動(dòng)植物細(xì)胞大量培養(yǎng)large scale cultivation of animal and plant cells
動(dòng)物細(xì)胞大量培養(yǎng) 自1950年前后，開(kāi)發(fā)體外培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞以來(lái)，很多類型動(dòng)物細(xì)胞，包括正常的和腫瘤的都能在各種單層培養(yǎng)系統(tǒng)中生長(zhǎng)。早期大量培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞，是為了擴(kuò)大病毒腫瘤研究領(lǐng)域的需要，后來(lái)隨醫(yī)療、免疫和細(xì)胞生物化工制品的發(fā)展，動(dòng)物細(xì)胞需要量愈來(lái)愈多，諸如生產(chǎn)病毒疫苗、干擾素、激素、免疫試劑(見(jiàn)臨床化學(xué)試劑)等產(chǎn)品需要大量培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞。由于生產(chǎn)需要，推動(dòng)了動(dòng)物細(xì)胞大量培養(yǎng)的新工藝、新技術(shù)向大規(guī)模、自動(dòng)化和精巧化方向發(fā)展。
大量培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞用于制備醫(yī)藥上有重要用途的蛋白質(zhì)，主要過(guò)程（圖1）是：
培養(yǎng)條件 對(duì)營(yíng)養(yǎng)和環(huán)境的要求與微生物培養(yǎng)不同（表1）主要是：
?、凇…h(huán)境條件 與微生物相比，動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)對(duì)環(huán)境條件的要求較苛刻，監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)的難度較高。培養(yǎng)基的pH對(duì)細(xì)胞附著、生長(zhǎng)和分布都很敏感，一般控制在±0.05。溫度一般要求控制在＜±0.25℃。有時(shí)為了達(dá)到良好的換熱目的，培養(yǎng)罐采用錐形結(jié)構(gòu)。通氣方法可采用插入培養(yǎng)基中的硅橡膠管，靠擴(kuò)散作用來(lái)完成氧的傳遞，或?qū)怏w通入裝在培養(yǎng)基液面上空的分布器內(nèi)，氧通過(guò)擴(kuò)散和表面卷吸進(jìn)入培養(yǎng)基內(nèi)。
培養(yǎng)方法 大量培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞的方法可分為兩種：①懸浮培養(yǎng)，淋巴細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞等能在液體培養(yǎng)基中懸浮生長(zhǎng)。懸浮培養(yǎng)系統(tǒng)，工業(yè)放大容易，成本低，不易受污染，可在帶螺旋槳或平槳攪拌的通用發(fā)酵罐中進(jìn)行。②大多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞需要附著在一定的固定表面上才能增殖，因此稱單層培養(yǎng)。單層培養(yǎng)的突出問(wèn)題是提供細(xì)胞生長(zhǎng)所需的表面積。迄今為止應(yīng)用最廣泛的是滾瓶法（圖2），
細(xì)胞收獲 用單層培養(yǎng)方法培養(yǎng)的細(xì)胞從附著的載體上剝離下來(lái)，常用胰蛋白酶消化，或用螯合劑螯合細(xì)胞使細(xì)胞脫離載體，或用刮、擦、拉等機(jī)械力使細(xì)胞從載體上脫落的方法。以上幾種方法可以結(jié)合使用。
安全問(wèn)題 特別是培養(yǎng)病毒細(xì)胞或生產(chǎn)病毒疫苗，更要加倍注意安全。在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮對(duì)操作人員生物和物理上的安全防范設(shè)備和考慮生產(chǎn)廠房?jī)?nèi)外環(huán)境的安全防范設(shè)施。
植物細(xì)胞大量培養(yǎng) 早在20世紀(jì)30年代，已有可能將某些植物體中分離出來(lái)的細(xì)胞在人工培養(yǎng)條件下長(zhǎng)期地保持其生命力。這種培養(yǎng)需要有植物激素的存在，才能促使細(xì)胞以非組織形式繁殖，形成大量無(wú)定形的細(xì)胞物質(zhì)。但不久就出現(xiàn)了采用固定的化學(xué)成分培養(yǎng)基的快速培養(yǎng)技術(shù)。細(xì)胞培養(yǎng)在植物育種方面有重要作用，植物細(xì)胞培養(yǎng)的代謝產(chǎn)物可成為生物化工產(chǎn)品的重要組成部分。目前，用大規(guī)模發(fā)酵的方法來(lái)生產(chǎn)人參皂苷、紫草寧等自然藥物以及煙草代用品已取得突破。
工藝流程 在植物細(xì)胞大量培養(yǎng)的典型流程(圖3)中，為了獲得初代培養(yǎng)植物材料的組織片塊，應(yīng)在無(wú)菌條件下，切出其內(nèi)部組織薄片，并移植于合適的培養(yǎng)基。組織的細(xì)胞便恢復(fù)其分裂機(jī)能，通過(guò)反復(fù)分裂終于形成無(wú)定形的細(xì)胞群，即愈傷組織。將愈傷組織或其他易分散的組織置于液體培養(yǎng)基中，進(jìn)行振蕩培養(yǎng)，使組織分散成游離的懸浮細(xì)胞，通過(guò)繼代培養(yǎng)使細(xì)胞增殖，獲得大量的細(xì)胞群體。小規(guī)模的懸浮培養(yǎng)在培養(yǎng)瓶中進(jìn)行；大規(guī)模者可利用發(fā)酵罐。
特點(diǎn) 與微生物細(xì)胞培養(yǎng)相比，植物細(xì)胞培養(yǎng)有以下特點(diǎn)：①培養(yǎng)基成分除碳水化合物、無(wú)機(jī)鹽等基本組分以外，還要求有植物生長(zhǎng)激素；②植物細(xì)胞的培增時(shí)間較長(zhǎng)，一般超過(guò)24h，約是微生物的20倍；③植物細(xì)胞高密度培養(yǎng)才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，因而帶來(lái)培養(yǎng)液高的表觀粘度和細(xì)胞對(duì)剪切應(yīng)力敏感的問(wèn)題；④植物細(xì)胞培養(yǎng)具有形成組織甚至整體植株的潛力。
植物細(xì)胞大量培養(yǎng)的工業(yè)應(yīng)用，須考慮以下條件:細(xì)胞生長(zhǎng)及生物合成的速度要高到足以在短時(shí)間內(nèi)得到較高產(chǎn)量的最終產(chǎn)物；培養(yǎng)的細(xì)胞在遺傳上應(yīng)是穩(wěn)定的以得到恒定的產(chǎn)物；代謝產(chǎn)物在細(xì)胞中累積而不迅速分解，代謝產(chǎn)物宜釋放到液體培養(yǎng)基中；包括培養(yǎng)基、前體和化學(xué)提取的生產(chǎn)費(fèi)用要低得足以給生產(chǎn)帶來(lái)利潤(rùn)。
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