[发明专利]贴壁型细胞培养装置及贴壁型细胞培养系统

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种用于大规模体外培养哺乳类动物细胞、昆虫细胞、植物细胞及人类细胞的贴壁型细胞培养装置及贴壁型细胞培养系统。

背景技术

采用大规模体外培养技术培养细胞是生产生物制品的有效方法。20世界60-70年代，用于大规模培养细胞的微载体培养系统和中空纤维细胞培养技术就已创立。近数十年来，由于人类对生长激素、干扰素、单克隆抗体、疫苗及白细胞介素等生物制品的需求猛增，采用传统的生物化学技术从动物组织中获取生物制品的量已远远不能满足需求。随着细胞培养的原理与方法日臻完善，细胞大规模培养技术逐渐趋于成熟。

所谓细胞大规模培养技术(large-scale culture technology)是指在人工条件下(设定ph、温度、溶氧等)，在细胞生物反应器(bioreactor)中高密度大量培养用于生产生物制品的动物细胞的技术。目前可大规模培养的细胞有鸡胚、猪肾、猴肾、地鼠肾等多种原代细胞及人二倍体细胞、cho(中华仓鼠卵巢)细胞、BHK-21(仓鼠肾细胞)、Vero细胞(非洲绿猴肾传代细胞，它是贴壁依赖的成纤维细胞)等，并已成功生产了包括狂犬病疫苗、口蹄疫疫苗、甲型肝炎疫苗、乙型肝炎疫苗、红细胞生成素、单克隆抗体等产品。

第一代细胞培养技术使用转瓶(roller bottle)进行贴壁细胞的培养。转瓶培养技术具有劳动强度大、占地空间大、单位体积提供细胞生长的表面积小、细胞生长密度低、产品质量不均一、培养时监测和控制环境条件受限的缺点。随着生物技术的不断发展，迫切需要大规模的细胞培养，特别是培养表达特异性蛋白的哺乳动物细胞，以便获得大量有用的细胞表达产物。采用玻璃瓶静置或旋转瓶的培养方法，已不能满足细胞数量及其分泌产物的需求。

自70年代以来，采用微载体技术培养细胞及其生物反应器(Bioreactor)得到了较快的发展，生物反应器的种类越来越多，规模越来越大，较常见的细胞培养生物反应器有空气提升反应器、中空纤维管反应器、无泡搅拌反应器及篮式生物反应器等。八十年代以来，人们逐渐开始采用微载体技术以生物反应器培养代替鼠腹水的方法获得单克隆抗体。

动物细胞是一种无细胞壁的真核细胞，生长缓慢，对培养环境十分敏感。采用传统的生物化工技术进行动物细胞大量培养，除了要满足培养过程必需的营养要求外，有必需建立合理的控制模型，进行pH和溶氧(DO)的最佳控制。细胞生物反应器可通过微机有序地定量地控制加入动物细胞培养罐内的空气、氧气、氮气和二氧化碳四种气体的流量，使其保持最佳的比例来控制细胞培养液中的pH值和溶氧水平，使系统始终处于最佳状态，以满足动物细胞的生长对pH值和溶解氧的需要。如为提高或达到一定的溶氧水平可改变通入培养罐内气体中氧气和氮气的比例来实现控制DO值的目的。细胞生物反应器采用二氧化碳/碳酸氢钠(CO2/NaHCO3)缓冲液系统来控制培养液的pH值。目前微载体培养广泛应用于培养多种类型细胞，如293细胞、成肌细胞、Vero细胞、CHO细胞，但由于微载体对细胞有一定要求，仍有多种细胞无法采用微载体技术进行培养。

现在，细胞培养技术在规模和可靠性方面都有不断的发展，并且从中得到的蛋白质也被证明是安全有效的，人们对细胞培养的态度也已经发生了改变。许多人用和兽用的重要蛋白质药物和疫苗，尤其是那些相对较大、较复杂或糖基化(glycosylated)的蛋白质来说，细胞培养是首选的生产方式。

60年代初，英国AVRI研究所在贴壁细胞系BHK21中将口蹄疫病毒培养成功后，从最初的200ml和800ml玻璃容器开始，很快就放大到30L和100L不锈钢罐的培养规模。使用的是基于Eagle’s配方的培养基，补充5％成年牛血清和蛋白胨。1967年以后，Wellcome(现为Cooper动物保健)集团分布于欧洲、非洲和南美洲8个国家的生产厂商，应用此项技术工业规模化生产口蹄疫疫苗和兽用狂犬疫苗，已掌握了5000L的细胞罐大规模培养技术。

目前，国内很多企业仍然采用转瓶技术进行生产，然而由于转瓶技术具有不能大规模制备产品、生产批次间质量差异大、产品无法监控的缺点，新的生产线已经不允许采用转瓶技术。

由于微载体技术工艺操作复杂，对细胞生物反应器的要求高，设备完全依赖进口。目前国内企业对微载体技术的工艺不能完全掌握，只有少数企业可以做到300L的培养规模，国际上也仅有少数企业掌握了1000L以上的培养技术，无法超过5000L的培养规模，严重制约了疫苗及生物工程药物的研究及生产。

发明内容