第三章_动物细胞工程制药

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使细胞膜出现瞬时可逆性的小孔,外源DNA沿小孔 进入细胞。 特点:转化效率较高,但进入的DNA拷贝数较低
如何筛选工程细胞?
a. 依靠构建载体内的选择标记采用相应的筛选系
统:如用HAT(次黄嘌呤、氨基喋呤、胸腺嘧啶)
选择系统,筛选tk+、hgprt+的转化细胞;用G418
(Geneticin)选择系统,筛选neor的转化细胞。
(3)Vero:
1962年来源于正常的成年非洲绿猴肾。 是贴壁依赖的成纤维细胞,2n=60,高倍体率 为1.7%,可持续地进行培养。通常用的培养基为 199培养基,添加5%胎牛血清。该细胞可支持多种 病毒的增殖,包括脊髓灰质炎、狂犬病病毒,已被 批准用于人体。
(4)Namalwa: 1972年来源于肯尼亚患有Burkitt淋巴瘤的病人 体中,后在瑞典构建的一株人的类淋巴母细胞。 该细胞有2.8%的高倍体率,多数细胞有12~14 条标记染色体,单条X染色体,无Y染色体。通常用 的培养基为RPMI 1640,添加7%胎牛血清。用于大 规模生产-干扰素。
目前常用的融合方法有:仙台病毒融合法、聚乙 二醇融合法、电融合法
① 仙台病毒融合法(很少使用)
融合过程: a. 病毒加入两种细胞(4℃),附膜,细胞凝聚 b. 37℃,病毒与细胞膜反应,细胞膜被破坏 c. 两细胞连接部穿通,周边连接部修复 d. 细胞融合
② 聚乙二醇(PEG)融合法

常用相对分子量为1000,浓度为50%,pH在 8.0~8.2时融合率可达100% 目前主要用于产生单克隆抗体的杂交瘤细胞的 制备
1.天然培养基

指来自动物体液或利用组织分离提取的一类培养 基,如血浆凝块、血清、淋巴液、胚胎浸液以及 羊水、腹水等。 缺点:成分复杂,制作过程复杂,组分不稳定, 批间差异大,来源有限,不适于大量培养和生产 的需要,逐渐为合成培养基所替代。

2.合成培养基 优点:成分明确,组分稳定,可大量生产供应 其组成大致如下: ① 氨基酸:是细胞合成蛋白质的原料。所有细胞都 需要12种必需氨基酸:
无化学物质污染 无微生物污染(如细菌、真菌、支原体、病毒等) 无对细胞产生损伤作用的生物活性物质污染(如抗体、补体)

对于天然培养基,污染主要来源于取材过程及生物材料本身, 应当严格选材,严格操作 对于合成培养基,污染主要来源于配置过程,配制所用的水、 器皿应十分洁净,配置后应严格过滤除菌。

二、动物细胞培养基的种类和组成
① 该细胞系的历史:来源、年龄和性别、细胞分离的方法、
所用的培养材料等; ② 该细胞系的特性:形态、生长的特性、种源的特性等; ③ 对各种有害因子检查的结果。

生产用细胞库:从原始细胞库来,或从单一安瓿
来,或从多个安瓿在融化即刻混合在一起的,然 后经培养扩增到一定数量后,再分装储存形成的
细胞库。


动物细胞生产药物
缺点:培养条件高、成本贵、产量低 优点:分泌胞外、收集纯化方便,较完善的翻译后 修饰,与天然产品一致
第三节 生产用动物细胞的要求和获得
一、生产用动物细胞的要求
二、生产动物细胞的获得 三、基因工程细胞的构建和筛选 四、常用生产用动物细胞的特性 五、细胞库的建立
一、生产用动物细胞的要求

动物细胞的化学组成
无机成分:水、无机盐 有机成分:蛋白质、糖类、脂类、核酸

动物细胞的代谢 糖,脂肪和蛋白质的代谢分为三个降解阶段
(大分子降解为小分子,小分子代谢产生三个主要 的中间产物,中间产物进入三羧酸循环)
三、动物细胞的生理特点
1. 细胞的分裂周期长:一般12~48 h 2. 细胞生长需贴附于基质,并有接触抑制现象 接触抑制现象:指细胞在生长过程中达到相互接触时停
⑥ 如果用家蚕杆状病毒,还可在蚕体直接表达外源基因。
构建质粒载体一般含有如下基本成分: ① 允许载体在细菌体内扩增的质粒序列。 ② 含有能使基因转录表达的调控元件。 ③ 能用以筛选出外源基因已整合的选择标记。 a. 仅适用于密切相关的突变细胞株,如tk基因 b. 显性作用基因,如neo基因 ④ 有时还带有选择性增加拷贝数的扩增系统。
生产用细胞库也必须建立档案,而且需要进行无
菌性和无细胞交叉污染的检查,生产时需确定其
最高使用的传代数。
第四节 动物细胞的培养条件和培养基
培养成功必备条件:
① 所有与细胞接触的设备、器材和溶液,都必须保持绝对 无菌,避免细胞外微生物的污染
② 必须有足够的营养供应,绝对不可有有害的物质,避免 即使是极微量的有害离子的掺入
③ 保证有适量的氧气供应
④ 需要随时清除细胞代谢中产生的有害产物
⑤ 有良好的适于生存的外界环境 ⑥ 及时分种,保持合适的细胞密度
一、动物细胞的培养条件
1. 器材的清洗和消毒
2. 水质 3. pH 4. 渗透压 5. 温度
6. 空气
1. 器材的清洗和消毒
(1)器材的清洗:
a. 浸泡(3%磷酸三钠)
3. pH

动物细胞培养的最适pH为7.2~7.4,低于6.8或高
于7.6会对细胞产生不利影响,严重时可引起细胞 退变甚至死亡。

培养基应具有一定的缓冲能力,必须加入缓冲系 统: 如HEPES、 Na2HPO4/ NaH2PO4缓冲系统、 NaHCO3/CO2缓冲系统等
4. 渗透压

细胞必须生活在等渗环境中,大多数培养细胞对渗透压有
昆虫细胞最佳培养温度:27 ℃ 温度过高:细胞退变甚至死亡 温度过低:降低代谢和生长速度,影响产量
6. 空气

方瓶和转瓶培养时,保持瓶内有足够的空间,即
培养的液体量不超过总体积的30%。 采用生物反应器需通气,采用不同比例的O2、N2、 CO2和空气。

无毒、无污染

体外生长的细胞对微生物及一些有害有毒物质没有任何抵抗 能力,因此培养基应达到:

细胞工程是以细胞为单位,按人们的意志,应用
细胞生物学、分子生物学等理论和技术,有目的 地进行精心设计,精心操作,使细胞的某些遗传
特性发生改变,从而达到改良或产生新品种的目
的,以及使细胞增加或重新获得产生某种特定产 物的能力,从而在离体条件下进行大量培养、增 殖,并提取出对人类有用的产品。
二、动物细胞的化学组成和代谢
b. 对选出的细胞进行克隆和亚克隆使其纯化。
c. 利用扩增系统,不断增加其基因拷贝数,获得高
效表达而稳定的工程细胞株。
四、常用生产用细胞的特性
(1)WI-38:
1961年来源于女性高加索人正常胚肺组织的二 倍体细胞系。 该细胞是成纤维细胞,能产生胶原,培养基用 BME(Eagle’s basal medium)加小牛血清,pH控 制在7.2。细胞的倍增时间为24h,有限寿命为50 代,上世纪60年代被广泛用于制备疫苗。
b. 刷洗
c. 泡酸(重铬酸钾、硫酸、水)
d. 冲洗(自来水、蒸馏水、去离子水) (2)器材的消毒灭菌: 物理方法:如紫外线、干热、湿热、过滤 化学方法:如化学消毒剂、抗生素
2. 水质

细胞培养的水必须进行特殊的处理,才能使用。
除微生物、有毒元素、金属离子、热原质 当前处理水质的方法有:蒸馏、离子交换、电渗 透、反渗透、中空纤维过滤等
a. 磷酸钙沉淀法:将溶解的DNA加在Na2HPO4
中,逐渐加入CaCl2溶液,当 Na2HPO4和CaCl2形成 沉淀,DNA包裹在沉淀中,形成DNA-磷酸钙共沉 淀物,当沉淀物与细胞表面接触时,通过吞噬作用 将DNA导入胞内。 优点:方法简单,可进行共转化
b. 电穿孔法:借助电穿孔仪产生的高压脉冲电场,

③ 电融合法:在短时间的强电场作用下,细胞膜
发 生可逆性的电击穿,使相邻细胞的细胞膜发生继发 性融合。 优点:操作简单,无化学毒性、对细胞损伤小、融
合同步、融合率高,可在显微镜下直接观察
决定因素:电场强度、脉冲宽度、温度、缓冲液的
性质(pH、离子强度、渗透压)
5. 重组工程细胞系

可采用基因工程的手段构建各种工程细胞
(2)BHK-21: 1961年从5只生长1天的地鼠幼鼠的肾脏中分离的。现 在广泛采用的是1963年用单细胞分离的方法经13次的克隆的
细胞。
成纤维细胞,2n=44。通常用的培养基为DMEM培养 基,添加7%胎牛血清。过去多用于增殖病毒,包括多瘤病 毒、口蹄疫病毒和狂犬病疫苗,现在已被用于构建工程细 胞。
3. 转化细胞系:失去了正常细胞的特点,获得了无
限增殖的能力

转化细胞系具有无限生命力,常常倍增时间较短, 对培养条件和生长因子等要求较低,更适于大规 模工业化生产。如Namalwa、CHO、BHK-21、 Vero细胞等
4. 融合细胞系

细胞融合:指两个或两个以上的细胞合并成一个 细胞的过程

2.基因载体的导入和高效表达工程细胞株的筛选 DNA导入动物细胞的常用方法
融合法
细胞融合法
化学法
物理法
显微注射法 基因枪法
病毒法
重组逆转录病毒介导法 重组DNA病毒介导法 多瘤病毒样颗粒介导法
DNA-磷酸钙沉淀法 电穿孔法
脂质体介导法 DEAE-葡聚糖法 原生质融合法 染色体介导法
微细胞介导法
鬼影红细胞介导法
五、细胞库的建立
用于生产的工程细胞必须建立两个细胞库:
1. 原始细胞库(master cell bank, MCB) 2. 生产用细胞库(manugacture’s working cell bank, MWCB),或称工作细胞库(working cell bank, WCB)。
原始细胞库是单一来源的均质的细胞,对于二倍体细胞 应该是群体倍增水平尽可能低的细胞。贮存时须有该细胞的 详细档案,包括:
一定耐受性。

最理想的渗透压为290~300mOsm/kg 为调整培养液的渗透压,一般采用加减NaCl的方法: 1mg/ml NaCl---32mOsm/kg

在细胞培养操作中,为保持合适的渗透压和pH,一般都
使用平衡盐溶液(BBS),由无机盐和葡萄糖组成。
5. 温度

动物细胞最佳培养温度:37±0.5℃
三、基因工程细胞的构建和筛选
1.真核细胞基因表达载体的构建
病毒载体:如牛痘病毒、腺病毒、反转率病毒、杆 状病毒等 质粒载体:穿梭质粒载体
用杆状病毒做载体的优点
① 该病毒基因组是双链DNA,容易进行重组; ② 插入7~8kb的DNA不影响正常病毒粒子的形成; ③ 多角体蛋白和病毒粒子的形成无直接关系,因此用外源 基因更换多角体蛋白基因,仍能形成有感染力的病毒粒 子; ④ 多角体蛋白基因有非常强的启动子,产生的蛋白质可占 全部蛋白质的20~30%; ⑤ 用光学显微镜可看到多角体,容易以此为标记物来挑选 阳性克隆;
1. 原代细胞:直接取自动物组织、器官,经过粉碎、
消化而获得的细胞悬液。如鸡胚细胞、原代兔肾 细胞或鼠肾细胞、淋巴细胞等

用原代细胞生产生物制品常需要大量的动物,费
钱费力
2. 二倍体细胞系:原代细胞经过传代、筛选、克隆,
从多种细胞成分的组织中挑选并纯化出某种具有 一定特征的细胞株

由于该类细胞寿命有限,一般从动物的胚胎组织 中获取。如WI-38、MRC-5、2BS等
1. 只有从正常组织中分离的原代细胞才能用来生产 生物制品,如鸡胚细胞、兔肾细胞等
2. 二倍体细胞,即使经过多次传代也可用于生产, 如WI-38,2BS细胞等 3. 用异倍体传代细胞生产重组基因产品,如t-PA、 EPO、Ⅷ因子等 4. 按照FDA对细胞株的要求,控制最终产品中 DNA残留量
二、生产用动物细胞的获得
缬、亮、异亮、苏、赖、色、苯丙、蛋、组、酪、精、胱。
止分裂的现象。
3. 正常二倍体细胞的生长寿命是有限的:时间长短决定 于细胞来源的种族和年龄 原代培养 有限细胞系
无限细胞系(连续细胞系)
4. 动物细胞对周围环境十分敏感 对理化因素敏感:如渗透压、pH、离子强度、剪切
力、微量元素等。
5. 动物细胞对培养基的要求高 必需氨基酸、维生素、无机盐、微量元素、葡萄糖、 细胞生长因子、贴壁因子等。 6. 动物细胞对蛋白质的合成途径和修饰功能与细菌不同
生物Fra Baidu bibliotek药
第三章 动物细胞工程制药
第一节 概述
Robert Hooke 及其制作的显微镜
Leeuwenhoek首次观察到了活的细胞

德国植物学家Schleiden和动物学家Schwann创立
了细胞学说

1885年Roux用生理盐水成功培养鸡胚组织 1907年Harrison成功培养了离体的蛙胚神经组织, 并观察到神经细胞突起的生长过程。开创现代细 胞培养的新纪元。
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