第五章 动植物细胞培养动力学
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 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
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
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
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 项目 哺乳动物细胞 植物细胞 微生物细胞 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 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 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 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 [ ] −1 k a h L
动植物细胞培养与微生物培养性能的相比 项目 哺乳动物细胞 植物细胞 微生物细胞 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 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 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 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 [ ] −1 k a h L
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
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
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
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