應(yīng)用激流灌注式生物反應(yīng)器培養(yǎng)動(dòng)物疫苗研究進(jìn)展

摘 要：為更好地解決動(dòng)物疫苗傳統(tǒng)轉(zhuǎn)瓶生產(chǎn)工藝難以適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)需要的問題，本文從生物反應(yīng)器的種類、影響動(dòng)物細(xì)胞規(guī)模化培養(yǎng)的因素、生物反應(yīng)器規(guī)模化生產(chǎn)動(dòng)物疫苗現(xiàn)狀

和生物反應(yīng)器在動(dòng)物疫苗生產(chǎn)中的應(yīng)用前景四個(gè)方面對(duì)應(yīng)用生物反應(yīng)器規(guī)模化培養(yǎng)動(dòng)物疫苗的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述。

關(guān)鍵詞：動(dòng)物細(xì)胞；規(guī)模化培養(yǎng)技術(shù)；生物反應(yīng)器；獸用疫苗

近年來，動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于蛋白質(zhì)藥物開發(fā)、疫苗制造、人造組織器官培養(yǎng)等各個(gè)領(lǐng)域，極大地推動(dòng)了醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)已經(jīng)成為生命科學(xué)研究和生物醫(yī)藥開發(fā)的強(qiáng)有力工具，日益成為醫(yī)藥領(lǐng)域的技術(shù)前沿[1]。

隨著生物制品生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和工藝水平的提高，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)瓶細(xì)胞培養(yǎng)模式已不能滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需要。應(yīng)用生物反應(yīng)器規(guī)模化培養(yǎng)細(xì)胞，不但能夠降低生產(chǎn)成本，而且能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量。該技術(shù)經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展與完善，在設(shè)備制造和應(yīng)用方面均達(dá)到了相當(dāng)高的水平[2]。

1 生物反應(yīng)器的種類

專為動(dòng)物細(xì)胞大量培養(yǎng)用的生物反應(yīng)器，稱為動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)用生物反應(yīng)器。Telling R.C等成功地在不銹鋼發(fā)酵罐中懸浮培養(yǎng)BHK21細(xì)胞生產(chǎn)口蹄疫疫苗。隨著獸用生物制品生產(chǎn)工藝的不斷提高，如何應(yīng)用生物反應(yīng)器高效率、高質(zhì)量、規(guī)模化培養(yǎng)動(dòng)物病毒性疫苗，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)各獸用生物制品生產(chǎn)企業(yè)關(guān)注和研究的焦點(diǎn)[3] 。

根據(jù)生物反應(yīng)器的用途不同，可按細(xì)胞培養(yǎng)方式（貼壁培養(yǎng)或懸浮培養(yǎng)）、反應(yīng)器操作模式（分批培養(yǎng)或連續(xù)培養(yǎng)）、液體存在相（均相或非均相）、反應(yīng)器的幾何特征（流動(dòng)形態(tài)和接觸方式）等劃分為不同的類別。較為常用的幾種反應(yīng)器有攪拌式、旋轉(zhuǎn)式、氣升式、一次性（Wave式）、冷凍凝膠及激流灌注式生物反應(yīng)器等[5]。

2 影響動(dòng)物細(xì)胞規(guī)模化培養(yǎng)的因素

生物反應(yīng)器通過大幅度增加細(xì)胞培養(yǎng)密度、數(shù)量為動(dòng)物病毒性疫苗規(guī)模化生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[4]。與植物細(xì)胞相比，沒有細(xì)胞壁的動(dòng)物細(xì)胞更脆弱，更容易死亡。因而對(duì)生存環(huán)境有更高的要求，對(duì)作為規(guī)模化培養(yǎng)工具的生物反應(yīng)器系統(tǒng)有更高的要求。動(dòng)物細(xì)胞在生物反應(yīng)器中生長(zhǎng)，需要設(shè)定特定的參數(shù)，補(bǔ)充培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、清除代謝廢物，以保證優(yōu)良的細(xì)胞生長(zhǎng)環(huán)境。例如：氧氣是動(dòng)物細(xì)胞生長(zhǎng)所必須的，細(xì)胞代謝所產(chǎn)生的二氧化碳超過一定濃度就會(huì)抑制細(xì)胞生長(zhǎng)[6]。不同種類的生物反應(yīng)器可以通過不同的方式使氧傳遞和二氧化碳清除達(dá)到一定的平衡。

3 生物反應(yīng)器規(guī)模化生產(chǎn)動(dòng)物疫苗現(xiàn)狀

與國(guó)際動(dòng)物細(xì)胞大規(guī)模技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀相比，我國(guó)動(dòng)物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)現(xiàn)仍處于起步時(shí)期，以小型化、實(shí)驗(yàn)室規(guī)模為主，發(fā)展緩慢。目前只有極少數(shù)企業(yè)應(yīng)用反應(yīng)器進(jìn)行動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)疫苗。其次，我國(guó)現(xiàn)有動(dòng)物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)的規(guī)模較小。多數(shù)生物制藥企業(yè)的動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)仍停留在5～30 L的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模。大型動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)裝置都依賴進(jìn)口，這些動(dòng)物細(xì)胞生產(chǎn)線不僅產(chǎn)品和配件價(jià)格昂貴、維修不便，而且超過50 L的生物反應(yīng)器進(jìn)口還受到限制。

目前國(guó)內(nèi)已有不少單位采用生物反應(yīng)器來優(yōu)化這些病毒的培養(yǎng)條件，并取得了一定的進(jìn)展。用新型生物反應(yīng)器進(jìn)行大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)已成為現(xiàn)代化疫苗生產(chǎn)的必然選擇，因此在醫(yī)藥行業(yè)和生物制品方面有著廣闊的應(yīng)用前景[7]。

隨著生物醫(yī)藥研究以及規(guī)模化培養(yǎng)技術(shù)不斷深入和發(fā)展，特殊培養(yǎng)基越來越受關(guān)注。尤其是哺乳動(dòng)物細(xì)胞無血清培養(yǎng)技術(shù)受眾多同行青睞[8]。無血清培養(yǎng)技術(shù)的核心技術(shù)主要包括細(xì)胞生物反應(yīng)器技術(shù)、無血清培養(yǎng)基研制技術(shù)以及工程細(xì)胞株的構(gòu)建與馴化技術(shù)[9]三個(gè)方面。

激流灌注式生物反應(yīng)器與其它生物反應(yīng)器相比有著很大的優(yōu)勢(shì)，其具有獨(dú)特的三維空間載體，優(yōu)良的激流傳氧機(jī)制，使用一次性無生物毒性耗材，使用完畢直接進(jìn)行無害化處理，減少了罐體式生物反應(yīng)器的清洗、消毒、滅菌等復(fù)雜的工藝環(huán)節(jié)和工藝配套設(shè)施的安裝，解決了逐級(jí)放大的問題，整個(gè)生產(chǎn)工藝不涉及其他生物安全和公共衛(wèi)生問題。

目前，激流灌注式生物反應(yīng)器已經(jīng)普遍應(yīng)用于動(dòng)物細(xì)胞規(guī)模化培養(yǎng)，包括Vero細(xì)胞、Marc-145、BHK-21、DF-l細(xì)胞、MDCK細(xì)胞及ST細(xì)胞等均已在規(guī)模化培養(yǎng)上取得了顯著成效。

4 生物反應(yīng)器在動(dòng)物病毒性疫苗生產(chǎn)中的應(yīng)用前景

應(yīng)用生物反應(yīng)器規(guī)模化培養(yǎng)動(dòng)物病毒性疫苗細(xì)胞代替轉(zhuǎn)瓶培養(yǎng)是現(xiàn)代生物技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前細(xì)胞規(guī)模化培養(yǎng)仍然是我國(guó)生物制品難以跨越的“門檻”，只有對(duì)細(xì)胞規(guī)模化培養(yǎng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行不斷的細(xì)化、改進(jìn)，科學(xué)系統(tǒng)地運(yùn)用，才能推動(dòng)我國(guó)傳統(tǒng)的生物制品生產(chǎn)技術(shù)升級(jí)。■ （編輯：狄慧）

參考文獻(xiàn)：

[1] 魏明旺，張淑香.動(dòng)物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)的主流技術(shù)[J].生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)，2009，4：85-89.

[2] 梅建國(guó).應(yīng)用生物反應(yīng)器生產(chǎn)高致病性豬繁殖與呼吸綜合征病毒抗原的技術(shù)工藝研究[D].吉林：吉林大學(xué)畜牧獸醫(yī)學(xué)院，2012.

[3] 鄭朝朝，邱貞娜，等.激流灌注式生物反應(yīng)器培養(yǎng)豬繁殖與呼吸綜合征活疫苗（R98株）工藝的研究[J].中國(guó)預(yù)防獸醫(yī)學(xué)報(bào)，2013，35（2）：107-109.

[4] 鄭朝朝.動(dòng)物細(xì)胞規(guī)模化培養(yǎng)及生物反應(yīng)器研究進(jìn)展[J] .今日畜牧獸醫(yī)，2011，S1：48-50.

[5] 周欣.激流是生物反應(yīng)器大規(guī)模培養(yǎng)IBDV及制備高效價(jià)滅活疫苗的研究[D].河南：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

[6] Kitaya Y， Kibe S，Oguchi M，et a1.Effects of CO2 and O2 concentrations and light intensity on growth of microalgae （Euglena graci lis）in CELSS[J].Life gupport Biosph Sci.1998，5：243-247.

[7] 吳方麗，金偉波，王保莉等.動(dòng)物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)研究進(jìn)展[J].仲愷農(nóng)業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，3（14）：64-70.

[8] 劉興茂，劉紅，葉玲玲，等. CHO工程細(xì)胞（11G-S）懸浮培養(yǎng)的無血清培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)[J].生物工程學(xué)報(bào)，2010，26（8）：1116-1122.

[9] 黃錠，趙亮，譚文松.犬腎細(xì)胞MDCK 無血清貼壁及單細(xì)胞懸浮培養(yǎng)[J[.生物工程學(xué)報(bào)，2011，27（4）：645-652.