2 非搅拌式生物反应器
搅拌式生物反应器用于动物细胞培养存在的最大缺点是剪切力大, 容易损伤细胞, 虽然经过各种改进, 这个问题仍很难避免。相比之下, 非搅拌式反应器产生的剪切力较小, 在动物细胞培养中表现出了较强的优势 .
2. 1 填充床反应器
填充是在反应器中填充一定材质的填充物, 供细胞贴壁生长。营养液通过循环灌流的方式提供, 并可在循环过程中不断补充。细胞生长所需的氧分也可以在反应器外通过循环的营养液携带, 因而不会有气泡伤及细胞。这类反应器剪切力小, 适合细胞高密度生长。
Park 等人在由填充床反应器和外循环装置构成的连续流动的培养系统中培养动物细胞。反应器中的填料是带有微孔的陶瓷珠粒, 细胞在微孔内生长, 同时培养液也可以在孔内扩散。实验证明该反应器适于动物细胞的高密度培养, 细胞终期密度应器适于动物细胞的高密度培养, 细胞终期密度达到了5 ×108 个/ mL 。
2. 2 中空纤维反应器
中空纤维反应器 由于剪切力小而广泛用于动物细胞的培养。这类反应器由中空纤维管组成, 每根中空纤维管的内径约为200μm , 壁厚为50～70μm。管壁是多孔膜, O2和CO2 等小分子可以自由透过膜扩散, 动物细胞贴附在中空纤维管外壁生长, 可以很方便地获取氧分 。
John 等报道了一个用于大规模培养动物细胞的径向流中空纤维反应器。该反应器内有一个垂直的中央分配管, 外面由中空纤维管与分配管呈平行组成一个环状床层。培养液由中央分配管径向流过中空纤维床, 细胞在中空纤维外壁贴附并生长。空气和CO2 的混合气体在中空纤维间与培养液成错流流过床层, 向细胞提供氧分并维持一定的pH值环境, 细胞的代射物随气流带出。在这个反应器中细胞生长的表面密度可达7. 3 ×106 个/ cm2 。
2. 3 气升式生物反应器
气升式生物反应器(airlift bioreactor) 也是实现动物细胞高密度培养的常用设备之一, 其特点是结构简单, 操作方便。
有人在气升式反应器中利用微载体培养技术, 研究了Vero 细胞高密度培养的工艺条件。证明气升式反应器中悬浮微载体培养Vero 细胞, 在加入适量保护剂、营养供应充足的情况下,细胞可以正常生长至长满微载体表面, 终密度可达1. 13 ×106 个/ mL 。
4 结 语
动物细胞培养的关键设备是细胞培养反应器,主要解决的共性问题都是要按照动物细胞的生长要求, 使反应器具备低的剪切效应、良好的传递效果和流体力学性质。但在实际过程中, 这些原则总有一些相互制约的因素, 为了强化传递效果需要有一个充分的混合环境(包括气体鼓泡) , 但动物细胞的脆弱性制约了这个环境的形成;为提高培养介质中的溶氧度需要有较高的氧分压,不过, 高的氧分压也影响了代谢物的移出。同时,过高的氧分压也影响细胞的正常生长。如何优化这些制约, 是这类反应器开发中要解决的问题。在动物细胞培养中, 反应器的改进大多针对搅拌式反应器。虽然这类反应器剪切力大, 但由于它混合均匀、结构简单、操作方便以及良好的传递效果和操作弹性, 在大规模细胞培养中仍占有重要的位置 。
目前, 研究工作要致力于开发高密度细胞培养反应器, 提高细胞生产率或生物产物的浓度。尤其组织工程的迅速发展, 对动物细胞生物反应器有了不同要求。要保持细胞离体培养时能具有同体内一样的三维异性结构、维持分化细胞的功能并支持细胞的高密度生长 , 培养过程要考虑种植有细胞的三维基质支架和生物反应器所组成的培养系统。事实上, 一种反应器的开发不可能满足动物细胞生长的所有要求, 同时也不可能适合所有的细胞培养方式。所以, 根据某种细胞的培养过程或细胞的某种培养方式, 开发专用反应器也许会比通用反应器有更好的效果。
五 其它方法：改变细胞特性
在大规模动物细胞培养的初期, 细胞数量不断增加, 表达重组蛋白的能力也在逐步提高L细胞表达随细胞数量达到顶峰之后, 细胞数量和表达水平将下降L 因为用于生产具有重要医用作用的生物活性蛋白的工程细胞, 其基因组普遍整合了病毒载体, 这就从根本上决定了细胞最终命运是细胞凋亡L 目前已知参与细胞凋亡调控基因包括c2m yc、c2jun、bcl22、c2fo s、ras、p 53、bcl2x、bax 等,有些促进细胞凋亡, 有些抑制细胞凋亡L将抑制细胞凋亡的bcl22 基因导入细胞, bcl22 基因的过量表达可抑制Gln 或缺氧引起的细胞凋亡, 减少细胞特定营养成分的消耗, 提高细胞密度和目的蛋白产量L已证实bcl22 基因的过度表达可以提高灌流培养中杂交瘤细胞的活性和抗体的生产率.
六 结 语
一项新的细胞培养技术的发展成熟需要较长的时间。大规模培养动物细胞是一项复杂而且经验性很强的工作L严格控制细胞培养的环境, 防止污染, 是进行大规模培养的前提L通过减少培养基中各种不利因素, 配置细胞生长的专一性无血清培养基, 以及选择条件温和、易操作、气体交换速度快的生物反应器和最适合细胞生长的微载体,可提高细胞的活性和表达水平
