動物細胞生物反應(yīng)器

1、動植物細胞培養(yǎng) 裝置和酶反應(yīng)器一、動物細胞生物反應(yīng)器動物細胞與微生物細胞有很大的差異，對體外培養(yǎng)有嚴(yán)格的要求，如動物細胞對剪切非常敏感，反應(yīng)器的設(shè)計不能有像微生物細胞那樣高的剪切力，因此，傳統(tǒng)的微生物細胞反應(yīng)器應(yīng)該經(jīng)過改造才能適用動物生物反應(yīng)器。根據(jù)動物細胞的特點，開發(fā)新型的生物反應(yīng)器顯得十分重要和迫切。（一）、動物細胞培養(yǎng)的類型動物細胞的體外培養(yǎng)有三種類型，一類是懸浮培養(yǎng)，指細胞在培養(yǎng)器中自由懸浮生長的過程，主要用于非貼壁依賴性細胞，此類細胞體外生長不需貼壁，可采用微生物的方法在培養(yǎng)基中懸浮培養(yǎng)。另一類是貼壁培養(yǎng)，指必須貼附在固體介質(zhì)表面上生長的細胞培養(yǎng)，主要適用于貼壁依賴性細胞，大多數(shù)動物

2、細胞都屬于這一類型。再有一類是固定化培養(yǎng)，這類培養(yǎng)既適用于貼壁依賴性細胞，又適用于非貼壁依賴性細胞的包埋培養(yǎng)方式，具有細胞生長密度高、抗剪切力和抗污染能力強等優(yōu)點。（二）、動物細胞體外培養(yǎng)的特點動物細胞屬于真核細胞，與細菌等原核細胞相比，其進化程度更高，結(jié)構(gòu)成分更復(fù)雜，功能也更全面。動物細胞對于培養(yǎng)環(huán)境的適應(yīng)性更差，對環(huán)境更加敏感，包括pH、溶解氧、溫度、剪切力等都比微生物細胞有更高的的要求，需要嚴(yán)格控制。另外，動物細胞相對于微生物來說生長比較緩慢因而培養(yǎng)時間較長。性質(zhì)性質(zhì)動物細胞動物細胞微生物細胞微生物細胞大小10-100mm10mm代謝調(diào)節(jié)方式內(nèi)部和激素內(nèi)部營養(yǎng)要求苛刻寬松，可利用多種底物

3、生長速率倍增時間一般為12-60h倍增時間一般為0.5-2h機械強度很差，缺乏保護性細胞壁較好環(huán)境適應(yīng)性差好（三）、動物細胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)動物細胞大規(guī)模培養(yǎng)它是在傳統(tǒng)的培養(yǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，融合固定化細胞、流式細胞技術(shù)、填充床、生物反應(yīng)器技術(shù)以及人工灌流和溫和攪拌技術(shù)等發(fā)展起來的。動物細胞大規(guī)模培養(yǎng)裝置如圖。1.中空纖維細胞培養(yǎng)法1972年，理查德克瑞克等模擬體內(nèi)微環(huán)境，設(shè)計了中空纖維細胞反應(yīng)器。細胞能在中空纖維上不斷地從流動的培養(yǎng)液中獲得營養(yǎng)物質(zhì)，細胞代謝產(chǎn)物和培養(yǎng)物又可隨培養(yǎng)液的流動而運走。2.微載體培養(yǎng)技術(shù)大多數(shù)動物細胞，都具有貼壁生長的特性，而傳統(tǒng)的適于貼壁生長的細胞培養(yǎng)系統(tǒng)，由于表面積的

4、限制，很難達到大規(guī)模生產(chǎn)的目的。3.微囊化培養(yǎng)技術(shù)微囊是一種由半透膜制成的多孔微球體，酶及大分子不能從微囊中溢出，而小分子物質(zhì)可以通過，微囊化技術(shù)是固定化技術(shù)將細胞包裹在微囊里，在培養(yǎng)液中懸浮培養(yǎng)，細胞微囊化后由于生長在各自的微小環(huán)境里，減少了培養(yǎng)時攪拌對細胞的剪切力，細胞生長良好，培養(yǎng)液易于迅速改變，且無分離細胞與培養(yǎng)液的困難。（四）、動物細胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器在細胞培養(yǎng)過程中，細胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器是整個過程的關(guān)鍵設(shè)備，它要為細胞提供適宜的生長環(huán)境并決定著細胞培養(yǎng)的質(zhì)量和產(chǎn)量。動物細胞外層沒有細胞壁，質(zhì)脆性大，對剪切敏感以及對體外培養(yǎng)環(huán)境有嚴(yán)格要求。1.氣升式生物反應(yīng)器（airlift biore

5、actor）氣升式生物反應(yīng)器是實現(xiàn)動物細胞高密度培養(yǎng)的常用設(shè)備之一。我國利用生物反應(yīng)器生產(chǎn)了大量生物制劑，多采用的是氣升式細胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器。2.中空纖維管生物反應(yīng)器（hollow-fiber bioreactor）中空纖維管生物反應(yīng)器主體是由微孔中空纖維管束組成的，纖維束由外殼包裹，可分為殼體空間及管體空間兩部分，每部分各有其出口。3.流化床生物反應(yīng)器（fluidized-bed bioreactor）流化床生物反應(yīng)器的基本原理是培養(yǎng)液通過反應(yīng)器垂直向上循環(huán)流動，不斷提供給細胞必要的營養(yǎng)成分，使細胞得以在呈流態(tài)化的微粒中生長。4.攪拌罐生物反應(yīng)器（stirtank bioreactor）攪拌

6、罐生物反應(yīng)器基本結(jié)構(gòu)為：一個旋轉(zhuǎn)過濾器，一臺用于控制溫度、pH值、攪拌速度和溶氧（DO）的數(shù)字控制裝置（DCU）和起通氣作用的底部環(huán)形噴氣結(jié)構(gòu)。5.堆積床生物反應(yīng)器（packedbed bioreactor）CelligenPlus堆積床生物反應(yīng)器的工作原理為：當(dāng)推進器旋轉(zhuǎn)時，培養(yǎng)基通過推進器的中心空管螺旋式地從罐體底部上流，然后從三個出口流出，通過堆積床向下流動至罐體底部，再通過推進器的中心管往上流。6.一次性生物反應(yīng)器（disposable bioreactor）這種生物反應(yīng)器由預(yù)先消毒的、FDA認可的、對生物無害的聚乙烯塑料箱組成，箱中部分填充培養(yǎng)基并接種細胞。7.載體細胞培養(yǎng)系統(tǒng)微載體細胞培養(yǎng)系統(tǒng)是專門用于貼壁生長細胞的一種培養(yǎng)方法，解決了