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如何大规模培养动物细胞(下)

时间:2021-09-18 浏览次数:112

近年来,我国的生物技术飞速发展,细胞培养已经形成规模化,产业化生产,大规模细胞培养可分为分批式、流加式、半连续式、连续式和灌注式、细胞工厂5种技术形式。



连续培养


连续式培养是一种常见的悬浮培养模式,采用机械搅拌式生物反应器系统。


该模式是将细胞接种于一定体积的培养基后,为了防止衰退期的出现,在细胞达到最大密度之前,以一定速度向生物反应器连续添加新鲜培养基;同时,含有细胞的培养物以相同的速度连续从反应器流出,以保持培养体积的恒定。


论上讲,该过程可无限延续下去。连续培养的优点是反应器的培养状态可以达到恒定,细胞在稳定状态下生长。稳定状态可有效地延长分批培养中的对数生长期。

在稳定状态下细胞所处的环境条件如营养物质浓度、产物浓度、pH值可保持恒定,细胞浓度以及细胞生长速率可维持不变。细胞很少受到培养环境变化带来的生理影响,特别是生物反应器的主要营养物质葡萄糖和谷氨酰胺维持在一个较低的水平,从而使它们的利用效率提高,有害产物积累有所减少。

然而,在高的稀释率下,虽然死细胞和细胞碎片及时清除,细胞活性高,最终细胞密度得到提高,可是产物却不断在稀释,因而产物浓度并不提高;尤其是细胞和产物不断地稀释,营养物质利用率、细胞增长速率和产物生产速率低下。



连续式培养的不足:


由于是开放式操作,加上培养周期较长,容易造成污染,在长周期的连续培养中,细胞的生长特性以及分泌产物容易变异;


对设备、仪器的控制技术要求较高,多数采用搅拌式生物反应器,也可采用管式反应器。
连续式培养的特点:


细胞维持持续指数增长;

产物体积不断增长;

可控制衰退期与下降期。


灌注式培养


灌注式培养,也称灌流式培养,是连续式培养常见的方式。


灌注式培养是把细胞和培养基一起加入反应器后,在细胞增长和产物形成过程中,不断地将部分条件培养基取出,同时又连续不断地灌注新的培养基。
它与半连续式操作的不同之处在于取出部分条件培养基时,绝大部分细胞均保留在反应器内,而半连续培养在取出培养物时同时也取出了部分细胞。
灌注式培养常使用的生物反应器主要有两种形式:


(1)搅拌式生物反应器

用于悬浮细胞培养,这种反应器必须具有细胞截流装置,细胞截留系统开始多采用微孔膜过滤或旋转膜系统,最近开发的有各种形式的沉降系统或透析系统。


中空纤维生物反应器是连续灌流操作常用的一种。它采用的中空纤维半透膜,透过小相对分子质量的产物和底物,截流细胞和相对分子质量较大的产物,在连续灌流过程中将绝大部分细胞截留在反应器内。
近年来中空纤维生物反应器被广泛应用于产物分泌性动物细胞的生产,主要用于培养杂交瘤细胞生产单克隆抗体。



(2)固定床或流化床生物反应器

固定床是在反应器中装配固定的篮筐,中间装填聚酯纤维载体,细胞可附着在载体上生长,也可固定在载体纤维之间,靠搅拌中产生的负压,迫使培养基不断流经填料,有利于营养成分和氧的传递,这种形式的灌流速度较大,细胞在载体中高密度生长。


流化床生物反应器是通过流体的上升运动使固体顺粒维持在悬浮状态进行反应,适合于固定化细胞的培养。


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图 01

片状载体在生物反应器上使用的一般流程


灌注式培养的优点


细胞截流系统可使细胞或酶保留在反应器内,维持较高的细胞密度,一般可达107-109/ml,从而较大地提高了产品的产量。

连续灌流系统,使细胞稳定地处在较好的营养环境中,有害代谢废物浓度积累较低。

反应速率容易控制,培养周期较长,可提高生产率,目标产品回收率高。

产品在罐内停留时间短,可及时回收到低温下保存,有利于保持产品的活性。



连续灌注培养是近年用于动物细胞培养生产分泌型重组治疗性药物和嵌合抗体及人源化抗体等基因工程抗体较为推崇的一种方式。这种方法最大的缺点是污染几率较高以及长期培养中细胞分泌产品的稳定性、规模放大过程中工程问题。

针对这些使用生物反应器培养细胞中的一些痛点,搏旅提供了一系列的解决方案,采用理念与技术,打造出一批批精品的生物反应器,为客户提供反应器和技术服务。

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图 02

固流床细胞生物反应器


细胞工厂培养


细胞工厂是一种设计精巧的细胞培养装置。它在有限的空间内利用了培养表面,从而节省了大量的厂房空间,并可节省贵重的培养液。


更重要的是,它可有效地保证操作的无菌性,从而避免因污染而带来的原料、劳务和时间损失。它是对传统转瓶培养的革命。
丹麦NUNC公司生产的NUNC细胞工厂是目前应用较多的细胞工厂系统。可用于如疫苗、单克隆抗体或生物制药等工业规模生产,特别适合于贴壁细胞,也可用于悬浮培养,在从实验室规模进行放大时不会改变细胞生长的动力学条件,可提供1、2、10和40层的培养体系,使放大变得简单易行,低污染风险,节省空间,培养表面经测试保证有利于细胞贴附和生长。


同时,与NUNC的细胞工厂操作仪结合使用,可全面实现细胞培养的自动化,从而大大地减低劳动强度和密集度。这套系统使用很方便,可产生类似塑料培养瓶的效果。

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图 03

细胞工厂系统


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