探究刍议生物制药中细胞工程

更新时间:2024-02-12 作者:用户投稿原创标记本站原创
【摘要】:细胞工程,有时也称动物细胞技术,是生物技术领域中重要的组成部分,它是利用动物细胞体外培养和扩增来生产生物产品, 或者作为发现和测试新药的工具。如今这一技术已广泛应用于现代生物制药的研究和生产中。本文针对细胞工程在生物制药中的广泛应用进行了研究,重点分析了悬浮培养技术在生物制药工业中的地位。
【关键词】:细胞工程 生物制药 应用
0、 引言
细胞工程是生物工程的一个重要方面。总的来说,它是应用细胞生物学和分子生物学的理论和策略,按照人们的设计蓝图,进行在细胞水平上的遗传操作及进行大规模的细胞和组织培养。当前细胞工程所涉及的主要技术领域有细胞培养、细胞融合、细胞拆合、染色体操作及基因转移等方面。通过细胞工程可以生产有用的生物产品或培养有价值的植株,并可以产生新的物种或品系。
细胞工程在生物制药中的应用大大减少了用于疾病预防、治疗和诊断的实验动物, 为生产疫苗、细胞因子乃至人造组织等产品提供了强有力的工具。
1、 细胞工程在生物制药中的应用
1.1 疫苗
应用采用细胞工程生产的疫苗使用非常安全。疫苗最初是由将病毒感染动物后生产的, 这种生产策略的危险性显而易见。其他病原体可能通过这一途径传染给使用者。现在, 病毒可以非常方便地由动物细胞大规模培养技术来扩增, 并且使纯化病毒的过程也大大减小了污染病原体的可能性。如果将病毒的抗原决定簇基因转染至宿主细
胞中, 再通过大规模培养基因工程细胞来生产只包含病毒抗原决定簇的基因工程疫苗, 更避开了需要用具有传染性的完整病毒生产疫苗的潜在危险性。
1.2 生物蛋白
生物蛋白更加安全可靠。如果仅靠从自然界提取,许多生物蛋白制品也许不可能用于疾病治疗。但由于基因工程技术的出现和发展,现在几乎可以大量生产任何氨基酸序列已知的生物蛋白。如果已经获得编码某一目的蛋白的基因,只需将其转染至宿主细胞中, 获得可表达目的蛋白的基因工程细胞株, 经动物细胞大规模培养便能获得大量的可供临床使用的生物制品。而将科技成果——基因工程细胞株转化为现实产品的关键技术之一就是动物细胞大规模高密度培养技术。已有许多具有治疗作用但又难以从机体中提取的细胞因子通过动物细胞大规模培养技术生产。
1.3 人源化产品
源自动物的用于治疗的非人体蛋白可被人体免疫系统视为“ 外源蛋白”,在第一次使用后,人体便可能产生抗体,以后每次使用该药品, 都会增加引发严重免疫反应的危险。将表达人体蛋白的一段基因转染至动物细胞中,或者用一段人体基因序列替换动物基因(如人源化鼠抗体),就可以从中获得与人体蛋白一致的蛋白或人源化的抗体。用细胞工程技术生产的生物制品无抗原性,可以反复使用而不引起过敏反应。
1.4 单克隆抗体和融合蛋白
单克隆抗体作为诊断试剂是最先上市的“新生物技术” 产品, 目前, 已有几千种单抗产品面市, 其应用范围从早孕检测到激素缺陷性疾病的检测。单抗用于疾病诊断已被广泛认识。但用于治疗才刚开始。
单克隆抗体可以从小鼠腹水中制备, 也可以体外培养杂交瘤细胞来生产。但小鼠腹水法需要大量的动物, 且非常烦琐, 从不同的小鼠腹水中获得的单抗难以保证质量均一, 而且可能污染病原体。采用杂交瘤细胞大规模培养技术则可以克服上述不足, 大量制备质量均一稳定的单克隆抗体。
动物细胞技术可以用来生产融合蛋白。融合蛋白是将不同性质的生物蛋白通过基因工程的策略结合为一种功能改善蛋白。例如将编码可以增强人体免疫反应的细胞因子的基因与编码肿瘤细胞特异抗原的抗体的基因联接成一段新基因转染到动物细胞内。这种基因工程细胞可以表达含有抗体和细胞因子的融合蛋白, 用来激发人体对肿瘤细胞特异性排斥的免疫反应。
2、悬浮培养技术在生物制药工业中的应用
动物细胞大规模培养生产生物制品的应用领域在快速发展。2007 年全球销售额最高的6大类生物技术药物中,有5 类是经哺乳动物细胞表达生产的。现代基因工程技术及个性化培养基技术的发展,推动细胞培养制药的快速进展,例如开发出MDCK 细胞在反应器中悬浮培养生产流感疫苗以代替传统的鸡胚生产,10 L密度为106 个/mL的细胞产能相当于10000只鸡胚的产量。国际知名厂家纷纷进行细胞改造筛选,发展自己的细胞培养平台进行流感疫苗的生产,包括Baxter 公司的Vero细胞平台、Crucell公司和赛诺菲巴斯德的PER -C6细胞平台、诺华公司的MDCK 细胞平台等。
快速实现悬浮培养技术在生物制药生产中的应用只是搭建了一个升级的工艺平台,而不是最终目的,行业和企业发展真正的动力是新药、新疫苗、新工艺以及配套技术的创新。例如无血清培养病毒生产技术的开发,包括无血清培养基的开发; 利用合适的培养基和转染或驯化技术实现贴壁细胞的悬浮培养构建; 新宿主细胞表达品种开发,例如同一种产品采用新的宿主细胞表达或是开发一种高效表达的宿主细胞适应几种产品表达; 利用基因工程技术,开发更安全的药物品种; 生物制品相关的关键技术和产品国产化,例如个性化细胞培养基、生物反应器、微载体、纯化装置、佐剂等。
3、 细胞工程在生物制药中的未来发展趋势
3.1 医学治疗的基础
细胞工程将继续在新疫苗、诊断和治疗生物制品的生产, 以及生物学研究领域发挥重要作用, 而且将在药物定向释放系统、基因治疗、细胞治疗以及组织工程等极富希望的新的治疗策略中起到重要
作用。从目前正处于临床实验的369 种生物医药产品来看,除许多基因重组蛋白药物的生产需要动物细胞大规模培养技术外, 细胞治疗、基因治疗、单抗生产和疫苗生产等四大类生物治疗药物和策略, 要进入实质性医疗应用, 其核心都要依靠动物细胞技术。
3.2 抗体作为抗原——抗独特型抗体疫苗
用动物细胞培养技术生产的疫苗还有一种形式, 即使用抗独特型抗体作为抗原。首先制备某种抗原的抗体, 再用这种抗体作为抗原制备第二种抗体, 这种抗体便称为抗独特型抗体。由于它与第一种抗体匹配, 与初始抗原类似, 因此抗独特型抗体在功能上可以替代初始抗原而作为抗原, 激发相似的特异性免疫反应。抗独特型抗体是蛋白质, 不含RNA 和DNA, 没有传染性, 因而使用安全。已有研究人员利用这种策略研制乙肝疫苗。基于疫苗的安全、有效的考虑, 未来的疫苗可能是亚基疫苗, 空壳疫苗, 多价疫苗以及抗独特型疫苗。这些疫苗的研究与开发为动物细胞技术的发展提供了广阔的空间和巨大的机遇。
3.3 毒理试验的体外模型
细胞工程不仅有利于得到高质量一致的结果, 加快药物的筛选进程, 还有利于减少药物筛选所用的试验动物。某种药物或产品要在人体使用前, 必须比较充分地评估其潜在地毒副作用, 而进行毒理试验需要大量地试验动物。目前, 许多科学家正在研究用动物细胞体外培养技术替代部分动物进行毒理试验, 以获得可靠、安全和可重复的试验结果。但是, 在可预见的将来, 动物试验不可能完全被取代, 因为全身性毒理试验只有在完整的动物体内才能获得有作用的试验结果, 而细胞培养模型只是帮助减少试验动物。
4、结语
可以预见的是,细胞工程将在未来几年我国生物制药行业发展发挥越来越重要的作用。这就要求我们不断以创新新药、新技术研发为基础,不断增强核心竞争力,推动我国生物制药行业的快速发展。
参考文献:
[1] Joe X Zhou,Tim Tressel,Xiaoming Yang,et al. Implementation
of Advanced Technologies in Commercial Monoclonal Antibody
Production[J]. Biotechnol J,2008,3: 1185 - 1200.
[2] 魏明旺,张淑香. 动物细胞大规模培养的主流技术[J]. 生物产业技术,2009,4 ( 7) : 85 - 89.

点赞:25840 浏览:119308