第十四章动植物细胞培养 动植物细胞培养是指动、植物细胞在体外条件下的存活或生长。动植物细胞培养与微生 物细胞培养有很大的不同(表14-1)。由于动物细胞无细胞壁,且大多数哺乳动物细胞附着 在固体或半固体的表面才能生长:对营养要求严格,除氨基酸、维生素、盐类、葡萄糖或半 乳糖外,还需有血清。动物细胞对环境敏感,包括p值、溶氧、CO2、温度、剪切应力都比 微生物有更严的要求,一般须严格的监测和控制。相比之下,植物细胞对营养要求较动物细 胞简单。但植物细胞培养一般要求在高密度下才能得到一定浓度的培养产物,而且植物细胞 生长较微生物要缓慢,因此长时间的培养对无菌条件及反应器的设计具有特殊的要求。 在生物技术中,人们已经利用细菌、丝状真菌的大量培养来生产各种酶、抗生素、蛋白 质、氨基酸等产物,但是很多有重要价值的生物物质,如毒素、疫苗、干扰素、单克隆抗体 色素、香味物质等,必须借助于动、植物细胞的大规模培养来获得。从20世纪50年代以来, 这方面已取得一些进展。但是,目前的技术还远不能满足细胞生物产品应用的要求,随着动 植物培养技术研究的深入,显示出广阔的发展前景。 表14-1动植物、微生物细胞的培养特征 种类 微生物 动物细胞 植物细胞 比较项目 1~10um 10~100um 10~100um 悬浮生长 多数细胞需附着表面可以,但易结团,无 才能生长 单个细胞 营养要求 简单 非常复杂 较复杂 生长速率 快,倍增时间0.5-5小慢,倍增时间15-100慢,倍增时间24-74 时 小时 代谢调节 内部 内部、激素 内部、激素 环境敏感 不敏感 非常敏感 能忍受广泛范围 细胞分化 有 剪切应力敏感 非常高 传统变异,筛选技术|广泛使用 不常使用 有时使用 细胞或产物浓度 第一节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己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。第十四章 动植物细胞培养 动植物细胞培养是指动、植物细胞在体外条件下的存活或生长。动植物细胞培养与微生 物细胞培养有很大的不同（表 14-1）。由于动物细胞无细胞壁，且大多数哺乳动物细胞附着 在固体或半固体的表面才能生长；对营养要求严格，除氨基酸、维生素、盐类、葡萄糖或半 乳糖外，还需有血清。动物细胞对环境敏感，包括 pH 值、溶氧、C02、温度、剪切应力都比 微生物有更严的要求，一般须严格的监测和控制。相比之下，植物细胞对营养要求较动物细 胞简单。但植物细胞培养一般要求在高密度下才能得到一定浓度的培养产物，而且植物细胞 生长较微生物要缓慢，因此长时间的培养对无菌条件及反应器的设计具有特殊的要求。 在生物技术中，人们已经利用细菌、丝状真菌的大量培养来生产各种酶、抗生素、蛋白 质、氨基酸等产物，但是很多有重要价值的生物物质，如毒素、疫苗、干扰素、单克隆抗体、 色素、香味物质等，必须借助于动、植物细胞的大规模培养来获得。从 20 世纪 50 年代以来， 这方面已取得一些进展。但是，目前的技术还远不能满足细胞生物产品应用的要求，随着动 植物培养技术研究的深入，显示出广阔的发展前景。 表 14-1 动植物、微生物细胞的培养特征 种类 比较项目 微生物 动物细胞 植物细胞 大 小 悬浮生长 营养要求 生长速率 代谢调节 环境敏感 细胞分化 剪切应力敏感 传统变异，筛选技术 细胞或产物浓度 1~10μm 可以 简单 快，倍增时间0.5~5小 时 内部 不敏感 无 低 广泛使用 较高 10~100μm 多数细胞需附着表面 才能生长 非常复杂 慢，倍增时间15~100 小时 内部、激素 非常敏感 有 非常高 不常使用 低 10~100μm 可以，但易结团，无 单个细胞 较复杂 慢，倍增时间24~74 小时 内部、激素 能忍受广泛范围 有 高 有时使用 低 第一节 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