应用激流灌注式生物反应器培养动物疫苗研究进展

摘 要：为更好地解决动物疫苗传统转瓶生产工艺难以适应工业化生产需要的问题，本文从生物反应器的种类、影响动物细胞规模化培养的因素、生物反应器规模化生产动物疫苗现状

和生物反应器在动物疫苗生产中的应用前景四个方面对应用生物反应器规模化培养动物疫苗的研究进展进行了综述。

关键词：动物细胞；规模化培养技术；生物反应器；兽用疫苗

近年来，动物细胞培养技术被广泛应用于蛋白质药物开发、疫苗制造、人造组织器官培养等各个领域，极大地推动了医药产业的发展。动物细胞培养技术已经成为生命科学研究和生物医药开发的强有力工具，日益成为医药领域的技术前沿[1]。

随着生物制品生产规模的扩大和工艺水平的提高，传统的转瓶细胞培养模式已不能满足工业化生产的需要。应用生物反应器规模化培养细胞，不但能够降低生产成本，而且能够提高产品质量。该技术经过半个世纪的发展与完善，在设备制造和应用方面均达到了相当高的水平[2]。

1 生物反应器的种类

专为动物细胞大量培养用的生物反应器，称为动物细胞培养用生物反应器。Telling R.C等成功地在不锈钢发酵罐中悬浮培养BHK21细胞生产口蹄疫疫苗。随着兽用生物制品生产工艺的不断提高，如何应用生物反应器高效率、高质量、规模化培养动物病毒性疫苗，已经成为国内各兽用生物制品生产企业关注和研究的焦点[3] 。

根据生物反应器的用途不同，可按细胞培养方式（贴壁培养或悬浮培养）、反应器操作模式（分批培养或连续培养）、液体存在相（均相或非均相）、反应器的几何特征（流动形态和接触方式）等划分为不同的类别。较为常用的几种反应器有搅拌式、旋转式、气升式、一次性（Wave式）、冷冻凝胶及激流灌注式生物反应器等[5]。

2 影响动物细胞规模化培养的因素

生物反应器通过大幅度增加细胞培养密度、数量为动物病毒性疫苗规模化生产奠定了坚实的基础[4]。与植物细胞相比，没有细胞壁的动物细胞更脆弱，更容易死亡。因而对生存环境有更高的要求，对作为规模化培养工具的生物反应器系统有更高的要求。动物细胞在生物反应器中生长，需要设定特定的参数，补充培养基中的营养物质、清除代谢废物，以保证优良的细胞生长环境。例如：氧气是动物细胞生长所必须的，细胞代谢所产生的二氧化碳超过一定浓度就会抑制细胞生长[6]。不同种类的生物反应器可以通过不同的方式使氧传递和二氧化碳清除达到一定的平衡。

3 生物反应器规模化生产动物疫苗现状

与国际动物细胞大规模技术应用现状相比，我国动物细胞大规模培养技术现仍处于起步时期，以小型化、实验室规模为主，发展缓慢。目前只有极少数企业应用反应器进行动物细胞培养技术生产疫苗。其次，我国现有动物细胞大规模培养的规模较小。多数生物制药企业的动物细胞培养仍停留在5～30 L的实验室规模。大型动物细胞培养装置都依赖进口，这些动物细胞生产线不仅产品和配件价格昂贵、维修不便，而且超过50 L的生物反应器进口还受到限制。

目前国内已有不少单位采用生物反应器来优化这些病毒的培养条件，并取得了一定的进展。用新型生物反应器进行大规模细胞培养已成为现代化疫苗生产的必然选择，因此在医药行业和生物制品方面有着广阔的应用前景[7]。

随着生物医药研究以及规模化培养技术不断深入和发展，特殊培养基越来越受关注。尤其是哺乳动物细胞无血清培养技术受众多同行青睐[8]。无血清培养技术的核心技术主要包括细胞生物反应器技术、无血清培养基研制技术以及工程细胞株的构建与驯化技术[9]三个方面。

激流灌注式生物反应器与其它生物反应器相比有着很大的优势，其具有独特的三维空间载体，优良的激流传氧机制，使用一次性无生物毒性耗材，使用完毕直接进行无害化处理，减少了罐体式生物反应器的清洗、消毒、灭菌等复杂的工艺环节和工艺配套设施的安装，解决了逐级放大的问题，整个生产工艺不涉及其他生物安全和公共卫生问题。

目前，激流灌注式生物反应器已经普遍应用于动物细胞规模化培养，包括Vero细胞、Marc-145、BHK-21、DF-l细胞、MDCK细胞及ST细胞等均已在规模化培养上取得了显著成效。

4 生物反应器在动物病毒性疫苗生产中的应用前景

应用生物反应器规模化培养动物病毒性疫苗细胞代替转瓶培养是现代生物技术发展的必然趋势。目前细胞规模化培养仍然是我国生物制品难以跨越的“门槛”，只有对细胞规模化培养关键技术进行不断的细化、改进，科学系统地运用，才能推动我国传统的生物制品生产技术升级。■ （编辑：狄慧）

参考文献：

[1] 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，2009，4：85-89.

[2] 梅建国.应用生物反应器生产高致病性猪繁殖与呼吸综合征病毒抗原的技术工艺研究[D].吉林：吉林大学畜牧兽医学院，2012.

[3] 郑朝朝，邱贞娜，等.激流灌注式生物反应器培养猪繁殖与呼吸综合征活疫苗（R98株）工艺的研究[J].中国预防兽医学报，2013，35（2）：107-109.

[4] 郑朝朝.动物细胞规模化培养及生物反应器研究进展[J] .今日畜牧兽医，2011，S1：48-50.

[5] 周欣.激流是生物反应器大规模培养IBDV及制备高效价灭活疫苗的研究[D].河南：河南农业大学，2012.

[6] Kitaya Y， Kibe S，Oguchi M，et a1.Effects of CO2 and O2 concentrations and light intensity on growth of microalgae （Euglena graci lis）in CELSS[J].Life gupport Biosph Sci.1998，5：243-247.

[7] 吴方丽，金伟波，王保莉等.动物细胞大规模培养技术研究进展[J].仲恺农业技术学院学报，2005，3（14）：64-70.

[8] 刘兴茂，刘红，叶玲玲，等. CHO工程细胞（11G-S）悬浮培养的无血清培养基的设计[J].生物工程学报，2010，26（8）：1116-1122.

[9] 黄锭，赵亮，谭文松.犬肾细胞MDCK 无血清贴壁及单细胞悬浮培养[J[.生物工程学报，2011，27（4）：645-652.