动物细胞大规模培养课件

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1、动物细胞大规模培养课件动物细胞大规模培养课件第十一章动物细胞大规模培养第十一章动物细胞大规模培养 教教 学学 内内 容容 1、动物细胞培养基 2、动物细胞培养方法 3、动物细胞培养生物反应器 4、动物细胞培养技术 5、动物细胞大规模培养工艺动物细胞大规模培养课件本章内容提要 在生物技术中，人们已广泛地围绕着在生物技术中，人们已广泛地围绕着细菌、酵母、丝状真菌等细菌、酵母、丝状真菌等微生物的微生物的大量培养来生产各种大量培养来生产各种酶、抗生素、蛋白质等产物酶、抗生素、蛋白质等产物。然而，许多有重要价值的。然而，许多有重要价值的蛋白质等生物物质，必须借助于动物细胞的培养来获得，例如蛋白质等生物物

2、质，必须借助于动物细胞的培养来获得，例如病毒疫苗、干扰病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体素、单克隆抗体等，如表等，如表11-1所示的是一些已实现工业化和正在研究开发的产所示的是一些已实现工业化和正在研究开发的产品。品。 大规模的动物细胞培养开始于本世纪大规模的动物细胞培养开始于本世纪50年代，经过多年来的研究，人类对动年代，经过多年来的研究，人类对动物细胞培养技术进行了大量的研究开发，取得了很大的进展。尽管如此，目前物细胞培养技术进行了大量的研究开发，取得了很大的进展。尽管如此，目前的技术水平还远不能满足细胞生物产品研究和生产的要求，随着动物细胞培养的技术水平还远不能满足细胞生物产品研究和生产的要求

3、，随着动物细胞培养技术的应用日趋广泛，已显示出很广阔的发展前景。技术的应用日趋广泛，已显示出很广阔的发展前景。 目前由动物细胞培养的产物包括哪几类？请分别列举出目前由动物细胞培养的产物包括哪几类？请分别列举出2-3个产物。个产物。 问题问题动物细胞大规模培养课件表表11-1 动物细胞培养的产物动物细胞培养的产物 疫苗人小儿麻痹症疫苗、狂犬疫苗、风疹疫苗、脑炎疫苗、疱疹疫苗等 动物牛病毒性腹泻疫苗、牛痢疾疫苗、犬传染性肝炎疫苗、鸡痘病疫苗、猪霍乱疫苗、牛疫狂犬疫苗、草鱼出血热疫苗单克隆抗体IgG、IgM、IgA等免疫调节剂-细胞生长因子、干扰素、白细胞活化因子、血清胸腺因子、白细胞介素、胸腺素、

4、巨噬细胞毒力因子等酶尿激酶、天门冬氨酰胺酶、胶原酶、细胞色素P、450、纤维蛋白溶酶原激活剂、胃蛋白酶、胰蛋白酶、酷氨酸脱羟酶等激素绒膜促性腺激素、促红细胞生成素、促滤泡激素、生长激素、促间质细胞激素、促黄体激素等动物细胞大规模培养课件补充内容（一）补充内容（一）单克隆抗体单克隆抗体 哺乳动物细胞中有一套复杂的防御系统防御系统保护自己不受有毒物质和病原物的侵害，其中一部分防御反应就是淋巴细胞经诱导产生特异的蛋白，这些蛋白可以在其他免疫系统蛋白的帮助下与外来物质结合，并抵消其生物学功能。这些特异的蛋白，就是抗体；相对于抗体，诱发产生抗体的外来物质即称为抗原。 抗体最早是由德国微生物学家贝林发现的

5、，它们存在于人和脊椎动物的血清之中，是这些生物体内免疫系统的重要组成成分。由于抗体分子具有极其精确的结合特异性，可以识别各种不同的抗原，还可以激活细胞的其他防卫系统以消灭抗原，因此抗体在基础研究和临床诊断中获得了广泛的重视和应用。随着杂交瘤技术、蛋白质工程和转基因技术等技术的发展，抗体已逐步在疾病治疗等应用领域显示出越来越广阔的应用前景。动物细胞大规模培养课件抗体抗体 由B细胞产生的免疫球蛋白，它能识别抗原的某一特定位点。抗体分子由两个完全相同的重链分子以及两个完全相同的轻链分子组成。存在于人或哺乳动物的血清之中。抗原抗原 指诱导产生抗体的物质。 如前所述，抗体分子是免疫系统反应的一个重要组分

6、，因为抗体分子可以识别各种不同的外来抗原，同时可激活宿主的防卫系统。 对于一个免疫刺激（有毒物质或病原物侵入，即抗原），每一个淋巴细胞都会合成并分泌一种单个的抗体，这些抗体可以高度特异地识别免疫抗原的特定区域，也就是抗原决定簇。由于一个抗原通常都有几个不同的抗原决定簇，因此每个免疫淋巴细胞都可能产生一种针对某一个抗原决定簇的抗体，这些由同一抗原而产生的不同的抗体统称为多克隆抗体。有毒物质或病原物侵入，即抗原侵入抗体2抗体1动物细胞大规模培养课件 于是，人们认识到要把抗体应用于临床诊断或是治疗，必须要制备单一类型的只对某一特定抗原决定簇的抗体分子，也就是单克隆抗体。多克隆抗体多克隆抗体 在一个血

7、清样品中包含了对同一抗原分子上不同抗原决定簇的多种抗体。单克隆抗体单克隆抗体 由杂交瘤细胞系产生的针对某一特定抗原决定簇的单一类型的抗体。动物细胞大规模培养课件补充内容（二）补充内容（二）动物细胞培养步骤动物细胞培养步骤 培养动物细胞一般可按以下步骤进行： 无菌取出目的细胞所在组织，用培养液漂洗干净 以锋利无菌刀具割舍多余部分，切成小组织块 将小组织块置解离液离散细胞。解离液含蛋白酶类，无钙、镁离子 低速离心洗涤细胞后，将目的细胞吸移培养瓶培养 动物细胞大规模培养课件一、动物细胞培养基 1、动物细胞培养的环境、动物细胞培养的环境 动物细胞的生长、繁殖和代谢等生理性质在很大程度上受到各种环境因素

8、的影响。为了使动物细胞的培养处于最佳状态，了解环境因素对其影响无疑是很重要的，影响动物细胞生长、繁殖的环境因素很多，主要有温度、PH值、营养成分、溶氧、气体环境、渗透压以及其他因素。 温温 度度 细胞在体外生存的基本条件之一，来源不同的动物细胞，其最适的生长温度是不尽相同的，例如昆虫细胞的最适温度是25-28，人和哺乳动物的细胞的最适温度是37.细胞代谢强度与温度成正比，高于最适温度范围，细胞的正常代谢和生长将会受到影响，甚至导致死亡。总的来说，动物细胞对低温的耐受力比对高温的耐受力强，如温度升至45时，1h内人和哺乳动物细胞将被杀死；相反，降低细胞置于25-35时，细胞仍能生长，但速度减慢，

9、并维持长时间不死，甚至于放在4，数小时后再置于37培养，细胞仍能继续生长。 动物细胞大规模培养课件PH 值值 合适的合适的PH值是细胞生存的必要的条件之一。动物细胞合适的值是细胞生存的必要的条件之一。动物细胞合适的PH值一般在值一般在7.2-7.4，低于低于6.8或高于或高于7.6时都对细胞产生不利的影响，严重时可导致细胞退变或死亡。不同时都对细胞产生不利的影响，严重时可导致细胞退变或死亡。不同的细胞对的细胞对PH值也有不同的要求，原代培养细胞对值也有不同的要求，原代培养细胞对PH值的变化耐受性差，传代细胞值的变化耐受性差，传代细胞对对PH值变化的耐受性较强。而对于同一种细胞，增长期和维持期的

10、最适值变化的耐受性较强。而对于同一种细胞，增长期和维持期的最适PH也不尽也不尽相同，对于大多数细胞来说，偏碱性环境比酸性环境更有利于细胞的生长。相同，对于大多数细胞来说，偏碱性环境比酸性环境更有利于细胞的生长。 营养成分营养成分 细胞的生长、繁殖以及产物的合成都必须从环境中摄取各种营养物质，以合成细胞的生长、繁殖以及产物的合成都必须从环境中摄取各种营养物质，以合成细胞物质及在新陈代谢中起调节作用。这些营养物质包括碳源、氮源、氨基酸、无细胞物质及在新陈代谢中起调节作用。这些营养物质包括碳源、氮源、氨基酸、无机盐、微量元素、生长因子等。机盐、微量元素、生长因子等。 溶氧及气体环境溶氧及气体环境（P

11、205）渗透压等其它因素渗透压等其它因素（P205）1、影响动物细胞生长、繁殖的环境因素有哪些？、影响动物细胞生长、繁殖的环境因素有哪些？问题问题2、动物细胞培养合适的、动物细胞培养合适的PH值为多少？值为多少？2、培养基的组成、培养基的组成 培养基是维持体外细胞生存和生长的基本溶液，是组织细胞培养最重要的条件。培养基是维持体外细胞生存和生长的基本溶液，是组织细胞培养最重要的条件。用于动物细胞的培养基可以分为天然培养基和合成培养基两用于动物细胞的培养基可以分为天然培养基和合成培养基两 大类。大类。 天然培养基天然培养基是使用最早、最为有效的动物细胞培养基，它主要取自于动物体液是使用最早、最为有

12、效的动物细胞培养基，它主要取自于动物体液或从动物组织分离提取而得，其优点是营养成分丰富、培养效果良好；缺点是成分或从动物组织分离提取而得，其优点是营养成分丰富、培养效果良好；缺点是成分复杂、个体差异大、来源有限。复杂、个体差异大、来源有限。 天然培养基的种类有很多，包括生物性液体（如血清）、组织浸出液（如胚胎天然培养基的种类有很多，包括生物性液体（如血清）、组织浸出液（如胚胎浸出液）、凝固剂（如血浆）等。浸出液）、凝固剂（如血浆）等。3、溶氧浓度过高过低对细胞生长有何影响？、溶氧浓度过高过低对细胞生长有何影响？4、细胞代谢产物、细胞代谢产物CO2对细胞生长有何作用？对细胞生长有何作用？1、天然

13、培养基有哪些？它有何优缺点？、天然培养基有哪些？它有何优缺点？问题问题2、血清和血浆分别如何取得？、血清和血浆分别如何取得？ 血液组成：红细胞、白细胞、血小板和血浆。高速离心，分三层：上层为血浆血液组成：红细胞、白细胞、血小板和血浆。高速离心，分三层：上层为血浆40%多。多。 血浆冷冻到血浆冷冻到-30度，离心，分层：上层为血清，度，离心，分层：上层为血清，下层为杂蛋白（少）。下层为杂蛋白（少）。3、最广泛使用的血清是什么动物血清？它有何营养成分？、最广泛使用的血清是什么动物血清？它有何营养成分？动物细胞大规模培养课件血浆血浆 组织浸出液组织浸出液血清血清 组织细胞培养中最常用的天然培养基是血

14、清，这是因为血清中含有包括大分子的组织细胞培养中最常用的天然培养基是血清，这是因为血清中含有包括大分子的蛋白质和核酸等丰富的营养物质，对促进细胞生长繁殖、粘附及中和某些物质的毒蛋白质和核酸等丰富的营养物质，对促进细胞生长繁殖、粘附及中和某些物质的毒性起着一定的作用。用于组织细胞培养的血清的种类很多，其来源主要动物，有小性起着一定的作用。用于组织细胞培养的血清的种类很多，其来源主要动物，有小牛血清、胎牛血清、马血清、兔血清以及人血清等，最广泛使用的是小牛血清和胎牛血清、胎牛血清、马血清、兔血清以及人血清等，最广泛使用的是小牛血清和胎牛血清。优质的血清外观应为透明、无溶血、淡黄色、无沉淀物。牛血清

15、。优质的血清外观应为透明、无溶血、淡黄色、无沉淀物。 血浆不仅可用来支持培养组织块，而且还供给细胞生物匠营养物质，但由于血血浆不仅可用来支持培养组织块，而且还供给细胞生物匠营养物质，但由于血浆很容易发生液人经，目前已很少单独使用。一般使用的是禽类血浆。浆很容易发生液人经，目前已很少单独使用。一般使用的是禽类血浆。 组织浸出液常用的是胚胎浸出液（如鸡胚浸出液），它的主要成分含有大分子组织浸出液常用的是胚胎浸出液（如鸡胚浸出液），它的主要成分含有大分子核蛋白和小分子的氨基酸，有促进细胞生长的作用。核蛋白和小分子的氨基酸，有促进细胞生长的作用。 动物细胞大规模培养课件水解乳蛋白水解乳蛋白 水解乳蛋白

16、是常用的一种天然培养基，是由乳白蛋白经水解而水解乳蛋白是常用的一种天然培养基，是由乳白蛋白经水解而制得，氨基酸的含量较高。一般配制成制得，氨基酸的含量较高。一般配制成0.5%的溶液，或与合成培养的溶液，或与合成培养基以基以1：1共同使用。共同使用。 合成培养基是根据天然培养基的成分，用化学物质对细胞体内生存环境中各种已知物质在体外人工条件的模拟，经过反复实验筛选、强化和重新组合后形成的培养基。这种培养基在很多方面有天然培养基所无法比拟的优点，它既能经细胞提供一个近似于体内的生存环境，又便于控制和提供标准化体外生存环境。 目前所有的细胞培养都已采用经标准化生产、组成和含量都相对固定的各种合目前所

17、有的细胞培养都已采用经标准化生产、组成和含量都相对固定的各种合成培养基，并已有配制好的干粉型商品。尽管现在的合成培养基成分和含量已经较成培养基，并已有配制好的干粉型商品。尽管现在的合成培养基成分和含量已经较为复杂，但仍然不能完全满足体外培养细胞生长的需要，合成培养基中还是需要加为复杂，但仍然不能完全满足体外培养细胞生长的需要，合成培养基中还是需要加入一定量的天然培养基予以补充。入一定量的天然培养基予以补充。合成培养基中一般都有哪些营养成分？合成培养基中一般都有哪些营养成分？问题问题3、常用的合成培养基、常用的合成培养基 目前合成培养基的种类已有数十种，大多数培养基都是为适应某种组织细胞的目前合

18、成培养基的种类已有数十种，大多数培养基都是为适应某种组织细胞的生长而在某种合成培养基的基础上改良而来的。目前较为常用的有生长而在某种合成培养基的基础上改良而来的。目前较为常用的有199培养液、培养液、 Eagle (MEM、DMEM)培养液培养液、RPMI1640培养液、培养液、HAM培养液培养液等。表等。表11-2为常用为常用的培养基的成分和配方。的培养基的成分和配方。 1、目前较常用的合成培养基有哪些？、目前较常用的合成培养基有哪些？问题问题2、为什么在要求较高的基础性研究中要用无血清培养液？、为什么在要求较高的基础性研究中要用无血清培养液？3、无血清培养液由哪两部分组成？、无血清培养液由

19、哪两部分组成？P208动物细胞大规模培养课件表表11-4 微生物细胞和动物细胞性质的比较微生物细胞和动物细胞性质的比较性质性质 微生物细胞微生物细胞动物细胞动物细胞大小1-10m10-100m代谢调节方式内部内部和激素营养要求宽松，可利用多种底物苛刻生长速率倍增时间一般为0.5-2h倍增时间一般为12-60h机械强度较好很差，缺乏保护性细胞壁环境适应好 差 二、动物细胞培养方法二、动物细胞培养方法 所谓所谓动物细胞培养动物细胞培养是将动物组织或细胞从机体取出，分散成是将动物组织或细胞从机体取出，分散成单个细胞，给予必要的生长条件，模拟体内生长环境，使其在体单个细胞，给予必要的生长条件，模拟体内

20、生长环境，使其在体外继续生长和繁殖。外继续生长和繁殖。表表11-4，表，表11-5是微生物细胞与动物细胞性质是微生物细胞与动物细胞性质和培养方法的比较。和培养方法的比较。动物细胞大规模培养课件表11-5 微生物和动物细胞培养方法的比较微生物细胞微生物细胞动物细胞动物细胞PH控制添加酸、碱CO2-HCO3缓冲液搅拌速度速度快、范围广较慢溶氧控制改变搅拌速度、通气量、进气氧浓度改变进入气体的氧浓度培养基灭菌方法高温蒸煮过滤培养时间几小时几天几天3、4周对水纯度的要求较低很高 与与微生物细胞培养类似，动物细胞的体外培养有两种类型：微生物细胞培养类似，动物细胞的体外培养有两种类型：一类是非贴一类是非贴

21、壁依赖性细胞，这类细胞可以采用与微生物培养类似的方法进行悬浮培养；另一类壁依赖性细胞，这类细胞可以采用与微生物培养类似的方法进行悬浮培养；另一类是贴壁依赖性细胞，它们需要附着于带适量电荷的固体或半固体表面上生长。是贴壁依赖性细胞，它们需要附着于带适量电荷的固体或半固体表面上生长。 1、悬浮培养、悬浮培养 P209 1、动物细胞培养有哪三种类型？、动物细胞培养有哪三种类型？提问提问1、悬浮培养是用培养哪一类细胞的？问题问题2、悬浮培养有何优缺点？2、贴壁培养、贴壁培养 贴壁指必须贴附在贴壁指必须贴附在固体介质表面固体介质表面上生长的细胞培养培养，主要用于上生长的细胞培养培养，主要用于非淋巴组非淋

22、巴组织和许多单倍体等贴壁依赖性细胞的织和许多单倍体等贴壁依赖性细胞的培养培养。由于大多数动物细胞属于贴壁依赖。由于大多数动物细胞属于贴壁依赖性细胞，贴壁培养是动物细胞培养的一种重要方法。性细胞，贴壁培养是动物细胞培养的一种重要方法。动物细胞大规模培养课件 在贴壁培养过程中，贴壁依赖性细胞需要附着在带适量正电荷或半固体的在带适量正电荷或半固体的表面上表面上，原来是圆形的细胞一经贴壁就迅速铺展开来，然后开始有丝分裂，并很快进入对数生长期。一般可在数天后铺满生长表面，形成致密的细胞单层。 在贴壁培养依赖性细胞中，请比较滚瓶培养系统和微载体培养系统？问题问题 细胞贴壁一般分为贴壁因子吸附于培养表面、细

23、胞与表面接触、细胞贴壁于培养表面和贴壁细胞在培养表面上扩展等几个步骤。图11-1为细胞在培养表面贴壁过程示意图。 动物细胞大规模培养课件3、固定化培养、固定化培养 固定化培养是既适用于贴壁依赖性细胞，又适用于非贴壁依赖性细胞的包埋培养方式，具有细胞生长密度高、抗剪切力和抗污染能力强等优点优点。 由于所培养的细胞的不同，固定化培养的方式培养的方式也有不同，一般对于贴壁依赖性细胞通常采用胶原包埋，而对于非贴壁依赖性细胞则常用海藻酸钙包埋。 常用的细胞固定化的方法主要有细胞固定化的方法主要有吸附、共价贴附、离子/共价交联、包埋和微囊化等。动物细胞大规模培养课件三、动物细胞培养生物反应器 自70年代以

24、来，用于动物细胞培养的生长反应器有了很大的发展，种类越来越多，规模也越来越大。根据生物反应器的不同用途生物反应器的不同用途，有悬浮培养用、贴壁培养用、包埋培养用生物反应器等，其种类大致上有种类大致上有塑料增殖器、填充床增殖器、多层板增殖器、螺旋增殖器、管式螺旋增殖器、陶质矩形通道蜂窝状增殖器、流化床反应器、中空纤维及其他膜式反应器、桨式搅拌反应器、棒式搅拌反应器、船舶推进桨反应器、倾斜桨叶搅拌反应器、般帆形搅拌反应器、往复振动锥孔筛板搅拌反应器、笼式通气搅拌反应器、双层笼式通气搅拌反应器、空气提升式反应器等。1、气升式细胞培养生物反应器、气升式细胞培养生物反应器 气升式反应器的基本原理如图11

25、-2所示。气体混合物从底部的喷射管进入反应器的中央导流管使得中央导流管侧的液体密度低于外部区域从而形成循环。气升式生物反应器主要采用内循环式，但也有采用外循环式。动物细胞大规模培养课件 与搅拌式生长反应器相比，气升式生物反应器产生的湍流温和而均匀，剪切力相当小，反应器内没有机械运动部件，因而细胞损伤率比较低；同时由于采用直接喷射空气供氧，氧传递速率高；液体循环量大，能使细胞和营养成分均匀地分布于培养基中。 表11-9列出了八种细胞的有关培养数据，可以看出同传统的方法（培养瓶和滚培养瓶和滚瓶瓶）相比，气升反应器的抗体产量平均提高平均提高4.6倍倍。 在气升式生物反应器中，溶氧的控制溶氧的控制可以

26、通过自动调节进入空气的速率来实现；PH值值可通过在进气中加入二氧化碳或加入氢氧化钠来控制。 优点优点请画出气升式反应器的简图，并说说溶氧浓度和PH值是如何控制的？问题问题动物细胞大规模培养课件表表11-9 气升式反应器和传统培养方法的抗体产率比较气升式反应器和传统培养方法的抗体产率比较 细胞系细胞系抗体类型抗体类型抗体产量，抗体产量，mm/l气升式气升式/传传统统培养瓶滚瓶气升式气升式1IgG1420865.12IgM701272953.03IgG910737.74IgG28301003.45IgG60762603.86IgM20251125.07IgG30382005.98IgG120100

27、3503.2动物细胞大规模培养课件图图11-3 中空纤维反应器示意图中空纤维反应器示意图细胞细胞培养基入口培养基入口培养基出口培养基出口2、中空纤维管生物反应器、中空纤维管生物反应器 中空纤维管生物反应器如图11-3所示，它的用途较广，既可培养悬浮生长的细胞，又可培养贴壁依赖性细胞，细胞的密度最高可达109/ml数量级。如果控制系统不受污染，能长期运转。已用这种反应器培养过的细胞型和生产的分泌产物如表11-10所示。 生长的细胞型生长的细胞型杂交瘤细胞、淋巴细胞、肝癌细胞、结肠癌细胞、胚胎细胞、乳腺组织细胞、小鼠细胞、大鼠细胞、成纤维细胞、垂体肿瘤细胞、CHO细胞、BHK-2细胞、肺细胞等分泌

28、的产物分泌的产物IgG、IgM、IgA、干扰素、激素、尿激酶、蛋白质C、病毒蛋白、乙型肝炎表面抗原、T抑制因子、促细胞生长素、白细胞介素等空气与空气与CO2出口出口空气与空气与CO2入口入口动物细胞大规模培养课件 中空纤维管生物反应器已进入工业生产，中空纤维管生物反应器已进入工业生产，主要用于主要用于培养杂交瘤细胞生产单克隆培养杂交瘤细胞生产单克隆抗体。（抗体。（重点掌握重点掌握） 3、通气搅拌反应器、通气搅拌反应器通气搅拌反应器有哪些型式？问题问题动物细胞大规模培养课件4、流化床生物反应器、流化床生物反应器 流化床生物反应器的基本原理类似于流态床化学反应器，不同的是，流态化的固体是带有细胞细

29、胞的微粒。培养液通过反应器垂直向上循环流动不断提供给细胞必要的营养成分，使细胞得以在微粒中生长；同时，不断地加入新鲜的培养液，并不断地排除培养产物或代谢产物。图11-7为生产用CF-IMMOTM流化床生物反应器的示意图，这种反应器的传质性能很好，并在循环系统中采用膜气体交换器膜气体交换器，能快速提供给高密度细胞所需的氧，同时排除代谢产物；反应器中的液体流速足以使细胞微粒悬浮却不会损坏脆弱的细胞。由于流化床生物反应器满足了高密度细胞培养、使高产量细胞长时间停留在所应器中、优化细胞生长与产物合成的环境等细胞培养的要求，流化床生物反应器既可用于贴壁依赖性细胞的培养，又可用于非贴壁依赖性细胞的培养。表

30、11-11为流化床生物反应器达到的细胞密度。 气体交换气体交换氧气氧气回流回流收获收获营养液营养液泵泵反应塔反应塔加热器加热器PH传感器传感器TDOCO2图图11-7 生产用生产用CF-IMMOTM流化床生流化床生物反应器示意图物反应器示意图动物细胞大规模培养课件5、无泡沫搅拌生物反应器（、无泡沫搅拌生物反应器（了解了解） 表表11-11流化床生物反应器与其它方法培养达到的细胞比较流化床生物反应器与其它方法培养达到的细胞比较培养类型培养类型细胞类型细胞类型细胞密度（个细胞密度（个/ml）流化床杂交瘤0.3*108贴壁依赖性细胞1.3*108恒化器杂交瘤2*106微载体搅拌釜贴壁依赖性细胞0.2

31、*107-2*107动物细胞大规模培养课件四、动物细胞培养技术 动物细胞无论是贴壁培养或是悬浮培养，均可分为动物细胞无论是贴壁培养或是悬浮培养，均可分为分批式、流加式、半连续式、分批式、流加式、半连续式、连续式连续式等多种培养方式。等多种培养方式。1、分批式培养、分批式培养定义 分批式培养是指先将细胞和培养液一次性装入反应器内进行培分批式培养是指先将细胞和培养液一次性装入反应器内进行培养，细胞不断生长，同时产物也不断形成，经过一段时间的培养养，细胞不断生长，同时产物也不断形成，经过一段时间的培养后，终止培养。后，终止培养。 在细胞分批培养过程中，不向培养系统在细胞分批培养过程中，不向培养系统补

32、加营养物质，而只向培养基通入氧，能够补加营养物质，而只向培养基通入氧，能够控制的参数只有控制的参数只有PH、温度和通气量，因此、温度和通气量，因此细胞所处的生长环境随着营养物的消耗和产细胞所处的生长环境随着营养物的消耗和产物、副产物的积累时刻都在发生变化，不能物、副产物的积累时刻都在发生变化，不能使细胞自始至终处于最优的条件下，因而分使细胞自始至终处于最优的条件下，因而分批培养并不是一种很好的培养方式。分批培批培养并不是一种很好的培养方式。分批培养过程的持征如图养过程的持征如图11-8所示。所示。0时间分批图11-8 分批式培养过程的特征营养物营养物废产物废产物PH、温度、温度、DO动物细胞大

33、规模培养课件0培养时间（d）细胞密度图11-9分批式培养的生长曲线对数生长期对数生长期减速期减速期平稳期平稳期衰退期衰退期延滞期延滞期为什么说采用分批式培养细胞效果不佳？问题问题 细胞分批式培养的生长曲线如图11-9所示。在分批式培养过程中，细胞的生长可分为延滞期、对数生长期、减速期、平稳期和衰退期等五个阶段。 动物细胞大规模培养课件2、流加式培养（、流加式培养（补料分批式） 定义 流加式培养是指先将一定量的培养液装入反应器，在适宜的条流加式培养是指先将一定量的培养液装入反应器，在适宜的条件下接种细胞，进行培养，使细胞不断生长，产物不断形成，而在件下接种细胞，进行培养，使细胞不断生长，产物不断

34、形成，而在此过程中随着营养物质的不断消耗，不断地向系统中补充新的营养此过程中随着营养物质的不断消耗，不断地向系统中补充新的营养成分，使细胞进一步生长代谢，直到整个培养结束后取出产物。成分，使细胞进一步生长代谢，直到整个培养结束后取出产物。 流加式培养只是向培养系统补加必要的营养成分，以维持营养物质的浓度流加式培养只是向培养系统补加必要的营养成分，以维持营养物质的浓度不变。由于流加式培养能控制更多的环境参数（不变。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），使得细胞生长和产物生成容易维持在优化状态。成容易维持在优化状态。流加式培养有何特点？流加式培养有何特点？（P219）问

35、题问题0时间流加图图11-11 流加式培养过程的特征流加式培养过程的特征PH、温度、温度、DO废产物废产物营养物营养物动物细胞大规模培养课件 根据流加控制方式不同，有两种流加式培养方式根据流加控制方式不同，有两种流加式培养方式：无反馈控制流加无反馈控制流加和和有反有反馈控制流加馈控制流加。无反馈控制流加包括定流量加和间断流加等；有反馈控制流加一般是。无反馈控制流加包括定流量加和间断流加等；有反馈控制流加一般是连续或间断地测定系统中限制性营养物质的浓度，并以此为控制指标来调节流加速连续或间断地测定系统中限制性营养物质的浓度，并以此为控制指标来调节流加速率或流加液中营养物质的浓度等。率或流加液中营

36、养物质的浓度等。3、半连续式培养、半连续式培养 半连续式培养又可称为反复分批式培养，是指在分批式培养的基础半连续式培养又可称为反复分批式培养，是指在分批式培养的基础上，将分批培养的培养液部分取出，并重新补充加入等量的新鲜培养上，将分批培养的培养液部分取出，并重新补充加入等量的新鲜培养基，从而使反应器内培养液的总体积保持不变的培养方式。基，从而使反应器内培养液的总体积保持不变的培养方式。定义动物细胞大规模培养课件4、连续式培养、连续式培养 连续式培养是指将细胞种子和培养液一起加入反应器内进行培养，连续式培养是指将细胞种子和培养液一起加入反应器内进行培养，一方面新鲜的培养液不断加入反应器内，另一方

37、面又将反应器液连续一方面新鲜的培养液不断加入反应器内，另一方面又将反应器液连续不断地取出，使反应条件处于一种恒定状态。不断地取出，使反应条件处于一种恒定状态。 定义 与分批式培养和半连续式培养不同，连续式培养可以保持细胞所处的环与分批式培养和半连续式培养不同，连续式培养可以保持细胞所处的环境条件长时间地稳定，可以使细胞维持在优化的状态下，促进细胞的生长和境条件长时间地稳定，可以使细胞维持在优化的状态下，促进细胞的生长和产物的形成。由于连续式培养过程中连续不断地收获产物，并能提高细胞密产物的形成。由于连续式培养过程中连续不断地收获产物，并能提高细胞密度，在生产上已被应用于培养非贴壁依赖性细胞。度

38、，在生产上已被应用于培养非贴壁依赖性细胞。 请比较半连续式培养和连续式培养？请比较半连续式培养和连续式培养？问题问题动物细胞大规模培养课件图图11-14 细胞灌注培养系统细胞灌注培养系统实例实例液位控制液位控制细细胞胞悬悬液液细细胞胞新鲜培养基新鲜培养基收液收液过滤器过滤器细胞培养系统细胞培养系统 动物细胞的连续培养一般是采用动物细胞的连续培养一般是采用灌注培养灌注培养。灌注培养是把细胞接种后进行培。灌注培养是把细胞接种后进行培养，一方面连续向反应器中注入新鲜的培养基，同时又连续不断地取出等量的培养养，一方面连续向反应器中注入新鲜的培养基，同时又连续不断地取出等量的培养液，但是过程中液，但是过

39、程中不取出细胞，细胞仍留在反应器内，使细胞处于一种营养不不取出细胞，细胞仍留在反应器内，使细胞处于一种营养不断的状态断的状态。当高密度培养动物细胞时，必须确保补充给细胞以足够的营养以及除。当高密度培养动物细胞时，必须确保补充给细胞以足够的营养以及除去有素毒的代谢物。灌注培养时用新鲜的培养液进行灌注，可以确保上述目的的实去有素毒的代谢物。灌注培养时用新鲜的培养液进行灌注，可以确保上述目的的实现。通过调节灌注速度，可以把培养过程保持在稳定的、废代谢物低于抑制水平的现。通过调节灌注速度，可以把培养过程保持在稳定的、废代谢物低于抑制水平的状态下。灌注培养过程的特征如图状态下。灌注培养过程的特征如图11

40、-13所示。所示。 动物细胞大规模培养课件0时间灌注图11-13 灌注培养过程的特征PH、温度、温度、DO废产物废产物营养物营养物表表11-12不同培养方式对不同培养方式对CHO细胞细胞生产人组织血纤维溶酶原激活剂生产人组织血纤维溶酶原激活剂（tPA)产量和活性的影响产量和活性的影响细胞培养方式细胞培养方式分批培养分批培养半连续培养半连续培养灌注培养灌注培养纯化利率 ，%82165纯化物质的相对产量11.337.74比活性，IU/mgtPA114.4391.3392.6 采用灌注培养的优越性不仅在于大大提高了细胞生长密度，而且有助于产物的采用灌注培养的优越性不仅在于大大提高了细胞生长密度，而且

41、有助于产物的表达和纯化。如表表达和纯化。如表11-12及图及图11-14所示，因此，灌注培养已经应用于许多不同的培所示，因此，灌注培养已经应用于许多不同的培养系统中，规模已达几百升。图养系统中，规模已达几百升。图11-14为常用的细胞灌注培养系统。为常用的细胞灌注培养系统。 说说灌注培养的优越性说说灌注培养的优越性？问题问题动物细胞大规模培养课件5、动物细胞大规模培养工艺、动物细胞大规模培养工艺 大规模动物细胞培养的工艺流程如图大规模动物细胞培养的工艺流程如图11-15所示。工艺过程中，先将所示。工艺过程中，先将组织切成组织切成碎片碎片，然后，然后用溶解蛋白质的酶处理用溶解蛋白质的酶处理而得到

42、单个细胞，再用而得到单个细胞，再用离心法离心法收集细胞。将收集细胞。将细细胞植入营养培养基胞植入营养培养基，使细胞在培养基中增殖到覆盖瓶壁表面，用酶把细胞从瓶壁，使细胞在培养基中增殖到覆盖瓶壁表面，用酶把细胞从瓶壁上消化下来，再上消化下来，再接种到若干培养瓶中进行扩大培养接种到若干培养瓶中进行扩大培养，将培养所得的细胞，将培养所得的细胞“种子种子”冷藏于液氮中冷藏于液氮中，从液氮中取出一部分细胞，从液氮中取出一部分细胞“种子种子”进行解冻、复活培养进行解冻、复活培养，进行，进行扩扩大培养大培养以获得足够的细胞量，将细胞接种于大规模生物反应器中进行以获得足够的细胞量，将细胞接种于大规模生物反应器

43、中进行大规模培养大规模培养，按照产物的不同形式进行按照产物的不同形式进行产物分离纯化产物分离纯化。对于积累在细胞内的产物，可通过收集。对于积累在细胞内的产物，可通过收集细胞后进行破胞，再经过分离纯化获得产物；对于由细胞分泌到培养液中产物，细胞后进行破胞，再经过分离纯化获得产物；对于由细胞分泌到培养液中产物，可以通过浓缩、纯化培养液来获得产品；而对于那些可以通过浓缩、纯化培养液来获得产品；而对于那些必须加入诱导剂进行培养或必须加入诱导剂进行培养或病毒感染培养病毒感染培养才能得到的产物的细胞，可加入上述诱导剂诱导或病毒感染后，收才能得到的产物的细胞，可加入上述诱导剂诱导或病毒感染后，收集细胞，再经分离纯化得到产物。集细胞，再经分离纯化得到产物。动物细胞大规模培养课件图图11-15 大规模动物细胞培养工艺流程图大规模动物细胞培养工艺流程图细胞培养反应器细胞培养反应器提取提取细胞细胞诱生剂诱生剂细胞细胞产品（肿瘤抗原）产品（肿瘤抗原）纯化纯化产品（干扰素）产品（干扰素）纯化纯化提取提取产品（单克隆抗体）产品（单克隆抗体）浓缩纯化浓缩纯化79865432110动物细胞大规模培养课件