细胞工厂培养技术在大规模细胞培养中的应用

近十几年来，由于生物制品行业的飞速发展，传统的通过生物化学技术从动物组织获取生物制品的方法已经远远不能满足市场的需求，通过动物细胞在体外大规模培养来表达特定的蛋白、单克隆抗体、干扰素及病毒疫苗制品已成为目前最普遍的技术。

动物细胞体外大规模培养技术是在人工条件下，设定pH、温度、溶氧等，在细胞培养载体（容器）中高密度大量培养动物细胞用于生产生物制品的技术。常用的大规模培养的动物细胞有鸡胚成纤维细胞、原代地鼠肾细胞等多种元代细胞，及人二倍体细胞、CHO细胞、Vero细胞等。这些细胞在疫苗生产、单抗制备、红细胞生成素等产品领域广泛应用。

目前常用的细胞大规模培养方法有转瓶培养，细胞工厂培养，生物反应器培养等。转瓶技术为传统的贴壁细胞培养技术，细胞接种在旋转的圆筒形培养器-转瓶中，培养过程中转瓶不断旋转，使细胞交替接触培养液和空气。转瓶培养具有结构简单，投资少，技术成熟，放大只需简单的增加转瓶数量等优点。但也有其缺点：劳动强度大，占地空间大，单位体积提供细胞生长的表面积小，细胞生长密度低，瓶间差异较难控制等，因而难以产业化或规模化生产。

微载体培养技术是利用片状或球状微载体使细胞贴在其表面，在生物反应器中培养的技术。高密度的微载体大大增加了细胞培养的表面积，从而实现产能的扩大。微载体技术也有一定的局限性，只有少数的经过驯化的细胞才能够在这种状态下大规模培养，同时由于细胞贴壁生长的一些特性，在扩大到一定规模时很难再继续放大，因而限制了该技术应用的范围。

细胞工厂培养技术在国外已有三十多年的应用历史，近十来年在中国开始逐渐普及。细胞工厂（CellFactory）是一种设计精巧的细胞培养装置，在有限的空间内利用了最大限度的培养表面，从而节省了大量的厂房空间，无需进行任何厂房改造即可实现扩大产能的目的。丹麦NUNC公司生产的NUNC细胞工厂是目前应用较多的细胞工厂系统。可用于如疫苗、单克隆抗体或生物制药等工业规模生产，特别适合于贴壁细胞，也可用于悬浮培养，在从实验室规模进行放大时不会改变细胞生长的动力学条件，可提供1，2，10和40层的规格使放大变得简单易行，低污染风险，节省空间，培养表面经测试保证最有利于细胞贴附和生长。特有的专利设计能有效的保证操作的无菌性，最大限度降低批间差异，实现操作规程化。同时，与NUNC的细胞工厂自动化操作设备结合使用，可全面实现细胞培养的自动化，从而大大地减低劳动强度和密集度，快速替代传统的转瓶培养技术，实现大规模的细胞培养。但细胞工厂也有一些使用的不便之处：如消化细胞时由于无法进行吹打或使用刮刀辅助，较难将细胞全部都消化下来。

细胞工厂培养技术在疫苗行业广泛应用，如甲肝疫苗，其利用细胞工厂进行细胞培养和病毒扩增的技术已经非常成熟。另外在其他基于贴壁细胞培养的疫苗生产，如水痘疫苗、麻风腮疫苗、脊灰疫苗等产品生产中逐渐替代传统的转瓶工艺，并在用生物反应器生产乙脑、狂犬疫苗的工艺中，细胞工厂也在其前期细胞快速大量扩增步骤中起到了不可替代的作用。同时，细胞工厂在细胞治疗、单克隆抗体制备等领域里，也有较好的应用。在国外，细胞工厂培养技术已经是非常成熟和普遍的体外大量培养细胞的技术。如V79-4、鸡胚成纤维细胞、L929、HEL299细胞培养、EPO表达、干细胞培养等。由于其便捷安全的操作方式，较少的占用空间，可控性好，细胞工厂已被越来越多的国内生产及科研用户接受，既有优于转瓶的优势，又没有类似生物反应器的应用限制，细胞工厂的应用将会越来越广泛，并在今后几年间迅速成为较成熟的新一代细胞培养技术。