動(dòng)物細胞和植物細胞工程制藥探討論文

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　　摘要：

　　細胞工程是生物制藥工業(yè)中的關(guān)鍵技術(shù)，其在醫藥領(lǐng)域的應用使得生物制藥行業(yè)得到了極大的發(fā)展，細胞工程制藥前景廣闊。通過(guò)對相關(guān)文獻和數據的整理和分析，概述了細胞工程制藥領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)及其在生物制藥工業(yè)中應用的意義與展望。

　　關(guān)鍵詞:

　　細胞工程;生物制藥;動(dòng)物細胞工程;植物細胞工程;轉基因;反應器;

　　1、生物制藥及細胞工程概述

　　生物制藥是生物技術(shù)的綜合利用，從生物體、生物組織、細胞和體液中分離出有效成分，制備用于預防、治療和診斷的產(chǎn)品[1]。天然的生物材料賦予了生物制藥安全性高、副作用小、營(yíng)養價(jià)值較高的特點(diǎn)，這些顯著(zhù)的優(yōu)勢使生物藥物越來(lái)越受人們的青睞，這也是生物藥物市場(chǎng)不斷擴大的重要原因之一。

　　細胞工程是以細胞為研究對象，按照需求利用細胞和分子生物學(xué)的理論設計和操作，使細胞在遺傳學(xué)上的特性發(fā)生變化，達到改良或創(chuàng )造新品種的目的，在大規模地培養和繁殖后，最終提取出對人類(lèi)有利的產(chǎn)品。在工業(yè)上，主要包括上游工程(包括細胞培養、遺傳操作和保存)和下游工程(包括轉化細胞在生物制品生產(chǎn)中的應用)[2]。如今，細胞工程在生物制藥工業(yè)發(fā)揮著(zhù)不可替代的作用。

　　2、動(dòng)物細胞工程制藥

　　2.1、動(dòng)物細胞工程制藥的概述及早期發(fā)展

　　動(dòng)物細胞工程制藥最早能夠追溯到20世紀50年代，用動(dòng)物細胞生產(chǎn)病毒，也就是在生物反應器中培養動(dòng)物細胞，進(jìn)行大規模培養后，再接種減毒或滅活的病毒來(lái)生產(chǎn)疫苗[3]。常見(jiàn)的動(dòng)物細胞培養技術(shù)流程，一般是先將動(dòng)物組織分散成單個(gè)細胞、細胞群(團)后，接種于培養基中進(jìn)行原代培養，再經(jīng)過(guò)10～50代的傳代培養，就初步得到了需要的細胞系。然而，由于自然界的細胞普遍表達水平低，通過(guò)這種方法生產(chǎn)的產(chǎn)品不僅產(chǎn)量低，而且成本高，因此，早期動(dòng)物細胞培養并沒(méi)有得到充分的重視。

　　2.2、雜交瘤技術(shù)

　　雜交瘤技術(shù)在20世紀70年代的創(chuàng )建，是動(dòng)物細胞技術(shù)發(fā)展新的里程碑。隨著(zhù)雜交瘤技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應用，各種新產(chǎn)物相繼出現，在生產(chǎn)用于疾病診斷和治療的生物制品中具有重要意義[3]。1984年的諾貝爾生理學(xué)或醫學(xué)獎頒給了創(chuàng )立抗原選擇抗體學(xué)說(shuō)以及發(fā)明單克隆抗體技術(shù)的3位科學(xué)家。他們提出將能夠分泌特異性抗體的B淋巴細胞與能夠無(wú)限增殖的骨髓瘤細胞融合篩選，形成能產(chǎn)生特定抗體的雜交瘤細胞。這種方法得到的融合細胞可以穩定生產(chǎn)特異性強、效價(jià)高的單克隆抗體。

　　2.3、動(dòng)物細胞大規模生產(chǎn)技術(shù)

　　動(dòng)物細胞大規模生產(chǎn)指在人工條件下，在細胞生物反應器內大量培養有用的動(dòng)物細胞，是生產(chǎn)藥品的技術(shù)，也是制藥業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)。由于動(dòng)物細胞對外界環(huán)境變化高度敏感，細胞培養放大工藝需要從實(shí)驗室規模逐級放大到生產(chǎn)規模，各個(gè)反應器中工藝的差別成為目前放大過(guò)程的一大技術(shù)挑戰[4]。通過(guò)動(dòng)物細胞生產(chǎn)生物制品已成為全球生物產(chǎn)業(yè)的主要支柱，目前通過(guò)動(dòng)物細胞培養獲得較多的生物制劑是蛋白和抗體。

　　2.4、動(dòng)物生物反應器

　　動(dòng)物生物反應器可以從轉基因動(dòng)物體內源源不斷地獲得人類(lèi)需要的某種蛋白，并進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)蛋白質(zhì)。依據產(chǎn)生蛋白部位的不同，可分為多種類(lèi)型的生物反應器，如血液生物反應器、唾液腺生物反應器等�？茖W(xué)家發(fā)現，由于雌性動(dòng)物的乳腺能夠高效表達重組蛋白并進(jìn)行一定的修飾，乳腺生物反應器成為最被看好的生物反應器發(fā)展方向。隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，乳腺生物反應器的產(chǎn)物已經(jīng)擴大到了抗凝血酶、凝血因子、人蛋白，還有各種溶菌酶、超氧化物歧化酶、干擾素等許多具有極高醫用價(jià)值的酶或細胞因子。作為一種全新的生物生產(chǎn)模式，由于其在生產(chǎn)天然產(chǎn)物時(shí)的高產(chǎn)量、低成本的優(yōu)勢[5]，乳腺生物反應器在生物醫藥行業(yè)將得到更廣泛的應用。

　　2.5、動(dòng)物細胞核移植

　　動(dòng)物細胞核移植在細胞工程中同樣具有良好的前景。將動(dòng)物的供體細胞核取出，注入另一個(gè)去核并且處于減數分裂中期的卵母細胞，改變細胞的遺傳特性，以產(chǎn)生新產(chǎn)品，再將其進(jìn)行體外培養、繁殖、純化、提取，最終用于疾病治療。我國對魚(yú)類(lèi)的核移植研究最早，“中國克隆之父”童第周在20世紀60年代就完成了世界上第一例魚(yú)類(lèi)細胞核移植。后來(lái)，我國學(xué)者又嘗試在其他多種品系魚(yú)類(lèi)之間進(jìn)行核質(zhì)融合實(shí)驗，并利用模式動(dòng)物斑馬魚(yú)，揭示魚(yú)類(lèi)核移植后再程序化的分子機制，取得了巨大的研究成果，推動(dòng)了魚(yú)類(lèi)核移植技術(shù)及其他相關(guān)領(lǐng)域的快速發(fā)展[6]。如今，動(dòng)物細胞工程在生物制藥領(lǐng)域意義重大。由于動(dòng)物細胞結構的復雜性和分工的明確[7]，動(dòng)物細胞工程具有巨大的優(yōu)勢。

　　3、植物細胞工程制藥

　　3.1、植物細胞工程制藥的概述及早期發(fā)展

　　將植物直接入藥或者從植物體中提取有效成分是一種生產(chǎn)藥物的傳統方法。隨著(zhù)技術(shù)的成熟，處理和提取過(guò)程越來(lái)越簡(jiǎn)便，目前多種中藥都是這樣生產(chǎn)的。但是，這樣的方法只適合容易栽培、繁殖速度快的植物，對于那些生長(cháng)周期長(cháng)、提取難度大的植物并不適合，所以受到了諸多限制。比如擁有抗癌成分的紅豆杉曾因為人們的大規�？撤�，遭受了毀滅性的破壞[8]。

　　植物細胞工程制藥，是將植物細胞作為基本研究單位，對植物細胞進(jìn)行一系列操作，改變植物細胞生物特性，最終達到改良或培育新品種的目的[9]。應用植物細胞及組織培養，具有雜質(zhì)少、提取簡(jiǎn)單、有效成分含量高和培養周期短的優(yōu)勢。植物細胞工程制藥目前主要體現在組織及細胞培養、遺傳特性改造以及轉基因植物等方面。

　　3.2、植物細胞工程大規模培養

　　最早提出應用植物大規模提取天然藥物的是20世紀50年代美國的科學(xué)家，他們從多升發(fā)酵罐中得到了大量藥用成分呋喃色酮。我國作為植物藥用歷史最悠久的國家之一，應用細胞培養技術(shù)能夠幫助我國傳統中藥材發(fā)揮更大的價(jià)值。

　　丹參是具有活血化瘀、通經(jīng)止痛功效的一味中藥，其中的主要成分——酚酸類(lèi)和二萜類(lèi)，藥理作用主要表現在對心血管系統疾病的治療。目前，由于丹參有效成分含量低、生長(cháng)緩慢，野生丹參資源遭到大規模破壞，加上各地培育出的品種質(zhì)量良莠不齊等原因，其在數量以及質(zhì)量上都難以滿(mǎn)足市場(chǎng)的供給需求[10]。經(jīng)過(guò)實(shí)驗研究發(fā)現，用一種10L規模的特殊植物組織反應器培養丹參發(fā)根，僅用50天，鮮重增殖倍數高達240倍，各種有效成分含量也得到大幅度提升。這是一種非常適合丹參發(fā)根生長(cháng)及產(chǎn)物積累的方法，而且避免了農藥等物質(zhì)的污染。

　　3.3、植物轉基因技術(shù)

　　轉基因植物與轉基因動(dòng)物相比有獨特的優(yōu)勢，一方面植物細胞具有全能性，細胞培養條件簡(jiǎn)單且易于成活；另一方面進(jìn)入植物體的外源基因，可以在與其他植物雜交的過(guò)程中積累有益基因優(yōu)化表達。利用轉基因植物也能生產(chǎn)疫苗，以植物作為生物反應器，將攜帶抗原基因的載體導入受體細胞，在植物體內表達和修飾這類(lèi)特定抗原，成為具有免疫活性的蛋白質(zhì)。香蕉、胡蘿卜、土豆等都可以作為受體植物。一些轉化編碼基因的植物疫苗，如HBsAg、LTB、諾沃克病毒等，已被用于預防和治療乙型肝炎及細菌性腹瀉。在生物和臨床試驗中，均展示了良好的免疫應答，相較于傳統疫苗，具有生產(chǎn)成本低、成功率高、易形成規�；�生產(chǎn)等優(yōu)勢。盡管植物轉基因疫苗的研究還處于起步階段，但我國報道的轉基因植物生物試驗已經(jīng)取得了一些成果[11]，成為我國制藥業(yè)的重要進(jìn)步。

　　3.4、植物生物反應器

　　植物生物反應器，又名“植物基因藥廠(chǎng)”。這種技術(shù)拓寬了藥用蛋白及疫苗的來(lái)源，在降低成本的同時(shí)，擴大了生物制藥產(chǎn)業(yè)規模，并產(chǎn)生了巨大的商業(yè)價(jià)值。植物生物反應器的研發(fā)，對于在全球范圍內搶占生物經(jīng)濟制高點(diǎn)有著(zhù)重要的意義，許多發(fā)達國家都已把植物生物反應器的研發(fā)列入了國家重點(diǎn)生物技術(shù)研究的戰略性計劃[12]。我國開(kāi)發(fā)植物作為反應器始于20世紀90年代，目前對于植物生物反應器的研發(fā)和投入與發(fā)達國家還存在一定的差距。在我國“九五”計劃對這一項目進(jìn)行政策扶持后，目前已經(jīng)取得了大幅度進(jìn)展[13]。

　　4、細胞工程制藥的意義與展望

　　研究細胞工程制藥的研究進(jìn)展和前景，對于制藥業(yè)的發(fā)展有重要意義。據統計，世界上50%的醫藥產(chǎn)品來(lái)自細胞工程制藥，其中，植物細胞提取物和動(dòng)物細胞提取物大約各占1/2。細胞工程在生物制藥工業(yè)中占據重要地位，為新藥開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)操作基礎，在治療免疫性疾病、提升治病療效、創(chuàng )新醫藥品等方面都有廣泛的應用[8]，細胞工程制藥的研究在不斷取得突破，其影響和前景也日漸得到展現。如今，生物制藥與細胞工程已經(jīng)緊密聯(lián)系在一起，隨著(zhù)細胞工程技術(shù)在生物制藥生產(chǎn)中的普遍應用，生物制藥行業(yè)發(fā)展迅速，取得了巨大的經(jīng)濟效益[14]。

　　伴隨著(zhù)更多新興技術(shù)的出現和更新，在未來(lái)細胞工程制藥研發(fā)過(guò)程中，可以充分利用各種技術(shù)平臺尋找最佳研究方案。與其他相關(guān)領(lǐng)域的結合，也將更好地推動(dòng)我國生物制藥領(lǐng)域的發(fā)展。近半個(gè)世紀以來(lái)，細胞工程制藥發(fā)展迅猛，并且已在醫藥領(lǐng)域取得了眾多的研究成果。所以，在“十四五”規劃期間，應更加重視戰略性新興產(chǎn)業(yè)，進(jìn)一步加快和壯大新一代生物技術(shù)的發(fā)展。

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