動(dòng)物細(xì)胞體外培養(yǎng)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

1、以代謝流分析為核心的生物反應(yīng)器
長(zhǎng)期來(lái)發(fā)酵過(guò)程優(yōu)化與放大所依據(jù)的基本思想和方法是采用經(jīng)典動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)的*工藝控制點(diǎn)為依據(jù)的靜態(tài)操作方法，實(shí)質(zhì)上這只是化學(xué)工程宏觀動(dòng)力學(xué)概念在發(fā)酵工程上的延伸。例如，用氨水調(diào)節(jié)pH時(shí)，關(guān)心的是*pH值，卻不注意氨水加量的動(dòng)態(tài)變化及其與其他參數(shù)的關(guān)系。在溶解氧濃度（DO）測(cè)量與控制時(shí)，關(guān)心的是*DO值或臨界值，不注意細(xì)胞代謝時(shí)的耗氧率。顯而易見(jiàn)，用在以活細(xì)胞代謝為主體的發(fā)酵過(guò)程就有很大的局限性，應(yīng)該重視細(xì)胞代謝流的存在。

3、帶pH測(cè)量與補(bǔ)料控制的搖床──搖床應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展

20世紀(jì)三十年代搖床問(wèn)世以來(lái)，搖床就作為生物反應(yīng)過(guò)程中*的一種設(shè)備，用于微生物、動(dòng)植物細(xì)胞菌種篩選、種子擴(kuò)大培養(yǎng)等。由于搖床設(shè)備的特點(diǎn)，不能實(shí)時(shí)測(cè)量培養(yǎng)過(guò)程中的有關(guān)參數(shù)以及過(guò)程補(bǔ)料控制，因此長(zhǎng)期以來(lái)一直以搖床的放瓶結(jié)果作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。當(dāng)用來(lái)作為諸如菌種生理特性變化、培養(yǎng)基成分的作用以及溫度、pH等環(huán)境條件變化等研究的依據(jù)時(shí),實(shí)際上是一種缺乏過(guò)程研究的靜態(tài)分析方法。這種方法的局限性是很顯然的，例如以這種方法作為菌種選育后技術(shù)時(shí)，傳統(tǒng)搖瓶篩選方法往往缺乏補(bǔ)料或供氧不足，并不一定處于代謝流分配zui合理的狀態(tài)，由此將出現(xiàn)嚴(yán)重的高產(chǎn)菌株漏篩現(xiàn)象。因此，國(guó)內(nèi)外有關(guān)公司己注意開發(fā)帶pH測(cè)量的搖床，并形成產(chǎn)品。

3、生物反應(yīng)器中試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對(duì)于量大的傳統(tǒng)生物技術(shù)產(chǎn)品，為了對(duì)已經(jīng)通過(guò)前期研究（實(shí)驗(yàn)室研究和市場(chǎng)分析）的產(chǎn)品進(jìn)行過(guò)程優(yōu)化研究，在中試規(guī)模上達(dá)到高水平或質(zhì)量，并進(jìn)而為車間提供工藝放大依據(jù)和設(shè)備設(shè)計(jì)依據(jù)，必要時(shí)還可進(jìn)行小批量，提供應(yīng)用試驗(yàn)樣品、或供市場(chǎng)銷售的部分產(chǎn)品。為此，近年來(lái)許多有關(guān)發(fā)酵產(chǎn)品的企業(yè)迫切需要建立一個(gè)多功能的中試發(fā)酵車間。

4、大型生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)與技術(shù)研究

幾十年來(lái)隨著發(fā)酵工業(yè)的快速發(fā)展，發(fā)酵工程趨向設(shè)備大型化、和自動(dòng)化。以傳統(tǒng)生物技術(shù)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，一些氨基酸、抗生素或發(fā)酵輕化工產(chǎn)品都在幾十到幾百M(fèi)3以上發(fā)展，一些原來(lái)是小規(guī)模發(fā)酵罐的老廠搬遷新廠區(qū)，發(fā)酵罐的規(guī)模也普遍要求放大?；蚬こ坍a(chǎn)品一般附加值高，不需要大型生物反應(yīng)器，但近年來(lái)隨著基因工程酶技術(shù)的發(fā)展，如基因工程植酸酶的研究成功，又由于飼料添加劑的需求量大，用于基因工程高密度高表達(dá)的大型生物反應(yīng)器研制已勢(shì)在必行。特別是今后隨著礦物質(zhì)能源的耗竭，利用生物質(zhì)燃料乙醇等已提到重要戰(zhàn)略議事日程，節(jié)能的大型發(fā)酵裝置的應(yīng)用是降低成本的*的關(guān)鍵技術(shù)，如美國(guó)、巴西等國(guó)家已達(dá)2000M3以上發(fā)酵裝置。

5、動(dòng)物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)生物反應(yīng)器

研制由于細(xì)菌等原核細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)在轉(zhuǎn)錄及修飾方面的缺陷，許多重要價(jià)值的蛋白質(zhì)，特別是基因工程藥物、疫苗、抗體等糖基化的需要，使哺乳類動(dòng)物細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)成了一個(gè)更合適的工具，因此，哺乳類動(dòng)物細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)引起了大家重視。以哺乳動(dòng)物大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的生物制藥產(chǎn)業(yè)在美國(guó)等西方國(guó)家得到了迅速發(fā)展，數(shù)十種產(chǎn)品已進(jìn)入市場(chǎng)，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。國(guó)外用于的動(dòng)物細(xì)胞生物反應(yīng)器已趨于大型化（zui大到噸級(jí)規(guī)模）、多參數(shù)與高度自動(dòng)化的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、以及適應(yīng)動(dòng)物細(xì)胞對(duì)大型環(huán)境因子高敏感性的反應(yīng)器精巧設(shè)計(jì)，并形成商品化供應(yīng)用戶。中國(guó)自“七五”至“八五”攻關(guān)期間立題開展有關(guān)動(dòng)物細(xì)胞生物反應(yīng)器研究，取得了較大進(jìn)展，但哺乳類細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)要求高，技術(shù)壁壘大，有關(guān)公司在未能掌握核心技術(shù)的情況下，單憑模擬很難開展工作。抗體等其他細(xì)胞表達(dá)產(chǎn)品，裝藥量大，中國(guó)科研單位已經(jīng)掌握的早期生物藥開發(fā)技術(shù)很難應(yīng)用到新型藥物工藝上，需要重新摸索；由于細(xì)胞株等上游配套技術(shù)的落后、反應(yīng)器研制技術(shù)的差距、以及有關(guān)缺乏生化工程的研究等原因，因而缺乏必要的條件去掌握高表達(dá)細(xì)胞株構(gòu)建和大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)，難以突破技術(shù)瓶頸，中國(guó)有關(guān)動(dòng)物細(xì)胞生物反應(yīng)器產(chǎn)業(yè)仍近乎空白。