1. 2. 2 琼脂糖凝胶
琼脂糖凝胶可用二相法制得。将含有细胞的琼脂糖溶液分散到一个水不溶相中(如石蜡油) , 形成直径0. 2 mm 凝胶珠珠, 移去石蜡油后, 细胞即可进行培养。同海藻钙一样, 琼脂糖更适于培养悬浮细胞。尽管凝胶珠形成过程很复杂, 目前放大体积不超过20 L 。但琼脂糖凝胶无毒性, 具有较大的空隙, 可以允许大分子物质自由扩散, 因此该法特别适用于蛋白产物的连续生产。有人曾用琼脂糖包埋杂交瘤细胞和淋巴细胞生产单克隆抗体和白细胞介素 。
1. 2. 3 血纤维蛋白
将动物细胞与血纤维蛋白原混合, 然后加入凝血酶。凝血酶将血纤维蛋白原转化为不溶性的血纤维蛋白, 将动物细胞固定在其中。血纤维蛋白可以促进细胞贴壁, 因此两种类型的细胞都适于培养。而且基质高度多孔, 允许大分子物质的自由扩散。但机械强度差, 对剪切力很敏感。
1. 3 中空纤维
中空纤维细胞培养技术是模拟细胞在体内生长的三维状态, 利用一种人工的“毛细管”即中空纤维给培养的细胞提供物质代谢条件而建立的一种体外培养系统。典型的封闭中空纤维如下图：
中空纤维培养技术的优点是无剪切、高传质、营养成分的选择性渗入, 使培养细胞和产物密度都可达到比较高的水平。缺点是膜的污染和堵塞, 观察困难, 细胞生长或过量气体产生会破坏纤维。中空纤维培养技术的发展趋势是让细胞在管束外空间生长, 以达到更高的细胞培养密度。目前中空纤维反应器已进入工业化生产, 主要用于培养杂交瘤细胞来生产单克隆抗体.
1. 4 微囊化
微囊化培养技术其要点是: 在无菌条件下将拟培养的细胞、生物活性物质及生长介质共同包裹在薄的半透膜中形成微囊, 再将微囊放入培养系统内进行培养。生长介质为1. 4 %海藻酸钠溶液, 半透膜由多聚赖氨酸形成。培养系统可采用搅拌式或气升式反应器系统。实验证明, 采用批式和连续灌注式培养杂交瘤细胞生产单克隆抗体, 在7～27 d微囊内抗体浓度可达1 250～5 300 mg/ L 。利用微囊包裹具有特定功能的组织细胞, 形成免疫隔离的人工细胞, 以此植入疾病动物或病人体内。1980 年报道了微囊化胰岛移植治疗大量实验性糖尿病。他们将同种大鼠胰岛用海藻酸- 聚赖氨酸- 聚乙烯亚胺包埋后植入链脲霉素诱导的糖尿病大鼠体内, 在未用免疫抑制剂的情况下, 控制大鼠血糖正常达一年左右。
胶囊化培养的优点是: ①可防止细胞在培养过程中受到物理损伤; ②活性蛋白不能从囊中自由出入半透膜, 从而提高细胞密度和产物含量, 并方便分离纯化处理。缺点是: ①微囊制作复杂, 成功率不高; ②微囊内死亡的细胞会污染正常产物; ③收集产物必须破壁, 不能实现生产连续化。
2. 固定化方法的选择
(1) 培养规模。由于各种固定化系统可以获得相同的细胞密度, 且细胞的产率主要取决于细胞的扩散, 因此反应器的体积是培养规模放大的主要决定因素。虽然微载体系统可以提供最大的单元操作,但其他系统也可以通过增加单元套数而获得放大。
(2) 培养方式。除了海藻酸钙包埋法外, 其他固定化基质都是多孔型的, 能允许大分子物质自由出入, 因此可实现蛋白质产物的连续生产。在凝胶珠和微囊中可使蛋白产物积聚到很高的浓度, 给后续的分离纯化处理带来方便, 并大大降低了生产成本。
(3) 所培养的细胞类型。大多数固定化系统都适用于贴壁型细胞的培养。而在吸附非贴壁型细胞时, 由于吸附力弱容易出现细胞泄露。
(4) 制备方法的难易和成本。由于固定化基质是由制造商在不同的竞争时期提供的, 因此各种固定化方法的成本很难比较。海藻酸盐和琼脂糖是以化学试剂形式出售; 胶原珠是以无菌形式提供给使用者, 以便于接种。
