大规模细胞培养技术
动物细胞大规模培养技术
•动物细胞大规模培养技术
(三) 培养基与细胞系
• 动物细胞培养基是细胞赖以生长、增殖的重 要因素。天然培养基、合成培养基后，无血清 培养基开发成为当今细胞领域的一大课题。
• 无血清培养基的优势在于避免血清的批次、质 量、成分等对细胞造成的污染、毒性和不利于 产品纯化等不良影响。
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•动物细胞大规模培养技术
1悬浮培养技术
基本操作 (1)将动物培养材料分散成细胞悬浮液\ 过滤、离心、纯化、漂洗后接种到有适 宜培养液的培养系统中。传代时按比例 稀释即可继续培养。
•动物细胞大规模培养技术
•动物细胞大规模培养技术
• 对贴壁性•细2微胞载，最体初培采养用技在术培养液中加
人一定数量的小滚瓶，增加细胞生长的 贴壁面积。此方法构造简单，成本低， 重复性好，放大过程可依靠滚瓶数量的 增加。但产率低，劳动强度大，占空间 大。微载体系统培养贴壁细胞，一定程 度上改变了以上这些不足。微载体是直 径60—250um的微珠。
•动物细胞大规模培养技术
• 采用胶原酶消化比胰蛋白酶-EDTA法可获 得更完整的细胞膜和更高的细胞活性。 胶原酶专一性好，不损伤细胞膜，效果 较好。
•动物细胞大规模培养技术
(6)分离细胞：
• 对于回收率要求不高的细胞种类，分组 沉降简单易行。
• 脱离微载体的培养液放入细长容器，于上清液 中分离收集细胞，400r／min，2min离心加速 微载体沉淀。
• 1.病毒疫苗 • 2.非抗体免疫调节剂 • 3.多肽生长因子 • 4.酶类 • 5.激素 • 6.肿瘤特异性抗原 • 7.单克隆抗体 • 8.病毒杀虫剂
•动物细胞大规模培养技术
第十二动物细胞的大规模培养技术
第十二动物细胞的大规模培养技术大规模培养哺乳类细胞是生产许多临床和医学上重要生物制品的一种有效的方法，这些生物制品包括疫苗、干扰素、激素、生长因子和单克隆抗体等，推动了生物学和医学的发展，给医学卫生事业带来了巨大的社会效益和经济效益。
基因工程技术、细胞工程技术，以及新的细胞大规模繁殖培养系统的发展，是构成上述成就的主要原因。
然而，体外大规模繁殖真核细胞要比原核细胞困难得多，如细菌、酵母菌和霉菌的细胞壁厚，能耐受搅拌，不易破碎，营养要求低，生长条件易于控制，增殖周期短，产品的产量也高，目前国外已用20万L发酵罐进行生产。
而真核细胞膜薄而娇嫩、易碎，对营养要求高，大多数细胞必须贴壁附着生长，更重要的是真核细胞具有原核细胞所没有的功能，能对其分泌产物进行修饰，例如二硫键的形成、糖甲酰化等，使产物具有完整的生物学功能，另外原核细胞经基因工程技术所合成的生物制品，不是分泌型的而是同细胞相结合的，需要破碎细胞，释出产物，再经浓缩、纯化；因后加工过程复杂，而使产品的得率受到损失。
利用真核细胞，可以不断合成和分泌，不断收获，后加工过程也相对简单，而且细胞往往可以重复利用。
因此，利用培养的动物细胞生产的生物制品，仍有很高的市场价值。
实验室常规培养动物细胞的方法是用人工合成培养液加上一定量的小牛血清，将细胞放在不同的容器中进行培养，如微孔板、培养皿以及各种培养瓶等。
一船培养容器的体积很小，最大培养体积为1—2L。
用这种方法培养的细胞所分泌的产物是有限的，无法满足实验研究和应用研究的需要。
利用小鼠腹水法繁殖杂交瘤细胞生产各种单克隆抗体；虽然能获得较高浓度的单克隆抗体，一般每只小鼠腹水单克隆抗体浓度在10mg／m1左右，但不易控制动物的批间差异和非特异的小鼠免疫球蛋白，以及潜在感染因子的污染。
单克隆抗体纯度差，分离纯化难度大，成本不低，又不宜用于人体内的诊断和治疗。
因此，不可能作为大规模生产单克隆抗体的主要方法。
应用细胞工程技术，建立大规模细胞培养系统生产各种生物活性物质，是一种比较经济可靠的技术。
细胞大规模培养
主要操作步骤
先镜检培养物，观察细胞的接种密度 在超净工作台内进行操作，将培养用液瓶口用75％酒精消毒， 倒掉培养细胞的旧培养基。用D-PBSA溶液进行清洗，再在 培养瓶中加入适量0.25%胰蛋白酶消化，放入CO2培养箱一 分钟。盖好瓶盖后在倒置显微镜下观察，当在显微镜下见细 胞质回缩，胞体收回突起变圆，细胞间隙增大时立即翻转培 养瓶，使细胞脱离胰酶，然后将胰酶倒掉，加培养液终止消 化。注意勿使细胞提早脱落入消化液中。(若胰酶中加有 EDTA还得加入2到3mlHanks液，轻轻转动培养瓶，以冲掉 残余消化液中的EDTA，弃去Hanks液） 加入少量的含血清的新鲜培养基，轻轻反复吹打消化好的细 胞使其脱壁并分散，再根据分传瓶数补加一定量的含血清的 新鲜培养基制成细胞悬液，然后分装到新培养瓶中。盖上瓶 盖，适度拧紧后再稍回转，以利于CO2气体的进入，将培养 瓶放回CO2培养箱
注意事项
吸取细胞悬液时，需注意无菌操作，应在超净工作 台内使用微量移液器套装无菌吸嘴进行操作 用0.25%胰蛋白酶消化时，注意勿使细胞提早脱落 入消化液中 计数时，应先将细胞悬液混匀再计数
显微镜下观察细胞的汇合度情况
第二天
第三天
第四天
种子细胞扩大培养数据分析
培养天数 培养容器 培养容器用量 培养体积
复苏的注意事项
在细胞复苏操作时，应注意融化冻存细胞速度要快， 可不时摇动安瓿或冷冻管，使之尽快通过最易受损 的温度段(-5～0℃)。 离心强度不宜过大，避免对细胞的损伤。
二、种子细胞的扩大培养
为了获得足够接种生产罐所需的细胞，需要进行连 续的扩大培养。 镜检培养物，确认汇合度是否接近或达到100％； 无菌操作，消化、收集细胞（用0.25 ％ 胰蛋白酶 消化） 目的是为了满足1000L细胞种子罐接种需求，要求 密度不低于5×104/ml ，那么总细胞数则不应低于 5×105 依据生产用细胞罐的培养体系的体积数和生长罐内 细胞接种的起始密度，即可计数出所需种子细胞的 总数
大规模培养细胞技术
[9]张立,严春,范卫民,等.Vero细胞的微载体培养——放大过程中的接种工艺[J].华东理工大学学报,1998,24:659~663
[10]Zhang L,Zhang Y,Yan C,et al.The culture of chicken embryo fibroblast cells on microcarriers to produce infectious bursal disease virus[J].App Biochem Biotechnol,1997,62:291~30
2.1.3
巨载体培养，是相对微载体和细胞而言的。在这种培养方式中，细胞虽然也像微载体一样贴附于固定的表面生长，但巨载体在生物反应器中是固定的，不因为搅拌而跟随培养液一起运动。
2.2悬浮培养
细胞悬浮培养是指在反应器中自有悬浮生长的过程。悬浮培养系统主要用于非贴壁依赖性细胞的培养。杂交瘤细胞的悬浮培养是研究得最广泛和透彻的动物细胞培养过程，培养规模最大，操作最成熟。近年来，随着无血清培养技术的发展，越来越多的贴壁依赖性细胞被驯化适合于无血清悬浮培养，例如重组CHO细胞和BHK细胞的大规模悬浮培养都获得了成功[11]。
大规模
摘要：细胞培养工作始于20世纪初，现已广泛应用于生物学、医学各个领域，成为细胞与组织研究的重要技术之一。近年来，随着基因工程和细胞工程技术的不断发展，动物细胞培养已成为大规模生产一系列有商品价值的生物制品的重要宿主，当前人们已经能够生产多种单克隆抗体、激素、细胞因子、病毒疫苗和具有特殊功能的效应细胞等。但是，实验室采用的细胞培养技术获得的细胞量有限，不能满足生产的需求，必修改用超产培养技术方法方可获得大量细胞，目前这种技术种类繁多，归纳起来有三大类：①贴壁培养法；②悬浮培养法；③固定化培养法。细胞体外培养技术的不断发展和完善，为组织和器官培养以及现代生物技术前沿的转基因动物技术、克隆技术、干细胞定向分化、体外受精、性别控制等一系列技术的发展奠定了基础。
大规模细胞培养技术的操作方式
大规模细胞培养技术的操作方式规模细胞培养的操作方式可分为：分批式、流加式、半连续式、连续式和灌注式五种。
一、分批式培养（batch culture）分批式培养（batch culture）是细胞规模培养发展进程中较早期采用的方式，也是其它操作方式的基础。
该方式采用机械搅拌式生物反应器，将细胞扩大培养后，一次性转入生物反应器内进行培养，在培养过程中其体积不变，不添加其它成分，待细胞增长和产物形成积累到适当的时间，一次性收获细胞、产物、培养基的操作方式。
该方式的特点:操作简单。
培养周期短，染菌和细胞突变的风险小。
反应器系统属于封闭式，培养过程中与外部环境没有物料交换，除了控制温度、pH值和通气外，不进行其他任何控制，因此操作简单，容易掌握；直观反映细胞生长代谢的过程。
因培养期间细胞生长代谢是在一个相对固定的营养环境，不添加任何营养成分,因此可直观的反映细胞生长代谢的过程,是动物细胞工艺基础条件或"小试"研究常用的手段；可直接放大。
由于培养过程工艺简单，对设备和控制的要求较低，设备的通用性强，反应器参数的放大原理和过程控制，比较其它培养系统较易理解和掌握，在工业化生产中分批式培养操作是传统的、常用的方法，其工业反应器(Genetech)规模可达12000L。
分批培养过程中，细胞的生长分为五个阶段：延滞期、对数生长期、减速期、平稳期和衰退期。
分批培养的周期时间多在3-5天，细胞生长动力学表现为细胞先经历对数生长期（48-72h）细胞密度达到最高值后，由于营养物质耗劫或代谢毒副产物的累积细胞生长进入衰退期进而死亡，表现出典型的生长周期。
收获产物通常是在细胞快要死亡前或已经死亡后进行。
二、流加式培养（feeding culture）1.流加式培养是在批式培养的基础上，采用机械搅拌式生物反应器系统，悬浮培养细胞或以悬浮微载体培养贴壁细胞，细胞初始接种的培养基体积一般为终体积的1/2～1/3，在培养过程中根据细胞对营养物质的不断消耗和需求，流加浓缩的营养物或培养基，从而使细胞持续生长至较高的密度，目标产品达到较高的水平，整个培养过程没有流出或回收，通常在细胞进入衰亡期或衰亡期后进行终止回收整个反应体系，分离细胞和细胞碎片，浓缩、纯化目标蛋白。
动物细胞大规模培养技术
一、前言动物细胞培养开始于本世纪初1962年，动物细胞培养规模开始扩大，发展至今已成为生物、医学研究和应用中广泛采用的技术方法，利用动物细胞培养生产具有重要医用价值的酶、生长因子、疫苗和单抗等，动物细胞培养已成为医药生物高技术产业的重要部分。
利用动物细胞培养技术生产的生物制品已占世界生物高技术产品市场份额的50%。
动物细胞大规模培养技术是生物技术制药中非常重要的环节。
目前，动物细胞有悬浮培养和贴壁培养.技术水平的提高主要集中在培养规模的进一步扩大、优化细胞培养环境、改变细胞特性、提高产品的产率与保证其质量上。
二、动物细胞的特点及生长特性动物细胞虽可像微生物细胞一样，在人工控制条件的生物反应器中进行大规模培养，但其细胞结构和培养特性与微生物细胞相比，有显著差别：①动物细胞比微生物细胞大得多，无细胞壁，机械强度低，对剪切力敏感，适应环境能力差；②倍增时间长，生长缓慢，易受微生物污染，培养时须用抗生素；③培养过程需氧量少(氧传质系数KLa 大于10 h-1即可满足每毫升107个细胞的生长)；④培养过程中细胞相互粘连以集群形式存在；⑤原代培养细胞一般繁殖50 代即退化死亡；⑥代谢产物具有生物活性，生产成本高，但附加值也高。
三、动物细胞的固定化培养技术1、固定化培养方法在动物细胞培养中，培养细胞的目的不仅仅要求催化活细胞培养中，培养细胞的目的不仅仅要求催化活力，更重要的是利用细胞来合成和分泌蛋白，因此如何保持细胞的活性显得尤为重要。
由于动物细胞的极度敏感性，上述这些固定化方法会对动物细胞产生毒性，另外多糖(如卡拉胶等) 由于具有很高的离子强度也会对细胞产生毒害，故在动物细胞培养中要考虑使用较温和的固定化方法，如吸附、包埋、中空纤维或胶囊化。
（1）吸附①多孔陶瓷美国某公司开发了一种完全自动化的细胞培养系统，该系统的核心是陶质矩形蜂窝状生物反应器。
反应器构型是一圆筒内装置有许多陶质矩形通道的蜂窝状圆柱体，可提供4. 25 m2 的生长表面积，既可用于培养悬浮生长的细胞，又可用于培养贴壁依赖性细胞。
植物细胞工程课件第四章细胞规模化培养技术
培养条件的控制与调节
温度
大多数细胞的最佳生长温度为37°C ，但不同细胞可能有所差异。
湿度
培养环境中的湿度对细胞的生长也有 影响，通常需要维持一定的湿度水平 。
pH值
培养基的pH值对细胞的生长至关重 要，大多数细胞的最佳pH值为7.27.4。
气体环境
细胞培养过程中的气体环境，如氧气 和二氧化碳的浓度，也会影响细胞的 生长和代谢。
产物检测分析
利用植物细胞规模化培养技术，可以对产生的代谢产物进行检测和分析 ，了解产物的性质和作用机理，为后续的应用研究提供依据。
THANKS。
高效性
规模化培养技术可以获得大量的细胞，提高了生产效率和 经济效益。
可控性
通过调节培养条件，如温度、pH、营养物质等，可以控 制细胞的生长和代谢过程。
灵活性
可以根据需要选择不同的细胞类型、培养基和培养条件， 以适应不同的应用需求。
培养技术的历史与发展
历史
细胞规模化培养技术始于20世纪50年代，最初是用于生产疫苗和单克隆抗体。 随着技术的不断发展和改进，现在已广泛应用于生物医药、农业、环保等领域 。
培养基的组成与优化
01
02
03
营养成分
培养基中需要包含细胞生 长所需的营养成分，如碳 源、氮源、无机盐等。
生长因子
某些细胞还需要特定的生 长因子才能正常生长，这 些生长因子通常由血清或 胰蛋白酶抑制剂等提供。
优化培养基
根据具体的细胞类型和培 养目的，需要对培养基的 组成进行优化，以满足细 胞的特定需求。
03
细胞规模化培养技术的操作流 程
细胞培养的准备阶段
确定培养目标
明确细胞培养的目的，如 生产次生代谢产物、细胞 生长研究等。
细胞扩大培养
种子细胞扩大培养过程
1.25cm²方瓶 2.75cm²方瓶 3.7.5l细胞罐 4.40l细胞罐 5.120l细胞罐 6.500l细胞罐 7.1200l细胞罐
• 接种密度5万～50 万/ml之间
• 全程严格无菌操作， 培养物无微生物污 染和其他细胞污染
注意事项
(1)超净工作Байду номын сангаас的准备:实验所需器材与无菌器皿放置, 开紫外,通风。
(2)镜检:观察细胞的生长密度,有无染菌。 （3）手消毒，培养瓶口用酒精擦拭，用 洗时，吹
打。 （4）胰蛋白酶的作用：使动物细胞间的胶原纤维
和细胞外的其他成分酶解，从而使粘连的细胞脱 壁悬浮。胰蛋白酶处理时间过长对细胞有毒性作 用，最适温度37摄氏度。 （5）培养液用前摇匀。
2.B2组的操作步骤
A细胞计数,结果为8万每毫升。
B把10毫升的培养液平均放入6孔,把3毫升细 胞液平均放入6孔,再混匀。镜检，标记，放 入培养箱培养。（星期一下午3点)
C星期二，三镜检观察，细胞不断生长，星 期四发现细胞染菌。
细胞大规模培养技术
培养对象：MMSC细胞 规模：1000L
复苏
1.把冻存管取出来，立即投入37℃水浴锅中， 轻微摇动。液体融化1分钟，拿出来喷点酒 精放到超净工作台里。
2.把上述细胞悬液吸到装10ml培养基的15ml 的离心管中，1000转离心6分钟。
3.把上清液倒掉，加1ml新鲜培养液把细胞悬 浮起来。转移到培养瓶中，加新鲜培养液 混匀，静置3分钟，镜检。
培养设备与培养形式
• 贴壁培养设备：搅拌反应器、中空纤维反 应器、玻璃珠床反应器等。
• 培养形式：分批式培养，流加式培养，半 连续式培养，连续式培养。
细胞的大规模培养
细胞的大规模培养————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:2９3细胞的大规模培养29３细胞是腺病毒载体的包装细胞。
腺病毒是继逆转录病毒后用于基因治疗研究的热门载体。
直接将腺病毒载体导入人体内表达目的基因,治疗恶性肿瘤、心血管疾病或一些遗传疾病已取得可喜进展；利用腺病毒载体在包装细胞293中表达分泌性蛋白质,如蛋白酪氨酸激酶1C等亦成为生产重组蛋白的一条途径。
因此完善2９3细胞的大规模培养技术具有越来越重要的市场意义。
哺乳细胞的大规模培养方式有三种：贴壁培养、微载体培养、无血清悬浮培养。
这三种方式均可用于293细胞的大规模培养。
２93细胞特性2９3细胞是用5型腺病毒75株系转化,含有Ad5 E1区的人胚肾细胞。
它是加拿大MｃＭasteｒUｎiveｒsｉtｙ的Ｆ.L.Grahａm与J．S.Ｍiｌey于１976年用DNA转染技术构建而成。
２9３细胞是贴壁依赖型成上皮样细胞，表现出典型的腺病毒转化细胞的表型，细胞允许Aｄ５和其他血清型腺病毒在其上增殖。
293细胞为人亚三倍体细胞系。
29３细胞在无Ｃａ2+或含Cａ2＋培养基中可同样生长,也可生长在血清浓度降低的培养基中。
转瓶培养转瓶培养一般用于小量培养到大规模培养的过渡阶段,或作为生物反应器接种细胞准备的一条途径。
与传统静止单层培养相比，转瓶具有三大优点：为细胞提供较大的生长表面;轻微的转动可以防止培养液中形成的某些成分对细胞生长可能产生的影响;细胞大部分时间仅覆盖一薄层培养液,有利于气体交换。
我们已成功实现293细胞的转瓶培养。
由于293细胞对生长环境的改变较为敏感,细胞容易成团,因此维持稳定的温度、酸碱度和转动速度对细胞正常均匀生长至关重要。
现在使用的转瓶培养系统包括二氧化碳培养箱和转瓶机两部分。
２93细胞接种后，维持适当的转速培养。
不同的细胞转速略有不同。
细胞大规模培养技术流程
细胞大规模培养技术流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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在进行细胞大规模培养之前，需要进行一系列的准备工作，以确保培养过程的顺利进行。
细胞工程第十章动物细胞大规模培养技术
02
动物细胞大规模培养技术的基本原理
动物细胞的基本特性
动物细胞具有特定的形态和功能，如上皮细胞、肌 肉细胞、神经细胞等。
动物细胞具有高度的代谢活性，能够合成蛋白质、 酶等生物大分子。
动物细胞具有膜结构，能够进行物质交换和信号转 导。
动物细胞生长与增殖的机制
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动物细胞通过分裂进行增殖，分裂过程中需要进行 DNA复制和细胞分裂。
定义与特点
定义
动物细胞大规模培养技术是指通过一定的生物反应器系统，在一 定的培养条件下，大规模培养动物细胞以获取所需的细胞、组织 或生物制品的技术。
特点
动物细胞大规模培养技术具有高效、可重复性高、可工业化生产 等优点，广泛应用于生物医药、生物制品、生物材料等领域。
动物细胞大规模培养技术的应用领域
监控与检测
建立完善的监控和检测体系，定期对培养物进行 微生物、支原体和内毒素检测，确保产品质量。
3
安全性评估
对大规模培养的动物细胞进行安全性评估，包括 细胞形态、染色体数目、病毒污染等方面，确保 产品安全可靠。
提高培养效率与产物质量的策略与方法
选择适宜的细胞株
选择增殖能力强、产物表达量高的细胞株，提高培养效率和产物 质量。
动物细胞的生长与增殖受到多种因素的影响，如营养 物质、激素、生长因子等。
动物细胞的生长与增殖过程受到细胞周期的调控，细 胞周期包括分裂间期和分裂期。
动物细胞培养的环境因素
01
02
03
04
温度
维持适宜的温度是动物细胞培 养的基本条件，不同种类的动 物细胞对温度的需求不同。
气体环境
动物细胞培养需要适宜的气体 环境，如95%空气（细胞代谢 必需的）和5%的${CO}_{2} ($ 维持培养基的酸碱度)。
细胞工程应用技术：细胞的大量培养
第三篇细胞工程的应用技术细胞的大量培养近年来细胞工程的相关技术发展十分迅速，尤其是在实际应用和生产工艺上获得了可观的成就，当前人们已经能够通过大量细胞培养的细胞工程，生产多种单克隆抗体、激素、细胞因子、病毒疫苗和具有特殊功能的效应细胞等。
因实验室采用的细胞培养技术获得的细胞量有限，不能满足生产的需求，必须改用超产培养技术方可获得大量细胞，目前这种技术种类繁多，归纳起来有三大类：(1)单层静置贴壁培养法；(2)悬浮培养法；(3)固定化培养法。
这些超产培养技术通常是研究开发机构及生产性企业常采取的方法，在我国已开始进入研究和试生产阶段，各大生物制品研究所及生化制药和生物工程公司的制药企业，根据生产需要而采用了切实可行的不同方法和技术设备。
下面介绍一些有关细胞大量培养的方法（如图23-1），在实际应用和生产实践中可根据需要来选择下列细胞大量培养的方法。
转管及转瓶培养单层静置贴壁培养旋转园柱管培养1.多层繁殖器细 2.多层托盘式装置胞多层培养 3.Opticell培养系统大 4.塑料软片培养系统量 5.Heli-cel薄膜卷带式培养培固定化培养养微载体培养的中空纤维灌注培养方玻璃珠床培养法包被细胞培养翻滚培养旋转培养悬浮培养电磁搅拌培养振荡培养振动器培养滋养器装置搅拌生物反应器发酵罐培养气动发酵器第一节培养要素控制及其参数的测定一、细胞的定量测定(一)细胞数量的测定：采用常规细胞计数法(见前第一篇第九章第四节)测定细胞总数及活细胞数，并计算细胞存活率。
(二)细胞活性的测定1、直接测定：计数法中的细胞存活率的测定虽能显示细胞的生长活力，但误差大，故常采用MTT法或3H-TdR掺入法可准确地显示细胞的代谢状态和生长繁殖的活力。
(方法见第一篇第九章第五节)2、间接测定细胞活性间接测定法是基于测定细胞代谢活性之上的。
最为普通的参数是葡萄糖的利用及生物氧化后的代谢产物，如乳酸或丙酮酸产物等。
(三)培养要素控制1、容器生长表面的选择和处理(静置贴壁培养)-细胞培养容器的生长表面为玻璃、不锈钢(或钛)、塑料表面。
大规模细胞培养及发酵技术
谷氨酰胺
• 与葡萄糖一样, 谷氨酰胺也是细胞的主要物质: * 碳和氮 * 能量 • 谷氨酰胺通常被认为是细胞培养的主要限制营养 –谷氨酰胺是生物合成的前体物质: * 嘌呤 * 嘌呤核苷 –谷氨酰胺是合成嘧啶，氨基糖和天冬的主要氨基受技术，兼有悬浮 培养和贴壁培养的优点，易于放大。（ Cytodex，Cytopore和Cytoline）
• 无血清悬浮培养
用已知人源或动物来源的蛋白或激素代替动物血 清的一种细胞培养技术
动物细胞大规模培养过程中 重要参数
• • • • • • • pH 溶氧 温度 谷氨酸/谷氨酰胺 葡萄糖 乳酸 CO2
• 葡萄糖和谷氨酰胺是相互补充的: – 产生其他代谢物 (例如: 天冬氨酸) – 提供能量 – 在所有细胞中通过糖酵解途径转变 成丙酮. • 葡萄糖的代谢随细胞生长而增加. – 葡萄糖通常是细胞生长的限制因素
5
Gluc (mmol)
4 3 2 1 0
葡萄糖
• 监控细胞反应器和发酵罐中的葡萄糖水平: – 保证细胞正常生长所需能量. • 开发延长细胞培养周期的标准补料策略. • 计算葡萄糖消耗速率和决定批次培养最佳的起始浓度.
• 在细胞培养和发酵过程中，O2 通常是限制营养成分，是因 为它在溶液中低溶解度:
–通常关心对培养液中 % O2, 也就是“溶氧” 值 (DO): –理论DO: 80% +/- 5 % (哺乳动物细胞培养) > 90 % DO2 (细菌培养） –O2 也可能通过自由基形成对细胞造成伤害,在低pO2 水平，细 胞的活性通常越高 (O2 值必须维持在最低的水平) –然而, 原代细胞可能在低 O2 条件下繁殖受延迟 因而，维持正确的O2的平衡，对保证所有细胞正确生长 都非常重要,一般30-50%
动物细胞大规模培养技术
青 睐。 到各 大、 中城市建立绿色产品专卖店 、 连锁店 、 加盟店 ，
到各 大 超 市 开 设食 品 专 柜 、 销 区等 ， 产 品运 输 、 藏 中 实 专 在 储 行绿 色 冷 链 管 理 ， 保 产 品 的 绿 色 营 养 品 质 ， 进 产 品 的 营 确 促
６ 延伸产业链 。 ． ２ 推行产业化 随着人们生活水平的逐步提高 ， 绿色食品的市场竞争愈
原本 为圆形的细胞一经 贴壁就迅速铺展 ，然后开始有丝分
裂 ， 很 快进 入 对 数 生 长期 。 般 数天 后 就 铺 满 培养 表 面 ， 并 一 并
新 。我国是疫苗产品 的最大使用国和最大生产 国， 但关键生 产工艺以及部分疫苗质量与 国际发达 国家存在较大差距 。 国 内大部分疫苗生产企业仍采用的转瓶 培养 动物细胞 ， 每个转
（ ） 细胞 繁 殖贴 壁后 不 易 消化 下 来 ， 的扩 大 比较 困难 ； １ 培养
进一步扩大 、 优化细胞培养环境 、 高产 品的产 出率与保证 提
其质量 ， 动物细胞大规模 培养技术 已成为各生产企业 发展 至
关 重 要 的环 节 。
近几年来 ，随着科学技术的发展和人们认识 的提高 ， 为
演愈烈 ， 所以不断完善质量管理体系 ， 研发绿色产品 ， 全力 打
销， 扩大产品在国内外市场 的知名度和 占有率。实施绿 色营 销奠定 良好的基础 。进一步提高企业 知名度增强品牌效应 、
专 论 与 综 述
动物细胞大 规模 培 养技术
朱庆 虎 秦 红 丽 陈 弘 ４刘 兰刚 ２ 二 勇 。 ， ， ， ， 康
（． １哈尔滨 兽 医研 究所 ， 哈尔滨 １ ０ ０ ；． ５ ０ １ ２武川县 农村 改水 办公室 。武 川 ３天津 市天农 大生物技 术发展 有 限公司 ，天津 ． ３００ ； ０ ４ ２ ０ １０ ； １ ７ ０
大规模细胞培养co2分压较高的原因
大规模细胞培养CO2分压较高的原因1. 背景介绍大规模细胞培养是生物技术领域中的重要环节，包括生物药物生产、生物燃料生产等多个方面。
在细胞培养过程中，CO2分压的控制是非常关键的环节，它直接影响细胞生长、代谢过程和产物的质量。
然而，在大规模细胞培养中，常常出现CO2分压较高的情况，这会影响整个培养过程的稳定性和效果。
本文将探讨大规模细胞培养CO2分压较高的原因。
2. 培养容器密封性不佳在大规模细胞培养过程中，培养容器的密封性是非常重要的。
如果培养容器密封性不佳，外部空气中的CO2就会不断进入培养系统，导致CO2分压升高。
这可能是培养容器本身的设计或制造工艺不佳，也可能是使用过程中容器出现了损坏或老化。
3. 细胞代谢产生大量CO2在细胞培养过程中，细胞的代谢会产生大量的CO2。
当细胞密度较高、代谢活性较强时，产生的CO2量会明显增加，导致培养环境中CO2分压升高。
这可能是由于培养条件（如培养基成分、温度等）不合适或操作失误导致的。
4. CO2供给系统失控大规模细胞培养通常需要使用CO2供给系统来调节培养环境中的CO2分压。
如果CO2供给系统失控，就可能导致CO2分压较高的情况。
这可能是由于供给系统设计不合理、设备故障或操作不当等原因引起的。
5. 培养条件调控不当适宜的培养条件对于细胞培养的成功至关重要。
如果培养条件调控不当，如PH值、温度、气体分压等参数的控制失误，就会导致CO2分压偏高。
这可能是由于操作人员技术不熟练或质量管理不到位等原因造成的。
6. 结语大规模细胞培养CO2分压较高可能是多种因素的综合作用所致。
在实际操作中，需要严格控制培养容器的密封性、优化培养条件、合理设计和维护CO2供给系统等方面，以确保培养过程中CO2分压的稳定性和合理性。
希望本文的讨论能够对大规模细胞培养过程中CO2分压的控制提供一定的参考和帮助。
7. 培养容器密封性优化为了避免培养容器密封性不佳导致CO2分压升高的问题，生物技术领域的研究人员和工程师们致力于改进培养容器的密封性。
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大规模细胞培养技术简介大规模培养技术应用简介通过大规模体外培养技术培养哺乳类动物细胞是生产生物制品的有效方法。
上世纪60-70 年代，就已创立了可用于大规模培养动物细胞的微载体培养系统和中空纤维细胞培养技术。
近十数年来，由于人类对生长激素、干扰素、单克隆抗体、疫苗及白细胞介素等生物制品的需求猛增，以传统的生物化学技术从动物组织获取生物制品已远远不能满足这一需求。
随着细胞培养的原理与方法日臻完善，动物细胞大规模培养技术趋于成熟。
所谓动物细胞大规模培养技术( large-scale culture technology )是指在人工条件下(设定ph、温度、溶氧等) ，在细胞培养工厂 (Cosmo Cat.No. 1101-400 or 1101-800 )或生物反应器( bioreactor )中高密度大量培养动物细胞用于生产生物制品的技术。
目前可大规模培养的动物细胞有鸡胚、猪肾、猴肾、地鼠肾等多种原代细胞及人二倍体细胞、cho(中华仓鼠卵巢) 细胞、BHK-21( 仓鼠肾细胞)、Vero 细胞(非洲绿猴肾传代细胞，是贴壁依赖的成纤维细胞)等，并已成功生产了包括狂犬病疫苗、口蹄疫疫苗、甲型肝炎疫苗、乙型肝炎疫苗、红细胞生成素、单克隆抗体等产品。
在过去几十年来，该技术经有了很大发展，从使用转瓶(rollerbottle) 、CellCube 等贴壁细胞培养，发展为一次性细胞培养工厂( Made by Cosmo )或生物反应器 (Bioreactor )进行大规模细胞培养。
第一代细胞培养技术核心问题是难以产业化或者说是规模化生产：一是在工艺生产时不能大规模制备产品；二是非批量生产容易导致产品质量的不均一性；三是难以对同批生产进行生产和质量控制。
随着生物技术的发展，迫切需要大规模的细胞培养，特别是培养表达特异性蛋白的哺乳动物细胞，以便获得大量有用的细胞表达产物。
采用玻璃瓶静置或旋转瓶的培养方法，已不能满足所需细胞数量及其分泌产物。
因而必须为工业化生产开创一种新的技术方法。
自70 年代以来，细胞培养用生物反应器有很大的发展，种类越来越多，规模越来越大，较常见的细胞培养生物反应器有空气提升反应器，中空纤维管反应器，无泡搅拌反应器及篮式生物反应器等。
八十年代以来，人们逐渐开始以生物反应器培养代替鼠腹水的方法获得单克隆抗体。
动物细胞是一种无细胞壁的真核细胞，生长缓慢，对培养环境十分敏感。
采用传统的生物化工技术进行动物细胞大量培养，除了要满足培养过程必需的营养要求外，有必要建立合理的控制模型，进行pH 和溶氧( DO)的最佳控制。
细胞生物反应器可通过微机有序地定量地控制加入动物细胞培养罐内的空气、氧气、氮气和二氧化碳四种气体的流量，使其保持最佳的比例来控制细胞培养液中的pH 值和溶氧水平，使系统始终处于最佳状态，以满足动物细胞的生长对pH 值和溶解氧的需要。
如为提高或达到一定的溶氧水平可改变通入培养罐内气体中氧气和氮气的比例来实现控制DO值的目的。
采用二氧化碳/碳酸氢钠( CO2/NaHCO3) 缓冲液系统来控制培养液的pH 值是一种较好的方法。
现在，由于动物细胞培养技术在规模和可靠性方面都不断发展，且从中得到的蛋白质也被证明是安全有效的，因此人们对动物细胞培养的态度已经发生了改变。
许多人用和兽用的重要蛋白质药物和疫苗，尤其是那些相对较大、较复杂或糖基化( glycosylated )的蛋白质来说，动物细胞培养是首选的生产方式。
60 年代初，英国AVRI 研究所在贴壁细胞系BHK21 中将口蹄疫病毒培养成功后，从最初的200ml 和800ml 玻璃容器开始，很快就放大到30L 和100L 不锈钢罐的培养规模。
使用的是基于Eagle's 配方的培养基，补充5% 成年牛血清和蛋白胨。
1967 年以后，Wellcome (现为Cooper 动物保健)集团分布于欧洲、非洲和南美洲8 个国家的生产厂商，应用此项技术工业规模化生产口蹄疫疫苗和兽用狂犬疫苗，已掌握了5000L 的细胞罐大规模培养技术。
目前已实现商业化的产品有：口蹄疫疫苗、狂犬病疫苗、牛白血病病毒疫苗、脊髓灰质炎病毒疫苗、乙型肝炎疫苗、疱疮病毒疫苗、巨细胞病毒疫苗、α及β干扰素、血纤维蛋白溶酶原激活剂、凝血因子Ⅷ和Ⅸ、促红细胞素、松弛素、生长激素、蛋白C、免疫球蛋白、尿激酶、激肽释放酶及200种单克隆抗体等。
其中，口蹄疫疫苗是动物细胞大规模培养方法生产的主要产品之一。
1983 年，英国Wellcome 公司就已能够利用动物细胞进行大规模培养生产口蹄疫疫苗。
美国Genentech 公司应用SV40 为载体，将乙型肝炎病毒表面抗原基因插入哺乳动物细胞内进行高效表达，已生产出乙型肝炎疫苗。
英国Wellcome 公司采用8000L Namalwa 细胞生产α干扰素。
英国Celltech 公司用气升式生物反应器生α、β和γ干扰素；用无血清培养液在10000L 气升式生物反应器中培养杂交瘤细胞生产单克隆抗体。
美国Endotronic 公司用中空纤维生物反应器大规模培养动物细胞生产出免疫球蛋白G、A、M 和尿激酶、人生长激素等。
第二节大规模培养常用方法根据动物细胞的类型，可采用贴壁培养、悬浮培养和固定化培养等三种培养方法进行大规模培养。
一、动物细胞生长特性及培养温度1.细胞生长缓慢，易污染，培养需用抗生素2.细胞大，无细胞壁，机械强度低，环境适应性差3.需氧少，不耐受强力通风与搅拌4.群体生长效应，贴壁生长（锚地依赖性）5.培养过程产品分布细胞内外，成本高6.原代培养细胞一般繁殖50 代即退化死亡依据在体外培养时对生长基质依赖性差异，动物细胞可分为两类：贴壁依赖型细胞：需要附着于带适量电荷的固体或半固体表面才能生长，大多数动物细胞，包括非淋巴组织细胞和许多异倍体细胞均属于这一类。
非贴壁依赖型细胞：无需附着于固相表面即可生长，包括血液、淋巴组织细胞、许多肿瘤细胞及某些转化细胞。
培养细胞的最适温度相当于各种细胞或组织取材机体的正常温度。
人和哺乳动物细胞培养的最适温度为35~37 ℃。
偏离这一温度，细胞正常的代谢和生长将会受到影响，甚至死亡。
总的来说，培养细胞对低温的耐力比高温高。
温度不超过39℃时，细胞代谢强度与温度成正比；细胞培养置于39~40 ℃环境中1h ，即受到一定损伤，但仍能恢复；当温度达43℃以上时，许多细胞将死亡。
当温度下降到30~20 ℃时，细胞代谢降低，因而与培养基之间物质交换减少。
首先看到的是细胞形态学的改变以及细胞从基质上脱落下来。
当培养物恢复到初始的培养温度时，它们原有的形态和代谢也随之恢复到原有水平。
二、贴壁培养( attachment culture )是指细胞贴附在一定的固相表面进行的培养。
1.生长特性：贴壁依赖型细胞在培养时要贴附于细胞培养器皿 (板、瓶、片、皿) 壁上，细胞一经贴壁就迅速铺展，然后开始有丝分裂，并很快进入对数生长期。
一般数天后就铺满培养表面，并形成致密的细胞单层。
2.贴壁培养的优点：容易更换培养液；细胞紧密黏附于固相表面，可直接倾去旧培养液，清洗后直接加入新培养液。
容易采用灌注培养，从而达到提高细胞密度的目的；因细胞固定表面，不需过滤系统。
当细胞贴壁于生长基质时，很多细胞将更有效的表达一种产品。
同一设备可采用不同的培养液/ 细胞的比例。
适用于所有类型细胞。
3.贴壁培养的缺点：与悬浮培养法相比扩大培养比较困难，投资大；占地面积大；不能有效监测细胞的生长；4.细胞贴壁的表面：要求TC 技术处理后具有净阳电荷和高度表面活性。
对微载体而言还要求具一定电荷密度；若为有机物表面，必须具有亲水性，并带阳电荷5.贴壁培养系统：主要有转瓶、中空纤维(后面专题介绍)、玻璃珠、微载体系统(后面介绍)等。
转瓶培养系统：培养贴壁依赖型细胞最初采用转瓶系统培养。
转瓶培养一般用于小量培养到大规模培养的过渡阶段，或作为生物反应器接种细胞准备的一条途径。
细胞接种在旋转的圆筒形培养器-转瓶中，培养过程中转瓶不断旋转，使细胞交替接触培养液和空气，从而提供较好的传质和传热条件。
转瓶培养具有结构简单，投资少，技术成熟，重复性好，放大只需简单的增加转瓶数量等优点。
但也有其缺点：劳动强度大，占地空间大，单位体积提供细胞生长的表面积小，细胞生长密度低，培养时监测和控制环境条件受到限制等。
现在使用的转瓶培养系统包括二氧化碳培养箱和转瓶机两类。
反应器贴壁培养此种培养方式中，细胞贴附于固定的表面生长，不因为搅拌而跟随培养液一起流动，因此比较容易更换培养液，不需要特殊的分离细胞和培养液的设备，可以采用灌流培养获得高细胞密度，能有效地获得一种产品；但扩大规模较难，不能直接监控细胞的生长情况，故多用于制备用量较小、价值高的生物药品。
CelliGen、CelliGen Plus TM和Bioflo3000 反应器是常用的贴壁培养式生物反应器，用于细胞贴壁培养时可用篮式搅拌系统和圆盘状载体。
此载体是直径6 毫米无纺聚酯纤维圆片，具很高表面积与体积比( 1200cm2/g )，利于获得高细胞密度。
篮式搅拌系统和载体培养是目前贴壁细胞培养使用最多方式，用于杂交瘤细胞、Hela细胞、293 细胞、CHO细胞及其它细胞培养。
此种方式培养细胞，细胞接种后贴壁快。
三、悬浮培养( suspension culture )：是指细胞在反应器中自由悬浮生长的过程。
主要用于非贴壁依赖型细胞培养，如杂交瘤细胞等；是在微生物发酵的基础上发通起来的。
无血清悬浮培养是用已知人源或动物来源的蛋白或激素代替动物血清的一种细胞培养方式，它能减少后期纯化工作，提高产品质量，正逐渐成为动物细胞大规模培养的研究新方向。
四、固定化培养( immobilization culture )：是将动物细胞与水不溶性载体结合起来，再进行培养。
上述两大类细胞都适用，具有细胞生长密度高，抗剪切力和抗污染能力强等优点，细胞易于产物分开，有利于产物分离纯化。
制备方法很多，包括吸附法、共价贴附法、离子/共价交联法、包埋法、微囊法等。
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的方法称为吸附法 (adhesion)。
操作操简便、条件温和、是动物细胞固定化中最早研究使用的方法。
缺点是：载体的负荷能力低，细胞易脱落。
微载体培养和中空纤维培养是该方法的代表，稍后专门介绍。
2.共价贴附法:利用共价键将动物细胞与固相载体结合的固定化方法称为共价贴附法( attachment by covalent bonding )。
此法可减少细胞的泄漏，但须引入化学试剂，对细胞活性有影响，且因贴附而导致扩散限制小，细胞得不到保护。
3.离子/共价交联法:双功能试剂处理细胞悬浮液，会在细胞间形成桥而絮结产生交交联作用，此固定化细胞方法称为离子/共价交联法(cross-linking by covalent bonding )。