1、1二、动物细胞工程制药技术基础二、动物细胞工程制药技术基础（一）动物细胞的获得（一）动物细胞的获得 供生产生物技术药物的动物细胞有3类；1、原代细胞、原代细胞 原代细胞是直接取自直接取自动物组织器官，经过分散、分散、消化消化制得的细胞悬液细胞悬液。2、二倍体细胞系、二倍体细胞系 原代细胞经过传代、筛选、克隆传代、筛选、克隆，从而由多种细胞成分的组织中挑选强化强化具有一定特性的细胞株。2 其特点是：其特点是：染色体组织仍然是2n的模型的模型；具有明显贴壁依赖和接触抑制贴壁依赖和接触抑制的特性：具有有限的增殖能力有限的增殖能力，一般可连续传代培养连续传代培养50代代；无致癌性无致癌性。二倍体细胞通
2、常由胚胎组织胚胎组织中获取。3、转化细胞系、转化细胞系 这类细胞常常因染色体的断裂断裂而变成异倍体变成异倍体，从而失去了正常细胞的特点，而获得无限繁殖的能力无限繁殖的能力。这种转化进程可以是自发的转化进程可以是自发的，也可以通过人为的方法进行的转化转化。3 另外，从动物肿瘤组织动物肿瘤组织中建立的细胞系也是转化转化细胞细胞，转化细胞转化细胞具有无限生命力无限生命力，倍增时间倍增时间较短，培养条件要求较低，适于大规模生产培养。（二）动物细胞培养条件（二）动物细胞培养条件 营养、营养、pH及温度及温度是细胞生长所要求的重要条件，培养细胞的最适温度为最适温度为370.5，偏离此温度，细胞的正常生长及
3、代谢将会受到影响。细胞培养的最最适适pH 7.27.4间间。细胞生长代谢离不开气体，培养瓶中的O2与与CO2，是以保证细胞体内代谢活动的进行，但作为代谢产物作为代谢产物CO2 在培养环境中还有调节调节pH的作用的作用，CO2培养箱培养箱可以维持一定比例的可以维持一定比例的CO2，使培养环境中的氢离子浓氢离子浓度保持恒定度保持恒定。4 在保证细胞渗透压保证细胞渗透压的情况下，培养液里的成分培养液里的成分要满足细胞进行代谢所需要的各种组成各种组成，如各种必需氨必需氨基酸和非必需氨基酸、维生素、碳水化合物及无机基酸和非必需氨基酸、维生素、碳水化合物及无机盐类盐类等，只有满足了这些基本条件，细胞才能在
4、体外细胞才能在体外正常存活、生长。正常存活、生长。另外，在单克隆抗体实验培养中加入一些饲养细饲养细胞胞，或在换液时留一些原培养液原培养液，也有利于细胞生长。各种合成培养基各种合成培养基给细胞培养细胞培养提供了方便，但单纯采用合成培养基合成培养基，细胞还不能很好地增殖，甚至细胞不贴壁生长不贴壁生长，因此使用时常要添加510小牛血小牛血清清，对杂交瘤细胞的培养添加胎牛血清要达胎牛血清要达l02020，5 其使用有几方面：其使用有几方面：提供细胞生长所需的条件生长因子和激素条件生长因子和激素。提供细胞贴壁所需的贴附因子和伸展因子贴附因子和伸展因子；提供识别金属、激素、维生素和脂类金属、激素、维生素和
5、脂类的结合蛋结合蛋白白；提供细胞生长所需的脂肪酸和微量元素脂肪酸和微量元素。为适应大规模细胞培养大规模细胞培养，发展高技术生物制品，近代还大力研究无血清培养基无血清培养基。无血清培养基具有以下优点：提高了细胞培养的可重复性可重复性，避免了由于血清血清批之间差异的影响批之间差异的影响；6 减少了由血清带来的病毒、真菌和支原体病毒、真菌和支原体等微生物污染的危险；供应充足、稳定；细胞产品易于纯化易于纯化；避免了血清中某些因素对某些细胞的毒性毒性；减少了血清中蛋白对某些生物测定的干扰生物测定的干扰，便于实验结果的分析实验结果的分析。无血清培养基是以合成培养基为基础加入各种细细胞生长所需的添加因子胞生
6、长所需的添加因子，有利于细胞生长的因子和微量元素等。7（三）动物细胞大规模培养方法（三）动物细胞大规模培养方法 动物细胞培养的方法，一般可根据培养细胞的种类分为原代细胞培养和传代细胞培养原代细胞培养和传代细胞培养；又可根据培养基的不同分为液体培养和固体培养液体培养和固体培养；还可根据培养容器和方式的不同分为静止培养、旋转培养、搅拌培养、静止培养、旋转培养、搅拌培养、微载体培养、中空纤维培养、固定床或流化床培养微载体培养、中空纤维培养、固定床或流化床培养等。但从生产实际看，动物细胞的大规模培养主要可分为悬浮培养、贴壁培养和贴壁悬浮培养悬浮培养、贴壁培养和贴壁悬浮培养。1、悬浮培养、悬浮培养 顾名
7、思义，所谓悬浮培养悬浮培养即让细胞自由地悬浮于培养基内生长增殖。它适用于一切种类的非贴壁依赖性非贴壁依赖性细胞（悬浮细胞），也适用于兼性贴壁细胞细胞（悬浮细胞），也适用于兼性贴壁细胞。8 该培养方法的优点是操作简便操作简便，培养条件比较均一，传质和传氧较好传质和传氧较好，容易扩大培养规模，在培养设各的设计和实际操作中可借鉴许多有关细菌发酵的经有关细菌发酵的经验。验。目前在生产中用于悬浮培养的设备主要是通气搅通气搅拌罐式生物反应器和气升式生物反应器拌罐式生物反应器和气升式生物反应器。2、贴壁培养、贴壁培养 贴壁培养贴壁培养是必须让细胞附在某种基质上生长繁殖的培养方法：它适用于一切贴附依赖性细胞贴
8、附依赖性细胞（贴壁细胞），也适用于兼性贴壁细胞兼性贴壁细胞。9 该方法优点是适用的细胞种类广适用的细胞种类广（因为生产中所使用的细胞绝大多数是贴壁细胞），较容易采用灌流培灌流培养的方式使细胞达到高密度养的方式使细胞达到高密度；不足之处是操作比较麻烦。需要合适的贴附材料和足够的面积贴附材料和足够的面积，培养条件不易培养条件不易均一，传质和传氧较差均一，传质和传氧较差，这些不足常常成为扩大培养的“瓶颈”。被普遍采用的贴壁培养方法贴壁培养方法是固定床式生物反应器固定床式生物反应器，但由于该反应器中传质和传氧传质和传氧常会出现梯度式梯度式不均一现象，故放大常受到限制放大常受到限制。10 贴壁培养扩大培
9、养时，常常需要用酶将其从基质上消化下来消化下来。它们的作用主要是使细胞间质和一些促进它们的作用主要是使细胞间质和一些促进细胞贴附的蛋白因子水解，使细胞从基质分离成单个细胞贴附的蛋白因子水解，使细胞从基质分离成单个细胞。细胞。3、微载体培养、微载体培养 微载体培养微载体培养是使细胞贴附在微小颗粒载体上，它创造了相当大的贴附面积，供细胞贴附生长、增殖贴附生长、增殖。载体体积很小，比重较轻，在轻度搅拌下即可使细胞自由悬浮于培养基内，充分发挥悬浮培养的优点发挥悬浮培养的优点。理想的微载体需具备如下一些条件：理想的微载体需具备如下一些条件：微载体表面性质与细胞有良好的相容性良好的相容性，适用细胞附着、伸
10、展和增殖附着、伸展和增殖；11 微载体的材料无毒性无毒性。不仅要求对细胞的生长细胞的生长无毒性，而且也不会产生影响产品和人体健康的有害因有害因子子；微载体的材料是惰性的惰性的，不与培养基成分发生化化学变化学变化，也不会吸收培养基中的营养成分；微载体的比重在比重在1.0301.045gml，使载体在低速搅拌下就可悬浮，而在静止时又可很快沉降，便于换液和收获换液和收获；粒径在粒径在60250m（溶胀后）之间为好，并要尽可能地均一，差异不大于差异不大于20 m。这样有利于细胞均细胞均匀分布在各微载体表面匀分布在各微载体表面；12 具有良好的光学透明性光学透明性，适用在倒置显微镜下观倒置显微镜下观察细
11、胞在载体上的生长情况察细胞在载体上的生长情况；基质的性质最好是软性的最好是软性的，避免在搅拌中由于载体互相磨擦而损伤细胞互相磨擦而损伤细胞；可耐耐120高温高温，便于采用高压蒸汽灭菌高压蒸汽灭菌；经简单的适当处理后，可反复多次地使用反复多次地使用；原料充分，制作简便，价廉价廉。13（五）动物细胞的种质保存（五）动物细胞的种质保存 动物细胞种质保存的形式有组织块、细胞悬浮物及组织块、细胞悬浮物及细胞单层培养物细胞单层培养物等。保存方式有常温、低温及超低温常温、低温及超低温冰冻法3种。目前超低温冰冻法超低温冰冻法是保存种质细胞最有效和最重要的方法。常温法常温法是将特定种质形式保存于2030的方法的
12、方法，如人肾及猴肾细胞单层单层于2530可保存1个月以上个月以上，人二倍体细胞单层可保存两周保存两周，中间换液可保存30d以以上上，若生长液中小牛血清减至血清减至0.5l，于37培养并有规律地更换培养基有规律地更换培养基，则可长期保存长期保存。14 低温法低温法是将特定种质形式保存于保存于4的方法的方法，如原代猴肾细胞悬浮于4生长液中，可保存3周。超低温冰冻法超低温冰冻法系将种质细胞保存于保存于70以下冰以下冰箱或液氮中的保存方法箱或液氮中的保存方法。在此条件下，种质可长期保长期保存存。但是本法需用保护剂需用保护剂，常用的保护剂有二甲亚砜二甲亚砜（DMSO）及甘油）及甘油等。甘油使用浓度为甘油
13、使用浓度为520，DMSO使用浓度为使用浓度为512.5。DMSO因起作用更快，毒性及黏度毒性及黏度更低，膜透性更高，抗冻伤能力更强而应用最多，细胞在细胞在DMSO中中30s左右即达到内外平衡，但在甘油中左右即达到内外平衡，但在甘油中2h才才能平衡。能平衡。15 在深冻过程中，先配制含含8l0DMSO、1520小牛血清小牛血清及适量NaHCO3的保护液，再将细胞培养物消化与分散，离心收集细胞，按按5106个细个细胞胞ml浓度添加保护液浓度添加保护液，按lml支分装于安瓿中，04放置放置24 h，移至，移至70冰箱中或置于液氮中冰箱中或置于液氮中保存保存。保冻细胞在继代培养前需复苏，复苏时将安瓿
14、取出，包裹包裹4层纱布浸入层纱布浸入40水中水中，除去纱布后再浸入水中融化40s，混匀后立即接种l2（100ml培养瓶），并按按12ml4ml8ml缓慢而依次加入生长缓慢而依次加入生长液，最终加至液，最终加至20ml。若保护液含若保护液含DMSO可直接用于接种，但其浓度应降可直接用于接种，但其浓度应降至至l以下。若保护液含甘油，则应离心除去甘油，以下。若保护液含甘油，则应离心除去甘油，以防影响细胞增殖，以防影响细胞增殖，加生长液后可通过台酚蓝染色法台酚蓝染色法计算活细胞数，然后用于培养。16（六）单克隆抗体技术（六）单克隆抗体技术 l、单克隆抗体的制备原理、单克隆抗体的制备原理 B细胞群受抗原
15、刺激受抗原刺激后能产生针对抗原决定簇抗原决定簇的特特异性抗体异性抗体，一个机体可产生多达100万种特异性不同的抗体。但一个但一个B细胞却只能分泌一种特异性抗体细胞却只能分泌一种特异性抗体。每个杂交瘤细胞只分泌一种特异性抗体只分泌一种特异性抗体，培养单个杂交瘤细胞，使之无性繁殖无性繁殖形成细胞集落（称之为克隆）细胞集落（称之为克隆）。同一个克隆的杂交瘤细胞基因相同，合成并分泌的特异性抗体质地均一质地均一。这种抗体抗体称之为单克隆抗体单克隆抗体。17 淋巴细胞杂交瘤技术淋巴细胞杂交瘤技术是将在体外不能长期生存的免疫淋巴细胞与在体外能迅速增殖的骨髓瘤细胞在聚骨髓瘤细胞在聚乙二醇（乙二醇（PEG）作用
16、）作用下融合而产生杂交瘤细胞。所得的杂交瘤细胞承袭了两组亲代细胞的遗传性，既保存了骨髓瘤细胞在体外迅速增殖传代的能力骨髓瘤细胞在体外迅速增殖传代的能力，又继承了免疫淋巴细胞合成与分泌抗体和淋巴因子免疫淋巴细胞合成与分泌抗体和淋巴因子的能力。T淋巴细胞主司细胞免疫淋巴细胞主司细胞免疫，分泌淋巴因子分泌淋巴因子。已知有40多种淋巴因子。T细胞与骨髓瘤细胞融合可产生能分泌淋巴因子的T细胞杂交瘤细胞细胞杂交瘤细胞。B细胞主司体液免疫细胞主司体液免疫，能分泌特异性免疫球蛋白特异性免疫球蛋白（抗体）（抗体），B细胞与骨髓瘤细胞融合则产生能分泌特异性抗体的B细胞杂交瘤细胞细胞杂交瘤细胞。18 单克隆抗体有特
17、异性强、免疫滴度高、质地均一、反应灵敏、可标准化等特点，还可进行工业化大生产。单克隆抗体可用于疾病诊断、体内显像定位检查、单克隆抗体可用于疾病诊断、体内显像定位检查、体内治疗或靶向治疗、食品与环境监测以及天然蛋白体内治疗或靶向治疗、食品与环境监测以及天然蛋白与基因工程产品的提纯与基因工程产品的提纯等。世界各国已制备万种单克制备万种单克隆抗体隆抗体。现已有百余种诊断试剂和数种治疗剂百余种诊断试剂和数种治疗剂投放市场。192、单克隆抗体的工业化生产、单克隆抗体的工业化生产 单克隆抗体的生产包括细胞培养、提纯和制剂细胞培养、提纯和制剂等工艺过程。（1）杂交瘤细胞的大规模培养）杂交瘤细胞的大规模培养
18、单克隆抗体问世后，已研究了多种适宜于大规模培养杂交瘤细胞的生物反应器（细胞培养罐）及其培养基。目前比较成熟的发酵罐有气升式或深层发酵罐，气升式或深层发酵罐，中空纤维培养罐，微囊或滴珠发酵罐中空纤维培养罐，微囊或滴珠发酵罐。牛淋巴液大规模培养技术牛淋巴液大规模培养技术（mass culturing technique，MCT）也是较成熟的适合于杂交瘤细胞大规模培养的方法。20 用牛淋巴液体外循环法生产单克隆抗体的步骤：在无菌条件下，自牛颈部引出牛胸导管、淋巴管至无菌室；使淋巴细胞与淋巴液分开；将滤出的细胞与部分淋巴液细胞与部分淋巴液送回牛静脉管内，无细胞淋巴液经超滤后进入培养罐进行循环，并按比例
19、加入培养液（培养液应通过一层微孔半透膜过滤后培养液应通过一层微孔半透膜过滤后再进入培养罐）再进入培养罐）。杂交瘤细胞培养产生的单克隆抗体培养液的20通过另一端的半透膜流出培养罐，每日收获单克隆抗体，其他80再循环再循环。21（2）单抗的分离纯化）单抗的分离纯化 无论用动物腹水动物腹水，还是用发酵罐生产单克隆抗体，产品的分离纯化分离纯化均十分重要。目前常用的方法有超滤法、盐析法，离子交换层析法、等电聚焦层析法、葡萄球菌蛋白A层析法、HPLC、DEAF C层析法、葡聚糖或琼脂糖法等。（3）单克隆抗体的制剂技术）单克隆抗体的制剂技术 即将纯化的单克隆抗体制备成诊断试剂或新药制备成诊断试剂或新药。常用
20、于制备单克隆抗体制剂的物质有高聚物、脂质体、高聚物、脂质体、聚乙二醇、细胞膜聚乙二醇、细胞膜等。导向高聚物导向高聚物是表面包裹着特异单克隆抗体的高聚物小珠高聚物小珠，可用于移植，癌症治疗和体内定位诊断。22三、植物细胞工程制药技术基础三、植物细胞工程制药技术基础（一）植物组织和细胞培养的基本概念（一）植物组织和细胞培养的基本概念 1、植物组织细胞无菌培养技术类型、植物组织细胞无菌培养技术类型 植物组织和细胞植物组织和细胞是指在无菌和人工控制的营养（培养基）及环境条件（光照、温度等）下，研究植研究植物的细胞、组织和器官物的细胞、组织和器官以及控制其生长发育的技术。植物无菌培养技术无菌培养技术有以
21、下几类：幼苗及较大植株的培养幼苗及较大植株的培养，即为“植物培养”（plant culture）；从植物各种器官的外植体增殖外植体增殖而形成的愈伤组愈伤组织织的培养叫做“愈伤组织培养愈伤组织培养”；23 能够保持较好分散性较好分散性的离体细胞或较小细胞团较小细胞团的液体培养，称为“悬浮培养悬浮培养”；离体器官的培养，如茎尖、根尖、叶片、花器茎尖、根尖、叶片、花器官各部分原基或未成熟的花器官各部分官各部分原基或未成熟的花器官各部分以及未成熟果实的培养，称为“器官培养器官培养”；未成熟或成熟未成熟或成熟的胚胎的离体培养，则为“胚胎胚胎培养培养”。2、悬浮培养、悬浮培养 悬浮培养是指在液体培养基中，
22、能够保持良好分散性的细胞和小的细胞聚集体细胞和小的细胞聚集体的培养。在此培养条件下组织水平较低组织水平较低。24 3、细胞培养、细胞培养 细胞培养是指利用单个细胞进行液体或固体培养液体或固体培养，诱导其增殖及分化增殖及分化。其目的是为了得到单细胞无性单细胞无性繁殖系。繁殖系。4、分生组织培养、分生组织培养 分生组织培养分生组织培养又称生长锥培养生长锥培养，是指在人工培养基上培养茎端分生组织细胞。分生组织如茎尖分生组织的部位仅限于顶端圆锥区仅限于顶端圆锥区，其长度不超过不超过1mm。研究表明，通过组织培养技术进行植物的快速繁植物的快速繁殖试验殖试验往往并没有利用这么小的外植体这么小的外植体，而是
23、利用较大的茎尖组织较大的茎尖组织，通常包括l2个原基个原基。255、外植体组织培养、外植体组织培养 外植体外植体是指用于植物组织（细胞）培养的器官或器官或组织组织（的切段），植物的各部位如根、茎、叶、花、根、茎、叶、花、果、穗、胚珠、胚乳、花药和花粉果、穗、胚珠、胚乳、花药和花粉等均可作为外植体进行组织培养。6、器官形成培养、器官形成培养 器官形成一般是指在组织培养或悬浮培养中芽、根芽、根或花等器官的分化与形成或花等器官的分化与形成。或者在先形成的小根基部小根基部迅速形成愈伤组织愈伤组织，然后再形成芽再形成芽；或者在不同部位分别形成芽和根分别形成芽和根之后，再形成维管组织维管组织而将二者连成将
24、二者连成一个轴一个轴，最后形成小植株最后形成小植株。26 如果在培养过程中小植株的发生途径与正常的受精卵发育方式极为近似时，通常称为“胚胎形成胚胎形成”。当在体细胞或花药培养中培养物是小孢子这样的单小孢子这样的单倍体细胞倍体细胞，其所形成的胚胎结构叫做“胚状体胚状体”或或“不定胚不定胚”。（二）植物组织和细胞培养所用的培养基（二）植物组织和细胞培养所用的培养基 培养基实际上是植物离体器官、组织或细胞等的“无菌土壤无菌土壤”，其特点是营养成分力可调控性营养成分力可调控性。植物组织和细胞培养所用培养基种类较多。但通常都含有无机盐、碳源、有机氮源、植物生长激素、无机盐、碳源、有机氮源、植物生长激素、
25、维生素维生素等化学成分。应用最广的是MS培养基和培养基和LS培培养基。养基。27 MS培养基含两类成分：无机元素无机元素，如N、P、K、Ca、Fe、Mg、Cu、Mn、Zn、B、Ho、I等；有机元素有机元素，如维生素B1、B6、烟酸、肌醇、氨基酸、蔗糖等，在培养基中，一些必需元素，如N、P、K、Ca、Mg等的加入与否加入与否及其浓度的高低浓度的高低与组分的相对浓度组分的相对浓度对培养基结果都有重大影响重大影响。28 在植物组织培养过程中激素的作用非常重要，如果没有激素存在激素存在，细胞就不能快速分裂甚至不分裂不能快速分裂甚至不分裂。组织培养的优势就在于让植物细胞快速分裂，在短期内产生大量细胞，从
26、而实现快速繁殖的目的。其次激素对于组织的器官和胚状体组织的器官和胚状体形成起着重要而明显的调节作用。其中影响最显著的是生长素和细胞分裂生长素和细胞分裂素素。有时也使用赤霉素（赤霉素（GA）、脱落酸（）、脱落酸（ABA）、）、乙烯乙烯以及其他人工合成的生长调节物质生长调节物质。其中生长素包括生长素包括：吲哚乙酸（吲哚乙酸（IAA）、萘乙酸）、萘乙酸（NAA）、）、2，4二氯乙氧苯酸（二氯乙氧苯酸（2，4 D）、吲哚）、吲哚丁酸（丁酸（IBA）。细胞分裂素细胞分裂素包括：激动素（激动素（KT）、）、6苄基腺嘌苄基腺嘌呤（呤（6BA）、玉米素（）、玉米素（ZT）等。29 一般认为形成的器官的类型器官
27、的类型受培养基中这两种激素的相对浓度的控制相对浓度的控制，较高浓度的生长素生长素有利于根根的形成而抑制芽的形成的形成而抑制芽的形成；相反，较高浓度的细胞分细胞分裂素裂素则促进芽的形成而抑制根的形成促进芽的形成而抑制根的形成。（三）培养材料与培养方式（三）培养材料与培养方式 植物的根、茎、叶、花、果实、种子、髓根、茎、叶、花、果实、种子、髓等组织或器官都可用来诱导愈伤组织都可用来诱导愈伤组织。在实际工作中往往是在生长活跃的部位取材生长活跃的部位取材，进行愈伤组织的培养愈伤组织的培养，此时可以进行各种培养基的选择，经过一段时间的培养，可以选择出适当的培养基选择出适当的培养基作为以后培养的基本培养基
28、基本培养基。等愈伤组织长大后，转移愈伤组织长大后，转移到液体培养基中进行振荡，分离细胞到液体培养基中进行振荡，分离细胞。30 一般愈伤组织不会很好地分散成理想的单细胞悬浮液，大多为50200个细胞组成的细胞团个细胞组成的细胞团。上述培养出来的细胞悬浮液是异源的异源的，为了进一步得到均一的无性细胞均一的无性细胞，可以在这种悬浮培养基的基础上，当细胞分散程度和迅速生长分散程度和迅速生长达到一定阶段后，利用平板培养技术进行细胞无性系分离细胞无性系分离。即细胞悬浮液通常通过双层不锈钢网或尼龙网除去细胞聚集体细胞聚集体，将滤过的细胞液与选定的琼脂培养基在35左右下混合左右下混合，浇到培养皿上使其形成一薄
29、层，当琼脂冷却凝固后，细胞就比较均匀地分布并固定在琼脂培养基中。此方法也称单细胞培养单细胞培养。在做平板培做平板培养基养基时一个关键的问题是细胞密度应以细胞密度应以103/ml为宜。31 小规模培养可选择大小适当的三角瓶（502000ml），里面有选定的培养基，把筛选好的细胞株接入以后，旋转培养（旋转培养（50l50rmin），4周后可进行继代培养。若采用固体培养，在培养基中加入0709琼脂。大规模培养方式主要是液体悬浮培养法液体悬浮培养法，培养容器用桨式搅拌罐、空气气升式反应器桨式搅拌罐、空气气升式反应器。32 为了保证细胞系的生产稳定，已研究了多种适宜的培养方式，简介如下：（1）二步法）二
30、步法 从许多植物细胞培养与次生产物的形成来看，生物合成作用往往在细胞生长的后期生物合成作用往往在细胞生长的后期，据此提出二步培养法二步培养法。第一步培养基称为生长培养基生长培养基，主要适合于细胞的生长；第二步称为合成培养基合成培养基，用于次生产物的合成。两种培养基往往有所区别两种培养基往往有所区别，后者通常具有较低含量的硝酸盐或磷酸盐硝酸盐或磷酸盐，或两者含量均较低。此外，通常也含有较低的糖分或少量可利用的碳源较低的糖分或少量可利用的碳源。33（2）固定化培养）固定化培养 将悬浮培养的植物细胞包埋于固体基质中，成为一个固定的生物反应系统。包埋的基质可为多糖和多聚化合物多糖和多聚化合物，如褐藻酸
31、盐、琼脂（糖）、褐藻酸盐、琼脂（糖）、聚丙烯酰胺、角叉菜胶聚丙烯酰胺、角叉菜胶。由于这些支持物胶体本身的交联方式交联方式，使之对养料、水分及气体有一定的通透性通透性，在不同程度上维持细胞的生物活力，从而保证进行生化反应的酶系和辅酶系和辅助因子的存在助因子的存在。基于此原理，在细胞产生次生产物的时期，就将其固定化，加以营养介质及底物进行反应，将其制成颗粒状，注入柱式反应器柱式反应器，就可以进行连续循环反应连续循环反应。通过固定化细胞进行连续培养是实现商业化生产的有效途径。34（3）代谢产物胞外释放）代谢产物胞外释放 由于大部分有用的次生代谢物并不释放到培养基中，而是储存于液泡中储存于液泡中，传统
32、的提取药用次生代谢物的方法始于破碎细胞破碎细胞，使细胞只能一次性的使用。解决储存液泡中的次生代谢物使之解决储存液泡中的次生代谢物使之释放到胞外释放到胞外，也是通过固定化细胞进行连续培养要解决的一个主要问题。已发展出了化学试剂法、改变离子强度法、化学试剂法、改变离子强度法、pH扰动扰动法、电击法法、电击法等。（4）两相培养技术）两相培养技术 即在培养基中引入第二相，细胞细胞产物在原培养系统合成后，向第二相富集，从而减少产物在原培养系统合成后，向第二相富集，从而减少了产物的反馈抑制了产物的反馈抑制，不仅提高了产量，而且简化了后处理。35（四）植物细胞大规模培养的生物反应器特点（四）植物细胞大规模培
33、养的生物反应器特点 反应器的选择取决于生产细胞的密度、通气量以及营养成分的分散程度。常用的反应器反应器 3种类型种类型。1、摇瓶、摇瓶 气体和营养成分的均匀分布通过振荡均匀分布通过振荡而实现搅拌实现搅拌目的目的。2、搅拌型生物反应器、搅拌型生物反应器 通过不同类型搅拌器的灵活应用有利于植物培养的高度混合高度混合，反应器内的温度、溶氧以及营养物浓度温度、溶氧以及营养物浓度易控制，实验结果显示浆型搅拌器适用于植物细胞培浆型搅拌器适用于植物细胞培养。养。36 3 鼓泡塔生物反应器与气升式生物反应器鼓泡塔生物反应器与气升式生物反应器 这类反应器通过外部循环泵或压缩空气外部循环泵或压缩空气作为动力，使反
34、应器内的培养物上下混合。（1）鼓泡塔生物反应器）鼓泡塔生物反应器 鼓泡塔生物反应器是通过反应器底部的喷嘴及多孔板而实气体分散喷嘴及多孔板而实气体分散。鼓泡塔生物反应器主要优点是：没有运动部件，操作不易染菌，在无机械能输入情况下，提供了较高较高的热量和质量传递的热量和质量传递；适用于对剪切敏感性细胞剪切敏感性细胞的培养，放大相对容易。缺点是混合不匀混合不匀，缺乏有关反应器内的非牛顿流体的流动与传递特性的数据非牛顿流体的流动与传递特性的数据等。37（2）气升式生物反应器）气升式生物反应器 气升式生物反应器有内循环内循环式和外循环式式和外循环式两种类型。其培养物流动性比鼓泡塔更为均匀。气升式生物反应
35、器是植物细胞培养最合适气升式生物反应器是植物细胞培养最合适的反应器之一的反应器之一，可以在低剪切下达到较好的混合和较高的氧传递效果。而且不易污染，操作费用也较低。4、转鼓式生物反应器、转鼓式生物反应器 转鼓式生物反应器是通过转动促进反应器内的氧氧及营养物的混合及营养物的混合，设置挡板设置挡板有助于提高氧的传递提高氧的传递，在高密度培养时有高的传氧能力密度培养时有高的传氧能力，在高密度培养时，转鼓式优于搅拌式。其缺点是难于大规模放大缺点是难于大规模放大。38四、酶工程制药技术基础四、酶工程制药技术基础（一）酶工程技术（一）酶工程技术 酶工程酶工程 是酶学与工程学互相渗透结合，发展形成的生物技术，
36、它研究酶和应用酶的特异催化功能，并通过工程化过程将相应原料转化成所需产物的技术将相应原料转化成所需产物的技术。除了第一代酶酶制剂第一代酶酶制剂和第二代酶一固定化酶酶一固定化酶的广泛应用外，第三代酶第三代酶，即包括辅助因子再生系统辅助因子再生系统在内的多酶反应器多酶反应器也已取得迅速发展。酶工程的主要内容包括酶的生产、分离、纯化、生产、分离、纯化、酶的固定化、酶与固定化酶的反应器以及酶与固定化酶的固定化、酶与固定化酶的反应器以及酶与固定化酶的应用酶的应用等。39 随着生物技术与生物制造业的深入发展，当前酶工程技术的主要研究方向主要研究方向是：酶的分离、纯化和工业化生产分离、纯化和工业化生产以及新
37、酶新酶的发现与应用；酶和细胞的固定化技术与酶反应器固定化技术与酶反应器（包括酶传感酶传感器器）的研究；基因工程与蛋白质工程技术基因工程与蛋白质工程技术在酶的分子设计与酶生产中的应用；有机相中酶促反应有机相中酶促反应的研究与应用；酶的抑制剂，激活剂抑制剂，激活剂的开发与应用研究；40 抗体酶与核酶抗体酶与核酶的研究与应用；模拟酶、合成酶模拟酶、合成酶及酶分子的人工设计、合成研究。41（二）固定化酶的概念和优点（二）固定化酶的概念和优点 固定化酶固定化酶 是指借助于物理和化学的方法把酶束缚把酶束缚在一定空间内在一定空间内并具有催化活性的酶制剂催化活性的酶制剂，是近代酶工程技术的主要研究领域。广义的
38、固定化酶广义的固定化酶又包括固定化酶和固定化细胞两类。（三）固定化酶的制备方法（三）固定化酶的制备方法 酶的固定化方法有下述4种：吸附法；吸附法；包埋法；包埋法；交联法；交联法；共价键结合法。共价键结合法。1、吸附法、吸附法 吸附法分为物理吸附法和离子吸附法物理吸附法和离子吸附法。用物理吸附法制成固定化酶，酶活力损失很少。但附着在载体上的酶，易于脱落易于脱落，实用价值少。42 离子吸附法离子吸附法是将酶与含有离子交换剂的非水溶性载体相结合，酶吸附于载体上较为牢固酶吸附于载体上较为牢固，在工业上用途颇广。离子吸附法常用的载体有：阴离子交换剂；阴离子交换剂；阳离子交换剂阳离子交换剂 用于物理吸附法
39、的载体有高岭土高岭土 磷酸钙凝胶、多孔磷酸钙凝胶、多孔玻璃、氧化铝、硅胶玻璃、氧化铝、硅胶 羟基磷灰石、纤维素、胶原、淀羟基磷灰石、纤维素、胶原、淀粉粉等。2、包埋法、包埋法 包埋法又分为凝胶包埋法及微囊化包埋法凝胶包埋法及微囊化包埋法两类。凝胶包埋法凝胶包埋法是将酶或细胞限制于高聚物网格中高聚物网格中；微囊化法微囊化法是将酶或细胞定位于不同构型膜外壳内细胞定位于不同构型膜外壳内。43（六）固定化酶生物反应器的主要类型（六）固定化酶生物反应器的主要类型 反应器的形式很多，根据进料和出料的方式，可概括分为间歇式和连续式两大类间歇式和连续式两大类，后者又有两种基本形式：连续流动搅拌罐式反应器连续流
40、动搅拌罐式反应器和填充床反应器填充床反应器；还有一些衍生形式：连续流动搅拌罐超滤膜反连续流动搅拌罐超滤膜反应器、循环反应器和流化床反应器应器、循环反应器和流化床反应器等。44第四节第四节 生物制药中试放大工艺设计生物制药中试放大工艺设计 一、生物制药中试放大工艺特点一、生物制药中试放大工艺特点（一）中试放大实验的目的（一）中试放大实验的目的 当实验室研究工作进行到一定阶段，就应考虑中中试放大试放大，以验证实验室工艺路线验证实验室工艺路线的可行性可行性以及在实验室阶段难以解决或尚未发现难以解决或尚未发现的问题。通过中试研究要达到三个基本要求三个基本要求：建立稳定的制造规程稳定的制造规程为正式生产
41、提供多种必要的必要的工艺条件与参数工艺条件与参数；为临床前研究与临床实验临床前研究与临床实验的评价提供足量的合格提供足量的合格产品；产品；45 拟定符合符合GMP要求要求的制造规程与检定规程制造规程与检定规程，保证有足量的合格足量的合格受试药物衡定供应临床实验，而且用于临床前试验和临床试验的受试药物临床前试验和临床试验的受试药物应当具有完全一样的品质。还要确定采用与临床实验所用药品的相同制造工相同制造工艺艺，以保证在日后生产中的产品与供临床实验所用药以保证在日后生产中的产品与供临床实验所用药品的品质相同。品的品质相同。因为生产工艺的任何变更任何变更都可能潜在性潜在性地改变最新产品的特性（包含有
42、效成分和杂质有效成分和杂质的变化）。46（二）进入中试应具备的条件（二）进入中试应具备的条件 实验进行到什么阶段才能进入中试？尚难制定一个标准。但除了人为因素外，至少下列一些内容在进进入中试前应该基本具备入中试前应该基本具备。收率收率稳定，质量质量可靠；操作条件操作条件已经确定；产品，中间体及原料的分产品，中间体及原料的分析方法析方法已经指定；生物材料的资源（包括菌种、细胞株菌种、细胞株等）已确定并已系统鉴定系统鉴定；进行过物料平衡，物料平衡，“三废三废”问题问题己有初步的处初步的处理方法理方法；47 提出中试规模中试规模及所需原辅料的规格和数量原辅料的规格和数量；提出安全生产安全生产的要求。
43、根据上述要求，在考察工艺条件的研究阶段中，必须注意和解决下列问题解决下列问题。48 1、原辅材料规格的过渡实验、原辅材料规格的过渡实验 在小试后，一般采用的原辅材料（如原料、试剂、溶剂、纯化载体等）规格较高规格较高，目的是为了排除原料中所含杂质的不良影响，从而保证实验结果的准确性。但是当工艺各线确定之后，在进一步考察工艺条件时，应尽量改用大规模生产时容易得到的原辅材料改用大规模生产时容易得到的原辅材料。为此，应考察某些工业规格的原辅材料所含杂质原辅材料所含杂质对反应收率和产品质量收率和产品质量的影响，制定原辅材料质量标原辅材料质量标准，规定各种杂质的允许限度准，规定各种杂质的允许限度。492、
44、设备选型与材料质量实验、设备选型与材料质量实验 在小试阶段，大部分实验是在小型玻璃仪器玻璃仪器中进行，但在工业生产中，物料要接触到各种设备材料各种设备材料，有时某种材质对某一反应有极大影响，甚至使整个反应无法进行。故在中试时，要对设备材料的质量设备材料的质量及设备的选型及设备的选型进行实验，为工业化生产提供数据生产提供数据。3、反应条件限度实验、反应条件限度实验 反应条件限度实验可以找到最适宜的工艺条件找到最适宜的工艺条件（如培养基种类、反应温度、压力、pH等），一般均有一个许可范围许可范围。有些反应对工艺条件要求很严，超超过一定限度后过一定限度后，就会造成重大损失。在这种情况下，应进行工艺条
45、件的限度实验限度实验，以全面掌握反应规律全面掌握反应规律。504、原辅材料，中间体及产品质量分析方法研究、原辅材料，中间体及产品质量分析方法研究 在生物制药工艺研究中，有许多原辅材料，尤其是中间体和新产品中间体和新产品均无现成分析方法现成分析方法，因此，必须研究它们的鉴定方法鉴定方法，以便制定简便易行，准确可靠准确可靠的检验方法。5、下游工艺的研究、下游工艺的研究 在生物制药工艺中，上游工艺上游工艺固然十分重要，如基因克隆、细胞融合、微生物选育基因克隆、细胞融合、微生物选育等，是生物药物生产的源泉，下游工艺下游工艺包括产品的提取、分离、纯化，提取、分离、纯化，母液处理，溶剂回收母液处理，溶剂回
46、收等生化工程操作是产品的收率、质量及经济效益好坏的关键所在关键所在。因此必须研究尽量研究尽量简化的下游工艺操作简化的下游工艺操作，采用新工艺、新技术和新设备新工艺、新技术和新设备，以提高劳动生产率，降低成本。51二、中试放大方法与内容二、中试放大方法与内容（一）中试放大方法（一）中试放大方法 中试放大的方法有经验放大法，相似放大法和数经验放大法，相似放大法和数学模型放大法学模型放大法。制药工艺研究中试放大主要采用经验经验放大法放大法，这是化工科研中采用的主要方法主要方法。中试放大程序，首先应弄清楚中试放大过程中出现的一些问题，是属于原料问题，工艺问题，操作问原料问题，工艺问题，操作问题，还是设
47、备问题题，还是设备问题。常用的方法是同时进行小试与中试做对照实验对照实验，逐一排除各种变动因素。进行小试的人员参加中试小试的人员参加中试研究对发现与解决中试出现的问题是有利的。52（二）中试放大内容（二）中试放大内容 为了评价生物新药评价生物新药，必须生产出足够量的受试药受试药物供临床前研究和临床试验物供临床前研究和临床试验。在开始临床试验前设计的工艺路线工艺路线十分重要，该工艺必须经过中试放大中试放大，并经优化而确定优化而确定，临床前研究与临床试验所用样品临床前研究与临床试验所用样品应采用同一工艺生产应采用同一工艺生产，尤其临床实验临床实验所用产品的制制造工艺应与大规模生产造工艺应与大规模生
48、产最终上市产品的生产工艺一上市产品的生产工艺一致致，以确保上市产品的有效性与安全性有效性与安全性。新药投产后，如对生产工艺需要进行变更变更，应通过科学实验科学实验，获得可靠资料可靠资料后，重新向药品监督管理部门申报工艺改进操作与质控标准工艺改进操作与质控标准。53 中试放大研究总结内容主要有：中试放大研究总结内容主要有：工艺路线工艺路线与各步反应方法各步反应方法的最后确定；设备材质与型号材质与型号的选择；反应器的规模规模选择及反应搅拌器型式搅拌器型式与搅拌速搅拌速度度的考查。生产反应条件反应条件的研究；工艺流程与操作方法工艺流程与操作方法的确定；物料衡算物料衡算；安全生产与安全生产与“三废三废
49、”防治防治措施研究；原辅材料、中间体的物理性质和化工常数物理性质和化工常数的测定；54 原辅材料、中间体质量标准的制定体质量标准的制定；消耗定额、原料成本、操作工时与生产周期消耗定额、原料成本、操作工时与生产周期等的计算。中试放大完成后，根据中试总结报告中试总结报告与生产任务等可进行基建设计基建设计，制定定型设备定型设备选购计划及非标设非标设备的设计，制造备的设计，制造。然后按照施工图进行车间的厂房建筑和设备安装按照施工图进行车间的厂房建筑和设备安装。三全部生产设备和辅助设备安装生产设备和辅助设备安装完成后，如试车合格，生产稳定，即可制定生产工艺规程制定生产工艺规程，交付生产。个人观点供参考，欢迎讨论！
