第8章动物细胞培养制药工艺-2

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贴壁依赖性细胞:依赖于生长基质,并在 表面才能生长的细胞。只能贴壁生长,多 数天然细胞。
非贴壁依赖性细胞:不依赖于生长基质, 可悬浮生长,也称为悬浮细胞。淋巴细胞、 杂交瘤细胞、肿瘤细胞。
兼性细胞:对生长基质的依赖性不严格, 既可贴壁生长,也可悬浮生长。CHO细胞、 BHK细胞(幼地鼠肾细胞 )。
血清成分与作用
含有基本的营养成分:补充合成培养基成分的不足。 脂类和微量元素:磷脂、胆固醇、铜、锌、钴、钼、硒。 缓冲物质:钾、钠、氯、铁、钙等,稳定pH和渗透压。 激素和生长因子:胰岛素、前列腺素、皮质醇、雌二醇。 贴附和延伸因子:纤维结合蛋白、软骨素、胶原等。 载体蛋白:白蛋白、转铁蛋白 蛋白酶抑制剂:降解细胞死亡的蛋白;消除毒素和金属毒
2、合成培养基
概念:用化学成分明确的试剂配制的培养 基。
组成:糖、氨基酸、无机盐、维生素及其 他成分。
特点:组分稳定,容易配置。
缺点:不能直接使用;需添加5%~20%血 清,才能培养。
已有几十种合成培养基,大部分已商品化。 如:MEM、BME、DMEM、GMEM、 JMEM、RPMI1640
作用:一类微量的小分子有机生物活性物 质,既不是细胞的物质基础,也不是能量 物质,对代谢和生长起调节和控制作用。
水溶性维生素:B族维生素和维生素C 脂溶性维生素:维生素A、D、E、K四种 8种以上维生素
4、无机盐类
作用: 细胞代谢作用:酶辅基(微量元素),调
节酶活性; 细胞构成成分:大量元素; 物质转运:生理电活动,Na和Cl; 正常生长环境:维持水平衡、保持渗透压
优点:容易更换全部培养液,如从血清培养基到 无血清培养基;可改变培养液与细胞的比例;容 易灌注培养,高密度和产物分泌表达。
缺点:需要更大空间;细胞活性无法检测;过程 参数检测和控制困难;放大困难而且昂贵。
最初采用滚瓶培养,现仍用于疫苗等生产。
•非贴壁细胞处于悬浮状态;而贴壁细胞则 在瓶内壁上贴附生长形成单层细胞。 •优点:表比面积增加,处于衡态转动,增 加气体交换。 •缺点:劳动强度大,操作较繁杂,占用空 间体积大,产量低,不宜控制和监测培养 环境变化。
优点:无剪切、高传质、营养成分的选择性渗入,使培养 细胞和产物密度都可达到比较高的水平。
缺点:膜的污染和堵塞,观察困难,细胞生长或过量气体 产生会破坏纤维。
目前中空纤维反应器已进入工业化生产,主要用于培养杂 交瘤细胞来生产单克隆抗体。
载体结合--微载体培养
Van Wezel在1967年 开发了一种微载体系统 培养贴壁依赖性细胞。
8.3.3 培养基质量的控制
培养用水质 缓冲液 生理盐水和平衡盐溶液 其他成分配置
1、培养用水质
必须适用纯净水配置培养基 水存放时间不宜超过2周 普通水必须除去各类元素、有毒或有害物
质及微生物和热源,达到纯净水标准。
2、缓冲液
弱酸与弱酸盐:碳酸/碳酸氢钠体系 弱碱与弱碱盐:磷酸二氢钠/磷酸氢二钠体
素 激素与附加成分:胰岛素等 pH指示剂:酚红 培养基研究的关键:不同细胞系所需基本成分相
同,但浓度和用量不同。
1、糖类
糖类:碳源和能源,经过EMP、HMP和 TCA循环、电子传递链,形成代谢产物和 能量ATP。
不能利用:多糖、双糖、寡糖等聚合物。 可利用:单糖化合物 主要:葡萄糖。
8.3 动物细胞培养基制备
1、培养基组成成分 2、培养基种类 3、培养基质量控制
动物细胞对培养基的要求高,完全异养, 要求结构简单、容易利用、相对分子量小 的营养物
8.3.1 培养基组成的成分
培养基的作用:基础营养与生理;适宜环境;利 于工艺
碳源与能源:糖类、谷氨酰胺 氮源:氨基酸(12种必需氨基酸) 维生素、无机盐类:多种维生素,大量和微量元
2、氨基酸
氮源作用:构成含氮化合物 不能利用:硝态和铵态氮,也不能利用多
肽、蛋白质等高分子化合物。 可利用:氨基酸等单体化合物。 12种必需氨基酸:Arg、Cys、His、Ile、
Leu、Lys、Met、Phe、Thr、Trp、Tyr、 Val 谷氨酰胺:也是重要碳源和能量
3、维生素
1、天然培养基
概念:直接取自于动物组织提取液或体液作为培 养基。
种类:血清、淋巴液、胚胎浸出液、水解乳蛋白。 特点:营养价值高,许多细胞系和原代及传代培
养。 缺点:成分复杂,质量不稳定,来源有限。 血源性污染:病毒、真菌、支原体污染的可能性 分离纯化:增加难度;干扰某些生物测定。 增加成本:工业化生产使用受限。
生物制药工程
主讲教师: 刘 凯 liukai_1982@
山东农业大学生命科学学院微生物系
第八章 动物细胞培养制药工艺
8.1 制药动物细胞的表达系统与特征 8.2 基因工程动物细胞系的构建 8.3 动物细胞培养基的制备 8.4 动物细胞培养技术 8.5 培养过程检测与工艺控制
3、固定化培养
3.1 载体结合
(1)吸附法:用固体吸附剂将细胞吸附在其 表面而使细胞固定化。
操作简便、条件温和,是动物细胞固定化 中最早研究使用的方法。
缺点:载体的负荷能力低,细胞易脱落。 例:中空纤维培养、微载体培养
载体结合--中空纤维培养
概念:中空纤维细胞培养技术是模拟细胞在体内生长的三 维状态,利用一种人工的“毛细管”(即中空纤维)给培 养的细胞提供物质代谢条件而建立的一种体外培养系统。
2、悬浮培养
细胞在反应器内游离悬浮在培养液中生长 的培养过程。
优点:操作简单,培养条件相对均一,传 质和传氧较好,容易放大培养。
缺点:细胞体积小,密度低,培养病毒易 失去标记而降低免疫能力。
适用范围鉴微生物发酵理论和经验,发挥动物细 胞的特性。
和酸碱平衡。
5、激素与附加成分
激素:调节细胞的生长(刺激作用),胰 岛素。
贴附因子:细胞的贴壁生长必需,胶原。 脂类:不饱和脂肪酸亚油酸、固醇等。 载体蛋白:铁离子、脂类、维生素等吸收。 碱基和核苷:核酸代谢。
8.3.2 动物细胞培养基的种类
天然培养基 合成培养基 无血清培养基
性。 蛋白质:抗机械剪切,保护细胞免于损伤的作用。 来源:胎牛、新生牛或成牛、马、鸡、羊血清及人血清。
3、无血清培养基
概念:不添加血清,使细胞能在体外生长 繁殖的合成培养基。
组成:合成培养基基础之上,添加激素与 附加成分(生长因子、结合于转运蛋白、 贴附与延伸因子、酶抑制剂、低分子因子 如H2SeO3)。
1、生长基质
概念:改变支持介质表面特性,促进细胞贴附的 物质。
作用:为支持介质表面提供适量带电荷,细胞被 吸附在介质上,实现贴壁生长。
原理:细胞、玻璃和塑料介质表面带负电荷;要 使细胞贴壁,必须进行二价阳离子或糖蛋白、其 他试剂交联,使之表面成正电荷(供应商已做 到)。
天然生长基质:胞外基质成分,如胶原。 人工生长基质:多聚赖氨酸
特点:提高了培养的质量,避免血清带来 的麻烦,产品纯化容易,组分稳定,大量 配置。
无血清培养基种类
Ⅰ类:无蛋白质成分,化学成分完全明确, 只适用于一些特定细胞系。
Ⅱ类:含有纯蛋白和激素成分,应用广, 相对比较昂贵。UitraCHO-F12+胰岛素+转 铁蛋白和专一纯化蛋白等成分。
Ⅲ类:非确定生物添加剂取代血清,化学 成分不太明确。可以灭菌,价格低廉。
悬浮培养反应器:小规模Spinner
搅拌桨及折流板 的设计可增加通 气和搅拌效果。
在侧出口可以很 方便使用25ml和 50ml规格的移液 管进行操作。
双侧臂玻璃细胞悬浮培养瓶
悬浮培养大规模:1~1000L以上
从玻璃瓶到不锈钢反应器 原位灭菌,加热保温,种子罐,培养基储
罐。 过程控制复杂。
变化。 复苏过程:将冷冻细胞取出,立即在37℃
水浴中,快速融化。
在保护剂存在下,慢冻快融是保存复苏细
胞的要领。
8.4.3 动物细胞大规模培养方法
1、单层贴壁培养 2、悬浮培养 3、固定化培养
1、单层贴壁培养
规模:取决于表面积/体积, 170~200cm2/100~200ml,2×107二倍体或108 异倍体。
一般培养液中含量为1~4mmol/L
5、NaHCO3配制
配成3.7%、5.6%、7.4%三种浓度。 过滤除菌或高压灭菌,4℃保存。 使用前加入,调节培养基pH。
6、培养基灭菌
不含葡萄糖的溶液常规高压灭菌。 含葡萄糖时,采用过滤除菌;或115℃,
15min。 血清使用:需要灭活(56℃,30min),过
2、接触抑制
概念:细胞在生长基质上分裂增殖,逐渐 汇集成片,当每个细胞与其周围的细胞互 相接触时,细胞就停止增殖。
特点:保持充足的营养,细胞仍可存活一 段时间,但细胞密度不再增加。
大多数细胞:形成单层细胞,有接触抑制 少数悬浮培养细胞(癌细胞),无接触抑

3、细胞生长的基质依赖性
传代时期:刚刚全部汇合的细胞。 消化方法:过程与原代细胞相同。 传代的次数:取决于细胞来源,保证特性 要领:适宜的时期和方法,消化不要过度 注意:防止细胞系之间混杂、非细胞生物
的污染。
3、细胞系的保存
常用低温冷冻方法进行保存。 冷冻保护液:10%血清的培养液,附加
7.5%~10%二甲基亚砜。 保存期间,要控制环境条件,并定期监测
8.4.2 动物细胞实验室培养技术
1、原代培养技术 2、传代培养技术 3、细胞系的保存
1、原代培养: 原代细胞的培养过程
动物组织或器官
从体内取出组织或器官
粉碎、洗涤、离心 酶解消化
37℃消化,胰蛋白酶, 胶原酶,获得单细胞
离心或过滤
洗涤
培养液稀释细胞
接种培养
2、传代培养: 过程
概念:对长满器皿表面的细胞进行消化分 离,接种到新的培养基上,进行新一轮培 养。
微载体是直径为 60~250μm的微珠。
细胞贴附于微载体上, 悬浮于培养基中,逐渐 生长成单层,具有单层 培养和悬浮培养的优点。
玻璃微珠
概念:细胞贴附于微载体上延伸和增殖,再悬浮 于培养液中的培养过程。
滤除菌,按一定比例加入。4℃保存。
思考题
动物细胞培养基组成成分及其作用是什么? 与微生物培养基相比,有何特殊性?
如何控制动物细胞培养基的质量? 生产用最适动物细胞培养基应该选择哪种?
为什么?
第八章 动物细胞培养制药工艺
8.1 制药动物细胞的表达系统与特征 8.2 基因工程动物细胞系的构建 8.3 动物细胞培养基的制备 8.4 动物细胞培养技术 8.5 培养过程检测与工艺控制
8.4 动物细胞培养技术
目前用于制药的动物细胞有四类:原代细 胞系、二倍体细胞系、异倍体细胞系和融 合的或重组的工程细胞系。
1、动物细胞生长和基质依赖性 2、动物细胞的实验室培养技术 3、动物细胞大规模培养技术 4、动物细胞培养的操作方法
8.4.1 细胞生长和基质依赖性
生长基质 细胞生长的基质依赖性 接触抑制
系 作用:pH恒定 应用:缓冲剂配置,进一步配置其他溶液。
磷酸盐缓冲液(PBS)
组成:KCl、KH2PO4、NaCl、Na2HPO4 PBS应用:培养物、器皿的洗涤液。
3、生理盐水和平衡盐溶液
生理盐水:调节渗透压的盐溶液, 0.9%NaCl等渗溶液。离体培养细胞的渗透 压应控制为等渗溶液280(以下是低渗)310(以上是高渗)m0sm/kg。每增加 1mg/ml NaCl,渗透压增加32 m0sm/kg。
平衡盐溶液:BSS,由生理盐水,缓冲剂 与指示剂、无机盐和葡萄糖组成。
作用:满足细胞对盐离子、碳营养的要求; pH和渗透压的环境要求;直观观察pH
4、氨基酸配置
用量:使用L型氨基酸,对于DL混合型氨 基酸,使用量应该加倍。
谷氨酰胺:不稳定,需单独配制 谷氨酰胺浓度:100倍浓缩液,-20℃保存。
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