动物细胞大规模培养技术研究进展
仲恺农业技术学院学报,18(3):64~70,2005
Jou r na l o f Zhongkai University o f Agriculture an d Technology
文章编号:1006-0774(2005)03-0064-07
动物细胞大规模培养技术研究进展
吴方丽1,金伟波2,王保莉2,3,张涌3
(1.西北农林科技大学植物保护学院; 2.西北农林科技大学生命科学学院;
3.西北农林科技大学生物工程研究所,陕西杨凌712100)
摘要:利用动物细胞大规模培养技术可生产多种生物制品,为提高细胞活力和细胞生长密度,采用有多种添加成分的无血清培养基培养细胞,选择既有利于细胞生长又可提高培养细胞密度的微载体和条件温和、易操作、气体交换速度快的生物反应器,在线监控细胞生存环境和生理活动,减少培养过程中培养基的抑制因素,从而给细胞提供更好的生存环境;另外通过向细胞中导入抗凋亡基因,可减缓细胞凋亡的发生,提高细胞活性和蛋白产量;此外,在动物细胞大规模培养过程中,利用多孔微载体能高效、大量地增殖细胞,具有良好的应用前景.
关键词:动物细胞;培养环境;生物反应器;微载体
中图分类号:Q251文献标识码:A
Research advance in large-scale culture of animal cells
W U Fang-li1,JIN We-i bo2,W ANG Bao-li2.3,ZHANG Yong3
(1.College of Plant Protection; 2.College of Life Sciences; 3.Institute of Bio-Eng i neering,
Northwest A&F University,Yangling712100,China)
Abstract:Many biological products were manufactured by means of large-scale culture of animal cells.To increase cell-specific productivity and cell density,serum-free media supplemented with several nutriments were used for cell culture,and microcarriers were chosen in favor of cell growth and high cell density.Biore-ac tors with simple manipulation,good qualification and aeration were adopted.More suitable conditions for cell gro wth could be given through on-line supervising the environment for cell gro wth and restraint factors in cell culturing.Furthermore,the anti-apoptosis genes using recombinant DNA technology can increase cell viability and productivity.Porous microcarriers was emphasized in large-scale culture of animal cells.
Key words:animal cell;culture environment;bioreac tor;microcarrier
组织培养技术是19世纪末由胚胎学技术衍生而来.近一个世纪以来,从能维持组织存活到生长出新细胞,从少数组织到各种组织细胞的培养,从精细的实验室培养技术到大规模的生产工艺,组织培养技术已成为生物制品生产以及基因工程等领域必不可少的工具之一.目前,动物细胞大规模培养技术水平的提高主要集中在培养规模的进一步扩大、细胞培养环境的优化、生物反应器的改良、改变细胞特性、提高产品的产出率与保证其质量上.
在动物细胞大规模培养的过程中,最根本的是使细胞的培养条件达到最优化,尽可能消除或减轻环境对细胞的影响,维持细胞高存活力和高效表达.若以生产蛋白为目的的体外细胞培养,同时还要充分考虑细胞表达产物的后续纯化.
收稿日期:2005-04-18
基金项目:国家高技术研究发展计划(863)计划资助项目(2001AA21308);西北农林科技大学重点专题基金资助项目.
作者简介:吴方丽(1979-),女,河南睢县人,助教,博士.
1 细胞最适生长培养基的选择
培养基是细胞赖以体外生长、增殖、分化的重要因素.一般情况下,动物细胞的生长均有赖于血清的存在.但使用血清主要存在潜在的污染源、不同批次间蛋白含量差异大及价格高等弊端[1],给生物制品的生产造成了不便,这就引发了人们对无血清培养基的研究.结果发现,只要在培养基中添加某些适于细胞生长的成分,如纤连蛋白、转铁蛋白、胰岛素和表皮生长因子等,多种细胞即可在无血清供应的情况下生长[2],尤其是中华仓鼠卵巢(Chinese ha mster ovary,C HO)细胞、杂交瘤细胞及重组骨髓瘤细胞等,其中胰岛素是无血清培养基中促进动物细胞生长最重要的多肽.C HO 细胞能在仅含重组人胰岛素的一种蛋白成分的无血清培养基中连续传代[3].在人类细胞培养中,某些细胞在无血清的条件下,其生长和抗体的产量甚至比有血清的培养基高出数倍.另外,应用无血清培养基还能有选择性地控制及避免成纤维细胞的过度生长.应用无血清培养基培养动物细胞的成功,还将为某些痘苗的生产降低成本[4].目前,大规模动物细胞培养中已经普遍使用无血清培养基,从而避免了血清培养基污染的可能性,并减少了纯化的难度.但无血清培养基缺乏广泛的适应性,不同的细胞甚至不同的细胞株和细胞系有各自独立的无血清培养基配方.如用于基因重组促人红细胞生成素(Recombinant human erythropoietin,r HuEPO)生产且不含牛血清白蛋白的无血清培养基-p (Serum free medium -p,SFM -p)培养液,就是在达尔贝可改良的伊格尔(Dulbecco p s modified Eagle p s medium,DME M)B F12(1B 1)培养基中添加了Se 、乙醇胺、多种维生素、蛋白胨、胰岛素、转铁蛋白和一些细胞因子等成分构成的专用培养基[5].
无血清培养基虽然在各个方面都显示出其强大的优势和发展前景,但采用无血清培养而诱发的细胞凋亡也成为动物细胞无血清培养技术中亟待解决的问题.在培养基中加入某些化合物,如金精三羧酸(Aurint ricarboxylic acid,ATA)、锌离子、抗氧化剂和细胞因子等,在一定程度上可阻止因采用无血清培养基而导致的细胞凋亡[6]
.但是,由于培养基中所添加的蛋白成分主要还是来源于动物或人,仍然存在病毒污染的危险,只有完全采用非动物来源的材料,才是相对安全的,而植物提取物将是理想的选择.可以这样预测,未来开发的新一代无血清培养基,将是一种既无血清、无蛋白,又可以高温消毒,且适合于多种不同细胞生长的全能型培养基[7].2 生物反应器的选择
在生物制品生产中,动物细胞培养已越来越重要,而动物细胞培养的最主要设备就是生物反应器(也称动物细胞发生器)[8~10].由于动物细胞(尤其是哺乳动物细胞)在促红细胞生成素(Erythropoietin,EPO)、干扰素(Interferon,IFN)、尿激酶原(Pro -Urokinase,Pro -UK)、疫苗以及其他一些价值昂贵的生物制品的生产上具有独特的优势,因此近年来有关动物细胞生物反应器的研制进展迅速[11~
13].目前国内外
生物反应器的种类较多,应用于生产实际的也不少,概括下来主要有以下几种:
211 机械搅拌式(Spinner)生物反应器
机械搅拌式生物反应器是开发较早、应用较广的一类生物反应器,主要由培养罐、管、阀、泵、马达及仪表组成.培养物的混匀由马达带动的不锈钢搅拌系统实现,在罐体顶端还有一些传感器,可以连接监测培养物的温度、pH 值溶氧度(Dissolved oxygen,DO)、葡萄糖消耗、NH 3、NH 4+等参数.这种反应器培养规模可达2000L,若再配合微载体、多孔微球、灌注技术,可使细胞密度达到107/mL 以上,而且消毒方便.另外,其最大的优点是能培养各种类型的动物细胞,培养工艺容易放大,产品质量稳定,非常适合工厂化生产,但不足之处是机械搅拌所产生的剪切力对细胞有一定的损伤[14,15].
212 气升式(Air lift)生物反应器
气升式生物反应器的基本原理是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.它在结构上和搅拌式大同小异,其显著特点是用气流代替不锈钢叶片进行搅拌,因而产生的剪切力相对温和,对细胞损伤较小[16].英国Celltech 公司是应用气升式生物反应器进行动物细胞大规模培养的成功范例,该公司在1985年应用100L 气升式生物反应器对杂交瘤65第3期吴方丽,等:动物细胞大规模培养技术研究进展
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细胞进行了大规模培养,现在还开发出了10000L气升式生物反应器用于各类单克隆抗体的规模化生产[17].国内也有人设计制造了10L规模的气升式生物反应器用于培养哺乳动物细胞和昆虫细胞等[18].
213中空纤维管(Hollow fiber)生物反应器
中空纤维管生物反应器是开发较早且正在不断改进的一类生物反应器.其原理为泵动培养液通过成束的合成空心纤维管(毛细管)而使细胞固着在毛细管内壁上生长.如果毛细管的直径为350L m,表面积B 体积比为30B7,因此大量成束的毛细管内壁提供了大量的细胞生长表面积.中空纤维管生物反应器的用途较广,既可培养悬浮生长的细胞,又可培养贴壁依赖性细胞,并且细胞密度最高可达109/mL[19],主要用于培养杂交瘤细胞生产单克隆抗体.其特点是细胞培养环境温和,培养细胞密度较高,产品较容易分离纯化[20].但这种反应器的培养环境不够均一,在一定程度上影响了产品质量的稳定性.而且,中空纤维培养工艺不易放大,反应器本身的消毒和重复使用也相对较难[21].
214旋转式细胞培养系统
20世纪90年代中期,美国宇航局(National aeronantics and space administration,NASA)开发了一系列旋转式细胞培养系统(The rotary cell culture system,RCCS),又叫回转式生物反应器(Rotating wall vessel biore-ac tor,RW VB),这是目前世界上培养贴壁和悬浮细胞的最新装置.该系统原先是为保护在宇航中所进行的纤细的组织培养而设计的.然而,它的低剪切力、高物质传递效率和微重力的独特环境,使人们在普通实验室的组织培养箱内也能培养出三维细胞组织[22,23].
RCCS是绕水平轴旋转、无气泡的膜扩散式气体交换的培养系统.因该系统无推进器、空气升液器、气泡或搅拌器,故几乎没有破坏性的剪切力,使得大细胞团得以形成.与普通系统相比,RCCS的一个主要优势是进行能分化或模仿父系组织结构和功能的组织培养.使人们能得到和在人体内一样的培养产物[24~26].
由于可模拟空间中的微重力环境,该生物反应器被誉为空间生物反应器.其模拟空间环境的机理是它可使培养物的重力向量在旋转过程中产生随机化,导致一定程度的重力降低,使细胞处于一种模拟自由落体状态,以此模拟微重力环境[27].
RCCS由于没有搅拌剪切力的影响,细胞可以在相对温和的环境中进行三维生长,同时随机化的重力向量可能直接影响细胞的基因表达,或者间接促进细胞的增殖分化和组织器官形成,因而这种生物反应器可用于当前十分热门的组织工程研究,也可用于探索微重力环境对细胞生长、分化的影响[28,29].
215其它生物反应器
近年来在组织与细胞工程领域用到的还有流化床生物反应器(Fluidized bioreactor)、Petri碟生物反应器(Petri bioreactor)、脉动式生物反应器(Pulsatile bioreactor)、摇床式生物反应器(Shaking bioreactor)、填充床生物反应器(Packed bed bioreac tor)等[9,10,12,30],由于这些生物反应器应用不普遍,故不作详述.
3培养用微载体的选择
大多数被培养的动物细胞都是贴壁依赖性细胞,而传统的贴壁依赖性细胞的培养是通过静止或转瓶培养等方式获得,其操作繁复,且耗费空间及人力.1967年,Van Wesel[31]首先提出了/微载体0培养系统,为贴壁依赖性细胞的高产培养提出了一个新的概念.经过几十年的研究,现在微载体培养已广泛应用于动物细胞的培养,并取得了许多成果.如微载体的大小和电荷量达到了最优化,以提高细胞的生长能力;微载体表面特性的改善,以利于细胞的快速贴壁等.
细胞成功地在微载体上扩展的能力随细胞系和培养基的不同而变化,因此为特定细胞选择合适的微载体比选择微载体本身更重要.近年来开始使用的多孔微载体[32]可提供大的表面积B体积和最大的细胞密度[33],然而以该载体培养的有些细胞系却贴在微载体内,其/移动性0相对较差.因此需要研制一种更好的培养方式,以提高微孔的开放性或者改善其表面特性,从而在提高细胞贴壁率的同时增加细胞的移动性.
4培养过程的在线监控
在动物细胞的大规模培养中,生物离线取样特别是产物浓度测定需要较长的时间,不能及时反映细
胞生存环境中的各种参数变化,因而在线过程监控在动物细胞的大规模培养中具有非常重要的地位,可以创造适合细胞生存的最佳环境,减少污染等.目前在培养过程中已经能对温度、pH 值、溶解氧浓度进行在线分析,并可进行有效控制.最近几年,有关细胞培养过程监控的研究迅速增多,在线测量氧吸收速率,可以确定从细胞生长期生产病毒到感染期和细胞死亡后终止感染的转换时间;用在线葡萄糖分析仪的测定来调整灌流速度等
[34].另外,估测目前和未来生物反应过程中葡萄糖的吸收率及乳搪的生成率的软件也已经研制成功[35],这使得对细胞培养过程的状态监控更加及时、准确.
5 维持细胞生长所需的最佳条件
影响细胞培养的主要因素有C O 2、DO 、温度、pH 值、葡萄糖、氨、乳酸、甲基乙二醛、培养基成分等.一般来说,最适C O 2水平为4%~10%,DO 维持在20%~50%,温度一般为37e ,pH 值在710~714之间.葡萄糖是细胞培养过程中的主要能量来源,必须维持在一定水平.氨、乳酸、甲基乙二醛等是动物细胞培养的主要限制因素.氨离子抑制谷氨酰胺(Gluta mine,G1n)的代谢途径,应限制Gln 用量,并尽可能去除培养基中的氨;高浓度乳酸可抑制细胞生长,应降低培养基中的葡萄糖浓度以减少乳酸产生,在动物细胞大规模培养中常常需添加果糖,以减少葡萄糖的使用量;甲基乙二醛能改变氨基酸、蛋白质和核酸的氨基和巯基,实际应用中降低甲基乙二醛的浓度主要也是通过降低葡萄糖用量来实现的[7].6 物理场效应对细胞生长的影响
各种物理场如静电场、磁场等都会对细胞的代谢产生一定的作用[36,37].物理场对细胞的刺激作用存在阈值,不同的物理场对不同细胞存在不同的场效应.人们目前对各种物理场对细胞的刺激效应有了一定研究,并试图将之应用到动物细胞培养体系之中[38].Bowlin 等[39]证实,细胞经电场作用刺激后,其生理活性有很大的提高,胞外某些物质的含量也明显上升.这说明适当的电场刺激可以提高细胞培养的效率.同时,一定的静电场还有助于细胞产物的分离[40].
611 增强细胞抗凋亡能力
在动物细胞大规模培养的初期,细胞数量不断增加,表达重组蛋白的能力也在逐步提高.随着细胞数量达到顶峰之后,细胞数量和表达水平将下降.因此,在动物细胞大规模培养的后期,维持细胞的高活力是一个富有挑战性的课题.最初的研究似乎表明细胞死亡大多由于坏死,而人们逐渐认识到至少有一些细胞系在生物反应器中出现细胞死亡的主要原因是细胞凋亡[7].随着细胞凋亡分子机制研究的不断深入,细胞凋亡的发生被认为是动物细胞大规模培养过程的重要制约环节,预防并控制细胞凋亡也因此成为研究的热点.用基因工程方法将Bc-l 2这种细胞调亡抑制基因导入细胞,已成为众多学者的选择[41,42].Bc-l 2基因的过量表达能抑制Gln 或氧缺乏引起的细胞凋亡,减少细胞特定营养成分的消耗,提高细胞密度和目的蛋白产量[42,43],这对于细胞大规模培养具有重大意义.但Bc-l 2等抑制基因对细胞的这种保护作用依赖于它的高水平表达,因此,需要寻求在低表达水平便可达到目的的更强的细胞凋亡抑制基因.在动物细胞大规模培养条件下,细胞凋亡/死亡多是在营养成分耗尽、有毒代谢产物增多时发生,因此一种/细胞静止0过程可以有效降低营养成分的消耗和有毒代谢产物的产生,提高CHO 细胞的目的蛋白产率[44],其方法就是向C HO 细胞中导入p21、p27基因,使细胞周期中Gl 期延长(细胞静止).经过如此改造后,细胞活力正常,外源基因表达蛋白量提高,并使产品成本降低,产量提高,遗传稳定性增加[45].
612 选择合适的细胞培养工艺
流加培养(Fed-batch)和灌流培养(Pefusion)是动物细胞培养工艺中最常用的两种操作方式.另外可供选择的方式还有批式-反复流加(Batch-refeeding).虽然许多较老的病毒生产工艺采用批式操作(Batch),新的病毒疫苗生产已采用改良的生产形式,如批式-反复流加或灌流培养工艺.流加培养工艺的基础是用搅拌生物反应器,营养物的添加主要考虑减少代谢废物的积累和营养的均衡,维持一个高细胞密度和高产物浓度.相对于流加培养,灌注培养的主要优点是连续灌注的培养基可以提供充分的营养成分,并带走代谢产物;同时,细胞保留在反应器中,可以达到很高的细胞密度.与其他方法相比,灌注培67第3期吴方丽,等:动物细胞大规模培养技术研究进展
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养的产率可以提高一个数量级,并可以大大降低劳动力成本[46].灌注培养主要分为悬浮灌注培养和床层灌注培养两大类.悬浮灌注培养是在普通悬浮培养的基础上,加上一个细胞分离器而成,其中以微载体悬浮培养加旋转过滤分离器最为常见;床层灌注培养则把细胞直接保留于床层,不需要分离器,其中以堆积床和大孔载体培养的应用较广泛[46].流加悬浮培养与灌流悬浮培养在操作形式上并无明显不同,两种操作形式的选择完全取决于每个产品潜在的细胞生长活力与相关产物的稳定性,以及产品的最高产量需求和质量要求.
7存在问题
711无血清培养基适用范围窄
目前应用的无血清培养基表现为细胞的适用谱极窄,细胞在无血清培养基中更易受某些机械因素和化学因素的影响,培养基的保存和应用不如传统的合成培养基方便.因此无血清、无蛋白、可高温消毒,且适合于多种不同细胞生长的全能型培养基是未来研制无血清培养基的方向.
712固定化培养技术及微载体需进一步探索
目前虽然对各种固定化载体某一方面的性能进行了一些改进,但总体上还不能很好地同时满足操作简便、系统稳定、经济适用、生物相容性好以及对细胞的机械保护等诸多要求.因而研制新型的固定化载体以满足上述要求,是动物细胞固定化培养技术继续发展的一个主要方向.
在细胞的固定化培养过程中,往往忽略了载体对细胞的生物学作用.即只注意了载体对细胞的机械保护而忽略了载体对细胞代谢过程的影响和调控.尝试研制具有一定生物学功能的细胞固定化载体,是载体研究中一个全新的领域.结合当今最新的纳米技术,可以在载体表面附着一些生物功能性分子,对培养过程进行一定的调节;同时通过不同的生物以及选择不同的加入时间,可望实现培养过程的阶段性调控.但是目前有关这方面的研究仍主要集中在对无机膜的修饰和对无机分子的研究,而有关生物大分子的应用仍处在尚未开发的阶段[47].
713生物反应器装置及生产工艺仍需改进
目前动物细胞大规模培养中所应用的生物反应器皆有其独特的优点,但同时也存在一定的不理想因素.低或无剪切力,同时还能在线监控的生物反应器是以后研究的重点.另外,动物细胞培养系统在利用新技术、新工艺的同时,还不能协调细胞及其环境与新技术应用的关系.在目前的技术条件下,对这一关系的协调仍旧处于摸索阶段,尚缺乏足够的理论指导.
8展望
经过几十年来的研究与实践,目前虽然动物细胞大规模培养技术还存在不少问题,但较之几十年前已是质的飞跃.随着这一技术的进一步发展,人们还将不断努力,研制更理想的生物反应器,以获得高密度、高活力的细胞;开发新的无血清培养基,使细胞的生长状态更好,生物制品更安全;建立细胞培养与产物分离的涡合系统,充分利用培养液,以降低生产成本等,从而使动物细胞培养技术在生物制品制备和基因工程等领域得到更广泛的应用.
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5仲恺农业技术学院学报6最新综合引证年度报告
根据中国学术期刊(光盘版)电子杂志社文献检索分析中心2004年11月颁布的5中国学术期刊综合引证年度报告(2004)6介绍,5中国学术期刊综合评价数据库(C AJCED)6对2003年5584种统计刊源140万篇论文中引用参考文献及/中国期刊网0中心网站2003年全文下载记录的统计,并经综合评价分析,我院学报2004年度引文计量指标及Web下载统计指标如下:
总被引频次影响因子引文即年指标他引总引比被引半衰期2003载文量Web即年指标96012054010189019375415531719818
5仲恺农业技术学院学报6编辑部
大规模细胞培养技术
大规模细胞培养技术简介 大规模培养技术应用简介通过大规模体外培养技术培养哺乳类动物细胞是生产生物制品的有效方法。上世纪60-70 年代，就已创立了可用于大规模培养动物细胞的微载体培养系统和中空纤维细胞培养技术。近十数年来，由于人类对生长激素、干扰素、单克隆抗体、疫苗及白细胞介素等生物制品的需求猛增，以传统的生物化学技术从动物组织获取生物制品已远远不能满足这一需求。随着细胞培养的原理与方法日臻完善，动物细胞大规模培养技术趋于成熟。 所谓动物细胞大规模培养技术( large-scale culture technology )是指在人工条件下(设定ph、温度、溶氧等) ，在细胞培养工厂 (Cosmo Cat.No. 1101-400 or 1101-800 )或生物反应器( bioreactor )中高密度大量培养动物细胞用于生产生物制品的技术。目前可大规模培养的动物细胞有鸡胚、猪肾、猴肾、地鼠肾等多种原代细胞及人二倍体细胞、cho(中华仓鼠卵巢) 细胞、BHK-21( 仓鼠肾细胞)、Vero 细胞(非洲绿猴肾传代细胞，是贴壁依赖的成纤维细胞)等，并已成功生产了包括狂犬病疫苗、口蹄疫疫苗、甲型肝炎疫苗、乙型肝炎疫苗、红细胞生成素、单克隆抗体等产品。 在过去几十年来，该技术经有了很大发展，从使用转瓶(roller bottle) 、CellCube 等贴壁细胞培养，发展为一次性细胞培养工厂( Made by Cosmo )或生物反应器 (Bioreactor )进行大规模细胞培养。第一代细胞培养技术核心问题是难以产业化或者说是规模化生产：一是在工艺生产时不能大规模制备产品；二是非批量生产容易导致产品质量的不均一性；三是难以对同批生产进行生产和质量控制。 随着生物技术的发展，迫切需要大规模的细胞培养，特别是培养表达特异性蛋白的哺乳动物细胞，以便获得大量有用的细胞表达产物。采用玻璃瓶静置或旋转瓶的培养方法，已不能满足所需细胞数量及其分泌产物。因而必须为工业化生产开创一种新的技术方法。自70 年代以来，细胞培养用生物
动物细胞培养基本操作
实验一动物细胞培养 细胞培养是用无菌操作的方法将动物体内的组织(或器官)取出，模拟动物体内的生理条件，在体外进行培养．使其不断地生长、繁殖，人们借以观察细胞的生长、繁殖、细胞分化以及细胞衰老等过程的生命现象。 细胞培养的突出优点，一是便于研究各种物理、化学等外界因素对细胞生长发育和分化等的影响；二是细胞培养便于人们对细胞内结构(如细胞骨架等)、细胞生长及发育等过程的观察。因而细胞培养是探索和指示细胞生命活动规律的—种简便易行的实验技术，同时我们也不可忽略的另一个因素，那就是它脱离乐生物机体后的—些变化。 细胞培养技术目前已广泛地被应用于生物学的各个领域。如分子生物学、细胞生物学、遗传学、免疫学、肿痛学及病毒学等 为此有必要使学生在细胞培养方面得到一些初步的感性知识，了解动物细胞培养的基本操作过程，观察体外培养细胞的生长特征，对原代细胞与传代细胞有一个基本概念。 本实验分两次进行．即清洗与消毒和传代细胞的培养与观察。 Ⅰ清洗与灭菌 一、实验目的 能独立地进行用于细胞培养的各种器皿的清洗与消毒，掌握干热灭菌法、湿热灭菌法和滤过除菌法的操作，了解化学消毒法的使用方法。 二、实验原理 清洗与消毒是组织培养实验的第一步，是组织培养中工作量最大，也是最基本的步骤。体外培养细胞所使用的各种玻璃或塑料器皿对清洁和无菌的要求程度很高。细胞养不好与清洗不彻底有很大关系。清洗后的玻璃器皿，不仅要求干净透明，无油迹，而且不能残留任何物质。如有毒的化学物质，哪怕残留0．1个，也可能影响细胞生长。灭菌手段的选择十分重要，对不同的物品需采用不同的灭菌方法。假如选用的方法不对，即使达到了无菌却使被灭菌药品丧失了营养价值、生物学特性或其他使用价值也不行。以下在每种灭菌步骤中都介绍其使用范围。 三、实验材料、用品
动物细胞基本结构
动物细胞 编辑 动物细胞立体结构图组成动物体的细胞称为动物细胞，植物细胞和动物细胞大体上相同，都有细胞核、细胞质和细胞膜。但是也有不同的地方：这就是植物细胞在细胞膜外面，有一层厚而坚硬的细胞壁，而动物细胞是没有细胞壁的；植物细胞中有扁球状的叶绿体．而动物细胞里没有这种结构，植物细胞中有囊状的液泡，而动物细胞里的液泡却不明显。 目录 1简介 2结构特征 3培养 4培养液的成分 5培养液的特点 6培养 7基本过程 8动植物组织培养区别 9动物细胞培养的应用 10相关词条 1简介 动物细胞立体结构图组成动物体的细胞称为动物细胞，人体或动物体的各种细胞虽然形态不同，基本结构却是一样的，都有细胞膜、细胞质和细胞核。 2结构特征
中心粒 核糖体 滑面内质网 高尔基小泡 高尔基体 微绒毛 核仁 细胞核 核被 粗面内质网 溶酶体 线粒体 质膜 滑面内质网 动物细胞有细胞核、细胞质和细胞膜，没有细胞壁，液泡不明显，含有溶酶体,动物细胞的结构有细胞膜、细胞质、细胞器、细胞核；它们的主要作用是控制细胞的进出、进行物质转换、生命活动的主要场所、控制细胞的生命活动。细胞内部有细胞器：细胞核，双层膜，包含有由DNA和蛋白质构成的染色体。内质网分为粗面的与滑面的，粗面内质网表面附有核糖体，参与蛋白质的合成和加工；光面内质网，表面没有核糖体，参与脂类合成。
3培养 细胞培养是指细胞在体外条件下的生长，动物细胞在培养的过程中不再形成组织。 概念：从动物机体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和增殖。 4培养液的成分 葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等。动物细胞培养成功的关键在于培养液中是否含有动物血清，因为由于动物细胞生活的内环境还有一些成分尚未研究清楚，所以需要加入动物血清以提供一个类似生物体内的环境，此外动物血清中也包含了一些动物的激素和酶，可以促进细胞的发育。 5培养液的特点 液体培养基、含动物血清。 6培养 .动物细胞培养液的成分：体外细胞培养所需营养物质与体内基本相同，例如，需要糖、氨基酸、无机盐、促生长因子、微量元素等。将细胞所需的上述物质按其种类和所需数量严格配制而成的培养基，称为合成培养基。由于动物细胞生活的内环境还有一些成分尚未研究清楚，所以需要加入动物血清以提供一个类似生物体内的环境，因此在使用合成培养基时，通常需加入血清、血浆等一些天然成分。 2.动物细胞培养液的特点：液体培养基、通常含动物血清。 3.动物细胞培养的条件： ①无菌、无毒的环境：对培养液和所有培养用具进行无菌处理，通常还要在培养液中加入一定量的的抗生素，以防被污染。此外应定期更换培养液，以便清除代谢产物防止细胞代谢产物累积对细胞自身产生危害。 ②营养物质：无机物（无机盐、微量元素等），有机物（糖、氨基酸、促生长因子等）。 ③血清和血浆(提供细胞生长必须的营养成份) 。 ④温度和pH（36.5±0.5℃，7.2~7.4）。 ⑤气体环境（95%的空气+5%CO 2的混合气体）。 其中5%CO2气体是为保持培养液的pH稳定。
高中生物 动物细胞培养和核移植技术教案 新人教版选修3
动物细胞培养和核移植技术 备课日期2014年 3 月 4 日课型新授课 教学目标 知识与技能 1\简述动物细胞养的含义。 2\说出动物细胞养的所需条件。 3\简述动物细胞培养的基本程序。 4\简述动物细胞核移植的概念。 过程与方法 情感态度 与价值观 1\通过学习基因工程的概念，使学生认识到科学研究需要的严谨，激 发为祖国而奋斗的精神。 2\通过学习基因操作的工具，使学生树立结构与功能相统一的辩证唯 物主义观念。 教学重点 1\动物细胞培养的过程及条件； 2\用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程和应用前景 教学难点用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程 教学方法以探究法、谈话法、材料教学法相结合。 教学用具多媒体课件 课时安排1课时 教学内容设计与反思 板书设计:
教学内容设计与反思一、复习导入: 教师活动：投影幻灯片，引导学生思考、分析讨论。 （1）植物细胞工程常用的技术手段有哪些？ 植物组织培养 植物体细胞杂交 （2）植物体细胞杂交的结果是产生了？ （3）植物体细胞杂交过程中涉及的原理是？ 二、讲授新课: （一）动物细胞工程 动物细胞工程常用的技术手段 动物细胞核移植、动物细胞融合、生产单克隆抗体、动物细胞培养 动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础。 （二）动物细胞培养 1.发展历史: 单20世纪初，人们不知道神经纤维是由神经细胞的细胞质向外突出形 成的，还是由神经细胞周围的其他细胞融合而成的。生物学家们就这个问 题展开了激烈的争论。1907年，美国生物学家哈里森(Harrison)从蝌蚪的 脊索中分离出神经组织，把它放在青蛙的凝固的淋巴液中培养。蝌蚪的神 经组织存活了好几周，并且从神经细胞中长出了神经纤维。哈里森的实验 不仅解决了神经纤维的起源问题，而且开创了动物组织培养的先河。此后， 在许多科学家的不懈努力下，动物组织培养不断改进并逐渐发展成为动物 细胞培养。 2、动物细胞培养的应用和概念： 动物细胞培养就是从动物有机体中取出相关 的组织,将它分散成个细胞,然后,放在适宜的 培养基中,让这些细胞生长和增殖. 3、动物细胞培养过程： 引导学生阅读课文44--46面相关内容。
动物细胞大规模培养技术研究进展
仲恺农业技术学院学报,18(3):64~70,2005 Jou r na l o f Zhongkai University o f Agriculture an d Technology 文章编号:1006-0774(2005)03-0064-07 动物细胞大规模培养技术研究进展 吴方丽1,金伟波2,王保莉2,3,张涌3 (1.西北农林科技大学植物保护学院; 2.西北农林科技大学生命科学学院; 3.西北农林科技大学生物工程研究所,陕西杨凌712100) 摘要:利用动物细胞大规模培养技术可生产多种生物制品,为提高细胞活力和细胞生长密度,采用有多种添加成分的无血清培养基培养细胞,选择既有利于细胞生长又可提高培养细胞密度的微载体和条件温和、易操作、气体交换速度快的生物反应器,在线监控细胞生存环境和生理活动,减少培养过程中培养基的抑制因素,从而给细胞提供更好的生存环境;另外通过向细胞中导入抗凋亡基因,可减缓细胞凋亡的发生,提高细胞活性和蛋白产量;此外,在动物细胞大规模培养过程中,利用多孔微载体能高效、大量地增殖细胞,具有良好的应用前景. 关键词:动物细胞;培养环境;生物反应器;微载体 中图分类号:Q251文献标识码:A Research advance in large-scale culture of animal cells W U Fang-li1,JIN We-i bo2,W ANG Bao-li2.3,ZHANG Yong3 (1.College of Plant Protection; 2.College of Life Sciences; 3.Institute of Bio-Eng i neering, Northwest A&F University,Yangling712100,China) Abstract:Many biological products were manufactured by means of large-scale culture of animal cells.To increase cell-specific productivity and cell density,serum-free media supplemented with several nutriments were used for cell culture,and microcarriers were chosen in favor of cell growth and high cell density.Biore-ac tors with simple manipulation,good qualification and aeration were adopted.More suitable conditions for cell gro wth could be given through on-line supervising the environment for cell gro wth and restraint factors in cell culturing.Furthermore,the anti-apoptosis genes using recombinant DNA technology can increase cell viability and productivity.Porous microcarriers was emphasized in large-scale culture of animal cells. Key words:animal cell;culture environment;bioreac tor;microcarrier 组织培养技术是19世纪末由胚胎学技术衍生而来.近一个世纪以来,从能维持组织存活到生长出新细胞,从少数组织到各种组织细胞的培养,从精细的实验室培养技术到大规模的生产工艺,组织培养技术已成为生物制品生产以及基因工程等领域必不可少的工具之一.目前,动物细胞大规模培养技术水平的提高主要集中在培养规模的进一步扩大、细胞培养环境的优化、生物反应器的改良、改变细胞特性、提高产品的产出率与保证其质量上. 在动物细胞大规模培养的过程中,最根本的是使细胞的培养条件达到最优化,尽可能消除或减轻环境对细胞的影响,维持细胞高存活力和高效表达.若以生产蛋白为目的的体外细胞培养,同时还要充分考虑细胞表达产物的后续纯化. 收稿日期:2005-04-18 基金项目:国家高技术研究发展计划(863)计划资助项目(2001AA21308);西北农林科技大学重点专题基金资助项目. 作者简介:吴方丽(1979-),女,河南睢县人,助教,博士.
(完整word版)2015 动物细胞培养技术实验报告
一、实验目的 1、学习并掌握动物细胞培养的无菌操作技术。 2、学习并掌握细胞传代培养的方法。 3、学习并掌握用倒置荧光显微镜观察细胞细胞形态。 二、实验原理 细胞培养（cell culture）：细胞在体外条件下生长，细胞不再形成组织。 动物细胞培养（animal cell culture）就是从动物机体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞（使用胰蛋白酶或胶原蛋白酶）然后，放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和增殖。由于细胞具有生长和自我复制的能力，为细胞体外培养和研究提供可能。 动物细胞培养可分为原代培养和传代培养。 原代培养（primary culture）即直接从动物机体分离、获得组织细胞，在无菌条件下，用胰蛋白酶消化或机械分散等方法，将动物组织分散成单个细胞开始首次培养长出单层细胞的方法。 传代培养（subculture）当细胞生长增值达到一定密度，用胰蛋白酶将细胞消化分散成单细胞，将细胞转移到新的培养皿中扩大培养的方法。 高等生物是由多细胞构成的整体，在整体条件下要研究单个细胞或某一群细胞在体内的功能活动是十分困难的，但如果把或细胞拿到体外培养、增殖并进行观察和研究，则方便简单的多。被培养的动物细胞是非常好的实验对象和实验研究材料，对体外培养的活细胞进行研究可以帮助人类探索防治各种疾病途径和机制，也可以人为地诱导和改变细胞的遗传性状和特性，因此，动物细胞体外培养技术是研究细胞分子机制非常重要的实验手段，被广泛应用于医学、生物技术、基因工程等研究领域。 三、细胞培养相关设施及材料 1、细胞培养室 无菌操作区：只限于细胞培养及其它无菌操作，与外界隔离。 孵育区：培养箱设定的条件为37℃，5%CO2。 制备区：培养液及有关培养用液体的制备，液体制备后应该在净化工作台进行过滤除菌。 储藏区：包括冰箱、干燥箱、液氮罐等。 清洗区和消毒灭菌区：清洗区为相对污染区，消毒灭菌区与清洗区分开。 2、细胞培养常用基本设施： 荧光显微镜、超净工作台、孵箱、电热鼓风干燥箱、冰箱、液氮罐、消毒器、恒温水浴槽、滤器等。 细胞培养常用器皿：培养瓶、培养板、培养皿，玻璃瓶、吸管，离心管、冻存管，注射器，烧杯、量筒等。 3、细胞培养用品的清洗、消毒 新玻璃器皿要用5%稀盐酸浸泡，以中和其表面碱性物质：刷洗： 硫酸清洁液浸泡：浓硫酸+重铬酸钾+蒸馏水； 冲洗：流水冲洗15-20次，蒸馏水冲洗3次，三蒸水漂洗1-3次。 所有需灭菌的器械、物品灭菌前均需包装，防止灭菌后污染。使用时放入超净工
动物细胞大规模培养生产蛋白的工艺选择
动物细胞大规模培养生产蛋白的工艺选择 3 米力陈志南 33 (第四军医大学细胞工程中心国家863西安细胞工程基地西安710032 摘要目前全世界蛋白治疗药物的迅速增长和市场需求已远远超过了现有生产能力。动物细胞 规模化生产重组蛋白和抗体的工艺选择可考虑使用当前较成熟的工业化支持技术平台,以缩短产品工艺研发的时间,加快工业化进程。当前被FDA 批准的生物技术产品以及公开发表的生产工艺占有主流优势的是搅拌式生物反应器悬浮培养,工艺设计是流加或灌流培养。其大规模细胞培养生产所面临的挑战是获得最大生产力的同时注重维持产品的质量;去除所有培养环境中外源因子的污染,更为精确有效的工艺控制手段,规模化培养中氧气的限定与溶解C O 2浓度累积的控制等。关键词动物细胞大规模培养生产蛋白收稿日期:2003204210 3国家重大科技专项(2002AA2Z 3441 33通讯作者,电子信箱:chcerc2@https://www.docsj.com/doc/1010692511.html, 动物细胞大规模培养已成为生物制药领域最重要的关键技术之一,并以其研究的深入和进展推动生物技术产业的迅速发展。专家预言:蛋白治疗药物如糖蛋白,抗体和多肽药物仅仅只是开始进入市场,预计在下一个10年或20年会有一个更为快速的发展。蛋白治疗药物的迅速增长和市场需求 已远远超过目前全世界的生产能力[1] 。
由于动物细胞表达产品需求的紧迫性和生产工艺的复杂性,大大促进了该技术的深入研究与发展。80年代初首先兴起了生物反应器研究,许多形式的生物反应器被用于哺乳动物细胞培养工艺的研究,如中置搅拌系统,固定单层培养和中空纤维系统等。近10年的研究在解决动物细胞大规模培养的关键屏障技术,如限制性氧气的提供,消耗产物的积累,成熟精确的过程控制,剪切力的敏感性,和贴壁细胞培养规模化放大等问题都取得可喜 的进展[2] 。目前动物细胞工业化生产中主要致力于提高单位细胞的生产力,确保产品质量和过程工艺设计的一致性,减少工业化生产中的污染与自动 化控制等[3] 。以转基因动物和转基因植物为载体的重组蛋白生产在生物制药领域仍具有重要的地位,特别对于每年100kg 的超大规模需求量生产。 目前被美国FDA 批准的生物技术产品和已公开发表的生产工艺,都是较为成熟的工艺,并不代表当前动物细胞研究发展的趋势。因此动物细胞大规模培养生产蛋白或抗体的工艺选择,应综合考虑产品特点、工艺难度与工艺研发时间,以加速其产品产业化的进程。 以下就目前动物细胞大规模培养成熟工艺与当前研究的问题、对策作一简述。 1目前美国FDA 批准的产品与生产工艺 1996年1月至2002年12月美国获得成功批 准的不同的治疗剂和诊断剂产品共31种,其中用哺乳动物细胞培养生产的就有21种(美国FDA 网页http :ΠΠw w w.fda.g ov 。蛋白治疗药物有单克隆抗体治疗乳腺癌的Herceptin ,免疫球蛋白肿瘤坏死因子(T NF 受体融合蛋白治疗类风湿性关节炎的Enbrel 和灭活的甲肝疫苗Vaqta 等。动物细胞培养技术已经成为一个受到普遍信任的产业化生产技术,并逐步形成商业化操作水平。按技术应用专利的分类,我
动物细胞培养技术 思考题
《动物细胞培养技术》复习思考题 1.动物细胞培养的实验器皿清洗要求为何较高？你认为该如何保证器皿中无杂质？如果 器皿中有杂质，会对细胞培养产生什么样的影响？ 答：①离体细胞对各种毒物都很敏感，若所用器材清洗效果未达到要求，各种毒物会损坏细胞影响实验。②器皿使用高压灭菌锅，121.3℃，20~30分钟，在取拿的时候用经过高压灭菌后的镊子取拿，避免造成污染。③ 2.叙述超净工作台的工作原理？ 答：超净工作台最主要的是空气循环过滤的过程，在这个过程中风机起到了心脏的作用。鼓风机驱动空气通过高效过滤器得以净化，净化的空气被徐徐吹过台面空间而将其中的尘埃、细菌甚至病毒颗粒带走，使工作区构成无菌环境。 3.正压过滤器为何会除菌？ 答：正压式过滤器没有内置灭菌灯，正压式过滤器利用的是两层0.22um孔的过滤膜，这层膜可以将细菌阻挡在膜上，过滤的液体流下去就基本上完成了灭菌过程 4.各种细胞培养用液的配制需要很精确吗？如果不精确，会导致什么后果？请举例说明。 你认为精确配制各种溶液？ 答： 5.配制后平衡盐溶液呈黄色意味着液体的pH发生了什么变化？ 答：配制后的液体应呈桃红色，PH值为7.4左右。苯酚红的变色域：1.2（橙）~3.0（黄），6.5（棕色）~8.0（紫色），若为黄色，则液体呈酸性，不利于细胞的生存。 6.用于分离细胞的消化液为什么宜用无Ca、Mg离子的D-Hanks液或PBS液配制 答：Ca＋2、Mg＋2是细胞膜的重要组分，具有使细胞凝聚的作用。因此，用于分离细胞的消化液宜用无Ca＋2、Mg＋2离子的D-Hanks液或PBS液。 7.L-谷氨酰胺在营养液中有何作用？ 答： L－谷氨酰胺是细胞的能量来源；是一种必须氨基酸，是使物体合成核酸、蛋白质、嘌呤、嘧啶的重要前体，也是蛋白质合成分解的调节物；是细胞内氨的清除剂，氨对一些细胞有毒性。 8.HEPES溶液的作用机理？ 答：它是一种氢离子缓冲剂。主要作用是防止培养基pH迅速变动 9.平衡盐溶液的组成与基本作用？小牛血清在细胞培养中有哪些作用？ 答：①平衡盐溶液主要是由无机盐、葡萄糖组成,它的作用是维持细胞渗透压平衡,保持pH 稳定及提供简单的营养.主要用于取材时组织块的漂洗、细胞的漂洗、配制其他试剂等。②作用：a提供能促使细胞指数生长的激素、基础培养基中没有或含量微小的营养物，以及某些低分子营养物质；b提供结合蛋白，识别维生素、脂类、金属离子，并与有毒金属和热源物质结合，起解毒作用；c是细胞贴壁、铺展生长所需因子的来源；d起酸碱度缓冲液作用； e提供蛋白酶抑制剂，细胞传代时使剩余胰蛋白酶失活，保护细胞不受损伤。 10.营养液制备后为什么要小剂量分装？ 答：避免营养液被污染后，全部的营养液都被污染。 营养液一次用完过后，下一次的实验就不能用，会引起污染，影响实验，若冷冻营养液，则营养液的营养成分会有所损失，影响细胞的生长 11.10万U/mL单位青霉素、链霉素的配制方法？ 答：用注射器吸10毫升双蒸水溶解100万单位的链霉素，弃去2ml，用剩余的8ml链霉素溶解80万单位的青霉素，配制成每毫升青霉素、链霉素各10万单位的母液。
固定化动物细胞大规模培养技术研究进展
固定化动物细胞大规模培养技术研究进展 石 凯1 熊晓辉1 许建生 2 (1南京工业大学制药与生命科学学院,南京,210009;2苏州农业职业技术学院,苏州,215008) 摘 要 介绍了固定化动物细胞培养过程中主要的技术及其进展,包括吸附、包埋、中空纤维、微囊化等。并在此基础上探讨了固定化动物细胞培养中尚存在的问题以及未来的发展方向。关键词 固定化,动物细胞培养,吸附,微载体,包埋,中空纤维,微囊化 中图分类号 Q 813.1+1 文献标识码 A 文章编号 1000-6613(2002)08-0556-04 固定化技术作为实现动物细胞大规模培养的重要途径,相对悬浮培养而言具有细胞生长密度高、抗剪切力和抗污染能力强、产物易于收集和分离纯化、对贴壁型和非贴壁型细胞都适用的优点,因此在动物细胞的大规模培养上得到越来越广泛的应用,相继出现了微载体、中空纤维及微囊化等多种固定化培养技术。本文作者将结合动物细胞的培养特性,介绍目前动物细胞大规模培养中的固定化技术。 1 动物细胞的特点及生长特性 动物细胞虽可像微生物细胞一样,在人工控制条件的生物反应器中进行大规模培养,但其细胞结构和培养特性与微生物细胞相比,有显著差别[1]:①动物细胞比微生物细胞大得多,无细胞壁,机械强度低,对剪切力敏感,适应环境能力差;②倍增时间长,生长缓慢,易受微生物污染,培养时须用 抗生素;③培养过程需氧量少(氧传质系数k L a 大于10h -1即可满足每毫升107个细胞的生长);④培养过程中细胞相互粘连以集群形式存在;⑤原代培养细胞一般繁殖50代即退化死亡;⑥代谢产物具有生物活性,生产成本高,但附加值也高。 动物细胞根据其在体外培养时对生长基质的依赖性差异,分为锚地依赖性和非锚地依赖性。大多数分泌药用蛋白的动物细胞属于锚地依赖性细胞,即要有足够地支持细胞贴壁的表面,又要保持均匀悬浮状态。固定化技术就是解决这两个问题的有效途径。 2 固定化培养方法 在传统的固定化酶技术中,常采用戊二醛、聚丙烯酰胺、聚氨酯等作为固定化细胞载体。但在动物细胞培养中,培养细胞的目的不仅仅要求催化活 力,更重要的是利用细胞来合成和分泌蛋白,因此如何保持细胞的活性显得尤为重要。由于动物细胞的极度敏感性,上述这些固定化方法会对动物细胞 产生毒性,另外多糖(如卡拉胶等)由于具有很高的离子强度也会对细胞产生毒害。故在动物细胞培养中要考虑使用较温和的固定化方法,如吸附、包埋、中空纤维或胶囊化。2.1 吸附2.1.1 多孔陶瓷 KC.Biologicals (USA )公司开发了一种完全自 动化的细胞培养系统[2]。该系统的核心是陶质矩形蜂窝状生物反应器。反应器构型是一圆筒内装置有许多陶质矩形通道的蜂窝状圆柱体。通道长30cm ,截面积是长方形,约为1mm 2,壁厚0.12mm ,可提供4.25m 2的生长表面积。这种结 构的生物反应器,既可用于培养悬浮生长的细胞,又可用于培养贴壁依赖性细胞。 该系统可以连续化生产蛋白质。由于产物直接分泌到培养基中,给分离纯化带来方便。而且细胞不用从培养基中分离,所以不必考虑梯度问题;当培养基高速循环时,可以保持相对恒定的营养物和氧浓度。增加套数即可实现放大。2.1.2 微载体 微载体细胞培养法是一种用于培养锚地依赖性细胞的大规模培养技术,由Van Wezel [3]于1967年首创。这种培养技术是在生物反应器内加入培养 液和一种对细胞无毒害作用的材料支撑的颗粒(微载体),使细胞在微载体表面附着和生长,并通过不断搅拌使微载体保持悬浮状态。培养液中大量的 收稿日期 2001-12-07;修改稿日期 2002-03-05。 第一作者简介 石凯(1977—),男,硕士研究生。电话025-*******-3716。 ? 655? 2002年第21卷第8期 化 工 进 展 CHEMICAL INDUSTR Y AND EN GIN EERIN G PRO GRESS
动物细胞培养及应用发展史
细胞培养技术
细胞培养发展史及其应用 （一）前言 20世纪初，人们不知道神经纤维是由神经细胞的细胞质向外突出形成的，还是由神经细胞周围的其他细胞融合而成的。生物学家们就这个问题展开了激烈的争论。1907年，美国生物学家哈里森(Harriso n)从蝌蚪的脊索中分离出神经组织，把它放在青蛙的凝固的淋巴液中培养。蝌蚪的神经组织存活了好几周，并且从神经细胞中长出了神经纤维。哈里森的实验不仅解决了神经纤维的起源问题，而且开创了动物组织培养的先河。此后，在许多科学家的不懈努力下，动物组织培养不断改进并逐渐发展成为动物细胞培养。 所谓动物细胞培养(亦称组织培养)既有别于植物细胞培养，又与微生物的培养完全不同。所谓动物细胞培养是指离散的动物活细胞在体外人工条件下的生长、增殖过程，在此过程中细胞不再形成组织。 由于动物细胞培养是在人工条件下进行的，便于调控和观察，因而成为现今研究动物的物质代谢过程、染色体的形态变化、以及遗传物质的表达调控等高难领域的既便利而又有效的新方法。同时，随着现代生物化学、分子生物学、分子遗传学、以及现代医学的发展，细胞培养也在许多应用领域充分展示了其巨大的发展潜力，并已为世人所关注。尽管如此，动物细胞培养仍是一门年轻的新学科，在发展之初被混淆于动物组织培养之中。 （二）细胞培养技术及其历史 细胞培养的历史最早可追溯到19 世纪末，据可考证的资料记载W ilhelm Roux是第一个进行动物组织培养实验的人。 1885年Wilhelm Roux 将鸡胚髓板放置于温热盐水中使之维持存活了数天，是有记录的第一个体外移植成功的例子。 1887年Arnold把恺木的木髓碎片接种到蛙的身上。当白细胞侵入这些木髓碎片后，他把这些白细胞收集在盛将盐水的小碟中，接下来观察到这些白细胞在运动，并存活了一个短的时间。
动物细胞培养技术实验
实验十五动物细胞培养技术及其应用 一．实验目的 通过本实验使学生掌握细胞培养、细胞检测和细胞表达等成套技术的原理和方法。 二. 实验内容 1.培养基配制、细胞培养、细胞冻存与复苏等基本技术； 2.细胞生长曲线测定、细胞活性检测等常用技术； 3.细胞污染检测方法与技术； 4.病毒在细胞中的感染与增殖、重组病毒异源蛋白的细胞表达等实用技术。 三．实验用品 1. 材料：Sf 细胞、Hi5 细胞等 2. 器材：CO2培养箱、超净工作台、倒置显微镜、培养基抽滤装置、电泳仪、离心机、pH 计、液氮罐（含液氮）、水浴锅、温度计、培养瓶、血清瓶、5 ml和10 ml 移液 管、不锈钢移液管筒、大小不锈钢饭盒、酒精灯、吸耳球、血球计数板、96孔板、 24孔板、无菌冻存管、离心管、记号笔、一次性过滤器、微量加样器、精密pH 试纸、酒精棉球等 3. 试剂与药品：Grace培养基、胎牛血清、甘油、DMSO、双抗（青霉素、链霉素）100 u/ml、 Hank’s液、胰蛋白酶、台盼蓝、液氮、分析纯无水酒精、95%医用酒精、Tris 碱、硼酸、EDTA、琼脂糖粉（电泳用）、dNTPs、Taq酶、支原体检测试剂盒、 DNA提取试剂盒DNeasy Blood & Tissue kit （Qiagen）等。 四．实验方法与步骤 （一）培养基配制、细胞培养、细胞冻存与复苏 1. 缓冲液及培养基配制 Hank’s液：KH2PO4 0.06g，NaCl 8.0g，NaHCO3 0.35g，KCl 0.4g，葡萄糖1.0g，Na2HPO4·H2O 0.06g，加H2O至 1000ml，高压灭菌。4℃下保存。 胰蛋白酶液： 称取0.25克胰酶蛋白酶（活力为1：250），加入100ml无Ca2+、Mg2+的Hank’s 液溶解，滤器过滤除菌，4℃保存，用前可在37℃下回温。 4%台盼蓝染液：称取台盼蓝4克，加双蒸水至100 ml。 MTT溶液：MTT 0.5克，溶于100 ml的磷酸缓冲液或无酚红的Hank’s液中。4℃下保存。Grace培养基：取一份GIBCO公司的Grace培养基粉剂，按说明用量加入1000ml三蒸水100单位／毫升青、链霉素，充分混匀使溶解，调节pH值至6.8左右。 0.22 μm 滤膜抽滤除菌，4℃下保存。此为基础培养基。使用前加入10%胎牛 血清。 细胞冻存液：基础培养基加入10%DSMO，20%胎牛血清，用前配制。 PBS缓冲液：137 mmol/L NaCl, 2.7 mmol/L KCl, 8.1 mmol/L Na2HPO4, 1.5 mmol/L KH2PO4,
动植物细胞的大规模培养
动植物细胞的大规模培养 动物细胞培养简介 所谓动物细胞培养是指离散的动物活细胞在体外人工条件下的生长、增值过程。在此过程中，细胞不再形成组织。动物细胞培养是生产许多临床和医学上重要生物制品的一种必不可少的方法，这些生物制品包括疫苗、干扰素、激素、生长因子和单克隆抗体等，既推动了生物学和医学的发展，又带来了巨大的社会效益和经济效益。目前, 动物细胞大规模培养技术水平的提高主要集中在培养规模的进一步扩大、细胞培养环境的优化、生物反应器的改良、改变细胞特性、提高产品的产出率与保证其质量上。 动物细胞培养的环境 影响动物细胞培养的主要因素有温度、pH值、CO2 、DO、葡萄糖、乳酸、氨、甲基乙二醛、培养基成分等。一般情况下，人和哺乳动物细胞的最适温度为37℃，pH值在7.2-7.4之间，CO2 水平为4-10%, DO维持在20-50%，葡萄糖是细胞培养过程中的能量的主要来源，需要维持在一定水平。乳酸、氨、甲基乙二醛等是动物细胞培养中的主要限制因素。在实际应用中，降低甲基乙二醛的浓度是通过降低葡萄糖用量来实现的。 培养基 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。 天然培养基的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。天然培养基的种类很多，包括血清、血浆、组织浸出液、水解乳蛋白等。其中血清是最常用的天然培养基。 合成培养基的优点是既能给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。然而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。 培养方法 动物细胞的体外培养有两种类型：贴壁依赖性细胞和非贴壁依赖性细胞。 悬浮培养： 悬浮培养主要用于非贴壁依赖性细胞，是指细胞在培养器中自由悬浮生长的过程。对于小规模培养可采用转瓶和滚瓶培养，大规模培养则可采用发酵罐式的细胞培养反应器。悬浮培养对设备的要求也比较简单。 贴壁培养： 贴壁培养是动物培养的一种重要方法，是指必须贴附在固体介质表面上生长的细胞培养，主要用于非淋巴组织和许多异倍体等贴壁依赖性细胞的培养。 优点： 1.细胞紧密黏附于固相表面，可直接倾去旧培养液，清洗后直接加入新培养液，容易更换培养液； 2.因细胞固定载体表面，不需过滤系统，容易采用灌注方式培养，从而达到提高细胞密度的目的； 3.当细胞壁贴于生长基质时，细胞将更有效的表达一种产品； 4.同一设备可培养多种细胞，并根据需要采用不同的培养液和细胞的比例； 缺点： 1.细胞繁殖贴壁后不易消化下来，培养的扩大比较困难； 2.培养设施占地面积大，设备投资大；
常用的五种动物细胞培养方式
?一、半连续式培养 1.半连续式培养又称为重复分批式培养或换液培养。采用机械搅拌式生物反应器系 统，悬浮培养形式。在细胞增长和产物形成过程中，每间隔一段时间，从中取出部分培养物，再用新的培养液补足到原有体积，使反应器内的总体积不变。这种类型的操作是将细胞接种一定体积的培养基，让其生长至一定的密度，在细胞生长至最大密度之前，用新鲜的培养基稀释培养物，每次稀释反应器培养体积的1/2~3/4，以维持细胞的指数生长状态，随着稀释率的增加培养体积逐步增加。或者在细胞增长和产物形成过程中，每隔一定时间，定期取出部分培养物，或是条件培养基，或是连同细胞、载体一起取出，然后补加细胞或载体，或是新鲜的培养基继续进行培养的一种操作模式。剩余的培养物可作为种子，继续培养，从而可维持反复培养，而无需反应器的清洗、消毒等一系列复杂的操作。在半连续式操作中由于细胞适应了生物反应器的培养环境和相当高的接种量，经过几次的稀释、换液培养过程，细胞密度常常会提高。 2.半连续式特点： ·培养物的体积逐步增加； ·可进行多次收获； ·细胞可持续指数生长，并可保持产物和细胞在一较高的浓度水平，培养过程可延续到很长时间。该操作方式的优点是操作简便，生产效率高，可长时期进行生产，反复收获产品，可使细胞密度和产品产量一直保持在较高的水平。在动物细胞培养和药品生产中被广泛应用。 二、连续式培养 1.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 式是将细胞接种与一定体积的培养基后，为了防止衰退期的出现，在细胞达最大密度之前，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。理论上讲，该过程可无限延续下去。
动物细胞培养常用方法
一.细胞增殖周期（cell proliferatinal cycle）概念 细胞周期是描述细胞增殖和分化交替发生变化的概念。而细胞增殖周期主要是从细胞增殖角度赋予细胞活动的概念，两者不应混为一谈。细胞增殖周期是指细胞从一次分裂结束开始生长，到下一次分裂结束所经历的过程。根据细胞增殖周期不同时期的生化特点，划分为四个连续的时期，即G1期（DNA合成前期），S期（DNA合成期），G2期（DNA合成后期），M期（有丝分裂期）。如以G1期为起点，那么细胞增殖周期的各时期应循着G1-S-G2-M的顺序进行，G1、S、G2三期合称为细胞间期，此期完成细胞生长过程。M期完成遗传物质的分配。 因此，细胞增殖周期=间期（G1期+S期+G2期）+分裂期（M期）。 二.培养细胞生命期（life span of culture cells） 很多细胞特别是正常细胞，在体外的生存不是无限的，而是具有一个生命期。索维培养细胞生命期，是指细胞在培养中持续增殖和生长的时间。培养细胞的生命期与细胞的种类、性状和原供体的年龄、健康等情况有关。人胚二倍体成纤维细胞，在不冻存和反复传代条件下，科传30~50代，相当于150~300个细胞
增殖周期，能维持1年左右的生存时间，最后衰老凋亡。如供体为成体或衰老个体，则生存时间较短；其他细胞如肝细胞或肾细胞，生存时间更短，仅能传几代或十几代。只有当细胞发生遗传性改变，如获永生性或恶性转化时，细胞的生存期才可能发生改变。正常细胞培养时，不论细胞的种类和供体的年龄如何，在细胞生命的全过程中，大致都经历以下三个阶段：原代培养期、传代期、衰退期。 三.培养细胞一代生存期 培养细胞的生存空间和营养是有限的，当细胞增殖达到一定密度后，则需要分离出一部分细胞和更新营养液，否则将影响细胞的继续生存，这一过程叫传代（Passage或Subculture）。每次传代以后，细胞的生长和增殖过程都会受一定的影响。传代的频率或间隔与培养液的性质、接种细胞的数量和细胞增殖的速度等有关。接种细胞数量大，细胞基数大。相同增殖速度条件下，细胞数量增加与饱和速度相对要快（实际上细胞接种数量大时细胞增殖速度比稀少时要快）；连续细胞系和肿瘤细胞系比初代培养细胞增值快；；培养液中血清含量多时细胞增殖比少时快。以上情况都会缩短传代时间。 所谓细胞“一代”一词，仅指从细胞接种到分离培养时的一段时间，这已成
动物细胞与组织培养
2013—2014学年第一学期主备人：康志意审核人：高二生物学科组教务领导：编号：sw201503012 动物细胞与组织培养 班级：学习小组：姓名：小组评价：教师评价： 【学习目标】1、能说出动物细胞与组织培养的概念 2、详细叙述动物细胞与组织培养的过程 【学习重难点】动物细胞与组织培养的过程 【自主学习】认真阅读教材P53-P54的知识完成自主学习和自学效果检测内容 知识点一：动物细胞工程的概念 概念： 说出动物细胞工程的依据、技术手段、基础、应用。 知识点二：动物细胞与组织培养的概念 1、概念： 2、你认为选取怎样的材料适合培养？为什么？ 3、请你概括出动物细胞与组织培养的条件。 4、从培养基的物理性质看，动物细胞培养使用的培养基属于什么？添加了哪些主要的成分？添加了哪些特殊的 成分？ 知识点三：动物细胞与组织培养的过程 1、写出动物细胞培养过程 思考：①为什么培养前要将组织细胞分散成单个细胞？怎样处理？ ②动物细胞培养时的分裂方式是什么？会一直分裂下去吗？ 2、写出动物组织培养的过程 思考：动物细胞培养能否像绿色植物组织培养那样最终培养成新个体？为什么？ 3、归纳出不同的动物组织或细胞的培养难易度 4、什么是原代培养和传代培养？ 思考：原代培养的细胞有什么应用？为什么？
【合作探究】请你完成下列表格植物组织培养和动物细胞培养的比较 A．培养基不同 B．动物细胞培养不需要在无菌条件下进行 C．动物细胞可以传代培养，而植物细胞不能 D．动物细胞能大量培养，而植物细胞不能2．下列有关细胞工程的叙述，不．正确的是( ) A．在细胞整体水平上定向改变遗传物质 B．在细胞器水平上定向改变遗传物质 C．在细胞器水平上定向改变细胞核的遗传物质 D．在细胞整体水平上获得细胞产品 3．用于动物细胞培养的组织和细胞大都取自胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织，其主要原因是这样的组织细胞( ) A．容易产生各种变异 B．具有更强的全能性 C．取材十分方便 D．分裂增殖的能力强4．下列是动物细胞培养的工具酶的是( ) A．限制性核酸内切酶 B．DNA连接酶 C．胰蛋白酶 D．果胶酶 5、用动、植物成体的体细胞进行离体培养，下列叙述正确的是( ) A．都需用CO2培养箱B．都须用液体培养基 C．都要在无菌条件下进行D．都可体现细胞的全能性 6、.下列关于动物细胞培养的叙述正确的是( ) A．培养中的人效应T细胞能产生单克隆抗体 B．培养中的人B细胞能够无限地增殖 C．人的成熟红细胞经过培养能形成细胞株 D．用胰蛋白酶处理肝组织可获得单个肝细胞 7．(2008年高考宁夏卷)回答下列有关动物细胞培养的问题： (1)在动物细胞培养过程中，当贴壁细胞分裂生长到细胞表面____________时，细胞会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的________。此时，瓶壁上形成的细胞层数是____________。要使贴壁细胞从瓶壁上分离下来，需要用酶处理，可用的酶是__________。 (2)随着细胞传代次数的增多，绝大部分细胞分裂停止，进而出现__________的现象；但极少数细胞可以连续增殖，其中有些细胞会因遗传物质发生改变而变成__________细胞，该种细胞的黏着性__________，细胞膜表面蛋白质(糖蛋白)的量__________。 (3)现用某种大分子染料，对细胞进行染色时，观察到死细胞被染色，而活细胞不染色，原因是__________。 (4)检查某种毒物是否能改变细胞染色体的数目，最好选用细胞分裂到__________期的细胞用显微镜进行观察。 (5)在细胞培养过程中，通常在____________条件下保存细胞。因为在这种条件下，细胞中____________的活性降低，细胞____________的速率降低。 (6)给患者移植经细胞培养形成的皮肤组织后，发生了排斥现象，这是因为机体把移植的皮肤组织当作__________进行攻击。 【课后反思】你还有什么疑问吗？请写下来或提交小组再进行讨论。
动物细胞与组织培养
动物细胞与组织培养---指从活的机体中取出组织或细胞，模拟机体内生理条件，在体外建立无菌、适温和一定营养条件等，使之生长和生存，并维持其结构和功能的技术 组织培养--细胞培养、组织培养和器官培养。 细胞培养的现实意义 生物技术上：生产各种生物技术产品 科学研究上：在病毒学、免疫学、遗传学、肿瘤学等 临床医学上：胎儿的遗传性疾病分析，药物筛选及某疾病的治疗等 细胞培养技术的优点 1.研究的对象是活细胞:在实验过程中，根据要求可始终保持细胞活力，并可长时间监控、检测甚至定量评估一部分活细胞的情况，包括活细胞的形态、结构、生命活动等。 2. 研究条件可以人为控制 3. 研究的样本可以达到比较的均一 4. 研究内容便于观察、检测和记录 5.研究的范围比较广泛 6.研究的费用相对较经济 细胞培养的缺点 现在人工模拟体内环境的技术已经很高, 但人工所模拟的条件与体内实际情况仍不完全相同。 当细胞被置于体外培养后, 生活在缺乏动态平衡的环境中, 时间久了，必然发生变化 体内外细胞的差异 1. 与体内主要不同 相对孤立、相对单一， 缺乏体内的系统作用、失去神经体液的调节和细胞相互间的影响 2. 主要表现 失去原有组织结构和细胞形态 分化减弱或不显 细胞趋向单一化 培养细胞的分化 1．不适应 2．脱分化或去分化 体外细胞培养物的生长类型 按生长方式: 2种类型 粘附型(贴壁型)细胞: 附着在某一固相支持物表面才能生长的细胞。大多数细胞 悬浮型细胞:不必附着于固相支持物表面，而在悬浮状态下即可生长的细胞。某些肿瘤细胞和白细胞可在悬浮状态下生长。 贴附生长型细胞在体内、外粘附方式存在差异