動物細胞的大規模培養技術

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大規模培養哺乳類細胞是生產許多臨床和醫學上重要生物制品的一種有效的方法，這些生物制品包括疫苗、干擾素、激素、生長因子和單克隆抗體等，推動了生物學和醫學的發展，給醫學衛生事業帶來了巨大的社會效益和經濟效益。

基因工程技術、細胞工程技術，以及新的細胞大規模繁殖培養系統的發展，是構成上述成就的主要原因。

然而，體外大規模繁殖真核細胞要比原核細胞困難得多，如細菌、酵母菌和霉菌的細胞壁厚，能耐受攪拌，不易破碎，營養要求低，生長條件易于控制，增殖周期短，產品的產量也高，目前國外已用20萬L發酵罐進行生產。

而真核細胞膜薄而嬌嫩、易碎，對營養要求高，大多數細胞必須貼壁附著生長，更重要的是真核細胞具有原核細胞所沒有的功能，能對其分泌產物進行修飾，例如二硫鍵的形成、糖甲酰化等，使產物具有完整的生物學功能。

另外原核細胞經基因工程技術所合成的生物制品，不是分泌型的而是同細胞相結合的，需要破碎細胞，釋出產物，再經濃縮、純化；因后加工過程復雜，而使產品的得率受到損失。利用真核細胞，可以不斷合成和分泌，不斷收獲，后加工過程也相對簡單，而且細胞往往可以重復利用。因此，利用培養的動物細胞生產的生物制品，仍有很高的市場價值。

實驗室常規培養動物細胞的方法是用人工合成培養液加上一定量的小牛血清，將細胞放在不同的容器中進行培養，如微孔板、培養皿以及各種培養瓶等。一船培養容器的體積很小，最大培養體積為1—2L。

用這種方法培養的細胞所分泌的產物是有限的，無法滿足實驗研究和應用研究的需要。利用小鼠腹水法繁殖雜交瘤細胞生產各種單克隆抗體；雖然能獲得較高濃度的單克隆抗體，一般每只小鼠腹水單克隆抗體濃度在10mg／m1左右，但不易控制動物的批間差異和非特異的小鼠免疫球蛋白，以及潛在感染因子的污染。

單克隆抗體純度差，分離純化難度大，成本不低，又不宜用于人體內的診斷和治療。因此，不可能作為大規模生產單克隆抗體的主要方法。

應用細胞工程技術，建立大規模細胞培養系統生產各種生物活性物質，是一種比較經濟可靠的技術。據不完全統計，全世界現有一萬多個實驗室，400多家工廠從事生物技術產品的研制。近幾年來，已研制了幾種具有很大前途的技術。

具有代表性的有氣升式深層培養系統、微載體培養系統、微囊培養系統、大載體培養系統以及中空纖維培養系統。上述五種培養系統均能生產不同的生物制品，它們具有不同的技術特點，但仍需不斷完善。中空纖維培養系統和大載體培養系統較為先進，用途更廣，似乎更有發展前途。

一、大規模細胞體外培養系統的基本要

（一）新型培養系統的設備

現有的常規攪拌式發酵罐不能滿足現代生物技術在體外大規模培養動物細胞的技術和經濟要求，必須加以改造，以達到模擬動物體內細胞高密度的生長環境，擴大體外培養細胞的表面積和增加細胞密度同體內細胞一樣生長。

無菌操作安全可靠、保溫和氣體交換系統優良，可靠的泡沫控制和適于大批量的混合裝置，能保證pH值之穩定；抗泡沫劑、氧氣和溫度等監測并使其盡快地達到均一。清洗方法簡便快速，監視控制自動化，制造用料合適；方法合理，成本低；體積要小而使用方便，并適于多種產物的使用；便于擴大生產等。

根據上述要求，要研制一臺理想的細胞培養系統需要多學科的專家，如生物學家、機械學家、電子工程技術專家共同研究、設計，并與生產部門密切合作才能達到要求。

（二）細胞株(系)的選擇

微生物污染是大規模細胞培養的主要危險。設備、培養液、支持系統和操作方法的復雜性都會引起微生物污染。其中支原體對動物細胞培養威脅最大。

因為它們的感染力很高又不易被檢測。因此，細胞在使用前必須經過嚴格的檢測。另外，細胞在體外生長時要保持良好的生長速率和分泌功能。為了保持高產穩產的細胞株(系)，應該定期進行篩選工作；為了防止意外事故發生，應將沒有支原體污染的細胞定期進行低溫保存。

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