动物细胞培养用多孔载体的研制

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1、《个物丁一稈讲展》199乂/218-Nn5动物细胞培养用多孔载体的研制胡显文肖成祖(军事医学科学院生物工程研究所北京100071)摘要多孔载体是一种新型的用于动物细胞培养的优秀的细胞支持物，其内部网状结构的小孔具有固定细胞和保护细胞免受机械损伤的功能，适合于贴樂细胞和悬浮细胞的培养，能提高培养密度，可应用于大规模培养系统。本文综述了多孔载体的物化性质、制作材料和制备方法。关键词多孔载体动物细胞培养细胞固泄化是连续灌流培养的基础。传统多孔载体(porouscarriers)是近年來才发展起來的一种用于大规模高密度动物细胞培养的优秀的细胞支持物'o多孔载体内部有许多网状

2、的相互连通的小孔通向载体表面,细胞易于进入孔中生长、分裂。多孔载体几乎具有Griffiths所要求的理想细胞支持物的所有特征2(表1),尤其解決了细胞固定化和剪切力对细胞损伤两大难题能提高细胞培养密度，便于大规模细胞培养，E而刚一出现,便倍受瞩目。表1理想细胞支持物的主要特征11生物相容性21简便的无毒害固定化过程31良好的传质特性41良好的机械稳定性51最大的比表面积61适合细胞生长的形状和人小71粒径分布均一81能高压灭菌91可重复利用，易于清洗101能保护细胞免受机械损伤111接种方便121能固定化大部分细胞131适合.大规模培养141易使细胞、载体与壊养基分离

3、151适A于贴壁细胞和悬浮细胞的培养的实心微载体只能固定贴壁细胞，而且在培养后期，许多细胞由于老化而降低了贴壁能力，容易从微载体中脱落下來，细胞贴壁需要血清中的某些物质和某些细胞因子的帮助，低血清培养基不利于实心微载体培养细胞。多孔载体能使细胞在其内部生长，可降低血清用量，增加纽胞固定化稳定性，适合于长期培养。多孔载体开仅能培养贴壁细胞，也适合于悬浮细胞的固定化连续灌流培养。由于悬浮细胞个体较小，通过筛网过滤难丁•将细胞截留在反应器中，因而在连续培养屮要损失大量细胞，不利于提高培养密度。通过离心作用使细胞与培养基分离，设备投资与运行费用均较高，而多孔载体内部网状小孔可

4、以裹夹(cntrapmcnt)悬浮细胞，有效、fS廉、简便地解决了悬浮细胞固定化灌流培养笊难题,大大提高了悬浮细胞的培养密度。在细胞培养中，流体剪切力等容易对缺乏细胞壁的动物细胞带來机械损伤，而用多孔载体培养细胞，一方面可为细胞创造良好的微环境，细胞生长不受流体流动、气泡凝聚破裂及各种机械碰撞的影响，另一方面还可增加搅拌强度，增大通气量，提高气体与培养基间的传质速率和培养基与细胞间的传质速率，适合于搅拌式、气升式、固定床和流化床等各种生物反应器的培养。虽然微囊化培养和凝胶包埋培养也能固定和保护细胞,但由于整个固定化过程都需无菌操作,制备时物理化学条件变化必须温和，限制

5、了材料的选择，增加了操作难度，难于工业化。多孔载体的制备不受温度、pH及化学条件笊约束，固定化过程不会对细胞产生任何毒害利损伤，操作方便，培养简单，已成功地应用于工业化大规模细胞培养'o1多孔载体的物理化学性质的要求多孔载体的物理性质，如粒径、孔径、密度等主要考虑传质和保护细胞的要求，而化学性质主耍考虑生物相容性和细胞贴壁的要求。111粒径多孔载体的粒径和实心微载体相近，搅拌罐和气升罐屮使用的微载体一般在120An〜250An之间,CultisphenCytopore多孔载体等，粒径过小，内部空隙小，载体的机械强度也受到影响;粒径过大，又增加了物质扩散距离，培养基屮的

6、营养成分不易传到载体屮心，在载体屮心生长的细胞处于缺养状态，其代谢产物也容易积累，不利于细胞生长。流化床反应器中使用的多孔微载体粒径大多在400An〜1000An之间，如VX2100、CM80多孔载体,这主要是为了增加流化速度（即载体沉降速度），可以强化固液传质，也能提高氧传质速率。若使用粒径为150An,密度为1103g./'cm3的载体，其流化速度只有0105an化难于操作，也不利于传质。固定床反应器屮多使用2mm〜5mm的多孔载体，如Siran玻璃多孔载体，载体相互堆积形成的床层空隙约1mm,便于培养基的流动,如果粒径过小，床层空隙小，经过长时间培养,细胞可能堵

7、塞床层，影响反应器的正常运行。112孔径和孔隙率动物细胞的直径一般为10An左右，为保证细胞能顺利进入多孔载体孔中生长,小孔直径一般为细胞直径的A3倍，为确保载体的机械强度，孔径不宜超过粒径的20%,即20%d粒事（2^3）d细胞，因此对于直径为200An左右的载体，其孔径一般在20An〜60An之间，而在固定床屮多孔载体孔径有的大于儿百An细胞仍能生长。孔隙率取决于孔径和孔数，孔隙率大，可为细胞提供更多的生长空I'可。一般多孔载体的孑I隙率为70%〜80%，也有许多多孔载体孔隙率在90%以上。113密度用于搅拌罐和气升罐等悬浮培养系统的多孔载体，其