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            技術文章

            如何大規模培養動物細胞(下)

            時間:2021-09-18 瀏覽次數:317

            近年來,我國的生物技術飛速發展,細胞培養已經形成規?;?,產業化生產,大規模細胞培養可分為分批式、流加式、半連續式、連續式和灌注式、細胞工廠5種技術形式。



            連續培養


            連續式培養是一種常見的懸浮培養模式,采用機械攪拌式生物反應器系統。


            該模式是將細胞接種于一定體積的培養基后,為了防止衰退期的出現,在細胞達到最大密度之前,以一定速度向生物反應器連續添加新鮮培養基;同時,含有細胞的培養物以相同的速度連續從反應器流出,以保持培養體積的恒定。


            論上講,該過程可無限延續下去。連續培養的優點是反應器的培養狀態可以達到恒定,細胞在穩定狀態下生長。穩定狀態可有效地延長分批培養中的對數生長期。

            在穩定狀態下細胞所處的環境條件如營養物質濃度、產物濃度、pH值可保持恒定,細胞濃度以及細胞生長速率可維持不變。細胞很少受到培養環境變化帶來的生理影響,特別是生物反應器的主要營養物質葡萄糖和谷氨酰胺維持在一個較低的水平,從而使它們的利用效率提高,有害產物積累有所減少。

            然而,在高的稀釋率下,雖然死細胞和細胞碎片及時清除,細胞活性高,最終細胞密度得到提高,可是產物卻不斷在稀釋,因而產物濃度并不提高;尤其是細胞和產物不斷地稀釋,營養物質利用率、細胞增長速率和產物生產速率低下。



            連續式培養的不足:


            由于是開放式操作,加上培養周期較長,容易造成污染,在長周期的連續培養中,細胞的生長特性以及分泌產物容易變異;


            對設備、儀器的控制技術要求較高,多數采用攪拌式生物反應器,也可采用管式反應器。
            連續式培養的特點:


            細胞維持持續指數增長;

            產物體積不斷增長;

            可控制衰退期與下降期。


            灌注式培養


            灌注式培養,也稱灌流式培養,是連續式培養常見的方式。


            灌注式培養是把細胞和培養基一起加入反應器后,在細胞增長和產物形成過程中,不斷地將部分條件培養基取出,同時又連續不斷地灌注新的培養基。
            它與半連續式操作的不同之處在于取出部分條件培養基時,絕大部分細胞均保留在反應器內,而半連續培養在取出培養物時同時也取出了部分細胞。
            灌注式培養常使用的生物反應器主要有兩種形式:


            (1)攪拌式生物反應器

            用于懸浮細胞培養,這種反應器必須具有細胞截流裝置,細胞截留系統開始多采用微孔膜過濾或旋轉膜系統,最近開發的有各種形式的沉降系統或透析系統。


            中空纖維生物反應器是連續灌流操作常用的一種。它采用的中空纖維半透膜,透過小相對分子質量的產物和底物,截流細胞和相對分子質量較大的產物,在連續灌流過程中將絕大部分細胞截留在反應器內。
            近年來中空纖維生物反應器被廣泛應用于產物分泌性動物細胞的生產,主要用于培養雜交瘤細胞生產單克隆抗體。



            (2)固定床或流化床生物反應器

            固定床是在反應器中裝配固定的籃筐,中間裝填聚酯纖維載體,細胞可附著在載體上生長,也可固定在載體纖維之間,靠攪拌中產生的負壓,迫使培養基不斷流經填料,有利于營養成分和氧的傳遞,這種形式的灌流速度較大,細胞在載體中高密度生長。


            流化床生物反應器是通過流體的上升運動使固體順粒維持在懸浮狀態進行反應,適合于固定化細胞的培養。


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            圖 01

            片狀載體在生物反應器上使用的一般流程


            灌注式培養的優點


            細胞截流系統可使細胞或酶保留在反應器內,維持較高的細胞密度,一般可達107-109/ml,從而較大地提高了產品的產量。

            連續灌流系統,使細胞穩定地處在較好的營養環境中,有害代謝廢物濃度積累較低。

            反應速率容易控制,培養周期較長,可提高生產率,目標產品回收率高。

            產品在罐內停留時間短,可及時回收到低溫下保存,有利于保持產品的活性。



            連續灌注培養是近年用于動物細胞培養生產分泌型重組治療性藥物和嵌合抗體及人源化抗體等基因工程抗體較為推崇的一種方式。這種方法最大的缺點是污染幾率較高以及長期培養中細胞分泌產品的穩定性、規模放大過程中工程問題。

            針對這些使用生物反應器培養細胞中的一些痛點,搏旅提供了一系列的解決方案,采用理念與技術,打造出一批批精品的生物反應器,為客戶提供反應器和技術服務。

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            圖 02

            固流床細胞生物反應器


            細胞工廠培養


            細胞工廠是一種設計精巧的細胞培養裝置。它在有限的空間內利用了培養表面,從而節省了大量的廠房空間,并可節省貴重的培養液。


            更重要的是,它可有效地保證操作的無菌性,從而避免因污染而帶來的原料、勞務和時間損失。它是對傳統轉瓶培養的革命。
            丹麥NUNC公司生產的NUNC細胞工廠是目前應用較多的細胞工廠系統??捎糜谌缫呙?、單克隆抗體或生物制藥等工業規模生產,特別適合于貼壁細胞,也可用于懸浮培養,在從實驗室規模進行放大時不會改變細胞生長的動力學條件,可提供1、2、10和40層的培養體系,使放大變得簡單易行,低污染風險,節省空間,培養表面經測試保證有利于細胞貼附和生長。


            同時,與NUNC的細胞工廠操作儀結合使用,可全面實現細胞培養的自動化,從而大大地減低勞動強度和密集度。這套系統使用很方便,可產生類似塑料培養瓶的效果。

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            圖 03

            細胞工廠系統


            圖片




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