具中科博生研究表明,以下所描述的放大培養系統是以實驗室規模為基礎的,通常培養規模為10~20L,但其原理和實驗方法同樣適用於10000L的大規模細胞培養,如疫苗、幹擾素、單克降抗體的工業化生產。
大規模細胞培養技術的應用範圍已從過去疫苗的生產發展到現在的幹擾素、抗體及許多醫療藥品,如纖維蛋白溶酶原、促紅細胞生成素、激腐、血液因子等的生產。但動物細胞培養技術固有的缺陷限制了它的應用.這些缺點包括動物細胞生長緩慢、蛋白表達量低、生長條件和培養基成分複雜等,這些不利因素導致動物細胞生產目的蛋白的產率較低。為解決這些問題,一些將代方法隨之出現,如用重組細菌表達哺乳動物細胞和病毒的蛋白。中科博生。
但檄生物表達目的蛋白對許多生物產品並不適合,這主要是由於微生物表達蛋白不能被正確修飾、摺疊,細菌內毒素的汙染等。因此,許多蛋白還必須用動物細胞的進行生產重組蛋白。目前,用一些生長迅速、對營養條件要求低的細胞系及大量表達多拷貝目的基因的載體可部分地彌補動物細胞本身的缺陷。中科博生。
懸浮生長型和黏附依賴型細胞的大規模培養系統不同。對於懸浮生長的細胞,細菌培養的發酵設備經過簡單的改造便可適用。這種設備節省空間,內部條件均一且能嚴格控制,細胞放大培養方式相對簡單,非常適合於大規模培養。但黏附依賴型細胞只能在底物上才能生長,並且在一些情況下,細胞只有在黏附生長方式下才能相對高水平的表達目的蛋白。由於黏附細胞難以擴大培養,目前已發展了多種適合黏附細胞生長的替代培養系統。中科博生。
對黏附細胞常採取兩種大規模的培養方法。第一種方法是在保持相同細胞密度的前提下只是簡單地增加細胞的培養體積。第二種方法是通過培養基灌注技術,10-100倍地增加細胞密度。在一些培養系統中,細胞的培養密度可超過10的8次方個/ml,但在這種情況下由於營養條件和代謝廢物在培養基中存在著濃度梯度,使得這種方法在培養體積上有一定限制,但通過將細胞固定在多孔載體中可克服這一限制因素。通過一些特殊的灌注設備可使細胞在超過正常細胞培養密度[(lX107)~(3X107)]10~20倍的條件下,在100500L的培養體積中培養細胞。中科博生。
細胞生長環境中最容易控制的環境因素是pH和氧氣。在細胞高密度、大規模細胞培養中主要的限制因素是氧氣濃度。小規模細胞培養中常用表面通匚的方法,隨著培養基體積和深度的增加表面通氣已遠遠不能滿足需要。通過攪拌的方法,向培養基中添加空氣和氧氣的混合物是一種非常有效的加氧方式。但動物細胞與細菌相比,動物細胞比較脆弱,只能釆用緩慢攪拌的方法,而這往往容易導致培養基中供氧的不足.為解決這一問題,大多數培養系統要使用多種供氧方式。中科博生。
在大規模培養中還需要考慮的是,汙染的風險増大,細胞培養一旦失畋則損失較大.另外,合適接種fit且良好生長狀態的種子細胞不易準備,收集10的8次方個處於良好生理狀態的細胞並重新接種較容易,而準備10的10次方的接種量的細胞則需要很長時間準備,並且需要將細胞在不利的生長條件下儲存一段時間。中科博生。
細胞大規模培養的一個重要原則是細胞培養過程和培養系統儘量簡單,所需材料和設備易於準備,而不能一味追求大規模。要確保最初接種的細胞處於良好的生理狀態,儘量減少徹生物汙染的風險。
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