細胞培養在生物制藥領域的應用

李淑瑞

摘要：隨著社會科學技術的發展進步，越來越多的新技術經實驗認證后開始造福人類，細胞培養技術經過漫長的實驗室研究過程，已經逐步完善，近幾年來開始應用于生物制藥領域中。定向的細胞培養可以致力于疫苗生產、抗體培養等生物制藥工程，細胞培養技術在生物制藥領域的應用和發展是不可估量的。基于此，本文簡要探討了細胞培養及其在生物制藥領域的應用。

關鍵詞：細胞培養；生物制藥；應用

引言

由于細胞培養技術是在體外對細胞進行定向培養，這樣對于細胞的形態和活動觀察更為直觀，同時可以進行不同環境的細胞培養，分析環境對于細胞的影響，這樣可以進一步分析人類各種病癥的產生原因及治療方法。通過細胞培養技術可以定向改良細胞特性，這對于生物制藥領域來說是有著重要意義的。下文簡要介紹了細胞培養技術在生物制藥領域的應用：

1、再生組織的創造

通過細胞培養技術，可以模擬人體生長環境，培養出與人體相符的組織，三維細胞培養系統再生出軟骨、骨、半月板等骨組織。該系統常在細胞外基質領域運用干細胞研究干細胞發育潛力；在聚合物生長支架領域運用軟骨細胞研究細胞分化；在復合組織培育領域運用軟骨細胞和上皮細胞研究組織間相互作用；在模擬生物支架領域運用成骨細胞研究生物材料研究；在生物學領域利用成骨細胞和內皮細胞研究骨血管化。這一發現為各個領域在體外培養骨及軟骨提供依據。

2、細胞培養與神經系統疾病

細胞培養技術在神經系統領域也有涉及，近來有實驗培植單一神經元成為多細胞聚集體、海馬體活標本切片后測試神經元電勢、神經干細胞培養治療老年癡呆癥、帕金森病等。在藥物測試中運用神經元細胞聚集體進行毒理實驗；在和生物材料的接觸效應中運用神經元研究生物材料的體內可降解性；在生長支架中運用神經元和基質研究再生過程；在信號識別中運用神經干細胞研究組織整合；在微環境中運用干細胞研究干細胞分化潛力。這一發現為治療精神疾病及神經系統研究提供寶貴依據。

3、疫苗生產

疫苗免疫是最有效的預防感染性疾病的措施之一。疫苗免疫是指利用病毒性制劑、細菌性制劑及類毒素等人工主動免疫制劑，通過作用于機體的免疫防御系統起到免疫應答作用。傳統的流感疫苗生產多采用雞胚培養，但當面臨高致病性流感全球大流行、微生物感染、內毒素殘余量多等問題時，傳統的雞胚生產方法可能難以滿足疫苗市場的需求。隨著細胞培養技術的完善及其優點的體現積極推進使用細胞培養技術替代雞胚培養技術生產流感疫苗，未來將會越來越多依靠細胞培養技術獲得理想的疫苗。通過哺乳動物細胞培養的病毒疫苗特別適合于工業的發展，應用微載體大規模培養細胞生產流感疫苗，使得流感病毒適應傳代細胞（如VERO細胞），該細胞不僅培養條件要求不高而且遺傳性狀穩定，對多種病毒的感染敏感，如利用生物反應器大規模進行病毒繁殖，可實現流感疫苗的規模化生產。MDCK細胞系是被公認為最適于生產甲、乙型流感病毒疫苗的細胞系，對流感病毒增殖快、感染效率高，且不易變異。其中典型代表，如巴斯德公司利用1000L反應器微載體培養Vero細胞生產人用狂犬病疫苗和脊髓灰質炎疫苗。由此可見，利用細胞培養疫苗已成為目前疫苗研制的重要應用方向。

4、單克隆抗體制備

單克隆抗體是由單一B淋巴細胞克隆產生的高度均一、僅針對某一特定抗原表位的抗體。研究帕金森病中的發病機制，制備抗HB單克隆抗體，由重組人HB作為抗原免疫小鼠，并將其細胞融合及細胞培養制備成雜交瘤，經過篩選獲得抗人HB單克隆抗體雜交瘤株，體內誘生法制備腹水經過酶聯免疫吸附試驗等方法進而獲得特異性抗HB單克隆抗體。科研人員制備乙型腦炎病毒的單克隆抗體通過動物免疫、細胞融合、克隆和篩選等方法，應用ELISA等免疫學方法進行特異性和亞型的鑒定，為快速檢測方法的建立奠定了基礎。

5、藥物篩選

藥物篩選是通過生物活性和藥理作用檢測來篩選出高性能的新藥或者先導化合物，同時根據檢測結果和相關數據來論證此物質的醫學價值，進而判定其藥用前景，在新藥的研制過程中是比較關鍵的。體外二維和應用球狀聚集體、細胞片層、脫細胞基質進行三維培養肝細胞的具體技術是進行藥物毒性檢測的重要途徑。國外生物學家建立了一種長時間的三維肝細胞共培養體系，比單層培養肝細胞能更好地檢測體內藥物導致的毒性。細胞水平的藥物篩選更接近人體生理狀態，外界環境干擾少，準確率高，是細胞水平藥物篩選模型的核心技術高內涵篩選。高內涵篩選（high content screening，HCS）主要在微陣列多孔板上完成，通過在微孔板上進行細胞培養，施加藥物刺激進行實驗操作和數據的采集和分析。HCS技術可完成各種對于細胞生理現象本質的研究，Talyor等提出高內涵概念，HCS模型主要建立在細胞水平，通過觀察樣品對固定或動態細胞的多個功能的作用，涉及各種不同的靶點，從多個角度分析樣品的作用，最終確定樣品的活性和可能的毒性。近年來發展起來的微流控芯片技術有可能成為細胞水平藥物篩選的理想選擇，它可以將細胞種植、培養、標記、加藥、梯度稀釋等操作通過微通道網絡流體控制技術集成到一張芯片完成，保持了細胞結構的完整性，可全面記錄細胞對藥物刺激的各種反應。

6、細胞培養技術與腫瘤醫學

（1）抗腫瘤治療

腫瘤是人類的一大頑疾，伴隨醫學研究技術的不斷進步，抗腫瘤藥物已經屢見不鮮，不斷更新，化療仍是治療腫瘤的重要手段，在抗癌藥物的研發過程中藥物篩選極其重要。而體外細胞培養技術可以高度模仿腫瘤細胞的生長狀態，可以提供腫瘤細胞與體內相似的酸堿度、營養物質、生長因子等內環境，還可以充分展示細胞-細胞、細胞-基質間的相互作用，有利于抗癌藥物藥效的測定。研究者在觀察三維多細胞腫塊球形體藥透時，發現細胞外基質蛋白可以有效抵擋藥物滲透，這就導致腫瘤的耐藥性較強，不利于藥物治療。通過細胞培養技術，可以改善細胞外基質蛋白的抗藥性，讓其敏感度降低，藥物能有效滲透入腫瘤細胞中，扼制腫瘤細胞，避免腫瘤細胞群擴大，細胞培養技術在抗腫瘤治療領域，較好的彌補了傳統的藥物治療，成為抗腫瘤治療的關鍵。

（2）腫瘤耐藥機制研究

在腫瘤的治療中，經常遇到的棘手問題就是腫瘤細胞對藥物有較強的抗性，例如乳腺癌干細胞會對乳腺癌的發生、轉移等產生較大影響。通過模擬腫瘤微環境，可更好地對乳腺癌干細胞增殖與分化情況進行分析。將普通二維培養細胞與卵巢癌腫瘤干細胞對比，探討符合體內環境的三維培養條件，研究腫瘤生長、耐藥等影響因素及機制。結果表明，與二維培養細胞相比，三維培養卵巢癌HO8910細胞系中CD44+CD117+CSCs表現出明顯的耐藥性，表明BME基質膠三維培養模型可作為靶向治療腫瘤與細胞藥物篩選的理想體外模型。

（3）腫瘤血管形成

腫瘤的生長利于血管新生，利用腫瘤血管生成的研究可以觀察腫瘤組織內微血管的形態與功能，闡明腫瘤誘發血管新生的機制及血管生成與腫瘤發生、發展的關系。已經研究證實血管組織再生需要細胞、細胞外基質、信號系統共同參與完成。

結語

綜上所述，細胞培養技術通過體外細胞培養，改良細胞生長環境，定向培養人們需要的細胞特性，這樣可以提升藥物的作用效果，對于病癥的治療可以起到顯著的作用。隨著細胞培養技術的不斷發展和完善，未來會有更多的生物細胞技術和藥物用于生物醫學中，解決人類的疑難病癥。

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（作者單位：康希諾生物股份公司）