第三章第三章动物细胞工程制药动物细胞工程制药

第一节　概 述第一节　概 述

16651665 年，英国物理学家年，英国物理学家Robert HookeRobert Hooke 用自制的显用自制的显微镜首次发现了细胞，奠微镜首次发现了细胞，奠定了细胞生物学的基础定了细胞生物学的基础 。

荷兰科学家荷兰科学家 Leeuwen hookeLeeuwen hooke 用设计较好的用设计较好的显微镜观察了许多动植物的活细胞与原生动显微镜观察了许多动植物的活细胞与原生动物 物

细胞学说创立细胞学说创立

组织和细胞培养的早期萌芽阶段组织和细胞培养的早期萌芽阶段

18851885 年，德国人年，德国人 RouxRoux 用生理盐水培养鸡胚组织，使用生理盐水培养鸡胚组织，使之存活了数月之久之存活了数月之久

18971897 年，年， LoebLoeb 证明从血液和结缔组织中分离到的细证明从血液和结缔组织中分离到的细胞可在血清和血浆中存活胞可在血清和血浆中存活

19031903 年，年， JollyJolly 观察到蝾螈细胞在体外可以进行分裂观察到蝾螈细胞在体外可以进行分裂

动物细胞与组织培养的发展历史

现代细胞培养的新纪元现代细胞培养的新纪元　　 　　

19071907 年，美国生物学家年，美国生物学家 HarrisonHarrison 成功地在凹玻片的淋巴成功地在凹玻片的淋巴液内无菌条件下培养了离体的蛙胚神经组织，并观察到了液内无菌条件下培养了离体的蛙胚神经组织，并观察到了神经细胞突起的生长过程神经细胞突起的生长过程

法国学者法国学者 CarrelCarrel 设计了卡氏培养瓶，自设计了卡氏培养瓶，自 19231923 年用于培养年用于培养鸡胚的心肌组织取得成功以后，已使多种动物组织培养获鸡胚的心肌组织取得成功以后，已使多种动物组织培养获得成功　得成功　　

细胞工程学细胞工程学

概念 概念 特点特点 主要研究内容主要研究内容

应用细胞生物学、分子生物学等理论应用细胞生物学、分子生物学等理论和和技术，通过类似于工程学的步骤，在细胞整技术，通过类似于工程学的步骤，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质，以获得新型生物或改变细胞内的遗传物质，以获得新型生物或特殊细胞产品的一门综合性科学技术。特殊细胞产品的一门综合性科学技术。

细胞工程概念细胞工程概念

优势在于避免了分离、提纯、剪切、拼接等基因操优势在于避免了分离、提纯、剪切、拼接等基因操作，只需将细胞遗传物质直接转移到受体细胞中就能作，只需将细胞遗传物质直接转移到受体细胞中就能够形成杂交细胞，因而能够提高基因的转移效率。够形成杂交细胞，因而能够提高基因的转移效率。

细胞工程不仅可以在植物与植物之间、动物与动物细胞工程不仅可以在植物与植物之间、动物与动物之间、微生物与微生物之间进行杂交，甚至可以在动之间、微生物与微生物之间进行杂交，甚至可以在动物与植物或微生物之间进行融合，形成前所未有的杂物与植物或微生物之间进行融合，形成前所未有的杂交物种交物种。。

细胞工程特点细胞工程特点

三色“组装鼠”问世三色“组装鼠”问世

sheepsheep

goatgoat

Sheep-goat chimeraSheep-goat chimera

＋＋

细胞工程主要研究内容细胞工程主要研究内容

动植物细胞与组织培养 动植物细胞与组织培养 细胞融合细胞融合 染色体工程 染色体工程 胚胎工程 胚胎工程 细胞遗传工程细胞遗传工程

动植物细胞与组织培养动植物细胞与组织培养

细

胞

培

养

细

胞

培

养

组

织 培

组

织 培

养养 器

官

培

养

器

官

培

养

动物细胞大规模培养的细胞株及产品动物细胞大规模培养的细胞株及产品

产品名称 细胞株 适应症 产品名称 细胞株 适应症 批准年份 批准年份

组织纤溶酶原激活剂组织纤溶酶原激活剂 (tPA) CHO (tPA) CHO 心脏病、中风 心脏病、中风 19871987

促红细胞生成素促红细胞生成素 (EPO) CHO (EPO) CHO 贫血 贫血 19891989

人生长激素人生长激素 (hGF) C127 (hGF) C127 生长缓慢、肾功能不全 生长缓慢、肾功能不全 19891989

粒细胞刺激因子粒细胞刺激因子 (G-CSF) CHO (G-CSF) CHO 中性白细胞减少症 中性白细胞减少症 19911991

凝血因子凝血因子 III CHO AIII CHO A 型血友病 型血友病 1992-19931992-1993

干扰素 干扰素 CHO CHO 多发性硬化症 多发性硬化症 19961996

单克隆抗体 单克隆抗体 CHO CHO 血管成形术中血液凝血管成形术中血液凝剂 剂 19941994

肿瘤坏死因子受体 肿瘤坏死因子受体 CHO CHO 类风湿关节炎 类风湿关节炎 19981998

CHOCHO ：： Chinese hamster ovary Chinese hamster ovary 中国地鼠卵巢中国地鼠卵巢 C127: Mouse fibroblast C127: Mouse fibroblast 小鼠成纤维细胞小鼠成纤维细胞

细胞融合（细胞融合（ cell fusioncell fusion ））

采用自然或人工方法使两个或几个不同采用自然或人工方法使两个或几个不同细胞（或原生质体）融合为一个细胞，用以细胞（或原生质体）融合为一个细胞，用以产生新的物种或品系及产生单克隆抗体。产生新的物种或品系及产生单克隆抗体。

The massive taproot of wild radish ,a common naturalized weed in San Diego County, California. Unlike the numerous, tender, cultivated varieties of radishes, wild radish has

a tough, woody taproot that is unpalatable

A. Bread wheat ; B. Rye A. Bread wheat ; B. Rye

C. Wheat and rye are C. Wheat and rye are crossed together to crossed together to produce the hybrid produce the hybrid triticale.triticale.

单克隆抗体制备单克隆抗体制备

染色体工程：染色体工程：按照预先的设计，添加、消除或替代同种按照预先的设计，添加、消除或替代同种或异种染色体的全部或一部分，从而达到定向改变生物遗传或异种染色体的全部或一部分，从而达到定向改变生物遗传

性状或选育新品种的目的。性状或选育新品种的目的。

Scientists change the genes in living cells by putting the desired “new” gene into a little virus-like organism which is allowed to get into your cells and which inserts the new gene into the cell along with the “old” genes ..

胚胎工程：胚胎工程：对哺乳动物的胚胎进行某种人为的工程技术对哺乳动物的胚胎进行某种人为的工程技术

操作获得人们所需的成体动物。操作获得人们所需的成体动物。

Manipulation of a cattle Manipulation of a cattle embryo and twin calvesembryo and twin calves Test- tube babyTest- tube baby

细胞遗传工程细胞遗传工程

第二节　细胞生物学基础第二节　细胞生物学基础

细胞的基本共性细胞的基本共性

细胞表面都有细胞膜（磷脂双分子层与蛋白质）细胞表面都有细胞膜（磷脂双分子层与蛋白质）

细胞都含有两种核酸细胞都含有两种核酸（（ DNADNA 与与 RNARNA））

细胞蛋白质合成的机器─核糖体细胞蛋白质合成的机器─核糖体

细胞增殖细胞增殖都以一分为二的方式进行分裂都以一分为二的方式进行分裂

无核膜 无核膜 遗传信息载体仅是遗传信息载体仅是

一个裸露的环状一个裸露的环状DNADNA 分子（类核分子（类核体或拟核） 体或拟核）

除核糖体与细胞膜除核糖体与细胞膜及其特化结构外，及其特化结构外，几乎不存在其他复几乎不存在其他复杂的细胞器杂的细胞器

原核细胞结构特点原核细胞结构特点

生物膜体系以及生物膜体系以及以生物膜为基础以生物膜为基础构建的各种独立构建的各种独立的细胞器的细胞器

遗传信息表达的遗传信息表达的结构体系结构体系

细胞骨架体系细胞骨架体系

真核细胞结构特点真核细胞结构特点

原核细胞与真核细胞基本特征的比较原核细胞与真核细胞基本特征的比较

特征 原核细胞 真核细胞细胞膜细胞膜核膜核膜染色体染色体

核仁核仁线粒体线粒体内质网内质网高尔基体高尔基体溶酶体溶酶体核糖体核糖体细胞壁细胞壁

细胞骨架细胞骨架细胞增殖（分裂）方式细胞增殖（分裂）方式

有（多功能性）有（多功能性）无无

由一个环状由一个环状 DNADNA 分子构成的单分子构成的单个染色体，个染色体， DNADNA 不与或很少与不与或很少与

蛋白质结合蛋白质结合无无无无无无无无无无

70S70S主要成分是氨基酸与壁酸主要成分是氨基酸与壁酸

无无无丝分裂（直接分裂）无丝分裂（直接分裂）

有有有有

22个染色体以上，染色体由线个染色体以上，染色体由线状状 DNADNA 与蛋白质结合组成与蛋白质结合组成

有有有有有有有有有有

80S80S动物细胞无细胞壁，植物细胞动物细胞无细胞壁，植物细胞壁的主要成分为纤维素与果胶壁的主要成分为纤维素与果胶

有有以有丝分裂（间接分裂）为主以有丝分裂（间接分裂）为主

生物膜系统结构与功能的比较生物膜系统结构与功能的比较

生物生物

膜膜

细胞质部分：蛋白质合成、能量代谢细胞质部分：蛋白质合成、能量代谢

细胞核部分：遗传物质的复制和转录细胞核部分：遗传物质的复制和转录

细胞器细胞器

细胞骨架细胞骨架

结构合理、功能有

结构合理、功能有

序序

原核细胞与真核细胞的比较原核细胞与真核细胞的比较

遗传结构装置的扩增与基因表达方式的比较遗传结构装置的扩增与基因表达方式的比较

DNADNA 发生结构和数量上的变化发生结构和数量上的变化

单倍性单倍性 多倍性多倍性

环状环状 线状线状

结构上的复杂

结构上的复杂

化化

基因表达调控的多层次

基因表达调控的多层次

性性转录前水平转录前水平

转录水平转录水平

转录后水平转录后水平

翻译水平翻译水平

遗传信息传递的准确性和确定性遗传信息传递的准确性和确定性

细胞周期细胞周期

Tc Tc ＝ ＝ GG1 1 + S + G+ S + G2 2 + M+ M

G1G1期：期： DNADNA复制期复制期

SS期：期： DNADNA 合成期合成期

G2G2期：期： DNADNA 合成后合成后期期

MM期：有丝分裂期期：有丝分裂期

第三节　体外培养的动物细胞的特性第三节　体外培养的动物细胞的特性

动物细胞的生长方式及类型动物细胞的生长方式及类型

肌肉细胞肌肉细胞 神经细胞神经细胞

脂肪细胞 脂肪细胞 精子细胞精子细胞 细菌细菌

红细胞红细胞

细　胞　特　化细　胞　特　化

贴附依赖型（贴附依赖型（ anchorage-dependentanchorage-dependent ））

非贴附依赖型（非贴附依赖型（ anchorage-independentanchorage-independent ））

兼性贴附型 兼性贴附型

贴附依赖型细胞（贴附型细胞）贴附依赖型细胞（贴附型细胞）

概念概念细胞的生长必须有给予贴附的支持物表面，细胞依赖自身细胞的生长必须有给予贴附的支持物表面，细胞依赖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。分泌的或培养基中提供的贴附因子才能在该表面上生长。

贴附含义贴附含义一是细胞之间相互接触；二是细胞与细胞外基质结合一是细胞之间相互接触；二是细胞与细胞外基质结合

形态形态 成纤维细胞型细胞 上皮型细胞成纤维细胞型细胞 上皮型细胞游走型细胞 多形型细胞游走型细胞 多形型细胞

成纤维细胞型细胞成纤维细胞型细胞（（ fibroblast – like cell typefibroblast – like cell type ））

特点：特点：细胞生长时胞体呈棱形或不规则的三角形，中央细胞生长时胞体呈棱形或不规则的三角形，中央有圆形核，胞质向外伸出有圆形核，胞质向外伸出 22 ～～ 33个突起。细胞群常借该突个突起。细胞群常借该突起连接成网，生长时呈放射状、漩涡状或火焰状走行。起连接成网，生长时呈放射状、漩涡状或火焰状走行。

来源：来源：中胚层组织来源的细胞，如成纤维细胞、心肌细中胚层组织来源的细胞，如成纤维细胞、心肌细胞、平滑肌细胞和成骨细胞等。胞、平滑肌细胞和成骨细胞等。

上皮型细胞上皮型细胞（（ epithilium-like cell typeepithilium-like cell type ））

特点：特点：细胞贴附后呈三角形及不规则扁平的多角形，中细胞贴附后呈三角形及不规则扁平的多角形，中央有扁圆形核，生长是彼此紧密连接成单层细胞。因为央有扁圆形核，生长是彼此紧密连接成单层细胞。因为相互拥挤而呈现“铺路石状”，局部可以形成单层的上相互拥挤而呈现“铺路石状”，局部可以形成单层的上皮状“膜片组织”。皮状“膜片组织”。

来源：来源：外胚层和内胚层来源的细胞，如皮肤的表皮细胞、外胚层和内胚层来源的细胞，如皮肤的表皮细胞、消化管与呼吸道的上皮细胞、肺泡上皮细胞、消化腺上消化管与呼吸道的上皮细胞、肺泡上皮细胞、消化腺上皮细胞、血管内皮细胞等。皮细胞、血管内皮细胞等。

游走型细胞游走型细胞

特点：特点：在支持物上分散生长，一般不连接成片、形成群落；在支持物上分散生长，一般不连接成片、形成群落；胞质常伸出伪足和突起；生长位置不固定，呈活跃的游走和胞质常伸出伪足和突起；生长位置不固定，呈活跃的游走和变形运动，外形不规则且不断变化，当细胞密度增大、连接变形运动，外形不规则且不断变化，当细胞密度增大、连接成片时，形状类似于成纤维细胞型或上皮细胞型。成片时，形状类似于成纤维细胞型或上皮细胞型。

来源：来源：主要是具有吞噬作用的单核巨噬细胞系统的细胞，主要是具有吞噬作用的单核巨噬细胞系统的细胞，如白细胞、淋巴细胞、单核细胞、巨噬细胞、肿瘤细胞等。如白细胞、淋巴细胞、单核细胞、巨噬细胞、肿瘤细胞等。

多形型细胞多形型细胞

特点：特点：形态不规则，一般分胞体和胞突两部分，其形态不规则，一般分胞体和胞突两部分，其中胞突为细长形，类似丝状伪足；胞体虽然也略呈现中胞突为细长形，类似丝状伪足；胞体虽然也略呈现多角形，但没有成纤维细胞那样不规则。多角形，但没有成纤维细胞那样不规则。

来源：来源：最常见的是神经元和神经胶质细胞。最常见的是神经元和神经胶质细胞。

培养细胞形态的不稳定培养细胞形态的不稳定性性

HelaHela 血清血清 高血清 高血清 低血清 低血清成纤维细胞样成纤维细胞样 上皮样细胞 上皮样细胞

pH pH 太酸或太碱 太酸或太碱 标准 标准 pHpH成纤维细胞样 上皮样细胞成纤维细胞样 上皮样细胞

3T33T3 细胞密度细胞密度 低密度 低密度 高密度 高密度 成纤维细胞样 成纤维细胞样 上皮样细胞 上皮样细胞

生长状态改变生长状态改变 悬浮 悬浮 贴附 贴附

圆形 成纤维或上圆形 成纤维或上皮样皮样

转化与否 未转化 转化与否 未转化 转化后 转化后 成纤维细胞样 成纤维细胞样 上皮样细胞 上皮样细胞

非贴附依赖型细胞（悬浮型细胞）非贴附依赖型细胞（悬浮型细胞）

概念：概念：细胞的生长不依赖支持物表面，可在培养液中呈细胞的生长不依赖支持物表面，可在培养液中呈悬浮状态生长。悬浮状态生长。

形态：形态：始终为球形（圆形）。始终为球形（圆形）。

来源：来源：白血病细胞、淋巴组织细胞、某些肿瘤细胞、杂白血病细胞、淋巴组织细胞、某些肿瘤细胞、杂交瘤细胞、转化细胞系等。交瘤细胞、转化细胞系等。

兼性贴附型细胞兼性贴附型细胞

概念：概念：有些细胞并不有些细胞并不严格地依赖支持物，既严格地依赖支持物，既可以贴附于支持物表面可以贴附于支持物表面生长，但在一定条件下生长，但在一定条件下还可以在培养基中呈悬还可以在培养基中呈悬浮状态良好的生长。浮状态良好的生长。

CHOCHO

L929L929

动物细胞的生理特点动物细胞的生理特点

细胞的分裂周期长细胞的分裂周期长细胞生长需贴附于基质，并有细胞生长需贴附于基质，并有接触抑制现象现象正常二倍体细胞的正常二倍体细胞的生长寿命是有限的动物细胞对周围的环境十分动物细胞对周围的环境十分敏感 动物细胞对动物细胞对培养基的要求高

动物细胞的动物细胞的合成途经和修饰功能与细菌不同与细菌不同

一般为一般为 1212 ～～ 4848小时，随细胞种属的不同而不同，小时，随细胞种属的不同而不同，同一种属，不同部位的细胞所需时间也不同。同一种属，不同部位的细胞所需时间也不同。

此外，培养条件如温度、此外，培养条件如温度、 pHpH 、培养基的成分等，、培养基的成分等，也会影响分裂周期的长短。也会影响分裂周期的长短。

正常细胞正常细胞在基质上分裂增殖，逐渐汇合成片时，在基质上分裂增殖，逐渐汇合成片时，由于细胞的相互接触而抑制细胞运动的特点，即由于细胞的相互接触而抑制细胞运动的特点，即接触抑制现象接触抑制现象 ( contact inhibition( contact inhibition ）。）。

接触抑制可作为区别正常与癌细胞标志之一接触抑制可作为区别正常与癌细胞标志之一

细胞接触汇合成片后，虽发生接触抑制，只要营细胞接触汇合成片后，虽发生接触抑制，只要营养充分，细胞仍然能够进行增殖分裂，因此细胞养充分，细胞仍然能够进行增殖分裂，因此细胞数量仍在增多。但当细胞密度进一步增大，培养数量仍在增多。但当细胞密度进一步增大，培养液中营养成分减少，代谢产物增多时，细胞因营液中营养成分减少，代谢产物增多时，细胞因营养的枯竭和代谢物的影响，则发生养的枯竭和代谢物的影响，则发生密度抑制（（ density inhibitiondensity inhibition ），导致细胞分裂停止。），导致细胞分裂停止。

脊椎动物成纤维细胞脊椎动物成纤维细胞在体外培养条件下只在体外培养条件下只能进行有限次的分裂能进行有限次的分裂

““Hayflick”Hayflick” 极限极限

动物细胞比较“娇弱”，对周围环境敏感，包括动物细胞比较“娇弱”，对周围环境敏感，包括各种理化因素，如渗透压、各种理化因素，如渗透压、 pHpH值、离子浓度、值、离子浓度、剪切力等。剪切力等。

主要原因是动物细胞只有细胞膜而没有细胞壁，主要原因是动物细胞只有细胞膜而没有细胞壁，且细胞膜是由脂质分子镶嵌着某些蛋白构成的，且细胞膜是由脂质分子镶嵌着某些蛋白构成的，一切能影响脂质和蛋白变性的因素都会影响动物一切能影响脂质和蛋白变性的因素都会影响动物细胞的存活。细胞的存活。

原核生物：原核生物：对营养的要求低对营养的要求低 碳源、氮源和无机盐碳源、氮源和无机盐

植物细胞：植物细胞：对营养的要求相对不高对营养的要求相对不高

动物细胞：动物细胞：对营养的要求很高对营养的要求很高 1212 种必需氨基酸、种必需氨基酸、 88 种以上维生素、种以上维生素、 多种无机盐、微量元素、葡多种无机盐、微量元素、葡萄糖、萄糖、

细胞生长因子和贴壁因子等细胞生长因子和贴壁因子等

动物细胞的蛋白质合成可以在游离的核糖体上和与糙面内动物细胞的蛋白质合成可以在游离的核糖体上和与糙面内质网结合的核糖体上进行。蛋白质的糖基化与细胞的许多质网结合的核糖体上进行。蛋白质的糖基化与细胞的许多生理功能密切相关，如细胞识别、表面受体、胞内消化和生理功能密切相关，如细胞识别、表面受体、胞内消化和外排分泌物等。外排分泌物等。

原核细胞缺少粗面内质网和高尔基复合体结构，无法对蛋原核细胞缺少粗面内质网和高尔基复合体结构，无法对蛋白质进行糖基化和其他一系列翻译后加工修饰。这就决定白质进行糖基化和其他一系列翻译后加工修饰。这就决定了某些生物药品不能用原核细胞表达。了某些生物药品不能用原核细胞表达。

体外培养细胞的生长与增殖过程体外培养细胞的生长与增殖过程

原代培养期原代培养期

传代期传代期

衰退期衰退期

培养细胞的生命期培养细胞的生命期

（（ Life Span of Culture CellLife Span of Culture Cellss ））

原代培养期原代培养期

概念概念 也称初代培养，即直接取自动物组织、也称初代培养，即直接取自动物组织、器官，经过粉碎、消化，接种培养到第一器官，经过粉碎、消化，接种培养到第一次传代阶段，一般持续次传代阶段，一般持续 11 ～～ 44周。 周。

特点特点

原代培养细胞呈活跃的移动，细胞分裂不旺盛，原代培养细胞呈活跃的移动，细胞分裂不旺盛，并多呈二倍体核型并多呈二倍体核型

由于原代培养细胞与体内细胞在形态结构和功由于原代培养细胞与体内细胞在形态结构和功能活动上相似性大，故是检测药物很好的实验能活动上相似性大，故是检测药物很好的实验对象对象

细胞群是异质的，即各细胞的遗传性状互不相细胞群是异质的，即各细胞的遗传性状互不相同，细胞相互依存性强同，细胞相互依存性强

原代培养期原代培养期

来源来源

鸡胚细胞鸡胚细胞

肾小管上皮细胞肾小管上皮细胞

淋巴细胞淋巴细胞

原代培养期原代培养期

传代期传代期

概念概念 原代培养细胞经过传代、筛选、克隆，从原代培养细胞经过传代、筛选、克隆，从而从多种细胞成分的组织中挑选并纯化出某种具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称做细胞系（有一定特征的细胞株称做细胞系（ cell linecell line ）。）。在全生命期中此期的持续时间最长在全生命期中此期的持续时间最长。。

特点特点 在培养条件较好情况下，细胞增殖旺盛，并能维在培养条件较好情况下，细胞增殖旺盛，并能维持二倍体（持二倍体（ 2n2n）核型，呈二倍体核型的细胞称二）核型，呈二倍体核型的细胞称二倍体细胞系（倍体细胞系（ diploid cell linediploid cell line ））

具有明显的贴壁依赖和接触抑制的特性具有明显的贴壁依赖和接触抑制的特性 由于细胞增殖能力有限，一般可连续传代培养由于细胞增殖能力有限，一般可连续传代培养 5050代，故一般均从动物的胚胎组织中获取代，故一般均从动物的胚胎组织中获取

无致瘤性无致瘤性

传代期传代期

WI-38WI-38

来源来源

MRC-5 MRC-5

传代期传代期

衰退期衰退期

细胞仍然生存，但增殖很慢或不增殖

细胞形态轮廓增强，最后衰退凋亡

转化（transformationtransformation ）细胞系）细胞系

特点特点

核型大多变成异倍体核型大多变成异倍体

失去正常细胞贴壁依赖和接触抑制的特性失去正常细胞贴壁依赖和接触抑制的特性

细胞倍增时间较短，获得了无限增殖的能力（永生细胞倍增时间较短，获得了无限增殖的能力（永生性）或恶性性质性）或恶性性质

对培养条件和生长因子等要求较低，故更适于大规模对培养条件和生长因子等要求较低，故更适于大规模工业化生产的需要工业化生产的需要

转化细胞系转化细胞系

来源来源

自发转化：啮齿动物自发转化：啮齿动物 人工转化：采用某些病毒如人工转化：采用某些病毒如 SV40SV40 或某些化学试或某些化学试

剂 剂 如甲基胆蒽等如甲基胆蒽等 直接从动物的肿瘤组织中建立的细胞系直接从动物的肿瘤组织中建立的细胞系

293T 293T （（ human embryonal kidney, human embryonal kidney, SV40 and large T antigen SV40 and large T antigen

transformedtransformed ））VeroVero （（ monkey kidneymonkey kidney ））

CHO-K1CHO-K1 BHK-21BHK-21 （（ Kidney Fibroblast CellsKidney Fibroblast Cells ））

体外培养细胞一代生存期体外培养细胞一代生存期

细胞传代数细胞传代数（（ passage numberpassage number ））从细胞接种到分离再培养时的次数从细胞接种到分离再培养时的次数

细胞倍增代数细胞倍增代数（（ generation numbergeneration number ））表示细胞分裂的次数表示细胞分裂的次数

细胞转代经历的阶段细胞转代经历的阶段

游离期（悬浮期）游离期（悬浮期） 贴壁期贴壁期 潜伏期潜伏期 对数生长期对数生长期 停滞期（平顶期）停滞期（平顶期）

细胞转代经历的阶段细胞转代经历的阶段

游离期（悬浮期）游离期（悬浮期） 贴壁期贴壁期 潜伏期潜伏期 对数生长期对数生长期 停滞期（平顶期）停滞期（平顶期）

第四节 动物细胞的培养条件和培养基第四节 动物细胞的培养条件和培养基

基本条件基本条件 所有的与细胞接触的设备、器材和溶液，都必须保持绝对所有的与细胞接触的设备、器材和溶液，都必须保持绝对

无菌，避免细胞外微生物的污染无菌，避免细胞外微生物的污染

必须有足够的营养供应，绝对不可有有害的物质，避免即必须有足够的营养供应，绝对不可有有害的物质，避免即使是极微量的有害离子的掺入使是极微量的有害离子的掺入

保证有适量的氧气供应保证有适量的氧气供应

需随时清除细胞代谢中产生的有害产物需随时清除细胞代谢中产生的有害产物

有良好的适于生存的外界环境，包括有良好的适于生存的外界环境，包括 pHpH 、渗透压和离子、渗透压和离子浓度等浓度等

及时传代，保持合适的细胞密度及时传代，保持合适的细胞密度

细胞培养的无菌环境 水质 pH 渗透压

温度 空气 营养

无菌室无菌室 超净工作台超净工作台

蒸馏器蒸馏器 超纯水器超纯水器

抽气泵抽气泵

高压蒸汽锅高压蒸汽锅

电热恒温干燥箱电热恒温干燥箱COCO22 培养箱培养箱

水浴箱水浴箱

液氮生物容器液氮生物容器

倒置显微镜倒置显微镜 离心机离心机

不锈钢微孔滤膜单层滤器不锈钢微孔滤膜单层滤器一次性滤器一次性滤器

全自动微量血球计数仪全自动微量血球计数仪

超声波洗涤机超声波洗涤机

血球计数板血球计数板

细胞污染细胞污染

念珠菌污染

念珠菌污染

丝状菌污染丝状菌污染

培养基

天然培养基 天然培养基

合成培养基 合成培养基

无血清培养基无血清培养基

血清的分类血清的分类

小牛血清小牛血清 新生牛血清新生牛血清 胎牛血清胎牛血清

血清的作用机制血清的作用机制 提供基本营养物质 提供基本营养物质 提供有利于细胞增殖所需的各种生长因子和激素 提供有利于细胞增殖所需的各种生长因子和激素 提供有利于细胞贴壁所需的贴附因子和伸展因子 提供有利于细胞贴壁所需的贴附因子和伸展因子 提供可识别金属、激素、维生素和脂类的结合蛋白 提供可识别金属、激素、维生素和脂类的结合蛋白 提供细胞生长所必需的脂肪酸和微量元素提供细胞生长所必需的脂肪酸和微量元素

合成培养基合成培养基

种类：种类： MEMMEM 、、 DMEMDMEM 、、 IMDMIMDM 、 、 RPMI1640RPMI1640 、、 199199 、、 109109 培养基、培养基、 HamF12HamF12 等等 基本组分：基本组分：氨基酸、维生素、糖类、无机盐等氨基酸、维生素、糖类、无机盐等 优点：优点：维持细胞体外长期生存，成分已知，便于 维持细胞体外长期生存，成分已知，便于 控制实验条件，培养基种类很多，控制实验条件，培养基种类很多，可根据 可根据

细胞的类型选择适合的培养基。细胞的类型选择适合的培养基。

无血清培养基无血清培养基 优点优点

• 完全采用人工合成的化合物，是成分确定的培养基完全采用人工合成的化合物，是成分确定的培养基• 提高细胞培养的可重复性，避免血清不同批次之间的差异提高细胞培养的可重复性，避免血清不同批次之间的差异影响影响

• 减少了由血清带来病毒、真菌、支原体等微生物的影响减少了由血清带来病毒、真菌、支原体等微生物的影响• 细胞产品易于纯化细胞产品易于纯化• 避免血清中某些毒素对细胞的毒性避免血清中某些毒素对细胞的毒性• 减少血清中某些蛋白对某些生物测定的干扰，便于实验结减少血清中某些蛋白对某些生物测定的干扰，便于实验结果的分析果的分析

无血清培养基无血清培养基

缺点 •成本相对较高

•针对性强，一种培养基仅适于某一类细胞的培养

其它培养用液其它培养用液 平衡盐溶液（平衡盐溶液（ BBSBBS ）） HanksHanks 液、液、 EarleEarle 液液 pHpH 值调整液 值调整液 NaHCONaHCO33 、、 HEPESHEPES

细胞消化液 细胞消化液 胰酶、胰酶、 EDTAEDTA 、胶原酶、胶原酶 抗生素液 抗生素液 青青 -- 链霉素（双抗）链霉素（双抗） 谷氨酰胺补充液 谷氨酰胺补充液

第五节 动物细胞培养的方法第五节 动物细胞培养的方法 和操作方式和操作方式

动物细胞大规模培养的方法动物细胞大规模培养的方法

悬浮培养（悬浮培养（ suspension culturesuspension culture ））

贴壁培养（贴壁培养（ anchorage-dependent cultureanchorage-dependent culture ））

贴壁贴壁——悬浮培养，或称假悬浮培养 悬浮培养，或称假悬浮培养

悬浮培养悬浮培养

适用细胞类型：适用细胞类型：悬浮细胞、兼性贴壁细胞悬浮细胞、兼性贴壁细胞 优点：优点：操作简便，培养条件比较均一，传质和传 操作简便，培养条件比较均一，传质和传

氧较好，产量高氧较好，产量高 缺点：缺点：细胞密度较低细胞密度较低 设备：设备：通气搅拌罐式生物反应器通气搅拌罐式生物反应器

气升式生物反应器 气升式生物反应器

贴壁培养贴壁培养

适用细胞类型：适用细胞类型：贴壁细胞、兼性贴壁细胞贴壁细胞、兼性贴壁细胞 优点：优点：适用的细胞种类广，较容易采用灌流培养 适用的细胞种类广，较容易采用灌流培养

的方式使细胞达到高密度。 的方式使细胞达到高密度。 缺点：缺点：操作比较麻烦，需要合适的贴附材料和足 操作比较麻烦，需要合适的贴附材料和足

够的面积，培养条件不易均一，传质 够的面积，培养条件不易均一，传质和传和传 氧较差。 氧较差。

贴壁贴壁——悬浮培养，或称假悬浮培养悬浮培养，或称假悬浮培养 微载体培养（微载体培养（ microcarrier culturemicrocarrier culture ））

多孔微载体培养（多孔微载体培养（ porous microcarrierporous microcarrier ））

微囊化培养 微囊化培养

微载体培养微载体培养

理想的微载体特征理想的微载体特征 生物相容性生物相容性 材料无毒性材料无毒性 材料惰性材料惰性 良好的机械稳定性良好的机械稳定性 粒径分布均一粒径分布均一 良好的光学透明性良好的光学透明性 保护细胞免受机械损伤保护细胞免受机械损伤 高压灭菌高压灭菌 反复利用，易于清洗反复利用，易于清洗 原料充分，制作简便，价廉原料充分，制作简便，价廉

多孔微载体培养优点多孔微载体培养优点

细胞在网状结构的小孔内部生长，可降低血清用量细胞在网状结构的小孔内部生长，可降低血清用量 过程简单，增加细胞固定化稳定性过程简单，增加细胞固定化稳定性 大的比表面积保证细胞充分的生长空间大的比表面积保证细胞充分的生长空间 细胞生长在载体内部，能使细胞免受机械损细胞生长在载体内部，能使细胞免受机械损 提高搅拌强度和通气量，强化传质提高搅拌强度和通气量，强化传质

微囊化培养优点微囊化培养优点

微囊内的细胞可获得保护，避免了剪切力的损害微囊内的细胞可获得保护，避免了剪切力的损害 可以获得较高的细胞密度可以获得较高的细胞密度 当控制微囊膜的孔径后，可使产品浓缩在微囊内，当控制微囊膜的孔径后，可使产品浓缩在微囊内，

从而有利于下游产物的纯化从而有利于下游产物的纯化 可采用多种生物反应器进行大规模培养，如搅拌罐可采用多种生物反应器进行大规模培养，如搅拌罐式生物反应器、气升式反应器等式生物反应器、气升式反应器等

动物细胞培养的操作方式动物细胞培养的操作方式

分批式操作（分批式操作（ batchbatch ）） 流加式操作（流加式操作（ fed-batchfed-batch ）） 半连续式操作（半连续式操作（ semi-continuoussemi-continuous ）） 连续式操作（连续式操作（ continuouscontinuous ）） 灌流式操作（灌流式操作（ perfusionperfusion ） ）

分批式操作分批式操作

操作简单 操作简单 直观的反应细胞生长代谢的过程 直观的反应细胞生长代谢的过程 可直接放大 可直接放大

半连续式操作半连续式操作

培养物的体积逐步增加培养物的体积逐步增加 可进行多次收获可进行多次收获 细胞可持续指数生长，并可保持产物和细胞在细胞可持续指数生长，并可保持产物和细胞在较高的浓度水平，培养过程可延续到很长时间较高的浓度水平，培养过程可延续到很长时间

灌流式操作灌流式操作

细胞罐流系统可使细胞或酶保留在反应器内，维细胞罐流系统可使细胞或酶保留在反应器内，维持较高的细胞密度，一般可达持较高的细胞密度，一般可达 101077 ～～ 101099/ml/ml ，从，从而较大的提高了产品的产量而较大的提高了产品的产量

连续灌流系统，使细胞稳定的处在较好的的营养连续灌流系统，使细胞稳定的处在较好的的营养环境中，有害代谢废物浓度积累较低环境中，有害代谢废物浓度积累较低

反应速率容易控制，培养周期较长，可提高生产反应速率容易控制，培养周期较长，可提高生产率，目标产品回收率高率，目标产品回收率高

产品在罐内停留时间短，可及时回收到低温下保产品在罐内停留时间短，可及时回收到低温下保存，有利于保持产品的活性 存，有利于保持产品的活性

第六节 动物细胞生物反应器第六节 动物细胞生物反应器

理想的动物细胞生物反应器具备的基本条理想的动物细胞生物反应器具备的基本条件件

制造生物反应器所采用的一切材料无毒性制造生物反应器所采用的一切材料无毒性 生物反应器的结构具有良好的传质、传热和混合的性能生物反应器的结构具有良好的传质、传热和混合的性能 密封性能良好，可避免一切外来微生物的污染密封性能良好，可避免一切外来微生物的污染 对培养环境中多种物理化学参数能自动检测和调节控 制，对培养环境中多种物理化学参数能自动检测和调节控 制，控制的精确度高，而且能保持环境质量的均一控制的精确度高，而且能保持环境质量的均一

可长期连续运转可长期连续运转 容器加工制造时要求内面光滑，无死角，以减少细胞或微容器加工制造时要求内面光滑，无死角，以减少细胞或微

生物的沉积生物的沉积 拆装、连接和清洁方便，能耐高压蒸汽消毒，便于操作维拆装、连接和清洁方便，能耐高压蒸汽消毒，便于操作维修修

设备成本尽可能低设备成本尽可能低

动物细胞培养生物反应器的类型及其特点动物细胞培养生物反应器的类型及其特点

搅拌罐式生物反应器搅拌罐式生物反应器 气升式生物反应器气升式生物反应器 中空纤维式生物反应器中空纤维式生物反应器 透析袋或膜式生物反应器透析袋或膜式生物反应器 固定床或流化式生物反应器固定床或流化式生物反应器

培养过程中需检测的物化参数培养过程中需检测的物化参数

主要参数的检测和控制方法主要参数的检测和控制方法

动物细胞生物反应器的检测控制系统动物细胞生物反应器的检测控制系统

动物细胞培养生物反应器大规模培养的应动物细胞培养生物反应器大规模培养的应用用

病毒疫苗病毒疫苗 非抗体免疫调节 剂非抗体免疫调节 剂 多肽生长因子多肽生长因子 酶类酶类

激素激素 肿瘤特异性抗原肿瘤特异性抗原 单克隆抗体单克隆抗体 病毒杀虫剂病毒杀虫剂

第七节 细胞工程在传统制药第七节 细胞工程在传统制药 工业中的应用 工业中的应用

提高代谢产物的产量提高代谢产物的产量

改变抗生素的组分改变抗生素的组分

产生新化合物产生新化合物

第八节 动物细胞制药的前景与展望第八节 动物细胞制药的前景与展望

提高质量，降低成本和改进质量方面的研究提高质量，降低成本和改进质量方面的研究

转基因动物的研究转基因动物的研究

组织工程的研究组织工程的研究