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動物細胞體外培養(yǎng)未來發(fā)展趨勢

1、以代謝流分析為核心的生物反應器
長期來發(fā)酵過程優(yōu)化與放大所依據的基本思想和方法是采用經典動力學為基礎的*工藝控制點為依據的靜態(tài)操作方法，實質上這只是化學工程宏觀動力學概念在發(fā)酵工程上的延伸。例如，用氨水調節(jié)pH時，關心的是*pH值，卻不注意氨水加量的動態(tài)變化及其與其他參數的關系。在溶解氧濃度（DO）測量與控制時，關心的是*DO值或臨界值，不注意細胞代謝時的耗氧率。顯而易見，用在以活細胞代謝為主體的發(fā)酵過程就有很大的局限性，應該重視細胞代謝流的存在。

3、帶pH測量與補料控制的搖床──搖床應用技術的發(fā)展

20世紀三十年代搖床問世以來，搖床就作為生物反應過程中*的一種設備，用于微生物、動植物細胞菌種篩選、種子擴大培養(yǎng)等。由于搖床設備的特點，不能實時測量培養(yǎng)過程中的有關參數以及過程補料控制，因此長期以來一直以搖床的放瓶結果作為實驗數據。當用來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時,實際上是一種缺乏過程研究的靜態(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時，傳統(tǒng)搖瓶篩選方法往往缺乏補料或供氧不足，并不一定處于代謝流分配zui合理的狀態(tài)，由此將出現嚴重的高產菌株漏篩現象。因此，國內外有關公司己注意開發(fā)帶pH測量的搖床，并形成產品。

3、生物反應器中試系統(tǒng)設計

對于量大的傳統(tǒng)生物技術產品，為了對已經通過前期研究（實驗室研究和市場分析）的產品進行過程優(yōu)化研究，在中試規(guī)模上達到高水平或質量，并進而為車間提供工藝放大依據和設備設計依據，必要時還可進行小批量，提供應用試驗樣品、或供市場銷售的部分產品。為此，近年來許多有關發(fā)酵產品的企業(yè)迫切需要建立一個多功能的中試發(fā)酵車間。

4、大型生物反應器設計與技術研究

幾十年來隨著發(fā)酵工業(yè)的快速發(fā)展，發(fā)酵工程趨向設備大型化、和自動化。以傳統(tǒng)生物技術產品來說，一些氨基酸、抗生素或發(fā)酵輕化工產品都在幾十到幾百M3以上發(fā)展，一些原來是小規(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品一般附加值高，不需要大型生物反應器，但近年來隨著基因工程酶技術的發(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的大型生物反應器研制已勢在必行。特別是今后隨著礦物質能源的耗竭，利用生物質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)酵裝置的應用是降低成本的*的關鍵技術，如美國、巴西等國家已達2000M3以上發(fā)酵裝置。

5、動物細胞大規(guī)模培養(yǎng)生物反應器

研制由于細菌等原核細胞表達系統(tǒng)在轉錄及修飾方面的缺陷，許多重要價值的蛋白質，特別是基因工程藥物、疫苗、抗體等糖基化的需要，使哺乳類動物細胞表達系統(tǒng)成了一個更合適的工具，因此，哺乳類動物細胞表達系統(tǒng)引起了大家重視。以哺乳動物大規(guī)模培養(yǎng)技術為基礎的生物制藥產業(yè)在美國等西方國家得到了迅速發(fā)展，數十種產品已進入市場，取得了巨大的經濟和社會效益。國外用于的動物細胞生物反應器已趨于大型化（zui大到噸級規(guī)模）、多參數與高度自動化的計算機控制系統(tǒng)、以及適應動物細胞對大型環(huán)境因子高敏感性的反應器精巧設計，并形成商品化供應用戶。中國自“七五”至“八五”攻關期間立題開展有關動物細胞生物反應器研究，取得了較大進展，但哺乳類細胞培養(yǎng)技術要求高，技術壁壘大，有關公司在未能掌握核心技術的情況下，單憑模擬很難開展工作?？贵w等其他細胞表達產品，裝藥量大，中國科研單位已經掌握的早期生物藥開發(fā)技術很難應用到新型藥物工藝上，需要重新摸索；由于細胞株等上游配套技術的落后、反應器研制技術的差距、以及有關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細胞株構建和大規(guī)模細胞培養(yǎng)技術，難以突破技術瓶頸，中國有關動物細胞生物反應器產業(yè)仍近乎空白。