動(dòng)物細(xì)胞工程的應(yīng)用及展望

1、動(dòng)物細(xì)胞工程的應(yīng)用及展望動(dòng)物細(xì)胞工程(Animalcellengineering)是指以動(dòng)物細(xì)胞或其組成成分為研究對(duì)象，對(duì)細(xì)胞或其組分進(jìn)行操作、加工或改造，使其按照人的意圖發(fā)生結(jié)構(gòu)或功能等生物學(xué)特性的改變，獲得人類所需的生物產(chǎn)品或創(chuàng)造新的動(dòng)物品種。在自然生理狀態(tài)下，不論是植物或是動(dòng)物，其細(xì)胞、組織或器官是在體內(nèi)環(huán)境中完成其生命代謝活動(dòng)的，細(xì)胞只在其既定的遺傳信息的指導(dǎo)下，按照自身的規(guī)律生長(zhǎng)分化，表現(xiàn)自身特有的生物性狀和生理得以發(fā)揮其功能。隨著生命科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，在充分認(rèn)識(shí)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、組成和生物學(xué)特性的理論基礎(chǔ)上，細(xì)胞工程技術(shù)可以，在分子、亞細(xì)胞、細(xì)胞、組織或器官的不同水平上，借助專門的技術(shù)手

2、段，于體外或體內(nèi)環(huán)境條件下，按照人的意愿對(duì)細(xì)胞進(jìn)行操作或加工，改造其結(jié)構(gòu)或組成，進(jìn)而使其生物學(xué)功能發(fā)生定向改變，以實(shí)現(xiàn)人類所需生物產(chǎn)品的工程化生產(chǎn)。動(dòng)物細(xì)胞工程主要研究?jī)?nèi)容可概括為以下幾個(gè)方面：動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)，動(dòng)物細(xì)胞融合和單克隆抗體，干細(xì)胞工程，動(dòng)物克隆，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物及生物反應(yīng)器等。動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞、組織和器官的培養(yǎng)將分離自動(dòng)物機(jī)體各部分的細(xì)胞、組織塊或整個(gè)器官，用專用的培養(yǎng)基和培養(yǎng)箱進(jìn)行體外培養(yǎng)(invitroculture),抑或進(jìn)行體內(nèi)培養(yǎng)(invivoculture)。動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)在人類醫(yī)學(xué)臨床治療上發(fā)揮了巨大的作用，具有廣闊的應(yīng)用前景。生產(chǎn)許多有重要價(jià)值的蛋白質(zhì)生物制品，如病毒

3、疫苗、干擾素、單克隆抗體等。動(dòng)物細(xì)胞融合和單克隆抗體細(xì)胞的融合技術(shù)廣泛應(yīng)用于細(xì)胞生物學(xué)、免疫學(xué)、遺傳學(xué)、病毒學(xué)、微生物學(xué)和醫(yī)學(xué)等不同領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和實(shí)踐應(yīng)用。在動(dòng)物上多用于產(chǎn)生雜種細(xì)胞，制備單克隆抗體，制備克隆動(dòng)物等。細(xì)胞融合技術(shù)還用于產(chǎn)生異種核質(zhì)的雜種細(xì)胞，用以研究細(xì)胞的核質(zhì)關(guān)系。1975年Kohler和Milstein建立B淋巴細(xì)胞雜交瘤技術(shù)以制備單克隆抗體以來(lái)，針對(duì)各種抗原的單克隆抗體已被廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。B淋巴細(xì)胞雜交瘤技術(shù)不但將淋巴細(xì)胞產(chǎn)生單一抗體的能力和骨髓瘤增生的可能性巧妙地結(jié)合起來(lái)，并且還可以通過(guò)融合進(jìn)一步的篩選獲得具有期望專一的抗體。單克隆抗體的最主要的優(yōu)點(diǎn)在于它

4、的專一性、均質(zhì)性、靈敏性以及無(wú)限量制備的可能性。單抗在生物工程技術(shù)中占有很重要的地位，已作為商品進(jìn)入市場(chǎng)，前景不亞于基因工程產(chǎn)品。其用途有以下幾方面：（1）單抗作為體外試劑：?jiǎn)慰寺】贵w最廣泛的商品用途，目前仍然是用作體外診斷試劑。（2）單抗作為體內(nèi)診斷試劑：用同位素標(biāo)記的單抗，在特定的組織中成像的技術(shù)，可用于腫瘤，心血管畸形的體外診斷。（3）單抗作為導(dǎo)向藥物的載體：?jiǎn)慰寺】贵w最大的應(yīng)用前景是有可能作為導(dǎo)向藥物的載體。導(dǎo)向藥物是指以具有導(dǎo)向能力的物質(zhì)為載體的藥物，據(jù)信在下一世紀(jì)導(dǎo)向藥物將普遍取代目前的常規(guī)藥，特別是抗癌藥物、抗生素等。（4）作為治療用的單克隆抗體：它必須具有專一性高、穩(wěn)定性好、親

5、合力強(qiáng)、分泌量大、針對(duì)非脫落抗原在靶細(xì)胞上的分布密度高等特點(diǎn)，但這是很難獲得的。近年來(lái)，應(yīng)用單克隆抗體可以檢查出某些還尚無(wú)臨床表現(xiàn)的極小腫瘤病灶，檢測(cè)心肌梗死的部位和面積，這為有效的治療提供方便。單克隆抗體并已成功地應(yīng)用于臨床治療，主要是針對(duì)一些還沒(méi)有特效藥的病毒性疾病，尤其適用于抵抗力差的兒童。人們正在研究“生物導(dǎo)彈”單克隆抗體作載體攜帶藥物，使藥物準(zhǔn)確地到達(dá)癌細(xì)胞，以避免化療或放射療法把正常細(xì)胞與癌細(xì)胞一同殺死的副作用。此外，近來(lái)報(bào)道用單克隆抗體檢測(cè)工業(yè)生產(chǎn)及各種焊縫管道中的早期腐蝕；人為某些化學(xué)工業(yè)的催化劑等。胚胎移植、干細(xì)胞工程動(dòng)物干細(xì)胞工程（animalstemcellenginee

6、ring）指利用干細(xì)胞的生物學(xué)特性,按照人的意圖，借助于化學(xué)的、物理的或生物的方法，定向誘導(dǎo)分化，產(chǎn)生機(jī)體各種功能細(xì)胞或組織的生物工程技術(shù)。干細(xì)胞工程技術(shù)主要用于生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、遺傳學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、胚胎學(xué)、生殖學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)和育種學(xué)等諸多基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究領(lǐng)域。由于干細(xì)胞具有分化為多種功能細(xì)胞的特性，使其在人類醫(yī)學(xué)、基因治療、發(fā)育調(diào)控等領(lǐng)域顯現(xiàn)出了重要的科學(xué)意義和廣泛的應(yīng)用前景，因此越來(lái)越受到重視。目前，人工受精、胚胎移植等技術(shù)已廣泛應(yīng)用于畜牧業(yè)生產(chǎn)。精液和胚胎的液氮超低溫(-196攝氏度)保存技術(shù)的綜合使用，使優(yōu)良公畜、禽的交配數(shù)與交配范圍大為擴(kuò)展，并且突破了動(dòng)物交配的季節(jié)限制。另

7、外，可以從優(yōu)良母畜或公畜中分離出卵細(xì)胞與精子，在體外受精，然后再將人工控制的新型受精卵種植到種質(zhì)較差的母畜子宮內(nèi)，繁殖優(yōu)良新個(gè)體。綜合利用各項(xiàng)技術(shù)，如胚胎分割技術(shù)、核移植細(xì)胞融合技術(shù)、顯微操作技術(shù)等，在細(xì)胞水平改造卵細(xì)胞，有可能創(chuàng)造出高產(chǎn)奶牛、瘦肉型豬等新品種。特別是干細(xì)胞的建立，更展現(xiàn)了美好的前景。動(dòng)物克隆技術(shù)動(dòng)物克隆技術(shù)(animalcloningtechnology)也稱核移植(nucleartransfer)技術(shù)。指動(dòng)物的無(wú)性繁殖技術(shù)，即不經(jīng)過(guò)雌雄兩性的性結(jié)合，通過(guò)細(xì)胞培養(yǎng)和顯微操作(micromanipulation)等系列技術(shù)，使動(dòng)物個(gè)體產(chǎn)生與其自身表型相同和性能一致的后代。動(dòng)物克

8、隆技術(shù)用于生物學(xué)、生殖學(xué)、遺傳學(xué)和育種學(xué)等研究領(lǐng)域，在拯救和保護(hù)瀕危動(dòng)物，尤其是珍貴遺傳資源的保存及畜牧業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用方面展現(xiàn)了光明的前景。在人類的臨床醫(yī)學(xué)治療領(lǐng)域也具有重要的研究和潛在的應(yīng)用價(jià)值，如利用克隆技術(shù)即治療性克隆(therapeuticcloning)產(chǎn)生人的早期胚胎，從其中分離胚胎干細(xì)胞，以用于人的疾病治療。這項(xiàng)技術(shù)是目前生物工程領(lǐng)域最前沿的技術(shù)之一，倍受社會(huì)的關(guān)注。雖已成功地誕生了諸多克隆動(dòng)物后代，但在人的克隆問(wèn)題上，各國(guó)政府都通過(guò)立法或聲明明確禁止克隆人，即生殖性克隆(reproductivecloning)。不過(guò)許多國(guó)家的政府和科學(xué)家有條件地支持治療性克隆，即通過(guò)克隆產(chǎn)生人

9、的早期囊胚(blastocyst)，分離胚胎干細(xì)胞，用于人類的疾病研究和臨床治療。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物及生物反應(yīng)器轉(zhuǎn)基因動(dòng)物(transgenicanimal)是指借助生物的、化學(xué)的或物理的方法，將外源目的基因注入到動(dòng)物早期胚胎細(xì)胞內(nèi)，或?qū)⑼庠茨康幕蜣D(zhuǎn)染到體細(xì)胞內(nèi)，再通過(guò)體細(xì)胞克隆動(dòng)物技術(shù)構(gòu)建胚胎，最終產(chǎn)生帶有該目的基因的動(dòng)物個(gè)體的技術(shù)。該技術(shù)用于生物學(xué)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、免疫學(xué)等研究，也常用于動(dòng)物的遺傳育種研究和生產(chǎn)領(lǐng)域，試圖獲得人類所需的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品，如培育抗某種疾病的家畜品種，或生產(chǎn)某種產(chǎn)品的專用家畜、轉(zhuǎn)基因魚，或生產(chǎn)貴重醫(yī)用藥物蛋白等。在生物學(xué)研究領(lǐng)域，轉(zhuǎn)入或剔除某一基因以研究其表達(dá)和調(diào)節(jié)等生物學(xué)功能或作用機(jī)制，已成為重要的研究技術(shù)手段。動(dòng)物生物反應(yīng)器(animalbioreactor)指利用動(dòng)物的某種細(xì)胞、組織或器官作為反應(yīng)生成的載體，生產(chǎn)人類需要的生物制品。一個(gè)動(dòng)物體就相當(dāng)于一個(gè)生物工廠。譬如利用乳腺生物反應(yīng)器或血液生物反應(yīng)器生產(chǎn)具有生物活性的人凝血因子、促紅細(xì)胞生成素、抗胰蛋白酶等醫(yī)用蛋白，或提高動(dòng)物乳汁中的乳蛋白等食用蛋白。根據(jù)人類的意圖，利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物技術(shù)制作高表達(dá)的動(dòng)物生物反應(yīng)器生產(chǎn)特定的轉(zhuǎn)基因生物制品，具有很大的商業(yè)價(jià)值，將成為未來(lái)醫(yī)藥工業(yè)或食品生產(chǎn)的重要途徑。作為現(xiàn)代生物技術(shù)之一的動(dòng)