細(xì)胞培養(yǎng)在生物制藥領(lǐng)域的應(yīng)用

李淑瑞

摘要：隨著社會科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，越來越多的新技術(shù)經(jīng)實(shí)驗(yàn)認(rèn)證后開始造福人類，細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)經(jīng)過漫長的實(shí)驗(yàn)室研究過程，已經(jīng)逐步完善，近幾年來開始應(yīng)用于生物制藥領(lǐng)域中。定向的細(xì)胞培養(yǎng)可以致力于疫苗生產(chǎn)、抗體培養(yǎng)等生物制藥工程，細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)在生物制藥領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展是不可估量的?；诖耍疚暮喴接懥思?xì)胞培養(yǎng)及其在生物制藥領(lǐng)域的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：細(xì)胞培養(yǎng)；生物制藥；應(yīng)用

引言

由于細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)是在體外對細(xì)胞進(jìn)行定向培養(yǎng)，這樣對于細(xì)胞的形態(tài)和活動觀察更為直觀，同時(shí)可以進(jìn)行不同環(huán)境的細(xì)胞培養(yǎng)，分析環(huán)境對于細(xì)胞的影響，這樣可以進(jìn)一步分析人類各種病癥的產(chǎn)生原因及治療方法。通過細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)可以定向改良細(xì)胞特性，這對于生物制藥領(lǐng)域來說是有著重要意義的。下文簡要介紹了細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)在生物制藥領(lǐng)域的應(yīng)用：

1、再生組織的創(chuàng)造

通過細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)，可以模擬人體生長環(huán)境，培養(yǎng)出與人體相符的組織，三維細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)再生出軟骨、骨、半月板等骨組織。該系統(tǒng)常在細(xì)胞外基質(zhì)領(lǐng)域運(yùn)用干細(xì)胞研究干細(xì)胞發(fā)育潛力；在聚合物生長支架領(lǐng)域運(yùn)用軟骨細(xì)胞研究細(xì)胞分化；在復(fù)合組織培育領(lǐng)域運(yùn)用軟骨細(xì)胞和上皮細(xì)胞研究組織間相互作用；在模擬生物支架領(lǐng)域運(yùn)用成骨細(xì)胞研究生物材料研究；在生物學(xué)領(lǐng)域利用成骨細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞研究骨血管化。這一發(fā)現(xiàn)為各個(gè)領(lǐng)域在體外培養(yǎng)骨及軟骨提供依據(jù)。

2、細(xì)胞培養(yǎng)與神經(jīng)系統(tǒng)疾病

細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)在神經(jīng)系統(tǒng)領(lǐng)域也有涉及，近來有實(shí)驗(yàn)培植單一神經(jīng)元成為多細(xì)胞聚集體、海馬體活標(biāo)本切片后測試神經(jīng)元電勢、神經(jīng)干細(xì)胞培養(yǎng)治療老年癡呆癥、帕金森病等。在藥物測試中運(yùn)用神經(jīng)元細(xì)胞聚集體進(jìn)行毒理實(shí)驗(yàn)；在和生物材料的接觸效應(yīng)中運(yùn)用神經(jīng)元研究生物材料的體內(nèi)可降解性；在生長支架中運(yùn)用神經(jīng)元和基質(zhì)研究再生過程；在信號識別中運(yùn)用神經(jīng)干細(xì)胞研究組織整合；在微環(huán)境中運(yùn)用干細(xì)胞研究干細(xì)胞分化潛力。這一發(fā)現(xiàn)為治療精神疾病及神經(jīng)系統(tǒng)研究提供寶貴依據(jù)。

3、疫苗生產(chǎn)

疫苗免疫是最有效的預(yù)防感染性疾病的措施之一。疫苗免疫是指利用病毒性制劑、細(xì)菌性制劑及類毒素等人工主動免疫制劑，通過作用于機(jī)體的免疫防御系統(tǒng)起到免疫應(yīng)答作用。傳統(tǒng)的流感疫苗生產(chǎn)多采用雞胚培養(yǎng)，但當(dāng)面臨高致病性流感全球大流行、微生物感染、內(nèi)毒素殘余量多等問題時(shí)，傳統(tǒng)的雞胚生產(chǎn)方法可能難以滿足疫苗市場的需求。隨著細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的完善及其優(yōu)點(diǎn)的體現(xiàn)積極推進(jìn)使用細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)替代雞胚培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)流感疫苗，未來將會越來越多依靠細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)獲得理想的疫苗。通過哺乳動物細(xì)胞培養(yǎng)的病毒疫苗特別適合于工業(yè)的發(fā)展，應(yīng)用微載體大規(guī)模培養(yǎng)細(xì)胞生產(chǎn)流感疫苗，使得流感病毒適應(yīng)傳代細(xì)胞（如VERO細(xì)胞），該細(xì)胞不僅培養(yǎng)條件要求不高而且遺傳性狀穩(wěn)定，對多種病毒的感染敏感，如利用生物反應(yīng)器大規(guī)模進(jìn)行病毒繁殖，可實(shí)現(xiàn)流感疫苗的規(guī)?；a(chǎn)。MDCK細(xì)胞系是被公認(rèn)為最適于生產(chǎn)甲、乙型流感病毒疫苗的細(xì)胞系，對流感病毒增殖快、感染效率高，且不易變異。其中典型代表，如巴斯德公司利用1000L反應(yīng)器微載體培養(yǎng)Vero細(xì)胞生產(chǎn)人用狂犬病疫苗和脊髓灰質(zhì)炎疫苗。由此可見，利用細(xì)胞培養(yǎng)疫苗已成為目前疫苗研制的重要應(yīng)用方向。

4、單克隆抗體制備

單克隆抗體是由單一B淋巴細(xì)胞克隆產(chǎn)生的高度均一、僅針對某一特定抗原表位的抗體。研究帕金森病中的發(fā)病機(jī)制，制備抗HB單克隆抗體，由重組人HB作為抗原免疫小鼠，并將其細(xì)胞融合及細(xì)胞培養(yǎng)制備成雜交瘤，經(jīng)過篩選獲得抗人HB單克隆抗體雜交瘤株，體內(nèi)誘生法制備腹水經(jīng)過酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)等方法進(jìn)而獲得特異性抗HB單克隆抗體?？蒲腥藛T制備乙型腦炎病毒的單克隆抗體通過動物免疫、細(xì)胞融合、克隆和篩選等方法，應(yīng)用ELISA等免疫學(xué)方法進(jìn)行特異性和亞型的鑒定，為快速檢測方法的建立奠定了基礎(chǔ)。

5、藥物篩選

藥物篩選是通過生物活性和藥理作用檢測來篩選出高性能的新藥或者先導(dǎo)化合物，同時(shí)根據(jù)檢測結(jié)果和相關(guān)數(shù)據(jù)來論證此物質(zhì)的醫(yī)學(xué)價(jià)值，進(jìn)而判定其藥用前景，在新藥的研制過程中是比較關(guān)鍵的。體外二維和應(yīng)用球狀聚集體、細(xì)胞片層、脫細(xì)胞基質(zhì)進(jìn)行三維培養(yǎng)肝細(xì)胞的具體技術(shù)是進(jìn)行藥物毒性檢測的重要途徑。國外生物學(xué)家建立了一種長時(shí)間的三維肝細(xì)胞共培養(yǎng)體系，比單層培養(yǎng)肝細(xì)胞能更好地檢測體內(nèi)藥物導(dǎo)致的毒性。細(xì)胞水平的藥物篩選更接近人體生理狀態(tài)，外界環(huán)境干擾少，準(zhǔn)確率高，是細(xì)胞水平藥物篩選模型的核心技術(shù)高內(nèi)涵篩選。高內(nèi)涵篩選（high content screening，HCS）主要在微陣列多孔板上完成，通過在微孔板上進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)，施加藥物刺激進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)的采集和分析。HCS技術(shù)可完成各種對于細(xì)胞生理現(xiàn)象本質(zhì)的研究，Talyor等提出高內(nèi)涵概念，HCS模型主要建立在細(xì)胞水平，通過觀察樣品對固定或動態(tài)細(xì)胞的多個(gè)功能的作用，涉及各種不同的靶點(diǎn)，從多個(gè)角度分析樣品的作用，最終確定樣品的活性和可能的毒性。近年來發(fā)展起來的微流控芯片技術(shù)有可能成為細(xì)胞水平藥物篩選的理想選擇，它可以將細(xì)胞種植、培養(yǎng)、標(biāo)記、加藥、梯度稀釋等操作通過微通道網(wǎng)絡(luò)流體控制技術(shù)集成到一張芯片完成，保持了細(xì)胞結(jié)構(gòu)的完整性，可全面記錄細(xì)胞對藥物刺激的各種反應(yīng)。

6、細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)與腫瘤醫(yī)學(xué)

（1）抗腫瘤治療

腫瘤是人類的一大頑疾，伴隨醫(yī)學(xué)研究技術(shù)的不斷進(jìn)步，抗腫瘤藥物已經(jīng)屢見不鮮，不斷更新，化療仍是治療腫瘤的重要手段，在抗癌藥物的研發(fā)過程中藥物篩選極其重要。而體外細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)可以高度模仿腫瘤細(xì)胞的生長狀態(tài)，可以提供腫瘤細(xì)胞與體內(nèi)相似的酸堿度、營養(yǎng)物質(zhì)、生長因子等內(nèi)環(huán)境，還可以充分展示細(xì)胞-細(xì)胞、細(xì)胞-基質(zhì)間的相互作用，有利于抗癌藥物藥效的測定。研究者在觀察三維多細(xì)胞腫塊球形體藥透時(shí)，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞外基質(zhì)蛋白可以有效抵擋藥物滲透，這就導(dǎo)致腫瘤的耐藥性較強(qiáng)，不利于藥物治療。通過細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)，可以改善細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的抗藥性，讓其敏感度降低，藥物能有效滲透入腫瘤細(xì)胞中，扼制腫瘤細(xì)胞，避免腫瘤細(xì)胞群擴(kuò)大，細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)在抗腫瘤治療領(lǐng)域，較好的彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的藥物治療，成為抗腫瘤治療的關(guān)鍵。

（2）腫瘤耐藥機(jī)制研究

在腫瘤的治療中，經(jīng)常遇到的棘手問題就是腫瘤細(xì)胞對藥物有較強(qiáng)的抗性，例如乳腺癌干細(xì)胞會對乳腺癌的發(fā)生、轉(zhuǎn)移等產(chǎn)生較大影響。通過模擬腫瘤微環(huán)境，可更好地對乳腺癌干細(xì)胞增殖與分化情況進(jìn)行分析。將普通二維培養(yǎng)細(xì)胞與卵巢癌腫瘤干細(xì)胞對比，探討符合體內(nèi)環(huán)境的三維培養(yǎng)條件，研究腫瘤生長、耐藥等影響因素及機(jī)制。結(jié)果表明，與二維培養(yǎng)細(xì)胞相比，三維培養(yǎng)卵巢癌HO8910細(xì)胞系中CD44+CD117+CSCs表現(xiàn)出明顯的耐藥性，表明BME基質(zhì)膠三維培養(yǎng)模型可作為靶向治療腫瘤與細(xì)胞藥物篩選的理想體外模型。

（3）腫瘤血管形成

腫瘤的生長利于血管新生，利用腫瘤血管生成的研究可以觀察腫瘤組織內(nèi)微血管的形態(tài)與功能，闡明腫瘤誘發(fā)血管新生的機(jī)制及血管生成與腫瘤發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系。已經(jīng)研究證實(shí)血管組織再生需要細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)、信號系統(tǒng)共同參與完成。

結(jié)語

綜上所述，細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)通過體外細(xì)胞培養(yǎng)，改良細(xì)胞生長環(huán)境，定向培養(yǎng)人們需要的細(xì)胞特性，這樣可以提升藥物的作用效果，對于病癥的治療可以起到顯著的作用。隨著細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，未來會有更多的生物細(xì)胞技術(shù)和藥物用于生物醫(yī)學(xué)中，解決人類的疑難病癥。

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（作者單位：康希諾生物股份公司）