动物细胞技术（animal cell technology），有时也称细胞工程（Cytotechnology），是生物技术领域中重要的组成部分，它是利用动物细胞体外培养和扩增来生产生物产品，或者作为发现和测试新药的工具。如今这一技术已广泛应用于现代生物制药的研究和生产中。它的应用大大减少了用于疾病预防、治疗和诊断的实验动物，为生产疫苗、细胞团子乃至人选组织等产品提供了强有力的工具。DJy江苏省大港中学
1 动物细胞技术的历史DJy江苏省大港中学
动物细胞技术的开始：疫苗DJy江苏省大港中学
在疫苗产业早期，往往利用 动物来生产疫苗，如用家兔人工感染狂犬病毒生产狂犬疫苗，用奶牛来生产天花疫苗，用某些细菌接种到动物身上来生产抵抗该种细菌的疫苗。在1920年至1950年，已经开发了多种病毒或细菌疫苗，如伤寒疫苗、肺结核疫苗、破伤风疫苗、霍乱疫苗、百日咳疫苗、流感疫苗和黄热病疫苗等。DJy江苏省大港中学
早在1950年代，已经能够利用动物细胞培养技术来生产病毒。先在反应器中大规模培养动物细胞，待细胞长到一定密度后，接种病毒，病毒利用培养的细胞进行复制，从而生产大量的病毒，这一突破是动物细胞技术或细胞工程的真正开始。基于动物细胞技术生产的病毒疫苗包括减毒的活病毒，或是灭活的病毒。在过去的30多年时间内，用动物细胞技术生产的疫苗挽救了几百万人和动物的生命。1950年至1985年期间，细胞工程及其他技术的进步，生产了多种人用疫苗来预防脊髓灰质炎、麻疹、腮腺炎、风疹、乙肝和带状疮疹等，并用于生产多种兽用疫苗（表1）。 表1 动物细胞培养技术生产的疫苗---------------------------------------------------------------- 人用疫苗 兽用疫苗----------------------------------------------------------------狂犬病疫苗 风疹疫苗 乙肝疫苗 口蹄疫疫苗腮腺炎疫苗 脊髓灰质炎疫苗 带状炮疹疫苗 Marek`s病疫苗甲肝疫苗 黄热病疫苗 腺病毒疫苗 假性狂犬病疫苗脑炎疫苗 麻疹疫苗 日本脑炎疫苗 犬细小病毒登革热疫苗----------------------------------------------------------------DJy江苏省大港中学
在动物细胞技术早期，一般培养原代细胞，例如，生产脊髓灰质炎疫苗的细胞取自猴肾，细胞培养几天后用病毒感染，扩增大量病毒用于制备疫苗。虽然动物细胞技术发展迅猛，大大降低了实验动物的用量，提高了生产效率，但由于原代细胞增殖能力有限，一般只能通过简单增加动物的数量来增加产量。而使用具有无限增殖潜力的细胞系，则使疫苗生产得到飞跃。某些来自人体或动物体内的细胞，在一定条件下的体外培养后，可以获得无限增殖的潜力，用它们来生产疫苗可以大大降低实验动物的用量。更为重要的是，用动物细胞体外大规模培养技术生产的疫苗可以保证质量，因为所用的细胞性质均一，经过严格的安全检验，克服了动物个体间的差异产生的疫苗质量不稳定的问题，并且大大降低了来自动物的病原体传染给使用者的可能性。DJy江苏省大港中学
用类似的细胞培养技术可生产酶、细胞因子、抗体等生物制品，而先决条件是能够获得可分泌目标蛋白的细胞系。但是，在基因工程技术出现之前，细胞表达蛋白的水平很低，因而用这种工艺生产蛋白制品产量低、成本高，因此早期的动物细胞技术只用于疫苗及少量的干扰素和尿激酶的生产。DJy江苏省大港中学
新技术的出现和进步促进了动物细胞技术的应用DJy江苏省大港中学
1970年代的两项划时代的科学发现——基因重组技术和杂交瘤技术大大促进了动物细胞技术的进步以及在工业领域的应用，使得动物细胞大规模培养技术在生产疫苗，尤其在生产天然的用于诊断和治疗疾病的生物制品中具有举足轻重的作用。表2列出了用细胞培养技术生产的产品，包括治疗心肌梗塞的t-PA，治疗囊性纤维化的DNases，治疗贫血的EPO，治疗血友病的凝血因子VⅢ和IX，治疗癌症和病毒性疾病如乙肝的干扰素，以及治疗身材矮小的人生长激素。动物细胞技术还用于生产许多诊断和治疗疾病的单克隆抗体。用于生化检测的单抗有几千种，而单抗用于人体疾病治疗是近几年来生物制药的一个重要领域，有几十种单抗药物正处于临床试验中。从1986年FDA批准第一种单抗治疗药物——用于器官移植治疗、可以抑制排斥反应的抗CD3单克隆抗体OK-T3以来，已有9种治疗用单抗药物获得FDA批准。另外，许多将病毒的抗原决定簇基因转染到宿主细胞体内，用于生产安全性更高、疗效更好的基因工程疫苗也正在开发之中。表3为正在开发中的产品。 表2 动物细胞培养技术生产的治疗用生物制品---------------------------------------------------------------- 生物制品 适用症----------------------------------------------------------------组织型纤溶酶原激活剂（t-PA） 肺部栓塞和急性心肌梗塞干扰素-alpha 癌症和病毒性疾病如乙肝干扰素-gamma 肉芽肿性疾病、病毒性疾病加湿性丙肝、癌症凝血因子IX（factor IX） 血友病B促生长索 矮小病DNase 囊性纤维化单抗Orthoclone （OK-T3） 移植排斥单抗ReoProTM（Abciximab） 高危险血管成型术单抗Rcmicade （infliximab） 局限性回肠炎，瘘管单抗SynagisTM（palivizumab） RSV感染单抗Herceptin（trastuzumab） 乳腺癌组织工程软骨CarticelTM 修复软骨组织促红细胞生成素（EPO） 与肾性疾病、肿瘤和艾滋病相关的贫血干扰素-beta 癌症、多发性硬化症凝血因子Ⅷ（factor Ⅷ） 血友病A人生长激素 儿童生长缺陷 粒细胞集落刺激因子（G-CSF） 嗜中性白血球减少症葡萄脑苷脂酶 I型Gaucher`s病单抗Panorex 结肠癌单抗RituxanTM（Rituximab） 非霍奇金淋巴瘤单抗Simulect（basiliximab） 移植排斥单抗Zenapax（Dalizumab） 移植排斥组织工程皮肤Apligraf 深度溃疡、顽固性溃疡抗体诊断试试 各种疾病的体内成像试剂， 例如结肠癌、前列腺癌、乳腺癌 的定 位，各种疾病的体外检测，如早孕， 乙肝、艾滋病等检测----------------------------------------------------------------表3 正在开发的用动物细胞培养技术生产的部分生物制品----------------------------------------------------------------产品 适用症----------------------------------------------------------------凝血因子Ⅶ，因子Ⅸ 血友病血小板生成素 血小板增殖各种白细胞介素 癌症、血液细胞疾病、炎症等疫苗 艾滋病疫苗，多价或单价疫苗等单克隆抗体，包括 治疗和诊断癌症、脓毒症、风湿性关节炎、自身免疫基因工程单克隆抗体 性疾病、结肠炎、器官移植免疫排斥抑制剂等等基因治疗载体 基因治疗癌症、囊性纤维化疾病等的载体组织工程产品 生物人靠组织或器官生长因子和激素 癌症、伤口治疗、传染性疾病、骨髓移植、 生长紊乱、多囊性 卵巢疾病滤泡刺激激素 不孕症尿型纤溶酶原激活剂 溶解血栓（ u-PA）CD4免疫粘附剂 艾滋病可溶性受体 癌症、传染性疾病、炎症、脓毒症干细胞或体细胞扩增、 干细胞治疗，如治疗帕金森综合症、细胞治疗 糖尿症 、阿尔茨海默病等，免疫细胞治 疗，如癌症、乙肝、艾滋病等的治疗----------------------------------------------------------------DJy江苏省大港中学
为什么选择动物细胞来生产生物制品DJy江苏省大港中学
有多种宿主系统可供DNA重组技术选择，来表达目的蛋白。常见的宿主系统有：细菌、酵母、霉菌、丝状真菌、植物细胞、哺乳动物细胞以及动、植物。各种表达系统各有利弊，主要应考虑产品的特性来选择。细菌等原核表达系统繁殖快、易于培养，但表达的蛋白质缺乏转录后的修饰，如缺乏蛋白质限制性酶切位点、二硫键、特殊的糖基化、磷酸化、酰胺化作用于及形成天然蛋白质精确的三维结构的环境等。而许多蛋白的生物活性与转录后的修饰有关，并且原核系统表达的蛋白一般为胞内产物，需要破碎细胞才能提取产物，给产物的分高纯化带来困难，同时还容易受到外源毒素的污染。而真核表达系统表达的蛋白具有转录后的修饰作用，与人体自身分泌的天然蛋白无论在结构和功能上都非常近似（因而美国FDA倾向在21世纪都采用真核表达系统生产蛋白质药物），几乎所有用原核细胞表达的蛋白均可采用真核表达系统生产，反之则不尽然。并且，用动物细胞表达系统表达的蛋白都是胞外分泌的，产物的分离纯化过程非常简单，但是，由于细胞大规模培养技术比较复杂，目前仍处于发展完善阶段，因而许多重组蛋白仍选用原校表达系统生产。DJy江苏省大港中学
原核表达系统一般用于小分子、结构简单的蛋白生产，蛋白转录后无需修饰，如胰岛素。而真核表达系统主要用于生产大分子、结构复杂的蛋白，并且转录后的修饰对蛋白的生物活性具有重要影响，如组织型纤溶酶原激活剂（tPA）、促红细胞生成素等（EPO）。DJy江苏省大港中学
某些蛋白既可用原核表达系统，也可用真核表达系统来生产，如a-干扰素、人生长激素等，它们不需要转录后的修饰便具有生物活性。在这种情况下，应综合考察生产的经济成本和技术难易等因素来选择表达系统。表4列出了各种表达系统的优缺点。 表4 生产量组蛋白的各种表达系统的一般特点------------------------------------------------------------------------- 酵母和丝状真菌 细菌 大肠杆菌 动物细胞-------------------------------------------------------------------------蛋白结构的正确性（正确 不定 不定 不定 确定折叠、二硫键正确配对等）N未端甲硫氨酸的去除 确定 不定 不定 确定胞外分泌型产物 不定 不定 极少 确定蛋白转录后的修饰， 不定，但糖基化组 没有 没有 有 如糖基化 成和结构与哺乳动 物细胞表达的蛋白 不同 培养时间 几天 几十小时 几十小时 几周-几月----------------------------------------------------------------------------DJy江苏省大港中学
今天动物细胞技术已经在生物制药领域发挥了巨大作用，由动物细胞大规模培养技术生产的产品在生物高技术产品中的销售额在1990年便已超过50 ％。更为重要的是，许多细胞工程产品在以前不可能获得足够的数量用于治疗，或者生产成本极其昂贵!DJy江苏省大港中学 |
