细胞工程研究进展

细胞工程研究进展

摘要：本文介绍了细胞工程基础研究的发展现状,，以及细胞工程的基础研

究。包括胚胎培养和试管受精，加倍单倍体技术，单倍体育种，药用植物细胞生物反应器技术，人血清白蛋白融合技术等。

关键词:人血清蛋白；基因工程，药用植物植物细胞培养生物反应器细胞系，发展现状。

细胞工程作为一种科学的研究手段，已经进入到了生物研究的各个方面，成为了不可缺少的一种技术，在各个领域帮助着我们，因此，使生物技术产业成为全球炙手可热的研究热点，美国NASDAQ的Biotech Index近十年来增长了一倍。

一、人血清白蛋白融合技术研究进展

人血清白蛋白融合技术主要利用人血非共价偶联技术，共价偶联技术，纳米技术，融合蛋白药物等技术来实现的。

清白蛋白是人体血液中的主要蛋白，该蛋白由585个氨基酸构成，是人体循环系统内的含量最多的可溶性蛋白，在血液中的浓度为34~54g/L。HSA在调节胶体渗透压、营养和促进伤口愈合等方面起着巨大作用，广泛用于肝硬化腹水、烧伤、休克等的临床治疗，同时还可作为载体蛋白参与药物在体内的运输功能(HSA由肝脏合成，血清半衰期很长，可达19 天HSA能够与gp18、gp30、gp60和FeRn 等受体结合，调节HSA的运输和分布。由于HSA 具有无免疫原性、人体相容性好、组织分布广、无酶活等特性，使其成为非常理想药物融合载体。各种基于HSA的药物融合技术也得到发展和应用，其主要方式主要包括非共价偶联、化学共价偶联、纳米粒子和融合蛋白等四种形式多种针对癌症、肝炎、糖尿病以及心血管疾病的药物都相继被开发成 HSA融合药物，并已进入临床试验阶段，有望在近期投入使用。人血清白蛋白是目前临床应用最为广泛的蛋白之一，通过共价偶联、非共价偶联、物理包埋、基因融合的方法可成功将白蛋白和药物分子偶联，并能够有效地增强药物的半衰期，包括小分子、蛋白、多肽等药物，其中部分产品已经成功应用于临床治疗（如Levemir和Victoza），gp18、gp30和FeRn对HSA 的代谢调控具有重要作用，对其和HSA相互结合的研究能够促进HSA融合技术的发展，尤其是gp18/gp30对化学偶联修饰的白蛋白偶联药物的影响，FeRn -HSA复合物对HSA半衰期的影响，这些方面的研究都将对HSA融合技术的发展具有重要意义，以结构为基础的HSA 融合技术将成为提高药物半衰期和疗效的主要手段。

二、药用植物细胞生物反应器技术的研究进展

我国药用植物种类繁多、使用普遍, 对这些资源的开发与利用有悠久的历史, 是我国中医药学发展的物质基础。

近年来药用植物的大量需求和野外大规模、无计划地过度利用, 野生药用植物资源受到很大破坏, 其中相当一部分已面临濒危。在高度重视天然药物开发利用的同时, 对于药用植物资源的保护和有效利用也成为一个世界性的课题。中药产业在面临着良好的发展机遇的同时亦将面对资源问题的挑战, 于是利用植物细胞培养技术建立药用植物细胞生物反应器来大规模地直接生产药用有效成分就有了特殊的意义。

1.药用植物细胞生物反应器的特点

药用植物细胞生物反应器技术以药用植物细胞或组织的大规模培养为基础, 它根据“植物培养细胞次级代谢全能性”的理论, 将药用植物细胞培养技术引人有用化学物质生产, 把细胞作为一个“活的工厂”, 通过对细胞进行固体或液体悬浮培养大量生产次生代谢产物。当前药用植物细胞生物反应器技术已是生物技术的重要内容, 成为植物组织培养生产应用研究的两大主流之一, 相对于人工栽培具有独特的优点。

(1)节约自然资源, 减少对土地资源的占用, 同时不受地区、季节、气候等自然条件的影响。

(2)细胞培养个体差异小、试验周期短, 便于控制, 能节省人力、物力图。

(3)可以筛选高产的细胞株, 并通过合理实施次生代谢过程的调控提高生产率川。

2.药用植物细胞生物反应器的研究进展

自从1968年和首次报道在生物反应器中成功培养不同植物种类以来,利用植物细胞生物反应器技术, 为植物有用代谢产物的生产提供了有效生产途径和生产方法。1968年日本明治制药公司在古谷等的指导下, 用大型培养罐开始进行人参培养的工业化生产, 从而使植物细胞发酵罐培养进入了工厂化生产的实用阶段。此后植物细胞生物反应器方面的研究取得了迅猛的发展。国外已经或即将开展的药用植物产品的工业化生产还有通过苦瓜细胞培养生产胰岛素、以喜树茎段愈伤组织培养生产喜树碱、以日本黄连细胞培养生产小璧碱、毛花洋地黄细胞培养生产地黄贰丙和地高辛等。与此同时, 许多植物种类的生物反应器技术研究达到中试水平, 一些植物也正向中试过渡, 如在臭椿、细胞悬浮培养以及对亚欧唐松草的有关试验。其中最具影响的是日本利用紫草的细胞培养正式获得了紫草宁商业性产品引。我国药用植物细胞培养的大规模研究是在70年代中期以后, 大量培养直接生产药用物质的研究工作取得了很大的成绩。一些重要的药用植物如人参、西洋参、黄连、长春花等植物细胞培养都十分成功, 经过筛选产生出相对几倍或几十倍于该植物完整植株所产生的代谢产物。据统计有40余种化合物在细胞培养中的含量超过了原植物。我国在植物细胞生物反应器工艺方面最突出的成就是在“八·五”期间刘大陆、查丽杭等发明的“气生内错流”式植物细胞培养反应器。使用这种反应器培养新疆紫草细胞, 培养结束时细胞干重量达到几, 紫草宁含量达到了细胞干重的, 是天然植株含量的一倍。目前, 有关具体药用植物细胞生物反应器技术的研究集中体现在以下几个方面。

2.1通过筛选或一些其他方法获得高产细胞系

高产细胞系的选育是解决植物细胞生物反应器技术可行性问题的关键。测定药用植物次级代谢产物的含量为高产细胞系的建立奠定了基础。常用的测定方法有高效液相色谱法、薄层层析法、高效毛细管电泳法等, 其中等图利用放射免疫测定法, 测定培养的长春花单细胞中西萝芙木碱和蛇根碱的含量, 这一成功使高产细胞系的筛选进人了一个新水平。筛选高产细胞系的方法有很多,目前使用较多的是直接筛选法和诱变育种法。昊蕴祺等多次对种红豆杉终、几逆“夕、入王讹、几汤的愈伤组织培养物进行比较, 最终选择出含量高、生长良好的细胞系。杜金华等.利用小细胞团法筛选花色昔含量高的玫瑰茄细胞系, 花色昔含量最高者为干重的,产量为科, 分别比对照提高了几倍和几十倍。颜谦等从栽培和野生中国黄连的幼叶切块诱导出愈伤组织, 选择较松散的愈伤组织转入液体悬浮培养获得游离细胞和细胞聚集体。经幻叮射线辐射诱变和平板培养, 筛选出小聚碱含量相当于年生亲本植物根茎含量的有个细胞系, 最高的细胞系含量为干重的。用流式细胞仪测定可对植物细胞进行连续筛选, 将生产次级代谢的细胞和其它细胞分离开来’吕。建立培养条件和程序以保证细胞系的最大生产率培养条件的优化包括培养基组成和培养条件如温度、光照、通气等的优化。梁等在研究培养基组成对胡萝卜悬浮系茄红素合成代谢活性影响时,具有一定的实用价值

2.2细胞培养中次生代谢作用的探索及调节控制

次生代谢物以及次生代谢途径的研究, 一直是研究工作者感兴趣的课题之一, 尤其是次生代谢作用的调节与控制。近年来的研究主要集中于分子水平次生代谢调控及诱导子的应用。在辽宁紫草细胞培养中, 研究了与紫草宁生物合成相关的酶类, 初步确定了紫草宁生物合成的关键酶是对轻基苯甲酸一耗牛儿基转移酶一罗。等山在紫草细胞的悬浮培养中加人真菌诱导子采取两相培养, 使紫草宁的含量比对照提高24倍, 其细胞量提高65倍。肠等用真菌匀浆处理婴粟细胞, 用半连续的方法进行悬浮培养可在培养基中产生更高浓度的血根碱和二氯血根碱。实验证明诱导子的加人可引起培养细胞中代谢酶活性的变化以及细胞超微结构的变化, 最终都会影响次级代谢产物的形成

2.3.问题与展望