1、第四节第四节 动物及植物细胞制药动物及植物细胞制药 动植物细胞培养是指动、植物细胞动植物细胞培养是指动、植物细胞在体外条件下的存活或生长。在体外条件下的存活或生长。一、动物细胞的培养一、动物细胞的培养 动物细胞产物及医学应用动物细胞产物及医学应用 产物产物 医学应用医学应用 疫苗疫苗 人人 小儿麻痹症，狂犬，风疹，乙肝表面抗原，疱疹或某些癌症小儿麻痹症，狂犬，风疹，乙肝表面抗原，疱疹或某些癌症 动物动物 牛病毒性腹泻，口蹄疫，犬瘟病，猪霍乱，马脑炎等牛病毒性腹泻，口蹄疫，犬瘟病，猪霍乱，马脑炎等 单克隆抗体单克隆抗体 IgG，IgM，IgA等等 免疫调节剂免疫调节剂 干扰素，白细胞活化因子，干
2、扰素，白细胞活化因子，-细胞生长因子，白细胞介素细胞生长因子，白细胞介素-2 2，血清胸腺因子，巨噬细胞毒力因子，血清胸腺因子，巨噬细胞毒力因子 酶酶 脲激酶，胶原酶，细胞色素脲激酶，胶原酶，细胞色素P450，纤维蛋白溶酶原激活剂，纤维蛋白溶酶原激活剂，胃蛋白酶，胰蛋白酶，酪氨酸脱羧酶胃蛋白酶，胰蛋白酶，酪氨酸脱羧酶 激素激素 绒膜促性腺激素，促红细胞生成素，生长激素，促黄体激素绒膜促性腺激素，促红细胞生成素，生长激素，促黄体激素 1、动物细胞的形态、动物细胞的形态 1)成纤维细胞型成纤维细胞型 2)上皮细胞型上皮细胞型 3)游走细胞型游走细胞型 4)多行性细胞型多行性细胞型 5)悬浮型细胞悬
3、浮型细胞 2、培养基的常用成分、培养基的常用成分 1)氨基酸氨基酸 2)维生素维生素 3)盐盐 4)葡萄糖葡萄糖 5)有机添加剂有机添加剂 6)血清血清 3、培养基制备应考虑的因素、培养基制备应考虑的因素 1)pH值值 多数细胞系在多数细胞系在pH7.4下生长很好。下生长很好。但上皮细胞以但上皮细胞以pH5.5合适。合适。酚红常用作指示剂。酚红常用作指示剂。2)缓冲能力缓冲能力 3)渗透压渗透压 4)黏度黏度 4、细胞培养的环境要求、细胞培养的环境要求（1）支持物支持物 体外培养的大多数动物细胞需在人工支持物上体外培养的大多数动物细胞需在人工支持物上单层生长。单层生长。1)玻璃玻璃 2)塑料制
4、品塑料制品 3)微载体微载体 大规模动物细胞贴壁培养最常用的支持物是大规模动物细胞贴壁培养最常用的支持物是微载体，其材料有聚苯乙烯、交联葡萄糖、微载体，其材料有聚苯乙烯、交联葡萄糖、聚丙稀酰胺、纤维素衍生物、几丁质、明胶聚丙稀酰胺、纤维素衍生物、几丁质、明胶等。通常用特殊的技术制成等。通常用特殊的技术制成100100200200m m直径直径的圆形颗粒，大多都是一次性的。的圆形颗粒，大多都是一次性的。支持物通过各种处理后，可改善细胞的贴壁支持物通过各种处理后，可改善细胞的贴壁和生长性能。和生长性能。（2）气体交换气体交换 氧气氧气 各种培养对氧的要求不同，大多数动物各种培养对氧的要求不同，大多
5、数动物 细胞培养适合于大气中的氧含量或更低细胞培养适合于大气中的氧含量或更低 些。些。二氧化碳二氧化碳 （3）培养温度培养温度 温度是细胞再体外生存的基本条件之一，温度是细胞再体外生存的基本条件之一，来源不同的动物细胞，其最适生长温度是不相同的。来源不同的动物细胞，其最适生长温度是不相同的。温血动物细胞温度为温血动物细胞温度为36.536.5，可略低一点；，可略低一点；鸟类细胞在鸟类细胞在38.538.5时生长最佳。时生长最佳。动物细胞对低温的耐受力比高温强。动物细胞对低温的耐受力比高温强。培养细胞在培养细胞在44下能生存数天，并能在下能生存数天，并能在-196196下冷冻下冷冻贮藏，贮藏，但
6、超过正常温度但超过正常温度22，只能耐受数小时，只能耐受数小时，4040以上细以上细胞很快死亡。胞很快死亡。变温动物细胞有较大的温度范围，但应保持在一个恒定变温动物细胞有较大的温度范围，但应保持在一个恒定值，且在所属动物的正常温度范围内。值，且在所属动物的正常温度范围内。温度调节的范围最大不超过温度调节的范围最大不超过0.5。5、动物细胞培养的方法、动物细胞培养的方法 动物细胞无论是贴壁培养还是悬浮培养，均可分为分批式、流加式、半连续式、动物细胞无论是贴壁培养还是悬浮培养，均可分为分批式、流加式、半连续式、连续式等多种培养方式。连续式等多种培养方式。（1）分批式培养）分批式培养 分批式培养是指
7、先将细胞和培养液一次性装入反应器内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，形成一进行培养，细胞不断生长，同时产物也不断形成，形成一段时间的培养后，终止培养。段时间的培养后，终止培养。在分批培养过程中可分为延滞期、对数生长期、减速期、在分批培养过程中可分为延滞期、对数生长期、减速期、平稳期和衰退期等五个阶段。平稳期和衰退期等五个阶段。在分批培养过程中能够控制的参数只有在分批培养过程中能够控制的参数只有pH值、温度和通值、温度和通气量。气量。（2）流加式培养）流加式培养 （3）半连续式培养）半连续式培养 （4）连续式培养）连续式培养 指先将一定量
8、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，而在此过程中随着营养物质的不断消耗，不断的向系统不断生长，产物不断形成，而在此过程中随着营养物质的不断消耗，不断的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。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。指将细胞种子和培养液一起加入反应器内进行培养，一方面新鲜培养液不断加入指将细胞种子和培养液一起加入反应器内进行培养，一方面新鲜培养液不断加入反应器，另一方面又将反应液连续不断的取出，使
9、反应条件处于一种恒定状态。反应器，另一方面又将反应液连续不断的取出，使反应条件处于一种恒定状态。在分批培养的基础上，将分批培养的培养液部分取出，并重新补充加入在分批培养的基础上，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基，从而使反应器内培养液的总体积保持不变。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。6、动物细胞大规模培养的工艺、动物细胞大规模培养的工艺 将组织切成碎片将组织切成碎片 用溶解蛋白质的酶用溶解蛋白质的酶处理得到单个细胞处理得到单个细胞 收集细胞并离心收集细胞并离心 获得的细胞植入营养培养基中，获得的细胞植入营养培养基中，使之增殖至覆盖瓶壁表面使之增殖
10、至覆盖瓶壁表面 再接种，扩大培养再接种，扩大培养 动物细胞培养中，易出现微生物的污染，导致培养失败。动物细胞培养中，易出现微生物的污染，导致培养失败。因此，在动物细胞培养时，应严格无菌操作规程，定期因此，在动物细胞培养时，应严格无菌操作规程，定期对培养环境进行消毒，保证环境清洁无菌。对培养环境进行消毒，保证环境清洁无菌。对所用的器皿设备，根据不同材料选用合适的灭菌方法，对所用的器皿设备，根据不同材料选用合适的灭菌方法，对培养所用的试剂、培养基要除菌，除菌后的培养基应作对培养所用的试剂、培养基要除菌，除菌后的培养基应作无菌检查。无菌检查。将无菌技术贯穿于整个生产过程。将无菌技术贯穿于整个生产过程
11、。二、植物组织培养二、植物组织培养 植物组织培养是指用无菌培养方法植物组织培养是指用无菌培养方法，在人工制备的培养基上培养植物的一在人工制备的培养基上培养植物的一个离体器官、组织或细胞个离体器官、组织或细胞，使其再生使其再生为完整植株。为完整植株。根据培养的植物的材料不同根据培养的植物的材料不同，分为：分为：愈伤组织培养愈伤组织培养 悬浮细胞培养悬浮细胞培养 器官培养器官培养 茎尖分生组织培养茎尖分生组织培养 原生质体培养原生质体培养 1 1、植物组织培养技术、植物组织培养技术 固体培养固体培养 液体静态液体静态 悬浮培养悬浮培养 深层大罐发酵深层大罐发酵 液体连续培养液体连续培养 细胞固定化
12、培养等细胞固定化培养等 植物细胞培养可生产一些微生物所不能合成的植物细胞培养可生产一些微生物所不能合成的 特有代谢产物，如生物碱类、色素、类黄酮和特有代谢产物，如生物碱类、色素、类黄酮和花色苷、苯酚、皂角苷、固醇类、萜类、某些花色苷、苯酚、皂角苷、固醇类、萜类、某些抗生素和生长控制剂、调味品和香料等。抗生素和生长控制剂、调味品和香料等。细胞培养用于种苗生产、如兰花等名贵花卉和细胞培养用于种苗生产、如兰花等名贵花卉和谷物良种的培育可不受外界环境的影响。谷物良种的培育可不受外界环境的影响。2、植物组织培养的优点、植物组织培养的优点 四季均可生产，不受地区、季节及有害生物的影响。四季均可生产，不受地
13、区、季节及有害生物的影响。占地面积少，便于工厂化生产，可对细胞生长自动控制和占地面积少，便于工厂化生产，可对细胞生长自动控制和代谢过程合理调节。代谢过程合理调节。便于筛选高产细胞株。便于筛选高产细胞株。利于生物转化，寻找新的有效药物成分。植物细胞内存在利于生物转化，寻找新的有效药物成分。植物细胞内存在羟基化酶、氧化酶、还原酶、甲基化酶、酯化酶、糖基转羟基化酶、氧化酶、还原酶、甲基化酶、酯化酶、糖基转移酶、糖苷酶等多种酶移酶、糖苷酶等多种酶,植物培养物作为一种生物反应器转植物培养物作为一种生物反应器转化外源化合物，能够产生原植物所没有的，甚至是至今自化外源化合物，能够产生原植物所没有的，甚至是至
14、今自然界尚未发现的化合物。然界尚未发现的化合物。个体差异小，生产周期短，设备简单，能节省人力、物力个体差异小，生产周期短，设备简单，能节省人力、物力等。等。利用组织培养过程中出现的芽变或人工诱变，或进行脱毒，利用组织培养过程中出现的芽变或人工诱变，或进行脱毒，培育新品种，提高药用植物品质。培育新品种，提高药用植物品质。保存种质资源。保存种质资源。3、植物细胞培养流程、植物细胞培养流程 C 愈伤组织愈伤组织 S 悬浮培养细胞悬浮培养细胞 工业化生产的植物细胞培养产物工业化生产的植物细胞培养产物 名称名称 价格价格/（USD/kg）用途用途 名称名称 价格价格/（USD/kg）用途用途 长春新碱长春新碱 1000000 抗肿瘤药物抗肿瘤药物 紫草宁紫草宁 4000 消炎、抗菌、消炎、抗菌、染料染料 长春花碱长春花碱 3500000 抗肿瘤药物抗肿瘤药物 苦橙花油苦橙花油 1125 香料香料 保加利亚玫保加利亚玫瑰油瑰油 20003000 香料，调味品香料，调味品 吗啡吗啡 600 麻醉剂，镇麻醉剂，镇痛药痛药 毛地黄毒苷毛地黄毒苷 3000 心肌能障碍心肌能障碍 当归根油当归根油 800 香料，中药香料，中药 辅酶辅酶Q10 600 强心剂强心剂 春黄菊油春黄菊油 500 香料，药物香料，药物 可待因可待因 650 麻醉剂、镇痛麻醉剂、镇痛药药 茉莉茉莉 5002000 香料香料