淺析動物細胞工程及其在制藥工業中的應用

（江蘇省蘇州中學，江蘇蘇州 215007）

0.引言

作為現代生物技術的重要領域之一，細胞工程的發展十分迅速，并帶動了許多行業的發展。通過基因工程、細胞融合等技術，我們可以對動物或植物細胞進行改造，從而獲得所需的產品。細胞工程在農業、食品工業、醫療領域都有著廣泛的應用。在生物制藥領域，細胞工程更是扮演著重要的角色。我們可以利用細胞工程，實現大規模的細胞改造，以得到所需物質，或者合成一些不存在于自然界的化合物。在一些情況下，利用細胞工程，我們雖然不能直接得到所需要的產物，但是可以獲得重要的藥物前體[1]。相比于傳統的生產方式，這些藥物前體的純度更高、安全性更好，且制備成本較低。可以說，在生物制藥領域，細胞工程扮演著重要的角色。

1.細胞工程的簡介

所謂細胞工程，就是應用細胞融合、核移植、組織細胞培養等技術，對細胞進行改造，從而改變細胞性狀，獲得某些生物制品的技術。在離體條件下，各種細胞的生長、繁殖特性不盡相同，因此，需要通過細胞的生長狀態，對細胞生長所需的營養素、調節因子，以及其他培養條件進行分析，并不斷改善其培養環境，從而使細胞的產出速率更高。細胞工程的應用十分廣泛，它既可以用于培養作物的新品種，也可以用于藥物、疫苗等的生產。細胞工程的應用，使科研用動物的需求量大幅下降，使藥物的生產成本更加低廉，并提高了生物制品的質量[2]。

2.動物細胞工程的研究現狀

動物細胞工程涉及的技術種類繁多，許多技術已經較為成熟，并在醫藥領域得到了廣泛的應用。細胞中的許多小分子和酶是治療各類疾病的出色藥物。研究細胞的生長及繁殖規律，可以為藥物的研發和生產提供極為重要的幫助。細胞融合作為一項新興技術，得到了生物學家及藥物研發人員的關注，其應用前景十分廣泛。

細胞融合，是指兩個或多個細胞在離體條件下，通過不同機制合并成為一個細胞。目前常用的融合方法包括以下幾種：

仙臺病毒誘導：利用滅活的仙臺病毒（HVJ），我們可以在實驗室中實現細胞融合。HVJ誘導融合的原理是，它可以與細胞表面的受體結合，使不同的細胞凝聚、融合。不過，由于HVJ的制備較困難、誘導效率低，仙臺病毒融合法主要應用于實驗室。

聚乙二醇（PEG）誘導：PEG誘導法屬于化學誘導法，其促進細胞融合的作用機理尚無定論。一些研究表明，PEG分子可以改變生物膜的結構，使磷脂雙分子層重組，細胞發生合并。PEG誘導法雖然毒性較大，但是成本低、融合率高，這使其在實驗室中得到廣泛應用。

電融合法：細胞電融合技術屬于物理融合法中應用最為廣泛的融合技術。它的原理是，在高頻交流電場中，細胞的原生質體將發生極化，此時，細胞因受到電場力的作用而連接成串。隨后，方波脈沖可以擊穿細胞接觸位置的質膜，并在表面張力的作用下形成新的質膜，使多個細胞彼此融合[3]。

現有的細胞融合方法各有其優勢和局限性。我們尚未找到一種簡便易行、成本低、效率高的融合方法。生物學家應當對細胞膜及原生質體的性質進行更加深入的研究，從而改進現有方法，助力細胞工程的發展。

利用細胞融合技術，可以培養出雜交瘤細胞，制備可以廣泛應用于臨床治療的單克隆抗體。動物細胞工程中所用的細胞性質均一，安全性較高，生產的疫苗質量比較穩定，并且幾乎不含有未知抗原。不過，動物細胞培養技術還不夠成熟，一些動物細胞在生長過程中容易出現異常分化，我們應當運用相關理論，結合觀察及檢測結果，不斷完善細胞培養技術，從而讓動物細胞保持穩定的生長狀態，并提高產物的純度[4]。

3.動物細胞工程的應用

動物細胞工程的應用十分廣泛，在制藥工程、檢驗醫學、食品工業等諸多領域，動物細胞工程都發揮著不可替代的作用。目前，我國的許多實驗室已經通過B淋巴細胞和骨髓瘤細胞培育出很多種實用價值較高的雜交瘤細胞。它們產生的單克隆抗體，廣泛運用于疾病的精準醫療。利用單克隆抗體，可以對一些難以診斷的病毒性疾病進行精確的診斷。此外，單克隆抗體還可以幫助醫生診斷一部分腫瘤性疾病。目前，多數診斷腫瘤的方法不夠敏感，不能在早期發現病灶。利用單克隆抗體，檢驗醫學專家可以在早期檢測到腫瘤的存在，對病灶的性質進行準確的判斷，這對于腫瘤的早期干預有著十分重大的意義。此外，單克隆抗體還可以應用于其他疾病的診斷，它可能有助于評估心肌梗死的面積，從而幫助醫生評估病情，制定更精準的治療方案[5]。

除了進行疾病診斷，高特異性的單克隆抗體還可以用于藥物的靶向運輸。利用單克隆抗體，我們可以生產抗體偶聯藥物（ADC），實現靶向治療。ADC藥物作為細胞工程的重要成果，得到了廣泛關注。ADC藥物將單抗與毒性小分子偶聯，只殺傷特定細胞。ADC在血液循環中穩定存在，當它達到目標細胞時，抗體與表面抗原結合，通過胞吞進入細胞，釋放出藥物達到殺傷目的（如圖1）。

圖1 ADC藥物的作用機理

抗體偶聯藥物技術的關鍵主要在于抗體、毒性小分子和它們之間連接物的選擇。

（1）靶點和抗體的選擇。我們需要對腫瘤細胞的生物學特性進行分析，從而找到異常表達的抗體結合位點，也就是靶點。隨后，我們需要研發高親和力的抗體，并生產高特異性的單抗，這是開發ADC藥物中最為重要的一步，單克隆抗體在藥物中擔任著“導航”的功能，這也是ADC藥物最大的優勢所在。例如，HER2在乳腺癌細胞中高表達，使用其對應抗體T-DM1作為“導航分子”，可以達到精準殺傷癌細胞的目的。此外，腫瘤細胞中高表達的EGFR和CD20也是作為靶點良好選擇。不過，由于藥物在到達靶點前，需要穿過毛細血管內皮以及細胞間隙，而抗體的分子量較大，導致實際到達組織的藥物量遠小于給藥量，所以，對抗體的小型化改造也是重要的研究方向。

（2）毒性小分子的選擇。應當選擇具有高活性、高毒性的小分子。這是因為，在藥物進入體內后，一部分藥物可能會被機體代謝掉，或者無法通過毛細血管屏障。所以，小分子藥物的毒性應當足夠高。此外，需要保證小分子藥物在經過細胞中一系列酶的作用后，保留一定的活性。如今，ADC藥物中使用較多的毒性小分子包括作用于DNA的CLM（可嵌入雙螺旋結構導致DNA斷裂）和作用于微管蛋白的Auristatins（可作用于染色質）。一般而言，直接或間接作用于遺傳物質的毒性小分子是比較理想的選擇。

（3）連接物的選擇。由于循環中含有多種酶，連接物必須在體內循環中足夠穩定。連接物可以分為斷開和不斷開兩種。可斷開的連接物常以二硫鍵連接，它在血液環境中穩定，而在細胞內谷胱甘肽等還原性物質的作用下，這些化學鍵可以斷開，并釋放出藥物。而不可斷開的硫醚連接，則需要溶酶體的作用，才能釋放出藥物[6]。

臨床試驗表明，ADC藥物的療效極好[7]。可以說，隨著腫瘤發病率的逐漸升高，ADC藥物擁有著巨大的市場。然而，ADC藥物的研發難度大，技術不成熟，藥物輸送比例低，目前仍未得到廣泛的應用。我們應當仔細回顧過去幾十年的研究成果，致力于研究ADC藥物進入體內的代謝過程，提高其在體內環境中的穩定性，減小抗體的分子量，使得ADC藥物可以早日應用于臨床。

綜上所述，動物細胞工程的應用十分廣泛。在制藥工程、檢驗醫學、食品工業等諸多領域，動物細胞工程都發揮著不可替代的作用。

4.結語

細胞工程的應用十分廣泛。利用動物細胞工程，我們實現生物制藥，高效地生產許多有用的蛋白及小分子，造福無數慢性病患者。抗體偶聯藥物是通過細胞工程相關技術制藥的典型案例，它可以治療包括腫瘤在內的多種疾病，大幅提升患者的治愈率和存活率。隨著信息技術的發展，細胞工程技術的應用將更加高效而多樣化。因此，我們應當更加深入地研究細胞工程所涉及的關鍵技術，從而改良現有的生產流程，提高所生產藥物的安全性，促進生物工程的進步。