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第五章动物细胞制药本章主要内容第一节概述第二节动物细胞的形态和生理特点第三节生产用动物细胞的要求和培养第四节动物细胞的大规模培养第五节动物细胞产品的纯化和质量要求第六节动物细胞制药的前景第一节概述1665年英国物理学家虎克用自制的显微镜发现了细胞，实际上是死细胞留下的细胞壁，不久，荷兰科学家列文虎克才真正观察到了细胞。从此认为细胞是一切动植物体结构和功能的基本单元。1838年德国的植物学家施莱登和动物学家施旺共同创立了细胞学说。细胞学说所有生物都是由一个或多个细胞组成的；细胞是生命的基本单位；新细胞是由原有细胞分裂而来的。细胞培养是将细胞从机体取出，在体外模拟机体体内生理条件进行培养，使之生存和生长。细胞培养已有近百年历史了。随着细胞生物学、分子生物学、生物化学和基因工程等一系列学科和技术的发展，逐渐形成了细胞工程学。细胞工程是以细胞为单位，按人们的意志，应用细胞生物学、分子生物学等理论和技术，有目的地进行精心操作，使细胞的某些遗传特性发生改变，从而达到改良或产生新品种的目的，以及使细胞增加或重新获得产生某种特定产物的能力，从而在离体条件下进行大量培养、增殖，并提取出对人类有用的产品。第二节动物细胞的形态和生理特点一、动物细胞的形态动物细胞属于真核细胞，结构复杂，分化精确，不同细胞执行不同的功能，例如神经细胞具有很长的分支，很多的纤维，以便接受和传递刺激，红细胞呈扁圆盘状，增大其接触面等。但细胞在离体培养时形态会发生变化，根据不同的需要将离体培养的细胞分为三类：贴壁依赖型、贴壁非依赖型和兼性贴壁型。1、贴壁细胞生长时必须要有给以贴附的支持物表面，细胞依靠自身分泌的或培养基中提供的贴附因子才能在该表面上生长和繁殖。2、悬浮细胞生长不依赖支持物表面，在培养液中悬浮生长，如淋巴细胞等。3、兼性贴壁细胞根据生长条件的不同可贴壁也可悬浮生长，中国地鼠卵巢细胞。动物细胞作为宿主细胞生产药物的优点和缺点：优点：多半可分泌到细胞外，提取纯化方便，蛋白质经糖基化修饰后与天然产物更一致，适合于临床应用。缺点：培养条件要求高、成本高、产量低。第三节生产用动物细胞的要求和培养一、要求最初要求生产用动物细胞必须是原代细胞，以后放宽至二倍体细胞即可，即使是经过多次传代也可用，但是非二倍体细胞是绝对禁止使用的，因为担心异倍体细胞的核酸会影响到人的正常染色体，有致癌的危险。由于二倍体细胞传代不会超过50代，所以使用受到限制。后来发现异倍体也可使用，并未对机体产生影响，并且可无限使用，对工业生产带来了极大的方便。二、获得原代细胞、已建立的二倍体细胞系及可无限传代的转化细胞系。1、原代细胞直接取自动物组织、器官，经过粉碎、消化后获得的细胞悬液。需大量动物，费钱费劳力。2、二倍体细胞原代细胞经过传代、筛选和克隆，从而从多种细胞成分的组织中挑选并纯化出某种具有一定特征的细胞株。特点：二倍体；有明显的贴壁和接触抑制特性；有限的增殖能力；无致瘤性。3、转化细胞系通过转化形成，变成了异倍体，有无限增殖能力。转化可自发，在传代过程中自己转变成可无限增殖的细胞；也可人为转化，采用某些试剂处理，或从动物的肿瘤组织中建立的细胞系。优点：无限传代、倍增时间短、对培养条件和生长因子的要求低，适合于大规模工业化生产。三、生产常用动物细胞的特性WI-38：人二倍体细胞系，成纤维细胞，能产生胶原，倍增时间为24小时，有限寿命50代，用于制备疫苗。MRC-5：人二倍体细胞系，成纤维细胞，有限寿命42-46代，用于制备疫苗。CHO-K1：从中国地鼠卵巢中分离的上皮样细胞，用于构建工程菌。BHK-21：从地鼠幼鼠的肾脏中分离。成纤维样细胞，用于构建工程菌，可生产疫苗。Vero：从非洲绿猴肾中分离，贴壁依赖的成纤维细胞，用于制备疫苗。Namalwa：从淋巴瘤病人分离，生产干扰素。SP2/0-Ag14：从抗羊红细胞活性的小鼠脾细胞和骨髓瘤细胞系融合获得，生产单克隆抗体。四、动物细胞培养的基本方法（一）细胞分离1、离心分离法；2、消化分离法（二）细胞计数（三）细胞传代（四）细胞的冻存和复苏第四节动物细胞的大规模培养分批培养半连续培养灌流式培养分批培养将细胞和培养基一次性加入反应器内，待培养结束后，放出培养液，进行提取。半连续培养细胞和培养基一起加入反应器后，每间隔一段时间取出部分培养物，再加入同样数量的新鲜培养基。灌流培养细胞和培养基加入反应器后，在产物形成过程中，不断取出培养基同时不断补充新鲜培养基。灌流培养的优点1、细胞可处于稳定良好的环境中，营养条件好、有害代谢废物浓度低；2、可极大地提高细胞密度；3、产品在罐内停留时间短，可及时分离出产品并在低温下保存，有利于产品质量的提高；4、培养基的比消耗率低，产品质量高，成本降低。第五节动物细胞产品的纯化方法和质量要求一、动物细胞产品常用的纯化方法1、离心纯化的早期阶段，用以去除细胞、细胞碎片或其他较大的杂质。常在低温下进行。2、离子交换层析根据各种蛋白质所带的电荷性质不同进行分离。3、凝胶过滤根据各种蛋白质分子量大小的差异进行分离。4、亲和层析根据特异性结合的性质，如酶和底物，抗原和抗体。5、盐析和有机溶剂沉淀6、透析7、高压液相层析二、动物细胞产品的质量要求1、对工程细胞的要求历史资料：来源、动物年龄和性别、细胞分离的方法和所用的培养基。细胞特性资料：形态、生长特征、细胞抗原、染色体等。无污染：细菌、真菌、支原体和各种病毒。2、对生产工艺的要求厂房条件符合国家规定，所用的一切原料、试剂都必须质量稳定可靠。在细胞培养中尽可能少用或不用小牛血清，必须用时需严格挑选，以防病毒和支原体污染。纯化过程要低温进行。纯化后的产品需经严格质量检测，合格后才可分装。3、对产品的质量要求纯度生物活性比活性稳定性临床前的安全性和有效性评价临床试验的安全性和有效性评价（一）提高产量、降低成本和改进质量方面的研究提高产量：即提高细胞表达的水平，选用合适的载体、宿主和表达方式。降低成本：需要改进培养基配方，尽可能采用廉价原料，开发化学限定培养基，同时还应从改变细胞代谢途径着手。改进质量：主要是糖基化质量问题，选用合适宿主、改变细胞的某些酶基因、改进控制培养条件使产物正确糖基化。第六节动物细胞制药前景（二）培养方式的选择悬浮、贴壁、兼性分批、灌流驯化细胞改变原来贴壁、依赖血清的生长特性。（三）发酵过程的控制发酵过程的影响因素很多：搅拌、溶氧、pH、温度、细胞代谢物中有害物质的累积等等。使细胞处于半饥饿状态可延长培养周期；提高渗透压可提高外源蛋白的表达。产量高、成本低、产品质量与天然基本一样。转基因技术的开发研究，安全性的考察。（四）转基因动物的研究（五）组织工程的研究组织工程是通过对细胞的大量培养，并用细胞直接作为一种治疗手段用于临床，或用培养的细胞进一步加工构成一种组织，如皮肤、肝脏、胰腺等用于临床治疗。