EPO工程细胞大规模培养方法和反应器
EPO生产工艺课件
EPO生产工艺课件EPO生产工艺课件一、EPO的概述EPO（全称为人重组红细胞生成素）是一种由基因工程合成的人血红蛋白。
它广泛应用于贫血的治疗，能够促进红细胞的生成，提高人体的血红蛋白水平。
EPO的生产工艺十分重要，下面将介绍EPO的生产工艺流程。
二、EPO的基因克隆与表达工艺1. 提取人类基因：通过血液样本提取人类基因，一般选取肝脏细胞中富含EPO基因的mRNA。
2. cDNA合成：使用逆转录酶将mRNA转录成cDNA。
3. 基因克隆：将cDNA与质粒进行连接，在大肠杆菌中转化获得重组质粒。
4. 转化宿主菌：将重组质粒转化入大肠杆菌中，通过培养筛选出含有EPO基因的克隆。
5. 表达EPO：将含有EPO基因的克隆进行大规模培养，产生大量的EPO蛋白。
三、EPO的纯化工艺1. 细胞破碎：将培养得到的大肠杆菌进行机械或化学破碎，破碎细胞获得包含EPO蛋白的细胞浆。
2. 脱酶：使用酶将细胞浆中的DNA和RNA降解掉，得到相对纯净的EPO蛋白。
3. 蛋白分离：利用各种物理化学方法，如离子交换色谱、凝胶过滤、亲和色谱等，将EPO与其他杂质分离开来。
4. 浓缩：通过浓缩方式，将纯化后的EPO溶液浓缩成较小体积的制剂。
5. 冻干：将浓缩后的EPO溶液进行冻干，得到干燥的EPO粉末。
四、EPO的灭菌与制剂工艺1. 灭菌：将EPO粉末与无菌溶液混合，利用高温高压或辐照等方式对制剂进行灭菌处理，确保制剂的无菌性。
2. 充填：将灭菌后的制剂进行充填到无菌密闭的容器中，确保制剂的长期保存和稳定性。
3. 标签和包装：对制剂进行标签和包装，标明产品名称、规格、生产日期、有效期等信息。
4. 质检：对制剂进行质量检验，确保制剂符合相关标准和规定。
五、EPO的贮存与运输1. 贮存：将制剂存放在干燥、避光、低温的条件下，确保制剂的稳定性和长期保存。
2. 运输：在运输过程中，制剂需要避免受潮、受热，同时确保其在规定的温度范围内。
3. 冷链管理：对于特殊需要保持低温的制剂，如冷冻EPO，需要进行冷链管理，保证其质量和活性在运输过程中不受损。
细胞工程 第五章 生物制品生产--改
在收获时，打开纤维管之间的外室开口，产物就流出 来。此时虽然细胞停止分裂，但细胞的存活、健康和核形 态不变，代谢和分化功能仍可保持数月。
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第二节 动物细胞生物制药
用动物细胞的培养技术来生产有功能的蛋
白质，特别是人源细胞的培养，在药物生产中
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培养基分散后,
灌入床层。纤
维管壁薄，半
透膜，截留不 培
同分子量。
养 基
入
纤维管的空腔 口
组成的内室：
灌流含氧气的
培养基
纤维管之间的 空间组成的外 室：细胞生长。
接种孔 水套层 产物出口
产 物 出 口
培养基入口
腔室
细胞
内膜 外膜
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细胞分泌的产物和血清中的成分由于分子量较大而无 法进入内室，产物只能在外室积累和浓缩。
直径0.2～5 mm，孔径20～300 μm，达占总 体积的85%，极大地增加了比表面积，可实现细 胞的固定化，达到高密度培养。
广泛使用的有：Cellsnow、Cytocell（纤维 素基质）、Verax、Cultisphere（胶原）、 Cytoline 1和2（聚苯乙烯）、ImmobaSil（硅橡 胶）及Siran（玻璃）等。
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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。
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为了提高贴壁能力，对基质表面进行包 埋，如血清蛋白、多聚赖氨酸处理，可加速 贴壁过程。
epo促红细胞生成素制备
epo促红细胞生成素制备标题：EPO促红细胞生成素制备及其应用介绍：在医学领域中，EPO促红细胞生成素是一种重要的生物工程药物，用于治疗贫血等相关疾病。
本文将深入探讨EPO促红细胞生成素的制备方法，以及其在医学应用中的重要性和潜在的挑战。
I. EPO促红细胞生成素的定义与功能A. EPO促红细胞生成素的定义和概述B. EPO促红细胞生成素对红细胞生成的调节作用C. EPO促红细胞生成素在其他生理过程中的功能II. EPO促红细胞生成素的制备方法A. 基于基因工程的制备方法1. 基因克隆和转化2. 基因表达和蛋白质纯化B. 细胞培养法制备EPO促红细胞生成素1. 选择合适的表达宿主细胞2. 优化培养条件C. 其他制备方法的探索与应用III. EPO促红细胞生成素的医学应用A. 贫血治疗中的应用1. 适应症和疗效评估2. 副作用和风险B. 其他疾病领域的应用潜力1. 肾性贫血治疗2. 肿瘤相关贫血治疗3. 神经保护和修复作用的研究IV. EPO促红细胞生成素制备的挑战与前景展望A. 生产成本和稳定性问题B. 法规和伦理考量C. 新的技术和研究方向结论：EPO促红细胞生成素作为一种重要的生物工程药物，在贫血治疗和其他相关领域有着广泛的应用前景。
通过基因工程和细胞培养技术，已成功制备出高纯度的EPO促红细胞生成素。
然而，仍然存在着生产成本、稳定性、法规和伦理等方面的挑战。
随着科技的不断发展和研究的深入，我们可以期待EPO促红细胞生成素制备技术在未来的进一步革新与完善。
观点和理解：EPO促红细胞生成素作为一种重要的生物工程药物，具有巨大的临床和研究价值。
其在贫血治疗和其他疾病领域的应用正在不断拓展。
在制备方面，基因工程和细胞培养技术已经取得了显著进展，为大规模制备高纯度的EPO促红细胞生成素提供了技术支持。
然而，仍然需要针对生产成本、稳定性、法规和伦理等方面的问题进行更加深入的研究和解决。
随着新技术和研究的不断涌现，未来有望实现EPO促红细胞生成素制备技术的更高水平。
动物细胞大规模培养和专用生物反应器PPT课件
一、贴壁培养（attachment culture）
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 在培养时要贴附于培养（瓶）器皿 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。
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贴壁培养细 胞转瓶机
特点:
操作简单，培养周期短，染菌和细胞突变的风险小 直观反映细胞生长代谢的过程。 可直接放大。
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• 细胞的生长分：延滞期、对数生长期、减速期、平稳期和衰退期五个阶段。 • 分批培养的周期多在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，由于营养物质耗竭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ห้องสมุดไป่ตู้物通常是在细胞 快要死亡前或已经死亡后进行。
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三、固定化培养（immobilization culture）：
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，细胞易与产 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。
• 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。
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• 随着生物技术的发展，迫切需要大规模的细 胞培养，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。
（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。
重组EPO研究
新型促红细胞生成素研究现状【摘要】促红细胞生成素(EPO) 是一种刺激骨髓造血的糖蛋白类激素,用基因工程方法生产的重组人红细胞生成素在治疗肾性贫血及其他类型的贫血等方面有很好的疗效。
本文综述了近年来各种新型促红细胞生成素的研究现状及市场前景。
【关键词】促红细胞生成素促红细胞生成素(Erythropoietin ,EPO) 是一种刺激骨髓造血的糖蛋白类激素,它主要来源于肾脏(少量来源于肝脏) ,由皮质管周围的间质细胞合成。
在基因重组技术诞生之前, EPO 主要从贫血患者的尿和绵羊血中提取,得率非常低,且极不稳定,理化和生物学性质难以测定,亦无法大规模应用。
1985 年Lin 等首先从人类基因库中分离EPO 基因,测定其核苷酸序列,并在哺乳动物细胞中获得表达。
1989年美国Amgen 公司在国际上首次研制成功重组人红细胞生成素( rhEPO) ,用于治疗肾性贫血,取得了令人瞩目的疗效[1 ] 。
EPO 在癌症相关性贫血(CRA)[2 ] 、自身免疫性疾病伴发性贫血[3 ] 、骨髓增生异常综合症(MDS) 、再生障碍性贫血(AA) 、单纯红细胞再生障碍性贫血( PRCA) 、慢性髓系白血病(CML) 、特发性骨髓纤维化( IMF) 、溶血性贫血、造血干细胞移植、艾滋病引起的贫血和化疗引起的贫血及用于择期手术的自身输血血液储备等方面也有一定疗效。
应用EPO 可减少输血及提高病人生活质量,但因应用其治疗需大剂量频繁给药,给病人经济上及生活上带来诸多不便。
目前已有不同策略用于提高EPO 的产量和内源活性以及研制其他促红细胞生成素。
如EPO 融合蛋白( EPO fusion protein) 、新红细胞生成刺激蛋白( novel erythropoiesis stimulatingprotein ,NESP) 、造血细胞磷酸酶( haematopoiesis cellphosphatase ,HCP) 抑制物、EPO 模拟肽( EPO2mimeticpeptide) 、EPO 基因治疗等。
基因工程药物EPO详解
体育用途
增加训练耐力和训练负荷，属于国际奥委会规定的违禁药物。 在2008年北京奥运会中第一例的兴奋剂检查呈阳性的西班牙自行车 选手玛丽亚·莫里诺，就是被发现使用使用促红细胞生成素(EPO)， 国际奥委会于2008年8月11日宣布取消其参赛资格。
EPO发展历程
如何生产？
方法一：用基因重组法 生产红细胞生成素(EP O)
最成功的基因工程药物 ——EPO
主要内容
什么是EPO? 主要用途 如何生产 国内外现状
什么是EPO?
EPO是促红细胞生成素（Erythropoietin）的英文简称。 人体中的EPO（促红细胞生成素）是由肾脏和肝脏分泌的一种 激素物质，能够促进红细胞生成。服用红细胞生成素可以使患肾病 贫血的病人增加血流比溶度（即增加血液中红细胞百分比）。这种 药物近年进入商业市场。人体缺氧时，此种激素生成增加，并导致 红细胞增生。
国外市场
1989年安进（Amgen）公司的第一个基因重组药物Epogen获得FDA的批准， 适应症为慢性肾功能衰竭导致的贫血、恶性肿瘤或化疗导致的贫血、失血后贫血 等，其市场表现不俗，1999年销售值达到17.6亿美元，2000年19.6亿美元， 2002年22.6亿美元，2003年24.4亿美元，成为名副其实的“重磅炸弹”基因药物。
方法三：采用噬菌体表面表达和重组抗体技术
采用噬菌体表面表达和重组抗体技术，从已建立的鼠抗 rhEPO 杂交瘤细胞株D3中克隆出抗rhEPO单链抗体ScFv基因片段， 经噬菌体表面呈现，与固 相抗原rhEPO结合，“吸附—洗脱—富 集”，酶联免疫吸附法(ELISA)检测，酶切鉴定 及PCR扩增鉴定， 将阳性克隆重组质粒转化非抑制型E.coli HB2151,诱导表达抗 rhEPO 单链抗体，Western blot和Dot-blot杂交检测其抗原特异 性。最后对阳性克隆进行序列测 定，进行序列分析。结果 挑 选出了噬菌体表面表达抗rhEPO单链抗体的阳性克隆， 可溶性表 达的单链抗体主要分布于细菌培养上清中，并且保留了亲本单抗 对rhEPO的 抗原特异性和免疫活性。表达产物分子量约为32kD左 右。结论 本实验成功地获得了 抗rhEPO抗体的可变区VH、VL基 因，并表达出单链抗体ScFv片段。
三、大规模细胞培养技术
项目
徽生物细胞
哺乳动物细胞
植物细胞
犬小（徽米）
细胞壁
液体培养 生长形式
环境影响
球®e0.5~ 1杆geCL5~3・2
淋巴细胞$6~8苴他统称大小为
4> 20~40
1100-^200
11・2~7
放线菌®丝约为
e 0.5~ 1・4
欝母e1~ 5
15~30
岳菌菌丝约为e3~K）有细胞呈』瞞的细胞星由 氨基糖及壁酸为主组成 悬浮,但部分徽生物会分泌 粘性物贯而形成菌絮式菌 脛；部分奇as丝审潴球 简单，以碳水化台物、无机 及有机氮源、徽量元素为主
1〜25
20~30
需氧量常有两种表示法：一是以摄氧率（OUR）r表示，其单位是毫摩/
（升-时）；二是以呼吸强度Q2表示，其单位常是毫摩/（克（干细胞）-时）。 各类细胞的摄氧率或呼吸强度值可参见表5—1。
氧在水中的溶解度甚小，如25C、1大气压（0.1兆帕）下，其饱和浓度仅 为0.24毫摩/升，约合7.7毫克/升，也即7.7ppm（约为葡萄糖在同条件下的 溶解度的1/6000）。氧的溶解度随温度升高而降低，随压力的增大而增加，若 水中含有无机和有机物时均使溶解度下降。在实际生物反应器（常保持0.12〜
三、大规模细胞培养技术
人红细胞生成素(EPO)说明书
人红细胞生成素(EPO)酶联免疫分析（ELISA）试剂盒使用说明书本试剂仅供研究使用目的：本试剂盒用于测定人血清，血浆及相关液体样本中红细胞生成素(EPO)的含量。
实验原理：本试剂盒应用双抗体夹心法测定标本中人红细胞生成素(EPO)水平。
用纯化的红细胞生成素(EPO)抗体包被微孔板，制成固相抗体，往包被单抗的微孔中依次加入红细胞生成素(EPO)，再与HRP标记的红细胞生成素(EPO)抗体结合，形成抗体-抗原-酶标抗体复合物，经过彻底洗涤后加底物TMB显色。
TMB在HRP酶的催化下转化成蓝色，并在酸的作用下转化成最终的黄色。
颜色的深浅和样品中的红细胞生成素(EPO)呈正相关。
用酶标仪在450nm波长下测定吸光度（OD值），通过标准曲线计算样品中人红细胞生成素(EPO)浓度。
试剂盒组成：样本处理及要求：1. 血清：室温血液自然凝固10-20分钟，离心20分钟左右（2000-3000转/分）。
仔细收集上清，保存过程中如出现沉淀，应再次离心。
2. 血浆：应根据标本的要求选择EDTA或柠檬酸钠作为抗凝剂，混合10-20分钟后，离心20分钟左右（2000-3000转/分）。
仔细收集上清，保存过程中如有沉淀形成，应该再次离心。
3. 尿液：用无菌管收集，离心20分钟左右（2000-3000转/分）。
仔细收集上清，保存过程中如有沉淀形成，应再次离心。
胸腹水、脑脊液参照实行。
4. 细胞培养上清：检测分泌性的成份时，用无菌管收集。
离心20分钟左右（2000-3000转/分）。
仔细收集上清。
检测细胞内的成份时，用PBS（PH7.2-7.4）稀释细胞悬液，细胞浓度达到100万/ml左右。
通过反复冻融，以使细胞破坏并放出细胞内成份。
离心20分钟左右（2000-3000转/分）。
仔细收集上清。
保存过程中如有沉淀形成，应再次离心。
5. 组织标本：切割标本后，称取重量。
加入一定量的PBS，PH7.4。
用液氮迅速冷冻保存备用。
标本融化后仍然保持2-8℃的温度。
重组EPO研究
新型促红细胞生成素研究现状【摘要】促红细胞生成素(EPO) 是一种刺激骨髓造血的糖蛋白类激素,用基因工程方法生产的重组人红细胞生成素在治疗肾性贫血及其他类型的贫血等方面有很好的疗效。
本文综述了近年来各种新型促红细胞生成素的研究现状及市场前景。
【关键词】促红细胞生成素促红细胞生成素(Erythropoietin ,EPO) 是一种刺激骨髓造血的糖蛋白类激素,它主要来源于肾脏(少量来源于肝脏) ,由皮质管周围的间质细胞合成。
在基因重组技术诞生之前, EPO 主要从贫血患者的尿和绵羊血中提取,得率非常低,且极不稳定,理化和生物学性质难以测定,亦无法大规模应用。
1985 年Lin 等首先从人类基因库中分离EPO 基因,测定其核苷酸序列,并在哺乳动物细胞中获得表达。
1989年美国Amgen 公司在国际上首次研制成功重组人红细胞生成素( rhEPO) ,用于治疗肾性贫血,取得了令人瞩目的疗效[1 ] 。
EPO 在癌症相关性贫血(CRA)[2 ] 、自身免疫性疾病伴发性贫血[3 ] 、骨髓增生异常综合症(MDS) 、再生障碍性贫血(AA) 、单纯红细胞再生障碍性贫血( PRCA) 、慢性髓系白血病(CML) 、特发性骨髓纤维化( IMF) 、溶血性贫血、造血干细胞移植、艾滋病引起的贫血和化疗引起的贫血及用于择期手术的自身输血血液储备等方面也有一定疗效。
应用EPO 可减少输血及提高病人生活质量,但因应用其治疗需大剂量频繁给药,给病人经济上及生活上带来诸多不便。
目前已有不同策略用于提高EPO 的产量和内源活性以及研制其他促红细胞生成素。
如EPO 融合蛋白( EPO fusion protein) 、新红细胞生成刺激蛋白( novel erythropoiesis stimulatingprotein ,NESP) 、造血细胞磷酸酶( haematopoiesis cellphosphatase ,HCP) 抑制物、EPO 模拟肽( EPO2mimeticpeptide) 、EPO 基因治疗等。
用三步法纯化重组人促红细胞生成素
用三步法纯化重组人促红细胞生成素技术方法李 琳 邓继先 卢建申 周 江军事医学科学院生物工程研究所 北京 100071【摘要】 用生物反应器培养中国仓鼠卵巢细胞2促红细胞生成素(CHO 2EPO )C2细胞株,培养上清液中重组人促红细胞生成素(rHuEPO )表达水平达2×106～3×106U/L 。
培养上清液经过三步纯化:第一步为反相色谱,可将样品体积浓缩约96.7%,其收集液经充分透析后进行第二步的DEAE 2离子交换色谱,最后进行分子筛色谱,总回收率为30%以上。
经纯化的rHuEPO 比活性为1.5×108U/g 蛋白,SDS 2PA GE 为一条带,扫描测试纯度达98%以上。
关键词 促红细胞生成素;纯化;色谱法中国图书资料分类法分类号 R392.11Purif ication of recombinant human erythropoietin to homogeneity by a rapid three 2step procedureL i L i n ,Deng Ji xian ,L u Jianshen ,Zhou JiangInstitute of Biotechnology ,Academy of Military Medical Sciences ,Beijing 100071Abstract Chinese hamster ovary 2erythropoietin (CHO 2EPO )C2cells were cultured in the packed bed bioreactor with free 2fetal bovine serum medium.Conditioned medium from the Bioreactor contained 2×106-3×106U/L of recombinant human erythropoietin (rHuEPO ).Crude rHuEPO from the con 2ditioned medium was purified by three 2step procedure to yield preparations with potency of 1.5×108U/g in 30%yield.The three steps involved :(1)reverse 2phase chromatography which made 302fold concentration ;(2)sufficient dialysis and purification with ion 2exchange chromatography ;(3)gel filtra 2tion.SDS 2PA GE result of the preparations showed a single band.Homogeneity was confirmed by UV scanning.K ey w ords erythropoietin ;purification ;chromatography 促红细胞生成素(erythropoietin ,EPO )是一种糖蛋白激素,它通过刺激红细胞前体细胞分化生成成熟红细胞以调节外周血红细胞水平。
细胞大规模培养技术流程
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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。
清大天一个性化细胞培养基
清大天一个性化细胞培养基针对在生物制药行业使用个性化细胞培养基的必然趋势以及我国生物医药行业对个性化细胞培养基的潜在需求，清大天一依托于在细胞培养基研发和动物细胞大规模培养方面具有丰富经验的研发团队，潜心研究，开发出了国有个性化细胞培养基，成功应用于生物制药企业，获得一致的市场好评。
一． 清大天一个性化细胞培养基简介清大天一个性化细胞培养基主要是在基础培养基如DMEM 、199、MEM 、MBRM 、BBSM 的基础上，针对生物制药中常用动物细胞基质而研制开发的，主要产品及其特点（参见表1）。
表1 清大天一个性化细胞培养基主要特点二． 清大天一个性化细胞培养基应用实例应用一： BHK21细胞生物反应器悬浮培养基和维持液的应用细胞培养基：清大天一BHK21细胞悬浮培养细胞培养基MD910/MD920。
MD910：用于BHK21细胞增殖培养，血清浓度可降低为3%。
MD920， 用于病毒培养，无需使用血清和水解乳蛋白。
生物反应器：Clavorus TM 650L 反应器细胞悬浮驯化：通过对贴壁培养的BHK21细胞，使用适合的细胞培养基进行驯化培养，挑选良好的驯化细胞进行细胞克隆，并进行口蹄疫病毒敏感性实验，筛选出口蹄疫病毒敏感性悬浮培养BHK21细胞，确定为BHK21C13-BR 细胞，作为口蹄疫疫苗生产的种子细胞。
500L 反应器：使用反应器逐级放大技术，BHK21细胞密度可达1-3×106cells/ml 。
抗原产量：口蹄疫抗原产量是转瓶培养的10-20倍，换算为单位细胞产量为转瓶培养的3-7倍。
应用二：Marc145细胞微载体培养基的应用细胞培养基：清大天一反应器Marc145细胞专用培养基MD900 微载体： cytodex-1，GEHC ，8-10g/L 生物反应器：Clavorus TM 120L 反应器细胞密度可达3.6×106cells/ml工艺路线：转瓶细胞直接接种培养工艺应用三：Vero 细胞微载体培养基的应用某企业使用清大天一反应器高密度培养基（MD503）在反应器中生产人用狂犬病疫苗。
动物细胞大规模培养用生物反应器(bioreactor)简介
动物细胞大规模培养用生物反应器（bioreactor）简介动物细胞培养技术能否大规模工业化、商业化，关键在于能否设计出合适的生物反应器（bioreactor）。
由于动物细胞与微生物细胞有很大差异，传统的微生物反应器显然不适用于动物细胞的大规模培养。
首先必须满足在低剪切力及良好的混合状态下，能够提供充足的氧以供细胞生长及细胞进行产物的合成。
一、生物反应器分类目前，动物细胞培养用生物反应器主要包括：转瓶培养器、塑料袋增殖器、填充床反应器、多层板反应器、螺旋膜反应器、管式螺旋反应器、陶质矩形通道蜂窝状反应器、流化床反应器、中空纤维及其它膜式反应器、搅拌反应器、气升式反应器等。
按其培养细胞的方式不同，这些反应可分为以下三类：1.悬浮培养用反应器：如搅拌反应器、中空纤维反应器、陶质矩形通道蜂窝状反应器、气升式反应器；2.贴壁培养用反应器：如搅拌反应器（微载体培养）、玻璃珠床反应器、中空纤维反应器、陶质矩形通道蜂窝状反应器；3.包埋培养用反应器：如流化床反应器、固化床反应器。
二、搅拌罐生长反应器这是最经典、最早被采用的一种生物反应器。
此类反应器与传统的微生物生物反应器类似，真对动物细胞培养的特点，采用了不同的搅拌器及通气方式。
通过搅拌器的作用使细胞和养分在培养液中均匀分布，使养分充分被细胞利用，并增大气液接触面，有利于氧的传递。
现已开发的有：笼式通气搅拌器、双层笼式通气搅拌器、桨式搅拌器、海般式搅拌器等。
三、气升式生物反应器1979年首次应用气升式生物反应器成功的进行了动物细胞的悬浮培养。
气升式生物反应器的话优点：罐内液体流动温和均匀，产生剪切力小，对细胞损伤较小；可直接喷射空气供氧，因而氧传递率较高；液体循环量大，细胞和养分都能均匀分布于培养液中；结构简单，利于密封并降低了造价。
常用的气升式反应器有三种：内循环式气升式、外循环式气升式、内外循环式气升式生物反应器。
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。
EPO工程细胞培养方法和反应器
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Cytopore的性质
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动物细胞生物反应器
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常见动物细胞生物反应器类型
▪ 气升式(airlift)生物反应器 ▪ 中空纤维管(hollow-fiber)生物反应器 ▪ 流化床(fluidiz-bed)生物反应器(FBR) ▪ 搅拌罐(stir-tank)生物反应器(STR) ▪ 固定床(fixed-bed)生物反应器 ▪ 填充床(packed-bed)生物反应器
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填充床生物反应器
动物细胞大规模培养需要合适的生物 反应器. 目前国内用的比较多的适合 CHO细胞生长并能高效表达产物的反应 器是填充床式生物反应器,其中比较有 名的是美国NBS公司生产的Celligen系 列.
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Celligen plus
Celligen 310
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Cellgen 系列生物反应器的特点
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加强交通建设管理，确保工程建设质 量。14:40:2614:40:2614:40M onday, January 18, 2021
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大规模高效细胞培养和纯化、药用多肽和核酸合成技术,开发与应用方案(二)
大规模高效细胞培养和纯化、药用多肽和核酸合成技术开发与应用方案从产业结构改革的角度来看，大规模高效细胞培养和纯化、药用多肽和核酸合成技术的开发与应用具有重要意义。
本方案将详细介绍实施背景、工作原理、实施计划步骤、适用范围、创新要点、预期效果、达到收益、优缺点以及下一步需要改进的地方。
一、实施背景随着生物技术的迅速发展，生物医药产业已成为全球经济发展的重要支柱之一。
其中，细胞培养和纯化技术是生物医药领域的关键环节之一。
目前，我国细胞培养和纯化技术水平相对较低，生产效率低下，产品质量不稳定，导致药品价格居高不下，无法满足人民群众日益增长的医疗需求。
因此，开展大规模高效细胞培养和纯化、药用多肽和核酸合成技术的开发与应用，对于提高我国生物医药产业的发展水平和竞争力具有重要意义。
二、工作原理1.大规模高效细胞培养技术是通过优化细胞生长条件，实现细胞的高密度培养和快速生长。
该技术采用生物反应器、细胞培养基、无菌操作等技术手段，确保细胞生长环境的稳定和优化，从而提高细胞培养效率和质量。
2.细胞纯化技术是通过分离和筛选细胞，获得高纯度的细胞群体。
该技术采用流式细胞术、免疫磁珠分选等技术手段，实现细胞的快速分离和纯化，提高细胞的纯度和质量。
3.药用多肽和核酸合成技术是通过合成多肽和核酸等生物活性物质，用于药品研发和治疗。
该技术采用固相合成、液相合成等技术手段，实现多肽和核酸的高效合成和纯化，提高药品的生产效率和品质。
三、实施计划步骤1.技术研发：开展大规模高效细胞培养、细胞纯化、药用多肽和核酸合成技术的研发，解决技术瓶颈问题，提高技术水平和效率。
2.设备购置：购置先进的生物反应器、细胞培养基、流式细胞仪、免疫磁珠分选仪等设备，确保细胞培养和纯化过程的顺利进行。
3.生产工艺优化：优化细胞培养和纯化生产工艺，提高生产效率和质量。
同时，开展药用多肽和核酸合成技术的工艺研究，提高合成效率和纯度。
4.产品质量控制：建立完善的质量控制体系，确保产品的质量和稳定性。
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红细胞生成素(erythropoietin,EPO)
红细胞生成素(erythropoietin,EPO) 是一种糖蛋白,它是红细胞发育成熟过 程中的一种最重要的调节因子,它在治 疗肾衰引起的贫血中,显示明显的疗效 和很小的副作用;在纠正恶性肿瘤相关 贫血、艾滋病引起的贫血和化疗引起 的贫血等方面,也显示乐观的前景;还 可在手术前作为自体输血,从而避免感 染血源性疾病等等。因此EPO是很有 前途的一种细胞因子
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1.胰岛素:细胞无血清培养中,胰岛素的 使用浓度为0.1~10μg·mL-1。胰岛素可 以促进RNA、蛋白质和脂肪酸的合成, 抑制细胞凋亡,是重要的细胞存活因子, 部分学者认为在批式培养中胰岛素迅速 耗尽是细胞比生长速率下降的主要原因。 CHO细胞能在仅含重组人胰岛素一种蛋 白成分的无血清培养基中连续传代
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无血清培养基展望
培养基中所添加的蛋白成分主要还是 来源于动物或人,仍然存在病毒污染的 危险,只有完全采用非动物来源的材料, 才是相对安全的,而植物提取物将是理 想的选择.可以这样预测,未来开发的新 一代无血清培养基,将是一种既无血清、 无蛋白,又可以高温消毒,且适合于多种 不同细胞生长的全能型培养基
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搅拌叶轮种类
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Celligen 系列生物反应器的特点
1. 适合贴壁培养细胞和悬浮细胞,适合各 种动物细胞,昆虫细胞和植物细胞等 2. 灌流式的培养过程 3. 低（无）剪切力搅拌,无气泡通气； 4. 特殊的贴壁载体,比表面积大,静止培养 5. 通过持续检测摄氧率实时检测细胞浓 度 6. 符合现行药品生产质量管理规范 (cGMP)
合成培养基
无血清培养基
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无血清培养基
无血清培养基是在合成培养基内加 入不同种类的补充因子而替代PBS的培 养基. 它避免了血清培养基污染的可能性, 并排除了批次间的差别还减少了纯化的 难度.但无血清培养基没有广泛的适应 性,不同的细胞甚至不同的细胞株和细 胞系有各自独立的无血型培养基配方.
1. 适合贴壁培养细胞和悬浮细胞,适合各 种动物细胞,昆虫细胞和植物细胞等 2. 灌流式的培养过程 3. 低（无）剪切力搅拌,无气泡通气； 4. 特殊的贴壁载体,比表面积大,静止培养 5. 通过持续检测摄氧率实时检测细胞浓 度 6. 符合现行药品生产质量管理规范 (cGMP)
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灌注培养
灌注属于连续培养,细胞保留在反应 器系统中,收获培养液的同时不断加入 新鲜培养基. 灌注培养的主要优点是连续灌注的培 养基可以提供充分的营养成分,并带走 代谢产物.同时,细胞保留在反应器中,可 以达到很高的细胞密度.同其他方法相 比,灌注培养的产率可以提高一个数量 级,并可以大大降低劳动力的消耗.
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2.转铁蛋白:大多数哺乳动物细胞上存在特定的 转铁蛋白受体,受体与转铁蛋白/Fe3+复合物 结合是细胞获取必需的微量元素铁的主要来 源,此外转铁蛋白还具有生长因子的性质并能 与其他微量元素如钒等结合。转铁蛋白的使 用浓度为0.5~100μg·mL-1,亦有研究报告指出, 无血清培养基中必须要有转铁蛋白至少 5μg·mL-1,胰岛素才能起作用。也有资料证实 转铁蛋白在无血清培养基中的作用可以为某 些铁盐所代替,如柠檬酸铁、二甲胂酸铁、葡 糖酸铁等。
篮式纤维填充床
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Celligen系列生物反应器工作原理(P113)
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用无血清培养基在填充床生物反应器 邓继先等 生产rHuEPO
军事医学科学院生物工程研究所
文摘
在填充床生物反应器用含5%FBS的DMEM:F12 培养基培养产重组人促红细胞生成素(rHuEPO)的细 胞CHO8~10d后,使用自制的无血清生产培养(SFM-p) 生rHuEPO。SFM-p培养基既能维持细胞生长,又能生 产EPO,也便于纯化分离rHuEPO。使用填充床生物 反应器培养细胞,能维持培养20~25d,rHuEPO表达水 平达12~28· 4mg/L之间,反应器的产率达71· 0mg/L/d, 比滚瓶的产率增加12~14倍。葡萄糖最高消耗量达到 21g/L/d,细胞培养密度最高达到3· 0×107/ml以上,每 次可收无血清培养上清80~87L。由于细胞被固定在 聚酯片上,培养上清中脱落细胞很少。观察了反应器 的乳酸和氨的含量,其结果表明乳酸和氨含量分别低 于3· 5g/L和5mmol/L,不影响产物的表达。经过多批培 养和生长HuEPO的结果表明,自行配制的SFM-p培养 基在该反应器能有效地维持细胞生长和生产rHuEPO 。 39
用于基因重组促人红细胞生成素 (Recombinant human erythropoietin, rHuEPO)生产且不含牛血清白蛋白的无 血清培养基-p (Serum free medium-p, SFM-p)培养液,就是在达尔贝可改良的 伊格尔(Dulbecco s modified Eagle s medium, DMEM)∶F12 (1∶1)培养基中 添加了Se、乙醇胺、多种维生素、蛋白 胨、胰岛素、转铁蛋白和一些细胞因子 等成分构成的专用培养基
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填充床生物反应器
动物细胞大规模培养需要合适的生物 反应器. 目前国内用的比较多的适合 CHO细胞生长并能高效表达产物的反应 器是填充床式生物反应器,其中比较有 名的是美国NBS公司生产的Celligen系 列.
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Celligen plus
Celligen 310
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Cellgen 系列生物反应器的特点
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补充因子是无血清培养基中各种血清替代成 分的总称。补充因子的种类繁多,主要有生物 大分子、小分子和微量元素等。补充因子又 可归类为必需补充因子和特殊补充因子。 必需补充因子:胰岛素、转铁蛋白和亚硒酸钠 所有的细胞株在无血清培养基中生长时都需 要的, 特殊补充因子:①生长因子②激素③贴壁因子 ④其它补充因子
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rhEPO的工程细胞
rhEPO (人重组红细胞生成素) 的 工程细胞通常使用CHO细胞,因为CHO 细胞是重组糖蛋白生产的首选体系,而 rhEPO就是一种糖蛋白.CHO细胞是体 壁依赖性细胞.
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rhEPO工程细胞CHO
微载体
培养基
生物反应器 培养参数 分泌产物 分离纯化 rhEPO
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培养基
天然培养基
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微载体
微载体培养是细胞在由葡聚糖制成 的小球表面成单层生长,通过轻轻搅拌 使细胞维持悬浮状态。这种培养较传统 的单层细胞培养,面积大大增加,将这种 微载体在流化床式、固定床式反应器中 进行培养,则可获得比原来多20~50倍的 高密度细胞.
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常用的微载体
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Cytodex微载体上细胞生长情况
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pore的性质
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动物细胞生物反应器
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常见动物细胞生物反应器类型
气升式(airlift)生物反应器 中空纤维管(hollow-fiber)生物反应器 流化床(fluidiz-bed)生物反应器(FBR) 搅拌罐(stir-tank)生物反应器(STR) 固定床(fixed-bed)生物反应器 填充床(packed-bed)生物反应器
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使用无血清培养基的问题
无血清培养基虽然在各个方面都显示出其 强大的优势和发展前景,但采用无血清培养而 诱发的细胞凋亡也成为动物细胞无血清培养 技术中亟待解决的问题.在培养基中加入某些 化合物,如金精三羧酸(Aurint ricarboxylic acid, ATA)、锌离子、抗氧化剂和细胞因子 等,在一定程度上可阻止因采用无血清培养 基而导致的细胞凋亡.
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3.亚硒酸钠:Hewlett在1991年曾指出硒在 任何一种细胞,特别是人体细胞的生长 过程中确实具有明显作用,微量元素硒 参与谷胱甘肽过氧化物酶和过氧化物歧 化酶的作用过程,消除氧化物酶和氧自 由基对细胞的伤害。亚硒酸钠的最适添 加浓度是30~60nmol· L-1。
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生产rhEPO的无血清培养基
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Celligen 系列生物反应器的特点
1. 适合贴壁培养细胞和悬浮细胞,适合各 种动物细胞,昆虫细胞和植物细胞等 2. 灌流式的培养过程 3. 低（无）剪切力搅拌,无气泡通气； 4. 特殊的贴壁载体,比表面积大,静止培养 5. 通过持续检测摄氧率实时检测细胞浓 度 6. 符合现行药品生产质量管理规范 (cGMP)
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Cell igen系列使用的载体—FibraCel(聚酯片)
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FibraCel的技术指标
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FibraCel的电镜照片
无细胞生长的FibraCel
HEK293细胞在FibraCel 上生长4天的情况
HEK293细胞在FibraCel 上生长7天的情况
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FibraCel适用的细胞种类
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