动物细胞大规模培养方法及其应用PPT课件
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D 流化床反应器（悬浮培 养或微载体培养用搅拌器形 式三）
流化床反应器的基本原理就是使支持细胞 生长的微粒呈流态化。右图所示为由胶原 制成的微粒直径约500μ m，具有像海绵一 样的多孔性用非毒性物质增加其比重使之 达到1．6或更高，以便它在高速向上流动 的培养波中里流态化。细胞就接种于这种 微粒之中，通过反应器垂直向上循环流动 的培养液使之成为流化床，并不断提供给 细胞必要的营养成分，细胞得以在微粒中 生长。同时，新鲜培养浪不断地披加入， 而培养产物或代谢产物又不断地被排除。
导流筒随搅拌同步转动（30~60rpm) 时，由于离心力的作用，使搅拌器中 心管内产生负压，迫使搅拌器外培养 基流入中心管，沿管螺旋上升，再从 三导
流筒口排出，绕搅拌器外缘螺旋下降， 培养基和悬浮的细胞或附着细胞或微 载体反复循环。由流体搅拌加流体循 环，使反应器内流体混和相当好。
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C 膜搅拌器(悬浮培养或微载体培养用:搅拌器型式之二)
了微载体系统培养贴壁依赖性细胞。微载体是直径为 60~250μ m的微珠。采用微裁体系统培养动物细胞，细 胞贻壁于微载体上，微载体(和细胞)悬浮于培养基中， 细胞在微载体表面逐渐生长成单层。
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• 1967年，Van Wezel开发了微 载体系统培养贴壁细胞。
• 微载体是直径60-250μm的微 珠。多用带不同基团的葡聚糖 交联成几种大分子，使其带有 适当电荷或介质，以利于细胞 的贴壁及生长。
微囊化方法能使细胞处于相对稳定、受剪切力小的环境中， 而养分和氧又可以从微囊外的培养液扩散进入。
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5、中空纤维培养系统
• 中空纤维是聚砜或丙烯的聚合物制成，一个培 养筒内由数千根中空纤维所组成，然后封存在 特制的圆筒中，组成的培养系统。每根纤维管 内成为“内室”，可灌流无血清培养液供细胞 生长；管与管之间称为“外室”。接种的细胞 就贴在管壁上，并吸取“内室”渗透出来的养 分，迅速生长繁殖。
Section 4： Scaling-up of cell culture 动物细胞的大
规模培养
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动物细胞大规模培养技术失建立在贴壁培养
法和悬浮培养法基础上，再融合了固定化细胞、 填充床、生物反应器技术以及人工灌流等技术而 发展起来的。
主要包括：
悬浮培养 微载体培养 微囊化培养 中空纤维法
• 利用大规模培养哺乳类细胞是 一项重要的生产生物制品的技 术，包括疫苗、干扰素、激素 、生长因子和单抗等，具有很 高的经济和社会效益。
强力。此外，有许多动物细胞属于贴壁依赖性的， 不能悬浮培养。
悬浮培养的关键是要选择适当的搅拌和通气 装置.
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2、微载体培养系统
贴壁依赖性动物细胞的培养，最初是采用滚瓶系统，其结 构简单、投资少，技术成熟，重现性好，放大只是简单地增加 该瓶数。但是，滚瓶系统劳动强度大，单位体积提供细胞生长 的表面积小。为了克服这些不利因素，1967年，van wezell开发
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1、悬浮培养
动物细胞的悬浮培养是在微生物发酵的基础上发展 起来的。动物细胞没有细胞壁保护，不能耐受剧烈的搅 拌和通气。
对于小规程培养多采用转瓶和滚瓶培养，大规模培 养多采用发酵罐式的细胞培养反应器。
悬浮培养，设备结构简单，有成熟的理论计算，可 以借鉴微生物发酵的部分经验，放大效应小。
但是悬浮培养的细胞密度较低，转化细胞悬浮培养 有潜在致癌危险，培养病毒易失去病毒标记而降低免疫
无泡搅拌反应器是一种装有膜搅拌器的生物反应器，这种反应器的开发和应用在 生产中同时解决了通气和均相化的要求。无泡搅拌反应器采用多孔的疏水性的塑 料管装配成通气搅拌桨。由于选用多孔塑料管具有良好的氧通透性，从而实现无 泡通气搅拌。由于这类反应器能提供动物细胞生长中所需的溶氧要求，产生的 剪切力较小以及在通气中不产生泡沫，避免了在其它反应器中常见的某些弱点， 如泡队等，因而己广泛地应用于实验室研究和中试工业生产。 膜由聚丙烯或其它材料制成，它被加工成多孔的管。在多孔管内的气体压力不能 超过鼓泡压力，即气泡在膜外表面出现的静止内压。对于不湿润的硫水膜，相对 于水的气泡压力约在13X10’Pa。上述这一要求是容易实现的，即加在管上的压力 应比管内流动压力降和气泡压力的总和高出10％。在那种情况下，就可以形成管 外的气掖界面层。即使当多孔管运动时单独的气泡不出现，其传质的情况基本上 与气体鼓泡相似。
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与微载体结合的生物反应器系统
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• 收获细胞 • 接种——球传球
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3、包埋培养
悬浮生长和对贴壁依赖生长的细胞都适用，细 胞生长的密度高，抗剪切力和抗污染能力强。对悬 浮生长的细胞用海藻酸钙包埋，对贴壁依赖生长细 胞用胶原包埋。由于动物细胞培养慢而费有高，且 对剪切力敏感， 经包埋后可有效的保护细胞。
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4、微囊化培养
在动物细胞微囊化的制备中，主要是应用海藻酸—聚氨基 酸的方法，简单过程是动物细胞与海藻酸溶液混合搅拌，经过 微囊发生器将微球滴入氯化钙溶液中，形成凝胶，然后再用聚 氨基酸处理，使微球表面成膜，最后用柠檬酸处理去除微球内 的钙离子，以便球内的海藻酸成液态，动物细胞得以悬浮在其 中。动物细胞的微囊化中海藻酸和聚氨基酸是关键材料。
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这种模式，把单层培养和悬浮培养的优点融汇在 一起，具有两种培养方法的优点。 1) 表面积／体积比大 2) 由于微裁体悬浮于培养基中，是均匀悬浮 培养， 简化了细胞生长各种环境因素的监测和控制。 3) 培养基利用率高。 4) 采样重演性好。 5）收获过程不复杂。 6) 放大较容易。 7) 劳动强度小，占用空间小
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中空纤维培养Байду номын сангаас统
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自学：
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1000L气升式细胞反应器 系统
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典型动物细胞培养反应器 A 中空纤维反应器（贴壁反应器）
中空纤维反应器：左右两箭头为无菌空气进出口。细胞 生长在由半透性的多孔膜制成的中空纤维中外表面。
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B、气腔式反应器（悬浮培 养或微载体培养用:搅拌器形
式之一）
其中关键的是一个笼式撑拌器。笼式 通气装置的特点主要是可以避免在向 培养基中通气时，气泡不会直接损伤 细胞。（因为气泡已被上部的200目丝 网机械的破坏了。同时，在采用微教 体系统培养时，微载体不会被由于通 气所产生泡沫所裹抉在气液界面。
D 流化床反应器（悬浮培 养或微载体培养用搅拌器形 式三）
流化床反应器的基本原理就是使支持细胞 生长的微粒呈流态化。右图所示为由胶原 制成的微粒直径约500μ m，具有像海绵一 样的多孔性用非毒性物质增加其比重使之 达到1．6或更高，以便它在高速向上流动 的培养波中里流态化。细胞就接种于这种 微粒之中，通过反应器垂直向上循环流动 的培养液使之成为流化床，并不断提供给 细胞必要的营养成分，细胞得以在微粒中 生长。同时，新鲜培养浪不断地披加入， 而培养产物或代谢产物又不断地被排除。
导流筒随搅拌同步转动（30~60rpm) 时，由于离心力的作用，使搅拌器中 心管内产生负压，迫使搅拌器外培养 基流入中心管，沿管螺旋上升，再从 三导
流筒口排出，绕搅拌器外缘螺旋下降， 培养基和悬浮的细胞或附着细胞或微 载体反复循环。由流体搅拌加流体循 环，使反应器内流体混和相当好。
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C 膜搅拌器(悬浮培养或微载体培养用:搅拌器型式之二)
了微载体系统培养贴壁依赖性细胞。微载体是直径为 60~250μ m的微珠。采用微裁体系统培养动物细胞，细 胞贻壁于微载体上，微载体(和细胞)悬浮于培养基中， 细胞在微载体表面逐渐生长成单层。
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• 1967年，Van Wezel开发了微 载体系统培养贴壁细胞。
• 微载体是直径60-250μm的微 珠。多用带不同基团的葡聚糖 交联成几种大分子，使其带有 适当电荷或介质，以利于细胞 的贴壁及生长。
微囊化方法能使细胞处于相对稳定、受剪切力小的环境中， 而养分和氧又可以从微囊外的培养液扩散进入。
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5、中空纤维培养系统
• 中空纤维是聚砜或丙烯的聚合物制成，一个培 养筒内由数千根中空纤维所组成，然后封存在 特制的圆筒中，组成的培养系统。每根纤维管 内成为“内室”，可灌流无血清培养液供细胞 生长；管与管之间称为“外室”。接种的细胞 就贴在管壁上，并吸取“内室”渗透出来的养 分，迅速生长繁殖。
Section 4： Scaling-up of cell culture 动物细胞的大
规模培养
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动物细胞大规模培养技术失建立在贴壁培养
法和悬浮培养法基础上，再融合了固定化细胞、 填充床、生物反应器技术以及人工灌流等技术而 发展起来的。
主要包括：
悬浮培养 微载体培养 微囊化培养 中空纤维法
• 利用大规模培养哺乳类细胞是 一项重要的生产生物制品的技 术，包括疫苗、干扰素、激素 、生长因子和单抗等，具有很 高的经济和社会效益。
强力。此外，有许多动物细胞属于贴壁依赖性的， 不能悬浮培养。
悬浮培养的关键是要选择适当的搅拌和通气 装置.
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2、微载体培养系统
贴壁依赖性动物细胞的培养，最初是采用滚瓶系统，其结 构简单、投资少，技术成熟，重现性好，放大只是简单地增加 该瓶数。但是，滚瓶系统劳动强度大，单位体积提供细胞生长 的表面积小。为了克服这些不利因素，1967年，van wezell开发
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1、悬浮培养
动物细胞的悬浮培养是在微生物发酵的基础上发展 起来的。动物细胞没有细胞壁保护，不能耐受剧烈的搅 拌和通气。
对于小规程培养多采用转瓶和滚瓶培养，大规模培 养多采用发酵罐式的细胞培养反应器。
悬浮培养，设备结构简单，有成熟的理论计算，可 以借鉴微生物发酵的部分经验，放大效应小。
但是悬浮培养的细胞密度较低，转化细胞悬浮培养 有潜在致癌危险，培养病毒易失去病毒标记而降低免疫
无泡搅拌反应器是一种装有膜搅拌器的生物反应器，这种反应器的开发和应用在 生产中同时解决了通气和均相化的要求。无泡搅拌反应器采用多孔的疏水性的塑 料管装配成通气搅拌桨。由于选用多孔塑料管具有良好的氧通透性，从而实现无 泡通气搅拌。由于这类反应器能提供动物细胞生长中所需的溶氧要求，产生的 剪切力较小以及在通气中不产生泡沫，避免了在其它反应器中常见的某些弱点， 如泡队等，因而己广泛地应用于实验室研究和中试工业生产。 膜由聚丙烯或其它材料制成，它被加工成多孔的管。在多孔管内的气体压力不能 超过鼓泡压力，即气泡在膜外表面出现的静止内压。对于不湿润的硫水膜，相对 于水的气泡压力约在13X10’Pa。上述这一要求是容易实现的，即加在管上的压力 应比管内流动压力降和气泡压力的总和高出10％。在那种情况下，就可以形成管 外的气掖界面层。即使当多孔管运动时单独的气泡不出现，其传质的情况基本上 与气体鼓泡相似。
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与微载体结合的生物反应器系统
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• 收获细胞 • 接种——球传球
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3、包埋培养
悬浮生长和对贴壁依赖生长的细胞都适用，细 胞生长的密度高，抗剪切力和抗污染能力强。对悬 浮生长的细胞用海藻酸钙包埋，对贴壁依赖生长细 胞用胶原包埋。由于动物细胞培养慢而费有高，且 对剪切力敏感， 经包埋后可有效的保护细胞。
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4、微囊化培养
在动物细胞微囊化的制备中，主要是应用海藻酸—聚氨基 酸的方法，简单过程是动物细胞与海藻酸溶液混合搅拌，经过 微囊发生器将微球滴入氯化钙溶液中，形成凝胶，然后再用聚 氨基酸处理，使微球表面成膜，最后用柠檬酸处理去除微球内 的钙离子，以便球内的海藻酸成液态，动物细胞得以悬浮在其 中。动物细胞的微囊化中海藻酸和聚氨基酸是关键材料。
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这种模式，把单层培养和悬浮培养的优点融汇在 一起，具有两种培养方法的优点。 1) 表面积／体积比大 2) 由于微裁体悬浮于培养基中，是均匀悬浮 培养， 简化了细胞生长各种环境因素的监测和控制。 3) 培养基利用率高。 4) 采样重演性好。 5）收获过程不复杂。 6) 放大较容易。 7) 劳动强度小，占用空间小
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中空纤维培养Байду номын сангаас统
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自学：
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1000L气升式细胞反应器 系统
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典型动物细胞培养反应器 A 中空纤维反应器（贴壁反应器）
中空纤维反应器：左右两箭头为无菌空气进出口。细胞 生长在由半透性的多孔膜制成的中空纤维中外表面。
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B、气腔式反应器（悬浮培 养或微载体培养用:搅拌器形
式之一）
其中关键的是一个笼式撑拌器。笼式 通气装置的特点主要是可以避免在向 培养基中通气时，气泡不会直接损伤 细胞。（因为气泡已被上部的200目丝 网机械的破坏了。同时，在采用微教 体系统培养时，微载体不会被由于通 气所产生泡沫所裹抉在气液界面。