細胞工程在制藥方面的研究

摘 要：細胞工程在醫(yī)藥領(lǐng)域發(fā)揮的重要作用，在我國的醫(yī)藥研發(fā)中細胞工程為以生物制藥的發(fā)展提供了相當(dāng)多的理論與技術(shù)支持，促進了我國醫(yī)藥行業(yè)的發(fā)展。本文主要總結(jié)了細胞工程中關(guān)于動物細胞工程與植物細胞工程近年來的研究現(xiàn)狀，以及對未來細胞工程應(yīng)用在制藥方面的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：細胞融合;細胞核移植;轉(zhuǎn)基因

一、歷史沿革

細胞工程是應(yīng)用細胞生物學(xué)、遺傳學(xué)和分子生物學(xué)的理論和方法，從細胞水平上對細胞進行大規(guī)模培養(yǎng)和分子水平上的基因改造。[1]現(xiàn)今當(dāng)生命科學(xué)的理論知識與應(yīng)用技術(shù)飛速發(fā)展后，細胞工程中以細胞培養(yǎng)為主的技術(shù)手段日益成熟。特別是動物細胞的培養(yǎng)研究有相當(dāng)可觀的效果，其應(yīng)用發(fā)展前景有無限的未來。以細胞工程制藥技術(shù)為例，細胞工程制藥技術(shù)是在制藥工業(yè)的基礎(chǔ)上以細胞工程技術(shù)來進行藥物的開發(fā)、研究與生產(chǎn)。細胞工程是以細胞為基礎(chǔ)單位，依據(jù)人類的利益與需求，使用分子生物學(xué)、細胞生物學(xué)等學(xué)科理論知識與實際技術(shù)，對細胞進行某個方向的設(shè)計與操作以改變該種細胞的遺傳特性，使其之前的能力退化或加強以及達到增加或減少某一特定產(chǎn)物，使該細胞在離體環(huán)境下大量培養(yǎng)增殖，并生產(chǎn)為人類使用的產(chǎn)品的一門技術(shù)和應(yīng)用科學(xué)。它分為上游工程與下游工程、細胞培養(yǎng)、細胞遺傳操作與細胞保藏為上游，將轉(zhuǎn)化好的細胞用以生產(chǎn)實踐中進行生產(chǎn)的過程為下游，現(xiàn)今細胞工程主要的技術(shù)領(lǐng)域有細胞器特別是細胞核移植技術(shù)、轉(zhuǎn)基因技術(shù)染色體改造技術(shù)、細胞融合技術(shù)和細胞大量培養(yǎng)技術(shù)等。

二、現(xiàn)狀

（一）動物細胞工程研究現(xiàn)狀

（1）細胞融合。細胞融合是指使用人工或自然發(fā)生的使兩個以及多個不同細胞互相融合，成為一個細胞的過程。常被用來進行單克隆抗體的生產(chǎn)，生成新的融合物種，或者產(chǎn)生新的細胞系等。細胞融合是我國目前動物細胞工程研究中最成熟的技術(shù)。淋巴細胞雜交瘤是在國內(nèi)開展研究與應(yīng)用工作最為普遍的一項技術(shù)。其在國內(nèi)培育了相當(dāng)數(shù)量的雜交瘤細胞株系且實用價值較高，這些雜交瘤細胞株系主要被用于進行單克隆抗體的生產(chǎn)，其生產(chǎn)的單克隆抗體對于一些特殊的疾病具有很好診斷與治療效果。例如：國內(nèi)的腫瘤疫苗、甲肝病毒單克隆抗體、抗人IgM單克隆抗體等都利用了單克隆抗體技術(shù)。依據(jù)國內(nèi)的生產(chǎn)研究技術(shù)發(fā)展成熟，單克隆抗體的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)已經(jīng)初具規(guī)模。

（2）細胞核移植。核移植技術(shù)是指，將一個動物細胞的細胞核，移植到另外一個卵細胞中，并進行生長發(fā)育的過程。核移植技術(shù)主要被用來進行生物反應(yīng)器的制備，其具有廣闊的發(fā)展前景。市場調(diào)查發(fā)現(xiàn)研制乳腺生物反應(yīng)器是最被看好的轉(zhuǎn)基因制藥生產(chǎn)方向，使用乳腺生物反應(yīng)器來進行基因工程中人類蛋白質(zhì)藥物的生產(chǎn)，相比于微生物發(fā)酵與動物細胞培養(yǎng)技術(shù)來進行的藥物生產(chǎn)，能夠極大的降低生產(chǎn)成本。由于顯微注射技術(shù)一直是乳腺生物反應(yīng)器生產(chǎn)的僅有實用手段，但顯微注射技術(shù)本身具有，設(shè)備精密昂貴，操作技術(shù)偏難，每次操作的細胞數(shù)量有限等難以量產(chǎn)的缺點，導(dǎo)致乳腺生物反應(yīng)器未能具有較大長遠的發(fā)展。基因打靶技術(shù)與核移植技術(shù)進行結(jié)合，可能是乳腺生物反應(yīng)器未來發(fā)展的主要方向，基因打靶技術(shù)在消除位點效應(yīng)，降低成本，與外援基因定點整合等方面具有明顯的優(yōu)勢。在國內(nèi)魚類新品種的培養(yǎng)應(yīng)用的核移植技術(shù)具有相當(dāng)充足的研究基礎(chǔ)，除魚類外，我國對于哺乳動物的核移植技術(shù)也具有許多成熟的經(jīng)驗，特別是體細胞克隆技術(shù)迅猛發(fā)展，在老鼠、山羊、牛等動物的體細胞克隆中皆已取得成功案例。

（3）轉(zhuǎn)基因動物。轉(zhuǎn)基因動物是指，人為干涉，以技術(shù)手段將外源基因整合到動物細胞基因組中，并能穩(wěn)定遺傳給子代的技術(shù)。21世紀最具前景的制藥技術(shù)是基于轉(zhuǎn)基因動物的來進行生產(chǎn)的轉(zhuǎn)基因藥物。在70年代后期，DNA重組技術(shù)的出現(xiàn)，給基因工程藥物的誕生創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件，而具有高效率，高產(chǎn)值特色的基因工程藥物，沖擊現(xiàn)有藥物生產(chǎn)帶來了一場藥物生產(chǎn)的革命，直接推動了整個醫(yī)藥行業(yè)的迅猛發(fā)展。迄今利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)生產(chǎn)藥物的發(fā)展歷程分為三個階段，第一階段是細菌基因工程，第二階段是細胞基因工程，而轉(zhuǎn)基因動物就屬于第三個階段，在動物的眾多器官中最適合被用來進行轉(zhuǎn)基因藥物的生產(chǎn)場所就是乳腺，動物的乳腺屬于外分泌器官，其分泌的乳汁不會進入動物體內(nèi)參與物質(zhì)循環(huán)，轉(zhuǎn)基因后的藥物分布在乳汁中隨著乳汁分泌到動物體外，而不會因為藥物對動物自身的生理代謝產(chǎn)生影響，通過乳汁獲取的轉(zhuǎn)基因藥物具有產(chǎn)量高、易提純、生物活性穩(wěn)定的優(yōu)點。

（4）動物細胞培養(yǎng)。動物細胞培養(yǎng)是指具有生命活性分散開的動物細胞，在體外經(jīng)過人工培養(yǎng)下生長、增殖的過程。1970年Harrison等人以淋巴液為基礎(chǔ)作為培養(yǎng)基對蛙胚神經(jīng)組織進行體外培養(yǎng)，開啟了動物細胞培養(yǎng)的技術(shù)性發(fā)展，經(jīng)過一個多世紀以來的發(fā)展，細胞培養(yǎng)技術(shù)已經(jīng)步入成熟，并且開始了自動化，多樣化乃至規(guī)模化的生產(chǎn)。現(xiàn)已廣泛的應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)的研究與應(yīng)用中，動物細胞培養(yǎng)技術(shù)所生產(chǎn)的激素、生長因子、酶、干擾素、單克隆抗體等，皆為高技術(shù)醫(yī)藥生物產(chǎn)業(yè)的重要部分，世界關(guān)于生物技術(shù)產(chǎn)品的50%以上銷售產(chǎn)值都由此創(chuàng)造。

鑒于動物細胞培養(yǎng)技術(shù)獨特的生物學(xué)特性，不同產(chǎn)品的復(fù)雜程度與質(zhì)量要求相差很大，現(xiàn)有的動物細胞培養(yǎng)技術(shù)還難以滿足特殊高價值醫(yī)藥生物制品大規(guī)模生產(chǎn)的要求，促使動物細胞培養(yǎng)技術(shù)進行進一步的研究與發(fā)展，時至今日我國動物細胞培養(yǎng)技術(shù)研究發(fā)展所關(guān)注的點在三個方面，分別是提高產(chǎn)率、優(yōu)化培養(yǎng)環(huán)境、保證質(zhì)量的一致性。

（二）植物細胞工程研究現(xiàn)狀

（1）植物細胞培養(yǎng)生產(chǎn)藥用成分。植物細胞的大量培養(yǎng)是指，利用植物細胞，以現(xiàn)代生物工程技術(shù)手段來進行大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，來獲得人類所需產(chǎn)品的技術(shù)。1956年Routier與Nickell首次提出以植物細胞培養(yǎng)物來合成藥物，而后在1967年Kaul與Staba采用了多升發(fā)酵罐對AmmiVisnaga進行了大規(guī)模細胞培養(yǎng)的研究，并通過培養(yǎng)得到了呋喃色酮[1-2]。作用于肺癌、卵巢癌、乳腺癌的抗癌藥物紫杉醇，具有廣譜、低毒、高效的優(yōu)點，其作用機制獨特。被譽為20世紀90年代國際抗腫瘤藥物的三大成就之一，紫杉醇的來源問題一直是當(dāng)代研究的熱點，而植物細胞培養(yǎng)技術(shù)為公認的一種具有可將紫杉醇量產(chǎn)的有希望的方法。通過植物細胞培養(yǎng)技術(shù)有些藥物已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)化的生產(chǎn)，例如黃連細胞培養(yǎng)物進行生產(chǎn)的黃連堿、人參根細胞培養(yǎng)物進行生產(chǎn)的人參皂苷等，而有一些藥物也已經(jīng)達到了中試的水平，例如青蒿生產(chǎn)青蒿素、丹參生產(chǎn)丹參酮、三七生產(chǎn)皂苷、紫草生產(chǎn)萘醌等。

（2）植物快速繁殖技術(shù)。植物快速繁殖技術(shù)多被應(yīng)用于高附加值的經(jīng)濟植物，一些瀕危物種，轉(zhuǎn)基因植物繁殖，或者進行育種脫毒等操作中。植物快速繁殖技術(shù)在植物細胞工程中是相當(dāng)廣泛應(yīng)用的一種技術(shù)，將植物快速繁殖技術(shù)與超低溫保存種質(zhì)法結(jié)合起來，可以實現(xiàn)植物種質(zhì)資源的長時間保存于利用。在我國進行植物快速繁殖技術(shù)研究比較早，在20世紀70年代中期對植物規(guī)模化快速繁殖脫毒研究就已經(jīng)開始了。其研究的植物種類包含花卉、果樹、林木、蔬菜以及藥用植物等，其中蘭花、香蕉、脫毒馬鈴薯、蘋果、草莓、葡萄等規(guī)模較大。植物種質(zhì)資源的保存是植物遺傳育種與生物的多樣性保護的基礎(chǔ)，種質(zhì)超低溫保存技術(shù)保存的種質(zhì)遺傳穩(wěn)定，其保存技術(shù)高效。超低溫保存種質(zhì)在節(jié)省時間，人力與物力方面優(yōu)勢明顯，是中長期種質(zhì)保存方法的優(yōu)質(zhì)選擇。

（3）轉(zhuǎn)基因植物。轉(zhuǎn)基因植物是指，利用基因工程技術(shù)將目的基因?qū)胫参锸荏w細胞中，以培育出能夠穩(wěn)定表達目的基因的植物。在我國對于轉(zhuǎn)基因植物的研究較晚，但經(jīng)過國家的重點扶持，較早的列入了“863”計劃中，目前國內(nèi)的轉(zhuǎn)基因植物技術(shù)研究也是在快速發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，在近幾年我國所研究的轉(zhuǎn)基因植物具有52種，其中前3位的植物是：棉花、水稻與玉米拿到國家商品化生產(chǎn)許可的有抗病毒甜椒、抗病毒木瓜、抗蟲棉花、轉(zhuǎn)查爾酮合成酶基因矮牽牛等。

轉(zhuǎn)基因植物進行生產(chǎn)的優(yōu)勢在于：①相比于動物細胞培養(yǎng)而言，植物細胞培養(yǎng)易于成活，利于進行遺傳操作。②植物細胞具有全能性，能夠培育出完整植株。③植物種子容易儲存，利于產(chǎn)物的儲存于運輸。④轉(zhuǎn)基因動物技術(shù)存在產(chǎn)生新型基因動物病毒的風(fēng)險，而轉(zhuǎn)基因植物風(fēng)險較低。⑤植物生長發(fā)育周期短，利于篩選與調(diào)試轉(zhuǎn)基因植株。

（4）植物生物反應(yīng)器。植物生物反應(yīng)器是指通過植物細胞懸浮培養(yǎng)技術(shù)，培養(yǎng)的天然的或轉(zhuǎn)基因的植物細胞，組織或整個植株作為“工廠”來大量生產(chǎn)人類所需產(chǎn)品。在我國植物生物反應(yīng)器的研究于20世紀90年代初期開始，目前在培育轉(zhuǎn)基因植物和構(gòu)建高效植物表達載體等主要技術(shù)方面與國外技術(shù)相差很小，但是對于植物生物反應(yīng)器研究與應(yīng)用的積累上與國外發(fā)達國家還存在較大差距，在國家通過“九五”計劃對植物生物反應(yīng)器進行政策扶持后，目前已經(jīng)取得的成果有：①使馬鈴薯與番茄導(dǎo)入乙型肝炎病毒包膜蛋白的基因，并獲得高效表達的外源基因植株。②使馬鈴薯導(dǎo)入產(chǎn)毒素大腸桿菌熱敏毒素b亞基及定居因子CS6B抗原蛋白基因，并獲得高效表達重組抗原蛋白的馬鈴薯植株。③得到了口蹄疫流行株的基因文庫并得到了O型口蹄疫口服疫苗VP1基因，可作為疫苗研究進行轉(zhuǎn)基因表達蛋白。[3]

三、展望

在傳統(tǒng)制藥工業(yè)中，隨著細胞工程藥物的研究與應(yīng)用一定會帶來新一輪的技術(shù)革命以推動整個制藥行業(yè)的發(fā)展，并會在人類的醫(yī)藥保健行業(yè)中的重要性會越來越大。從目前的醫(yī)藥行業(yè)的發(fā)展趨勢來進行分析與推導(dǎo)，我國將來細胞工程制藥領(lǐng)域應(yīng)該重視的方向是：

（1）研發(fā)與制造源化抗體，增加治療效果，得到更加適合于人體使用的抗體藥物。

（2）利用細胞工程技術(shù)，繁殖保護制藥中瀕臨滅絕的植株，擴增數(shù)量稀少但其附加值高的新型藥物，滿足臨床需求，以及對傳統(tǒng)藥材進行轉(zhuǎn)基因研究增加或加強其藥用功能。

（3）加強動物細胞的制藥研究，動物細胞與植物細胞相比較更加貼合人體，發(fā)展轉(zhuǎn)基因動物產(chǎn)業(yè)可獲得高利潤的回報。

參考文獻：

邱忠毅.細胞工程技術(shù)的應(yīng)用[J].生物化工，2018，004（004）：140-143.

成靜，郭勇.植物細胞工程藥物生產(chǎn)的研究進展[J].江西科學(xué)，2000（1）：60-62.

靳坤，李洋，李乾，等.我國生物制藥研究進展及展望[J].現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進展，2012（2）：370-372，376.

作者簡介：李從林（1998— ），男，土家族，湖北人，本科在讀，研究方向：生物醫(yī)藥。