動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中的關鍵技術，其在醫藥領域的應用使得生物制藥行業得到了極大的發展，細胞工程制藥前景廣闊。通過對相關文獻和數據的整理和分析，概述了細胞工程制藥領域相關技術及其在生物制藥工業中應用的意義與展望。
關鍵詞:
細胞工程;生物制藥;動物細胞工程;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、營養價值較高的特點，這些顯著的優勢使生物藥物越來越受人們的青睞，這也是生物藥物市場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的理論設計和操作，使細胞在遺傳學上的特性發生變化，達到改良或創造新品種的目的，在大規模地培養和繁殖后，最終提取出對人類有利的產品。在工業上，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中的應用)[2]。如今，細胞工程在生物制藥工業發揮著不可替代的作用。
2、動物細胞工程制藥
2.1、動物細胞工程制藥的概述及早期發展
動物細胞工程制藥最早能夠追溯到20世紀50年代，用動物細胞生產病毒，也就是在生物反應器中培養動物細胞，進行大規模培養后，再接種減毒或滅活的病毒來生產疫苗[3]。常見的動物細胞培養技術流程，一般是先將動物組織分散成單個細胞、細胞群(團)后，接種于培養基中進行原代培養，再經過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，通過這種方法生產的產品不僅產量低，而且成本高，因此，早期動物細胞培養并沒有得到充分的重視。
2.2、雜交瘤技術
雜交瘤技術在20世紀70年代的創建，是動物細胞技術發展新的里程碑。隨著雜交瘤技術在工業領域的應用，各種新產物相繼出現，在生產用于疾病診斷和治療的生物制品中具有重要意義[3]。1984年的諾貝爾生理學或醫學獎頒給了創立抗原選擇抗體學說以及發明單克隆抗體技術的3位科學家。他們提出將能夠分泌特異性抗體的B淋巴細胞與能夠無限增殖的骨髓瘤細胞融合篩選，形成能產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特異性強、效價高的單克隆抗體。
2.3、動物細胞大規模生產技術
動物細胞大規模生產指在人工條件下，在細胞生物反應器內大量培養有用的動物細胞，是生產藥品的技術，也是制藥業的關鍵技術。由于動物細胞對外界環境變化高度敏感，細胞培養放大工藝需要從實驗室規模逐級放大到生產規模，各個反應器中工藝的差別成為目前放大過程的一大技術挑戰[4]。通過動物細胞生產生物制品已成為全球生物產業的主要支柱，目前通過動物細胞培養獲得較多的生物制劑是蛋白和抗體。
2.4、動物生物反應器
動物生物反應器可以從轉基因動物體內源源不斷地獲得人類需要的某種蛋白，并進行工業化生產蛋白質。依據產生蛋白部位的不同，可分為多種類型的生物反應器，如血液生物反應器、唾液腺生物反應器等�？茖W家發現，由于雌性動物的乳腺能夠高效表達重組蛋白并進行一定的修飾，乳腺生物反應器成為最被看好的生物反應器發展方向。隨著技術的發展，乳腺生物反應器的產物已經擴大到了抗凝血酶、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值的酶或細胞因子。作為一種全新的生物生產模式，由于其在生產天然產物時的高產量、低成本的優勢[5]，乳腺生物反應器在生物醫藥行業將得到更廣泛的應用。
2.5、動物細胞核移植
動物細胞核移植在細胞工程中同樣具有良好的前景。將動物的供體細胞核取出，注入另一個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，以產生新產品，再將其進行體外培養、繁殖、純化、提取，最終用于疾病治療。我國對魚類的核移植研究最早，“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類細胞核移植。后來，我國學者又嘗試在其他多種品系魚類之間進行核質融合實驗，并利用模式動物斑馬魚，揭示魚類核移植后再程序化的分子機制，取得了巨大的研究成果，推動了魚類核移植技術及其他相關領域的快速發展[6]。如今，動物細胞工程在生物制藥領域意義重大。由于動物細胞結構的復雜性和分工的明確[7]，動物細胞工程具有巨大的優勢。
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藥物的傳統方法。隨著技術的成熟，處理和提取過程越來越簡便，目前多種中藥都是這樣生產的。但是，這樣的方法只適合容易栽培、繁殖速度快的植物，對于那些生長周期長、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模砍伐，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，具有雜質少、提取簡單、有效成分含量高和培養周期短的優勢。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年代美國的科學家，他們從多升發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，應用細胞培養技術能夠幫助我國傳統中藥材發揮更大的價值。
丹參是具有活血化瘀、通經止痛功效的一味中藥，其中的'主要成分——酚酸類和二萜類，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量良莠不齊等原因，其在數量以及質量上都難以滿足市場的供給需求[10]。經過實驗研究發現，用一種10L規模的特殊植物組織反應器培養丹參發根，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根生長及產物積累的方法，而且避免了農藥等物質的污染。
3.3、植物轉基因技術
轉基因植物與轉基因動物相比有獨特的優勢，一方面植物細胞具有全能性，細胞培養條件簡單且易于成活；另一方面進入植物體的外源基因，可以在與其他植物雜交的過程中積累有益基因優化表達。利用轉基因植物也能生產疫苗，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特定抗原，成為具有免疫活性的蛋白質。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，具有生產成本低、成功率高、易形成規�；a等優勢。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取得了一些成果[11]，成為我國制藥業的重要進步。
3.4、植物生物反應器
植物生物反應器，又名“植物基因藥廠”。這種技術拓寬了藥用蛋白及疫苗的來源，在降低成本的同時，擴大了生物制藥產業規模，并產生了巨大的商業價值。植物生物反應器的研發，對于在全球范圍內搶占生物經濟制高點有著重要的意義，許多發達國家都已把植物生物反應器的研發列入了國家重點生物技術研究的戰略性計劃[12]。我國開發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和投入與發達國家還存在一定的差距。在我國“九五”計劃對這一項目進行政策扶持后，目前已經取得了大幅度進展[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展和前景，對于制藥業的發展有重要意義。據統計，世界上50%的醫藥產品來自細胞工程制藥，其中，植物細胞提取物和動物細胞提取物大約各占1/2。細胞工程在生物制藥工業中占據重要地位，為新藥開發提供了技術操作基礎，在治療免疫性疾病、提升治病療效、創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緊密聯系在一起，隨著細胞工程技術在生物制藥生產中的普遍應用，生物制藥行業發展迅速，取得了巨大的經濟效益[14]。
伴隨著更多新興技術的出現和更新，在未來細胞工程制藥研發過程中，可以充分利用各種技術平臺尋找最佳研究方案。與其他相關領域的結合，也將更好地推動我國生物制藥領域的發展。近半個世紀以來，細胞工程制藥發展迅猛，并且已在醫藥領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業，進一步加快和壯大新一代生物技術的發展。
參考文獻
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