李尤，周航，李锦才，张玉彬

    哺乳动物细胞灌流培养技术的开发与应用

    李尤，周航，李锦才，张玉彬

    动物细胞培养始于 20世纪初，发展至今已成为生物、医学等领域广泛采用的技术方法。同微生物细胞相比，动物细胞表达蛋白质因具有蛋白空间折叠和糖基化修饰等功能而备受青睐[1-2]。近年来，蛋白药物的上市和带来的巨大经济效益，掀起了哺乳动物细胞培养的热潮。对于倍增时间长、对外界环境敏感、培养难度大的动物细胞，如何完善其培养工艺，提高细胞蛋白表达量，并有效投入大规模生产，成为国内外研究的热点。

    1 灌流培养的特点与应用

    常用的动物细胞培养方法有批次培养、补料批次培养、灌流培养等。其中，灌流培养能使体系中的培养基不断被更新，及时满足细胞对营养物质的需求，同时移除乳酸、铵等有害代谢产物，给与细胞较优良和稳定的生长环境。这种方法有效地提高了动物细胞密度和活率，延长了细胞的培养时间，并使得蛋白产量大幅上升。对该法的早期研究主要集中于贴壁细胞的床层培养，对于悬浮细胞，需要结合细胞截留设备完成灌流操作[3-5]。

    相比于补料批次培养，灌流培养的高细胞密度、高细胞活率、高产量的特点使其能够凭借小型生物反应器规模达到补料批次培养大规模生产所得的蛋白量，实现了培养规模小型化，增加了操作的灵活度。但灌流操作培养基消耗量大，对设备要求高，长期培养染菌风险增大。

    目前，对于动物细胞培养方法选取，主要决定于细胞生长的特性和目的蛋白的性质。灌流培养的显著优势在于蛋白可以随着培养基及时地被分离出，蛋白在反应器内停留时间短，较少受到培养体系内各种水解酶的降解作用，有利于蛋白质量的提高。这一特点，对于化学性质不稳定的蛋白，例如酶、凝血因子等生产极为有利。而当细胞生长和蛋白质量不受培养方式限制时，例如对于化学性质相对稳定的抗体等药物生产而言，是选择细胞灌流培养还是补料批次培养，需综合衡量成本、效益、规模、风险、操作灵活性等因素[6]。表 1 列举了运用灌流技术进行生产的部分生物药物。

    2 细胞截留设备

    随着悬浮细胞的大规模应用，悬浮细胞灌流培养技术也日益发展。细胞截留是悬浮细胞灌注培养的工艺要素之一，如何有效地截留细胞而不会对细胞造成损害成为工艺的重点和挑战。目前的细胞截留设备主要基于过滤、沉降、离心原理设计，包括旋转过滤器、涡流过滤器、倾斜沉降器、旋液分离器等。基于过滤原理设计的细胞截留设备，可以100% 分离细胞，但滤膜容易被细胞碎片、消泡剂等堵塞，最终导致灌流培养终止。对细胞进行离心分离 ......