养的哺乳动物细胞。目前，大规

模细胞培养多采用悬浮培养法，在发酵罐中进行培养，可实现高

密度、稳定性的细胞培养。

2.分离和提取

在细胞培养结束后，需要对细胞进行分离和提取。其中，最常

用的是细胞离心和超滤法。离心法是利用离心力将细胞集中沉淀，

再将上清液提取出来。超滤法则是利用不同孔径的滤膜收集不同

分子规模的物质。不同的蛋白质分子通过选择不同的滤膜进行分

离，从而提取出目标蛋白质。

3.纯化

在细胞提取之后，需要进行纯化步骤，以得到高纯度的蛋白质。

蛋白质纯化过程涉及多种分离技术，如负性柱层析、亲和层析、

透析和电泳等。其中负性柱层析法最常用，可以有效分离出目标

蛋白质，但无法选择性地分离不同重组蛋白。而亲和层析则可以

根据目标蛋白质与固相配体的亲和力选择性纯化，但难以确定最

优操作条件。

三、工程细胞在生产中的应用

工程细胞在生产中的应用可以分为两大类：一类是重组蛋白质

的生产，如单克隆抗体、血液因子等；另一类是基因治疗药物的

生产，如基因疗法和免疫细胞治疗等。

1.重组蛋白质的生产

工程细胞在重组蛋白质生产方面具有广泛应用。其中，单克隆

抗体是最为常见的药品之一。单克隆抗体具有高效、特异性、小

剂量可得的特点，产生的抗体经过多个纯化步骤后具有高度纯净

度和活性，其应用范围广泛，可用于治疗多种癌症和自身免疫性

疾病。此外，还有许多生物类似物和重组蛋白质在药品生产中得

到广泛应用。

2.基因治疗药物的生产

工程细胞在基因治疗药物生产中同样具有重要作用。基因治疗

药物的制备通常涉及人工修饰噬菌体、载体拆分、基因克隆等多

个步骤。当前，大部分基因治疗药物都是通过基因转染技术和重

组质粒来实现的，而工程细胞则因其较高的成本和可操作性较差

等原因，未被广泛应用。

综上所述，工程细胞在高效生物制药中的应用研究具备较高的

潜力和前景。未来将在更好地优化细胞培养条件、提高细胞生产

质量以及更精确地针对重组蛋白质与细胞相互作用等方面取得更

大进展，从而推动生物制药产业更广泛健康的发展。