愛(ài)華網(wǎng)為借助動(dòng)植物細(xì)胞來(lái)生產(chǎn)生物化工產(chǎn)品，是將離體的動(dòng)植物細(xì)胞進(jìn)行大量培養(yǎng)的生物反應(yīng)過(guò)程。由于工業(yè)上大量培養(yǎng)微生物的發(fā)酵過(guò)程已是成熟的技術(shù)，所以動(dòng)植物細(xì)胞大量培養(yǎng)方法的進(jìn)步,借鑒了微生物學(xué)技術(shù),并考慮到動(dòng)植物細(xì)胞的特點(diǎn),使該技術(shù)日趨完善。目前,人們將這一技術(shù)領(lǐng)域稱(chēng)為現(xiàn)代生物技術(shù)的重要組成部分之一。
植物細(xì)胞培養(yǎng)_動(dòng)植物細(xì)胞大量培養(yǎng) -正文
動(dòng)物細(xì)胞大量培養(yǎng)自1950年前后，開(kāi)發(fā)體外培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞以來(lái)，很多類(lèi)型動(dòng)物細(xì)胞，包括正常的和腫瘤的都能在各種單層培養(yǎng)系統(tǒng)中生長(zhǎng)。早期大量培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞，是為了擴(kuò)大病毒腫瘤研究領(lǐng)域的需要，后來(lái)隨醫(yī)療、免疫和細(xì)胞生物化工制品的發(fā)展，動(dòng)物細(xì)胞需要量愈來(lái)愈多，諸如生產(chǎn)病毒疫苗、干擾素、激素、免疫試劑(見(jiàn)臨床化學(xué)試劑)等產(chǎn)品需要大量培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞。由于生產(chǎn)需要，推動(dòng)了動(dòng)物細(xì)胞大量培養(yǎng)的新工藝、新技術(shù)向大規(guī)模、自動(dòng)化和精巧化方向發(fā)展。
大量培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞用于制備醫(yī)藥上有重要用途的蛋白質(zhì),主要過(guò)程（圖1）是：
先將組織(1)切成碎片(2),并用溶解蛋白質(zhì)的酶處理(3)，從而得到單個(gè)細(xì)胞。細(xì)胞用離心法收集(4)后,植入營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基。細(xì)胞在培養(yǎng)基上增殖，直到覆蓋其表面(5),用酶把細(xì)胞從瓶中釋出,再植入若干培養(yǎng)瓶以擴(kuò)大培養(yǎng)(6)，所得細(xì)胞可冷藏于液氮 (7)中長(zhǎng)期保存。需要時(shí)取出一部分解冷開(kāi)始復(fù)活培養(yǎng)(8)，將得到的足夠細(xì)胞(9)植入大規(guī)模培養(yǎng)罐(10)。所產(chǎn)生的蛋白質(zhì)可用幾種方式收獲（圖1a、b、c）：①直接收獲培養(yǎng)細(xì)胞來(lái)分離和純化制得產(chǎn)品，如腫瘤細(xì)胞的表面抗原作為產(chǎn)物。②如果所需的產(chǎn)物是培養(yǎng)細(xì)胞分泌至培養(yǎng)液中的物質(zhì)，可將培養(yǎng)液不斷從細(xì)胞培養(yǎng)罐中輸出并加以分離純化即得到產(chǎn)品，如單克隆抗體。③培養(yǎng)的細(xì)胞通過(guò)誘生劑的作用，誘發(fā)細(xì)胞產(chǎn)生所需的產(chǎn)品，如用仙臺(tái)病毒或新城雞瘟病毒為誘生劑誘發(fā)人白細(xì)胞產(chǎn)生人白細(xì)胞干擾素。
培養(yǎng)條件對(duì)營(yíng)養(yǎng)和環(huán)境的要求與微生物培養(yǎng)不同（表1）主要是：
動(dòng)植物細(xì)胞大量培養(yǎng)①營(yíng)養(yǎng)條件動(dòng)物細(xì)胞的培養(yǎng)一般需要氨基酸、維生素、鹽類(lèi)、葡萄糖（有時(shí)加半乳糖）、血清。血清能提供細(xì)胞生長(zhǎng)所必需的微量元素和生長(zhǎng)因子。由于血清來(lái)源受到限制，質(zhì)量不穩(wěn)定，現(xiàn)在正在研究開(kāi)發(fā)血清替代物和無(wú)血清培養(yǎng)基。
②環(huán)境條件與微生物相比，動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)對(duì)環(huán)境條件的要求較苛刻,監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)的難度較高。培養(yǎng)基的pH對(duì)細(xì)胞附著、生長(zhǎng)和分布都很敏感,一般控制在±0.05。溫度一般要求控制在＜±0.25℃。有時(shí)為了達(dá)到良好的換熱目的，培養(yǎng)罐采用錐形結(jié)構(gòu)。通氣方法可采用插入培養(yǎng)基中的硅橡膠管，靠擴(kuò)散作用來(lái)完成氧的傳遞，或?qū)怏w通入裝在培養(yǎng)基液面上空的分布器內(nèi)，氧通過(guò)擴(kuò)散和表面卷吸進(jìn)入培養(yǎng)基內(nèi)。
培養(yǎng)方法大量培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞的方法可分為兩種：①懸浮培養(yǎng)，淋巴細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞等能在液體培養(yǎng)基中懸浮生長(zhǎng)。懸浮培養(yǎng)系統(tǒng)，工業(yè)放大容易，成本低，不易受污染，可在帶螺旋槳或平槳攪拌的通用發(fā)酵罐中進(jìn)行。②大多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞需要附著在一定的固定表面上才能增殖，因此稱(chēng)單層培養(yǎng)。單層培養(yǎng)的突出問(wèn)題是提供細(xì)胞生長(zhǎng)所需的表面積。迄今為止應(yīng)用最廣泛的是滾瓶法（圖2）,
滾瓶是平放的玻璃瓶，內(nèi)盛培養(yǎng)基，細(xì)胞在其內(nèi)壁上附著生長(zhǎng)，隨著瓶子滾動(dòng)細(xì)胞間歇地接觸空氣和培養(yǎng)基。此外，最有效地提供比表面積（表面積／培養(yǎng)基體積）的是微珠法。微珠的直徑為40～250μm,當(dāng)1mg微珠懸浮在1ml培養(yǎng)基上時(shí)，能提供的表面積大于5cm。另一種能提供較大的比表面積的載體為中空纖維,一般結(jié)構(gòu)是把纖維管束裝置在圓筒內(nèi),培養(yǎng)基一般在管間流動(dòng)，細(xì)胞在管內(nèi)外壁表面上生長(zhǎng)，氣體可通過(guò)中空纖維管擴(kuò)散至培養(yǎng)基中。
細(xì)胞收獲用單層培養(yǎng)方法培養(yǎng)的細(xì)胞從附著的載體上剝離下來(lái)，常用胰蛋白酶消化，或用螯合劑螯合細(xì)胞使細(xì)胞脫離載體，或用刮、擦、拉等機(jī)械力使細(xì)胞從載體上脫落的方法。以上幾種方法可以結(jié)合使用。
安全問(wèn)題特別是培養(yǎng)病毒細(xì)胞或生產(chǎn)病毒疫苗，更要加倍注意安全。在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮對(duì)操作人員生物和物理上的安全防范設(shè)備和考慮生產(chǎn)廠房?jī)?nèi)外環(huán)境的安全防范設(shè)施。
植物細(xì)胞大量培養(yǎng)早在20世紀(jì)30年代，已有可能將某些植物體中分離出來(lái)的細(xì)胞在人工培養(yǎng)條件下長(zhǎng)期地保持其生命力。這種培養(yǎng)需要有植物激素的存在，才能促使細(xì)胞以非組織形式繁殖，形成大量無(wú)定形的細(xì)胞物質(zhì)。但不久就出現(xiàn)了采用固定的化學(xué)成分培養(yǎng)基的快速培養(yǎng)技術(shù)。細(xì)胞培養(yǎng)在植物育種方面有重要作用，植物細(xì)胞培養(yǎng)的代謝產(chǎn)物可成為生物化工產(chǎn)品的重要組成部分。目前，用大規(guī)模發(fā)酵的方法來(lái)生產(chǎn)人參皂苷、紫草寧等自然藥物以及煙草代用品已取得突破。
工藝流程在植物細(xì)胞大量培養(yǎng)的典型流程(圖3)中,為了獲得初代培養(yǎng)植物材料的組織片塊，應(yīng)在無(wú)菌條件下，切出其內(nèi)部組織薄片，并移植于合適的培養(yǎng)基。組織的細(xì)胞便恢復(fù)其分裂機(jī)能,通過(guò)反復(fù)分裂終于形成無(wú)定形的細(xì)胞群,即愈傷組織。將愈傷組織或其他易分散的組織置于液體培養(yǎng)基中，進(jìn)行振蕩培養(yǎng)，使組織分散成游離的懸浮細(xì)胞，通過(guò)繼代培養(yǎng)使細(xì)胞增殖，獲得大量的細(xì)胞群體。小規(guī)模的懸浮培養(yǎng)在培養(yǎng)瓶中進(jìn)行；大規(guī)模者可利用發(fā)酵罐。
動(dòng)植物細(xì)胞大量培養(yǎng)可以把一系列長(zhǎng)期在工業(yè)微生物學(xué)中使用的操作技術(shù)，諸如菌種的突變和選育、過(guò)程開(kāi)發(fā)等用于某些植物細(xì)胞的培養(yǎng)。用細(xì)胞融合技術(shù)能克服植物遠(yuǎn)緣種間不親和性，擴(kuò)大遺傳重組范圍，增加變異，使植物細(xì)胞培養(yǎng)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。
特點(diǎn)與微生物細(xì)胞培養(yǎng)相比，植物細(xì)胞培養(yǎng)有以下特點(diǎn)：①培養(yǎng)基成分除碳水化合物、無(wú)機(jī)鹽等基本組分以外，還要求有植物生長(zhǎng)激素；②植物細(xì)胞的培增時(shí)間較長(zhǎng),一般超過(guò)24h，約是微生物的20倍；③植物細(xì)胞高密度培養(yǎng)才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，因而帶來(lái)培養(yǎng)液高的表觀粘度和細(xì)胞對(duì)剪切應(yīng)力敏感的問(wèn)題；④植物細(xì)胞培養(yǎng)具有形成組織甚至整體植株的潛力。
植物細(xì)胞大量培養(yǎng)的工業(yè)應(yīng)用,須考慮以下條件:細(xì)胞生長(zhǎng)及生物合成的速度要高到足以在短時(shí)間內(nèi)得到較高產(chǎn)量的最終產(chǎn)物；培養(yǎng)的細(xì)胞在遺傳上應(yīng)是穩(wěn)定的以得到恒定的產(chǎn)物；代謝產(chǎn)物在細(xì)胞中累積而不迅速分解，代謝產(chǎn)物宜釋放到液體培養(yǎng)基中；包括培養(yǎng)基、前體和化學(xué)提取的生產(chǎn)費(fèi)用要低得足以給生產(chǎn)帶來(lái)利潤(rùn)。
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