动物细胞培养生物反应器研究进展

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1、化工进展·560·CHEMICALINDUSTRYANDENGINEERINGPRGRESS2002年第21卷第8期动物细胞培养生物反应器研究进展张前程1，3张凤宝1姚康德2张国亮1张晓萍3（1天津大学化工学院；2天津大学材料科学与工程学院，天津，300072；3内蒙古工业大学化工学院，呼和浩特，010062）摘要介绍了搅拌式生物反应器、非搅拌式生物反应器、粘性泵生物反应器、膜式旋转细胞培养器、旋转式细胞!组织三维培养器以及脉冲式生物反应器，其中有新型的，也有改进传统型的。关键词动物细胞，动物细胞培养，生物反应器中图分类号R318.1文献标识码A文章编号1000

2、-6613（2002）08-0560-04动物细胞的离体培养一直是科学家们十分重视切也很敏感，所以人们在供氧方式的改进上做了许的研究领域。从1907年美国人Harrison将蝌蚪的多工作。神经组织体外培养成功以后的近一个世纪里，动物笼式供氧（cageaeration）是搅拌式动物细胞反细胞培养在动物病毒研究及疫苗生产中起了非常重应器供氧方式的一种，即气泡用丝网隔开，不与细［1］胞直接接触。反应器既能保证混合效果又有尽可能要的作用。通过动物细胞的大规模培养，得到了［1］许多极有价值的生物物质，如疫苗、诊断试剂、干小的剪切力，以满足细胞生长的要求。北野昭一扰素和单克

3、隆体等，为人类的健康提供了有利的保报道了一个经过改进的搅拌式动物细胞反应器，整障。20世纪80年代后期“组织工程”概念的提体呈梨形，搅拌置于反应器底部，在搅拌轴外装了出，动物细胞的三维培养又成为了一个重要的研究一个锥形不锈钢丝网与搅拌轴一起转动。轴心处的课题，它使科学家们梦寐以求的目标即体外重建人鼓泡管在丝网内侧鼓泡，丝网外侧的细胞不与气泡体组织逐步成为可能。直接接触。［2"4］动物细胞的培养大致有贴壁培养、悬浮培养、Gelligen反应器是美国NBS公司（New微载体悬浮培养等方式。在动物细胞的培养过程BrlnswickScientificCo.）生产的适合于

4、微载体系统的细胞反应器。反应器中有一个中空的导向搅拌中，细胞培养生物反应器是整个过程的关键设备，桨，培养液和细胞通过中空导向桨形成上下循环。它要为细胞提供适宜的生长环境并决定着细胞培养反应器采用笼式供氧，溶于液体中的氧依靠丝网外的质量和产量。按照动物细胞的生长要求，具备低液体的对流作用均匀分布到反应器内。该反应器还的剪切效应、较好的传递效果和流体力学性质是这带有一个气体调节系统，用来控制溶氧浓度和pH类反应器设计或改进所必须遵循的原则。值。由于气泡不与细胞直接接触，所以通气量不受1搅拌式生物反应器限制，而且泡沫少不需用消泡剂，细胞在循环过程受到的剪切力也很小。华

5、东理工大学生化工程研究搅拌式反应器靠搅拌桨提供液相搅拌的动力，所开发的CellCll-20动物细胞培养反应器，主要它有较大的操作范围、良好的混合性和浓度均匀工作原理与Gelligen反应器相似，但采用了双层笼性，因此在生物反应中被广泛使用。但由于动物细［5，6］式供氧，提高了氧的传递系数。在20L的反应胞没有细胞壁的保护，因此对剪切作用十分敏感，器中采用灌流工艺培养Vero细胞，连续培养5天直接的机械搅拌很容易对其造成损害，传统的用于细胞数增加37倍，密度超过1>107个!mL。微生物的搅拌反应器用作动物细胞的培养显然是不［7］还有其他一些改进的供氧方式。Lav

6、ery等用合适的。所以，动物细胞培养中的搅拌式反应器都一个带有双层搅拌的反应器测量了动物细胞培养介是经过改进的，包括改进供氧方式、搅拌桨的形式质中氧的传递。搅拌轴是中空的，气体从轴的底部及在反应器内加装辅件等。!"!供氧方式的改进收稿日期2001-11-07；修改稿日期2002-03-31。一般情况下，搅拌式反应器还常伴有鼓泡，为第一作者简介张前程（1956—），男，博士研究生，副教授。电细胞生长提供所需氧分。由于动物细胞对鼓泡的剪话022-27891176。第8期张前程等：动物细胞培养生物反应器研究进展·561·通入，经下层桨叶搅拌，均匀地分散于液体中；上达到

7、了5>108个!mL。［12］层桨叶抑制了液面处气泡的迸溅，从而减小了对细Chiou等人在以聚氨酯和纤维素泡沫为填料胞的损害。的填充床反应器中培养昆虫细胞，证明这两种微孔［8］Sucker等介绍了一种带搅拌的鼓泡反应器，材料适合昆虫细胞的生长且不易脱落。在两类填充能在动物细胞的培养中将气泡对细胞的损害降到最床中高密度培养的细胞其最终平均密度达到了7和5.2>107个!mL，小。反应器中央液面下方有一个气液混合管，里面4.3>10［13］装有鼓泡器和搅拌器。液体与鼓泡器出来的气体在John等在以玻璃纤维作环形填料的气升式混合管内逆流混合，然后在搅拌桨的作用下流出混

8、填充床反应器中模仿鼠类骨