生物制药中细胞培养技术的作用与研究进展

　　生命科学的快速发展，推动了生物制药的崛起，生物制药产业中包含非常多的技术，动物细胞培养技术即为其中之一，并在此行业中发挥着较大作用。细胞培养技术源于二十世纪初期，在世纪中期规模逐渐扩大，目前在生物制药领域被广泛应用，例如：利用此项技术生产单克隆抗体、细胞因子、酶、疫苗等生物制品。动物细胞培养技术的核心即为实现动物细胞的规模化培养。

　　第一个基因工程药物即为重组人胰岛素上市翻开了现代生物技术制药领域的一页，至2000年欧美批准了84个生物技术药物，在2001-2004年间又有近30个生物技术药物被批准上市，近些年生物技术药物正在以飞快的速度进入临床试用阶段，远比低分子量化药研发速度快，在医药领域中研发进展较迅速，生物制药产业被认为是医药产业中的新兴产业。

　　某些疾病在治疗过程中会有一些特殊要求，生物技术制药的生产体系逐渐从原核细胞表达系统发展到真核表达系统，鉴于哺乳动物细胞发酵工艺较原核生物复杂，但是其产物性质与人体更加相似、更加匹配，像有些相对重要的药物却只能在该系统中获得具有功能性表达产物，已经成为很多治疗和预防药物受欢迎的表达系统。

　　1 生物制药中哺乳动物细胞系统的作用

　　在哺乳动物细胞中表达外源基因是1952年开始的，主要采用葡聚糖技术进行全细胞基因组转移，由于磷酸钙基因转移技术的出现和技术的日益完善，其作为选择标记基因的使用，也加速了外源基因在哺乳动物细胞中表达的科研速度。至1975年代初。已经可以比较轻松的实现跨种属的外源基因在乳动物细胞中表达的研究。较原核细胞中基因转移技术的操作更加简洁，相比原核发酵工艺较成熟，自然成为了生物技术药物研发及生产的主要途径，像我们在市场上用过的胰岛素、干扰素和白细胞介素等都是使用原核基因表达系统获得成功的。

　　作为人用生物技术药物，因哺乳动物细胞表达后其生物学性质较原核细胞更接近人体天然产物，虽然其表大量相对比较低，可相对人体的免疫原性远低于原核等其他系统的同类产品，已经成为目前生物技术产品重点研发的系统。对只有在哺乳动物细胞中才能得到表达并且用于人体的基因药物的研发来说，哺乳动物细胞系统占据了比较重要位置。

　　2 大规模动物细胞培养技术的研究进展

　　哺乳动物细胞在生物制药研发中的重要性举足轻重，在产品研发等各个环节均获得了较大进步。随着使用的哺乳动物细胞种类在增多，最早的哺乳动物细胞是杂交瘤细胞，这是用于生物制药中安全性较高的哺乳动物细胞。在单抗生产中必须选择这种细胞，在药品质量日益被重视的情况下，治疗性单抗成了近几年发展最快的生物技术药物，知道1997,仅有2种治疗性单克隆抗体在美国获得了上市批准，而在近几年期间内就有15种被批准，可见发展速度之快，研究人员也对其进行了深入了解。

　　基因工程技术构建的工程细胞株在生物制药中不仅用于表达外源目的蛋白，同时也可以用于作为生物制药过程中的辅助细胞，如用于基因治疗产品制备辅助包装细胞。将患者细胞经转基因处理后回输体内进行治疗，是近些年转基因细胞技术的另一个重要用途。不论那种用途其共性技术步骤都涉及到高效工程细胞系的构建。

　　哺乳动物细胞培养也需要注意以下一些问题：

　　（1）工程细胞培养方式

　　在进行构建工程细胞株时，大规模细胞进行药物生产的需求，哺乳动物细胞大规模培养方式，上述均是需要大在工程细胞株构建时就需要设计好的。并且一些凋亡细胞能够从反应器中外排对于大规模生产也是非常重要的。两种常用的外源启动子CMV和SV40需要细胞株能够保持一定的生长速度，培养中的细胞大多数处于S期是可以提高细胞表达产物，并使得反应器循环良好。

　　（2）优化培养基

　　在细胞培养过程中，培养基的作用尤为重要，是大规模生产的物质基础，蛋白、脂类、核酸、的合成均与其有密切关系，因此该项条件的优化是必要的。

　　（3）大规模培养的监控

　　大规模细胞培养培养过程中需要对细胞的生长速度、新陈代谢、凋亡速度进行监控。生产中DO2和培养温度对于整个培养过程影响较大。大量研究数据表明，培养温度下降2天后，使得S期的细胞数量明显减少 ,细胞的新陈代谢活动缓慢，部分工程细胞的死亡程度降低。细胞培养过程的控制的本质是细胞生长、代谢、死亡速率的控制。温度、溶氧对细胞的表达产物和细胞的生长、代谢和产物的结构具有显着影响。实验表明，温度由37℃将至30℃后48H,S期细胞大幅度降低，G0/G1期细胞大量增加，与细胞生长速度有关的U比值同事下降，细胞凋亡推迟。细胞产生三磷酸腺苷的活动降低了50%,总的代谢水平明显降低。对于某些产品如促红细胞生成素，细胞的生长周期变长，一些可以水解蛋白的酶类释放速度降低，提高了促红细胞生成素的糖基化程度，可以使产品的比活得到提高。

　　3 展望

　　近年来，生物制药产品的种类繁多，其中多数是由哺乳动物细胞表达的。最初生物药物品种仅为表达的外源蛋白，目前已经发展成重包装的完整病毒和具有治疗功能的工程细胞株，但是还需要更好的发展和完善这些生物产品的分离技术。我国哺乳动物细胞在生物制药方面奠定了坚实的基础，在国内大型医药企业华北制药集团实现了包括重组人促红细胞生产素注射液、重组乙肝疫苗等产品的产业化生产，资源的妥善整合将使得我国生物制药产业的发展取得长足进展。

　　参考文献

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