离体微血管培养系统

微载体培养技术（micro-carrier culture technique）于1967年被用于动物细胞大规模培养。经过三十余年的发展，该技术日趋完善和成熟，广泛应用于生产疫苗、基因工程产品等。微载体培养是目前公认最具发展前途的一种动物细胞大规模培养技术，其兼具悬浮培养和贴壁培养的优点，且容易放大。该技术已广泛用于培养各类型细胞，如293细胞、成肌细胞、Vero细胞、CHO细胞。一、微载体 微载体是指直径60-250 μm，能适用于贴壁细胞生长的微珠。一般是由天然葡聚糖或者各种合成的聚合物组成。常用商品化微载体有三种：Cytodex1、2、3，Cytopore和Cytoline。二、微载体培养原理与操作 其原理是将对细胞无害的微载体颗粒加入培养容器的培养液中，作为载体，使细胞在微载体表面附着生长，同时通过持续搅动使微载体始终保持悬浮状态。 贴壁依赖性细胞在微载体表面上的增殖，要经历黏附贴壁、生长和扩增三个阶段。细胞只有贴附在固体基质表面才能增殖，因此细胞在微载体表面的贴附是进一步铺展和生长的关键。细胞主要通过静电引力和范德华力与微载体黏附，这取决于细胞与微载体的接触概率和相融性。 由于动物细胞无细胞壁，对剪切力敏感，因此微载体培养在操作中对搅拌转速及搅拌方式的要求都十分严格。微载体培养要求搅拌的速度非常慢，最大速度75 r/min。细胞微载体培养通常分为三个时期：贴壁期，过渡期和培养期。贴壁期和过渡期可以使用超低速细胞磁力搅拌系统进行培养，该系统具有超低的搅拌速度，剪切力小且能在低速下充分混匀细胞。三、微载体培养的优势产业化细胞培养首先需要提供足够大的细胞生长面积，使培养容器单位容积所提供的细胞生长面积有所增加，从而提高疫苗和生化制剂的产量；其次需要加强和改善细胞培养的环境，有利于细胞生长；第三，细胞的均一化程度要高，在一个大发酵罐内培养细胞，生长环境需一致。要满足以上三点要求，常规的培养瓶静态培养，甚至是转瓶都很难满足，而微载体培养技术则能很好的解决这些问题。总结 综上所述，微载体的优势可以归纳为以下几点：表面积/体积大，单位体积培养液的细胞产率高；把悬浮细胞和贴壁细胞培养融合在一起，兼有两者的优点；可用简单的显微镜观察细胞在微珠表面的生长情况；简化细胞生长过程中对各种环境因素的检测和控制，重现性好；培养基利用率较高；放大容易；细胞收获过程不复杂；劳动强度小；培养系统占地面积和空间小等。

单个微生物在适宜的固体培养基表面或内部生长、繁殖到一定程度可以形成肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞生长群体，称为菌落（colony）。当固体培养基表面众多菌落连成一片时，便成为菌苔（lawn）。不同微生物在特定培养基上生长形成的菌落或菌苔一般都具有稳定的特征，可以成为对该微生物进行分类、鉴定的重要依据。大多数细菌、酵母菌、以及许多真菌和单细胞藻类能在固体培养基上形成孤立的菌落，采用适宜的平板分离法很容易得到纯培养。所谓平板，即培养平板（culture plate）的简称，它是指固体培养基倒入无菌平皿，冷却凝固后，盛固体培养基的平皿。这方法包括将单个微生物分离和固定在固体培养基表面或里面。固体培养基用琼脂或其它凝胶物质固化的培养基，每个孤立的活微生物体生长、繁殖形成菌落，形成的菌落便于移植。最常用的分离、培养微生物的固体培养基是琼脂固体培养基平板。这种由Kock建立的采用平板分离微生物纯培养的技术简便易行，100多年来一直是各种菌种分离的最常用手段。　　　1. 稀释倒平板法（pour plate method）　　先将待分离的材料用无菌水作一系列的稀释（如1:10、1:100、1:1,000、1:10,000......），然后分别取不同稀释液少许，与已熔化并冷却至50℃左右的琼脂培养基混合，摇匀后，倾入灭过菌的培养皿中，待琼脂凝固后，制成可能含菌的琼脂平板，保温培养一定时间即可出现菌落。如果稀释得当，在平板表面或琼脂培养基中就可出现分散的单个菌落，这个菌落可能就是由一个细菌细胞繁殖形成的。随后挑取该单个菌落，或重复以上操作数次，便可得到纯培养。　　　2. 涂布平板法（spread plate method）　　由于将含菌材料先加到还较烫的培养基中再倒平板易造成某些热敏感菌的死亡，而且采用稀释倒平板法也会使一些严格好氧菌因被固定在琼脂中间缺乏氧气而影响其生长，因此在微生物学研究中更常用的纯种分离方法是涂布平板法。其做法是先将已熔化的培养基倒入无菌平皿，制成无菌平板，冷却凝固后，将一定量的某一稀释度的样品悬液滴加在平板表面，再用无菌玻璃涂棒将菌液均匀分散至整个平板表面，经培养后挑取单个菌落。　　3. 平板划线法（streak plate method）　　用接种环以无菌操作沾取少许待分离的材料，在无菌平板表面进行平行划线、扇形划线或其他形式的连续划线，微生物细胞数量将随着划线次数的增加而减少，并逐步分散开来，如果划线适宜的话，微生物能一一分散，经培养后，可在平板表面得到单菌落。　　　4. 稀释摇管法（dilution shake culture method）　　用固体培养基分离严格厌氧菌有它特殊的地方。如果该微生物暴露于空气中不立即死亡，可以采用通常的方法制备平板，然后置放在封闭的容器中培养，容器中的氧气可采用化学、物理或生物的方法清除。对于那些对氧气更为敏感的厌氧性微生物，纯培养的分离则可采用稀释摇管培养法进行，它是稀释倒平板法的一种变通形式* 。先将一系列盛无菌琼脂培养基的试管加热使琼脂熔化后冷却并保持在50℃左右，将待分离的材料用这些试管进行梯度稀释，试管迅速摇动均匀，冷凝后，在琼脂柱表面倾倒一层灭菌液体石蜡和固体石蜡的混合物，将培养基和空气隔开。培养后，菌落形成在琼脂柱的中间。进行单菌落的挑取和移植，需先用一只灭菌针将液体石蜡--石蜡盖取出，再用一只毛细管插入琼脂和管壁之间，吹入无菌无氧气体，将琼脂柱吸出，置放在培养皿中，用无菌刀将琼脂柱切成薄片进行观察和菌落的移植。

张韧，王建超，陈文庆，刘华杰，高飞，徐舸辰，林龙飞（北京清大天一科技有限公司，北京102200） 反应器悬浮培养技术是目前国内外疫苗生产的热点之一，它可以极大提高疫苗的质量和生产率。介绍了该技术在国内外疫苗生产中的研发和应用现状，表明国内该技术目前已经在口蹄疫疫苗生产中获得成功应用，利用MDCK、Vero等细胞培养生产禽流感疫苗的技术也正在积极研发中，并将逐步替代传统的鸡胚生产工艺。积极推广和应用这一新型疫苗生产技术将是我国兽用生物制品行业升级换代的必然趋势。 生物反应器；悬浮培养；微载体培养；口蹄疫；禽流感 在我国，细胞反应器悬浮培养和微载体培养技术在动物疫苗生产领域的研发和应用正成为行业技术革新、产业升级的重要内容。农业部公告第1708号中明确规定，自2012年2月1日起，各省级兽医行政管理部门停止转瓶培养生产方式的兽用细胞苗生产线项目兽药GMP验收申请。该公告对动物疫苗生产技术升级做出了强制性规定。本文就反应器细胞悬浮培养和微载体培养技术在口蹄疫疫苗和禽流感疫苗生产中的国内外应用和发展进行了综述，分析了动物疫苗产业发展趋势和我国疫苗产业技术升级所面临的机遇和挑战。1 反应器悬浮培养技术在口蹄疫疫苗生产中的应用口蹄疫被认为家畜传染性疾病中传染性最强的一种疾病，国际兽医局（OIE）将之列为A类传染病。2010和2011年，在亚洲、非洲都有口蹄疫局部的爆发。接种安全、高效的疫苗是预防口蹄疫疫情发生的最有效策略之一。通常主要通过浓缩技术提高口蹄疫疫苗的有效抗原量来实现其高效性；通过病毒纯化工艺、有效的病毒灭活工艺来保证疫苗的安全性。反应器悬浮培养BHK21细胞生产口蹄疫病毒能显著提高口蹄疫病毒抗原浓度。国际上先进的口蹄疫疫苗的生产工艺都采用反应器悬浮培养BHK21细胞技术、有效的病毒纯化工艺及二次病毒灭活工艺。当前，面对国内外严峻的口蹄疫防控形势，高质量的口蹄疫疫苗必将在口蹄疫防控中发挥关键作用。1.1 国外应用现状和发展趋势 BHK21细胞是繁殖口蹄疫病毒的理想宿主。20世纪60年代，许多国家实验室建立起了转瓶培养BHK21细胞繁殖口蹄疫病毒的生产系统。1962年BHK21细胞悬浮培养成功，细胞增殖迅速，并成功应用于口蹄疫病毒的生产。反应器悬浮培养BHK21细胞生产口蹄疫病毒也就成为最普遍的口蹄疫疫苗生产方式，主要集中在印度、土耳其、巴西、阿根廷等国家（表1）。印度口蹄疫生产企业使用8000L反应器生产口蹄疫疫苗，南美口蹄疫疫苗生产企业一般采用3000~5000 L反应器生产口蹄疫疫苗，口蹄疫病毒抗原146S浓度大约在2 μg/mL。因为口蹄疫疫苗保护力与146S有正相关性，这些企业根据口蹄疫病毒146S来配制疫苗有效地保证了疫苗的质量。表1 国外部分悬浮培养BHK21细胞生产口蹄疫疫苗企业及其生产工艺http://img.dxycdn.com/trademd/upload/userfiles/image/2013/08/A1375859824_small.jpg*来自作者所属公司的客户信息调查但是，这种20世纪60年代开发的口蹄疫疫苗生产工艺延续至今，存在许多技术上的缺陷。国外口蹄疫疫苗生产使用的BHK21细胞培养液是添加磷酸肉汤（Tryptosephosphate broth, TPB）或水解乳蛋白（Lactalbumin hydrolysate, LAH）的GMEM及EMEM，再补加5%~10%牛血清（表1）。不同批次间血清质量差异引起细胞培养效果不稳定，导致影响疫苗生产工艺的稳定性和疫苗质量。疫苗中残留的血清蛋白使接种动物过敏反应升高，一定程度上影响疫苗的安全性。在口蹄疫强制免疫的国家，牛血清中存在含有抗口蹄疫病毒抗体的可能性，不仅影响病毒繁殖，而且可能导致口蹄疫病毒在抗体压力下选择性变异。牛血清中潜在污染朊病毒或疯牛病病毒可给动物疫苗带来潜在的生物危害，TPB或LAH等动物来源成份也存在安全隐患。为提升产品质量及安全性，目前国外多数口蹄疫疫苗生产厂家急于将现使用的含血清生产工艺升级为不含血清生产工艺。自从20世纪的80年代起，细胞培养基（液）发展迅速，低血清细胞培养基、无血清细胞培养基、无血清无动物来源成分细胞培养基已商品化，为疫苗生产中少使用或不使用血清奠定了物质基础。1.2 国内应用现状 默克密理博北京清大天一科技有限公司（以下简称“清大天一”）在国内较早开发了BHK21低血清细胞培养基和BHK21无血清无动物来源成分细胞培养基。2008年，清大天一开发了BHK21低血清细胞培养基及反应器悬浮培养BHK21技术，并于2009年成功应用到国内一家口蹄疫疫苗生产企业中。使用该工艺生产的口蹄疫抗原146S浓度可以达到3 μg/mL左右，工艺全过程管道化操作，产品内毒素含量低，口蹄疫疫苗生产和质量显著提高，同时生产成本下降30%。2009年，清大天一成功开发了BHK21无血清无动物来源成分培养基和反应器无血清悬浮培养BHK21细胞技术，并 2010年成功应用到国内某口蹄疫生产企业。相比于含血清悬浮培养工艺，无血清悬浮培养工艺具有巨大的技术优势。从种子库复苏BHK21细胞开始，到口蹄疫病毒繁殖、直至收获的全过程，不添加任何的血清和动物来源成分，消除了血清抗体对病毒繁殖的干扰，同时减轻了纯化压力。无血清悬浮培养BHK21细胞的细胞密度可以达到5×106~6×106/mL以上，为生产高浓度口蹄疫疫苗奠定了技术基础。图1是反应器无血清培养BHK21细胞生产口蹄疫病毒的工艺流程图，相比于含血清口蹄疫病毒生产工艺，因实现细胞无血清培养，工艺过程无需沉降换液。 http://img.dxycdn.com/trademd/upload/userfiles/image/2013/08/A1375859832_small.jpg 图1 4000L反应器无血清悬浮培养BHK21细胞生产口蹄疫病毒工艺流程目前国内某企业使用该工艺生产的口蹄疫疫苗正处于报批阶段，其他多家口蹄疫疫苗生产企业及研究单位也在研发或寻求无血清悬浮培养生产口蹄疫疫苗的工艺。