生物制品生产详细论述.pptx
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3、流加式培养
在分批式操作的基础上，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。
由于流加式培养能控制更多的环境参数，使得 细胞生长和产物生成容易维持在优化状态，是当前 动物细胞培养工艺中占有主流优势的培养工艺。
▪ 近年来已经广泛应用于微载体系统，至今已有近百 种组织细胞均在该系统内成功进行了大规模扩增。
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悬浮培养
▪ 与微生物的肉汤培养基本相同。 ▪ 悬浮培养细胞增殖快、产量高，没有接触抑
制特性，是动物大规模培养的理想方法。 ▪ 但只有极少数动物细胞适宜进行悬浮培养，
适用于确立细胞株（系）、杂交瘤细胞、肿 瘤细胞、血液和淋巴细胞培养。
9
4、连续灌注式培养
是把细胞接种后进行培养，新鲜的培 养液不断从反应器一头加入，从另一头不断 取出等量的培养液，细胞仍留在反应器内， 使细胞处于一种营养不断供应状态。使反应 条件处于一种恒定状态。
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连续灌注式Baidu Nhomakorabea养特点
1）不断加入新培养基，保证了营养物质的充分供应。 2）培养期细胞增殖速度快，细胞生长速率长久地保持
20世纪90年代中期，美国宇航局开发一系 列旋转式细胞培养系统(The rotary cell culture system, RCCS)，又叫回转式生物反 应器(Rotatingwall vessel biore-actor, RWVB)。 RCCS是绕水平轴旋转、无气泡、膜 扩散式气体交换的培养系统。
第五章 生物制品生产
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主要内容
第一节 细胞大规模培养 第二节 动物细胞制药 第三节 植物次生代谢产物的生产
2
第一节 细胞大规模培养
大规模培养技术是建立在实验室培养方法 （贴壁培养法和悬浮培养法）的基础上，再利 用固定化细胞、人工灌注、生物反应器技术等 技术发展起来的。 一、细胞培养的操作方式 二、大规模细胞培养系统
长，又称为分批培养或间歇培养，多在3-5d/批。 ③细胞数目、总重量、DNA含量呈“S”形(五个时期)变化。 ④为保证细胞不断增殖，须在达到最大重量时取出1/5～1/3
的培养液，转移继代培养。 ⑤是传统的、常用的方法，可直接放大。其工业反应器规模
可达 12000L。 6
2、半连续式（流加式）培养
指在分批式培养的基础上，将分批培养的 培养液部分取出，并补充加入等量的新鲜培 养基，使反应器内培养液的总体积保持不变。
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微载体培养
▪ 微载体为三维培养系统，细胞贴附于微载体上伸展和 增殖，微载体悬浮于培养液中。
▪ 微载体培养具贴壁和悬浮培养的双重优点，有很大的 比表面积，供单层细胞贴附和增殖。
▪ 悬浮微球使细胞生长的环境均一，培养基利用率高， 重复性好，容易放大。
▪ 20世纪80年代正式用于工业化生产干扰素、疫苗和尿 激酶原等。
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▪ 该反应器是将细胞种植到微载体后，将其移入 RCCS圆柱状的培养容器内，加满培养液。整个容 器由电机驱动沿水平轴旋转，细胞微载体颗粒在水 平轴内建立均质的液体悬浮轨道，并随容器一起旋 转且不与容器壁和其它物体相撞。细胞通过膜式气 体交换器来吸氧和排出CO2。
▪ 由于系统无推进器、气泡或搅拌器,使破坏性应力减 到最小。因此，细胞可以在相对温和的环境中进行 三维生长，得到类似人体内的培养产物.
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机械搅拌式(Spinner)
机械搅拌式主要是通过不锈钢搅拌系 统使培养物的混匀。在罐体顶端有一些传 感器，监测培养物的温度、pH值、溶氧 度(DO)、葡萄糖消耗、NH3、NH4+等参数。 这种反应器培养规模可达2 000 L。
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▪ 该系统优点：
（1）设计简单，操作方便，易于放大生产； （2）细胞密度高，达到107/mL以上； （3）便于无菌操作，不易污染； （4）氧的转换率高，能满足细胞在生长时所需
封闭式连续培养----新鲜培养液和老培养液以等 量方式进出，而收集的细胞重新放入原培养 系统中继续培养，故培养系统中细胞数量是 在不断增加的。
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二、大规模细胞培养方法
按供养方式分为三种：
搅拌式、气升式、旋转式
按细胞固定分为四种：
悬浮培养、 微载体培养、 微囊化培养、 微导管培养（中空纤维培养）。
3
一、细胞培养的操作方式
培养方式分为： 分批式 流加式培养 半连续式 连续灌注式
4
1、分批式培养
指先将细胞和培养液一次性装入反应器 内进行培养，细胞不断生长，产物不断形 成，经一段时间后，终止培养。
5
分批式培养特点
①系统密闭，只允许气体和挥发性代谢物质与外界交换。 ②培养基体积固定，当主要营养物质耗尽时，细胞即停止生
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Celltech 公 司 采 用 气 升 式 反 应 器 培 养 杂交瘤细胞，生产单克隆抗体。生产周期为 14 ~ 400h。从10L逐级放大到10000L 。 17d生 产抗体100g，抗体合成大多数处于稳定期和 衰退期，比传统摇瓶提高约5倍。
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通气搅拌式细胞培养反应器
21
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旋转式细胞培养系统
的要求。
▪ 缺点：
对细胞损伤较大，产物含量不高。
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气升搅拌式
气体从罐底的喷射管进入反应器的导 流管。湍流温和而均匀，循环量大，细胞 与培养液混合均匀。剪切力小，细胞的伤 害小。喷射供氧，氧传递速率高，供氧良 好。适用于悬浮细胞分批培养 、 微载体和连续
培养。
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工作原理
反应器运转时，圆筒以30-60 r/min的速度转动 ，由于离心力的作用，搅拌器中心管内产生负压，使 搅拌器外培养基流入中心管，沿管螺旋上升，再从导 流筒口排出，从搅拌器外沿下降，形成循环流动。在 气腔内气体由分布管鼓泡，气体溶于液体中，依靠气 腔丝网外液体的循环流动及扩散作用，使溶于液体中 的气体成分均匀地分布到反应器内。
在对数生长期，形成一个稳定的培养状态。 3）适用于细胞大规模工业化培养。 4） 由于连续培养需要的设备比较复杂，投入较大，
且要维持细胞无菌状态，技术条件要求苛刻，因此 未得到广泛应用。
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开放式连续培养----细胞随排出培养液一起流出 且速度恒定。在稳定状态下流出细胞的速率 等于培养系统中新细胞的增长速率。
3、流加式培养
在分批式操作的基础上，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。
由于流加式培养能控制更多的环境参数，使得 细胞生长和产物生成容易维持在优化状态，是当前 动物细胞培养工艺中占有主流优势的培养工艺。
▪ 近年来已经广泛应用于微载体系统，至今已有近百 种组织细胞均在该系统内成功进行了大规模扩增。
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悬浮培养
▪ 与微生物的肉汤培养基本相同。 ▪ 悬浮培养细胞增殖快、产量高，没有接触抑
制特性，是动物大规模培养的理想方法。 ▪ 但只有极少数动物细胞适宜进行悬浮培养，
适用于确立细胞株（系）、杂交瘤细胞、肿 瘤细胞、血液和淋巴细胞培养。
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4、连续灌注式培养
是把细胞接种后进行培养，新鲜的培 养液不断从反应器一头加入，从另一头不断 取出等量的培养液，细胞仍留在反应器内， 使细胞处于一种营养不断供应状态。使反应 条件处于一种恒定状态。
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连续灌注式Baidu Nhomakorabea养特点
1）不断加入新培养基，保证了营养物质的充分供应。 2）培养期细胞增殖速度快，细胞生长速率长久地保持
20世纪90年代中期，美国宇航局开发一系 列旋转式细胞培养系统(The rotary cell culture system, RCCS)，又叫回转式生物反 应器(Rotatingwall vessel biore-actor, RWVB)。 RCCS是绕水平轴旋转、无气泡、膜 扩散式气体交换的培养系统。
第五章 生物制品生产
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主要内容
第一节 细胞大规模培养 第二节 动物细胞制药 第三节 植物次生代谢产物的生产
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第一节 细胞大规模培养
大规模培养技术是建立在实验室培养方法 （贴壁培养法和悬浮培养法）的基础上，再利 用固定化细胞、人工灌注、生物反应器技术等 技术发展起来的。 一、细胞培养的操作方式 二、大规模细胞培养系统
长，又称为分批培养或间歇培养，多在3-5d/批。 ③细胞数目、总重量、DNA含量呈“S”形(五个时期)变化。 ④为保证细胞不断增殖，须在达到最大重量时取出1/5～1/3
的培养液，转移继代培养。 ⑤是传统的、常用的方法，可直接放大。其工业反应器规模
可达 12000L。 6
2、半连续式（流加式）培养
指在分批式培养的基础上，将分批培养的 培养液部分取出，并补充加入等量的新鲜培 养基，使反应器内培养液的总体积保持不变。
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微载体培养
▪ 微载体为三维培养系统，细胞贴附于微载体上伸展和 增殖，微载体悬浮于培养液中。
▪ 微载体培养具贴壁和悬浮培养的双重优点，有很大的 比表面积，供单层细胞贴附和增殖。
▪ 悬浮微球使细胞生长的环境均一，培养基利用率高， 重复性好，容易放大。
▪ 20世纪80年代正式用于工业化生产干扰素、疫苗和尿 激酶原等。
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▪ 该反应器是将细胞种植到微载体后，将其移入 RCCS圆柱状的培养容器内，加满培养液。整个容 器由电机驱动沿水平轴旋转，细胞微载体颗粒在水 平轴内建立均质的液体悬浮轨道，并随容器一起旋 转且不与容器壁和其它物体相撞。细胞通过膜式气 体交换器来吸氧和排出CO2。
▪ 由于系统无推进器、气泡或搅拌器,使破坏性应力减 到最小。因此，细胞可以在相对温和的环境中进行 三维生长，得到类似人体内的培养产物.
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机械搅拌式(Spinner)
机械搅拌式主要是通过不锈钢搅拌系 统使培养物的混匀。在罐体顶端有一些传 感器，监测培养物的温度、pH值、溶氧 度(DO)、葡萄糖消耗、NH3、NH4+等参数。 这种反应器培养规模可达2 000 L。
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▪ 该系统优点：
（1）设计简单，操作方便，易于放大生产； （2）细胞密度高，达到107/mL以上； （3）便于无菌操作，不易污染； （4）氧的转换率高，能满足细胞在生长时所需
封闭式连续培养----新鲜培养液和老培养液以等 量方式进出，而收集的细胞重新放入原培养 系统中继续培养，故培养系统中细胞数量是 在不断增加的。
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二、大规模细胞培养方法
按供养方式分为三种：
搅拌式、气升式、旋转式
按细胞固定分为四种：
悬浮培养、 微载体培养、 微囊化培养、 微导管培养（中空纤维培养）。
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一、细胞培养的操作方式
培养方式分为： 分批式 流加式培养 半连续式 连续灌注式
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1、分批式培养
指先将细胞和培养液一次性装入反应器 内进行培养，细胞不断生长，产物不断形 成，经一段时间后，终止培养。
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分批式培养特点
①系统密闭，只允许气体和挥发性代谢物质与外界交换。 ②培养基体积固定，当主要营养物质耗尽时，细胞即停止生
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Celltech 公 司 采 用 气 升 式 反 应 器 培 养 杂交瘤细胞，生产单克隆抗体。生产周期为 14 ~ 400h。从10L逐级放大到10000L 。 17d生 产抗体100g，抗体合成大多数处于稳定期和 衰退期，比传统摇瓶提高约5倍。
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通气搅拌式细胞培养反应器
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旋转式细胞培养系统
的要求。
▪ 缺点：
对细胞损伤较大，产物含量不高。
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气升搅拌式
气体从罐底的喷射管进入反应器的导 流管。湍流温和而均匀，循环量大，细胞 与培养液混合均匀。剪切力小，细胞的伤 害小。喷射供氧，氧传递速率高，供氧良 好。适用于悬浮细胞分批培养 、 微载体和连续
培养。
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工作原理
反应器运转时，圆筒以30-60 r/min的速度转动 ，由于离心力的作用，搅拌器中心管内产生负压，使 搅拌器外培养基流入中心管，沿管螺旋上升，再从导 流筒口排出，从搅拌器外沿下降，形成循环流动。在 气腔内气体由分布管鼓泡，气体溶于液体中，依靠气 腔丝网外液体的循环流动及扩散作用，使溶于液体中 的气体成分均匀地分布到反应器内。
在对数生长期，形成一个稳定的培养状态。 3）适用于细胞大规模工业化培养。 4） 由于连续培养需要的设备比较复杂，投入较大，
且要维持细胞无菌状态，技术条件要求苛刻，因此 未得到广泛应用。
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开放式连续培养----细胞随排出培养液一起流出 且速度恒定。在稳定状态下流出细胞的速率 等于培养系统中新细胞的增长速率。