Ⅰ 大規模培養動物細胞的技術主要有哪幾類 目前有哪些應用還存在哪些問題
縱觀整個百年現代生物技術的發展歷史,體外動物細胞培養可以說是支撐現代醫學的核心技術。從最初的細胞僅能在體外存活幾個小時,到可以連續增殖以供基礎醫學研究,自至今天成為「細胞工廠」為人類生產重組葯物,再到未來也許可以被充分調控分化以細胞本身作為葯物,可以說整個細胞培養技術的進步則代表了生物醫學的發展方向。
由於動物體內的組織液和血液等為組織細胞的生長提供了充分的營養,因此體外細胞培養過程中營養液的合理提供,將是細胞培養能否成功的第一步關鍵因素。
本文將結合生物醫學的發展階段,簡要闡述動物細胞培養基的研發歷程。
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1882-1907:破曉
1882年,Sydney Ringer開發出一種鹽溶液,可以讓離體的青蛙心臟保持跳動,這也就是Ringer平衡鹽溶液(Ringer』s solution)。這被認作是第一次實現動物組織的體外培養。
Ringer成功實現組織的體外培養後,研究者開始聚焦細胞的體外培養。然而,細胞通常很難存活並且幾乎沒有分裂的跡象。直到1907年,Ross G. Harrison利用青蛙淋巴囊分離的淋巴液培養青蛙神經纖維,發現其在數周時間內持續生長。該實驗被認為是動物細胞體外培養的開端。
1907-:天然培養基
Alexis Carrel是一名法國外科醫生和生物學家、生物學家,因為對血管結構的研究和血管/器官移植的研究獲得1912年諾貝爾生理學或醫學獎。
Alexis Carrel對組織培養的貢獻巨大,他發明了一種直到今天仍在廣泛使用的細胞培養瓶的原型瓶,並建立了一整套的無菌操作技術。
Alexis Carrel, 1873-1944
受Harrison成功培養神經纖維的影響,Carrel在1909年派下屬Montrose T. Burrows到Harrison處(耶魯大學)學習。在耶魯大學,Burrows發現淋巴液不適合培養恆溫動物的細胞,於是改用血漿代替。
從此,血漿成為細胞培養的主流培養基。Burrows成功的培養了雞胚細胞和動物細胞。1912年,Carrel證明通過周期性更換培養基可以實現雞胚胎結締組織的長期培養(長達幾個月),1913年,Carrel發現通過添加胚胎提取物可以極大刺激雞胚心臟成纖維細胞的增殖並大幅延長存活時間。同時,由於淋巴液、血漿、胚胎提取物的成分未知,研究者開始研究哪種成分影響了細胞的存活和增殖。
1911-:合成培養基的努力
1911年,Margaret R. Lewis和Warren H. Lewis夫婦證明:在Locke平衡鹽溶液加入額外的氨基酸、肉湯、葡萄糖後改良而來的Locke–Lewis solution,可以更有效的促進雞胚細胞的生長。
他們指出,葡萄糖的作用非常重要,如果濃度不足,細胞就會在幾天內萎縮和死亡。同時有研究人員證實了氨基酸和谷胱甘肽在雞胚成纖維細胞培養中的作用,假說認為谷胱甘肽維持了氧化還原環境。
Joilannes P. M.Vogelaar和Eleanor Erlichman發現了胰島素、甲狀腺素的重要作用,通過加入這兩種激素以及葡萄糖、血漿、蛋白腖等到Ringer平衡鹽溶液中,可以培養人成纖維細胞3個月以上。再如Baker培養基包含微生物A、維生素C、維生素B1、維生素B2、谷胱甘肽和血漿等。所有這些研究都使用了天然成分。
1940-:細胞系的誕生
1940年,Wilton R. Earle等人成功得到了永生的鼠成纖維細胞(L cells);1951年,George O. Gey和同事成功從宮頸癌患者分離得到了無限分裂的人細胞系(Hela cells)。
有了這些細胞系,就不再需要每次試驗都進行細胞的分離,而使用同樣的細胞系進行試驗。這也為衡量不同培養基組分對細胞的微小影響並進行定量分析帶來了可能。從此刻開始,培養基的研究取得了快速的進展。
▲海瑞塔·拉克斯 Hela細胞系來源
1946-:基礎培養基和無蛋白培養基
Fischer將血漿中低分子組分分離出來,發現去除低分子的血漿不能很好的維持細胞生長,隨後Fischer發現氨基酸是低分子組分中維持細胞生長的必要成分。
1955年,Harry Eagle採用Fischer的方法,確認低分子組分中13種氨基酸和8種維生素是必要成分。在此基礎上,Eagle發明了minimum essential medium (MEM)培養基,包含葡萄糖、6種無機鹽、13種氨基酸、8種維生素和透析血漿。此培養基正式揭開了細胞培養基的研究序幕,直至今日仍然廣泛應用於相關領域。
在Eagle的基礎上,Renato Dulbecco、Marguerite Vogt、Clifford P. Stanners、Norman N. Iscove及Fritz Melchers等針對不同細胞系、不同培養目的對MEM培養基進行了優化。Dulbecco進一步優化的lbecco's modified eagle medium (DMEM)成為目前基礎研究中應用最為廣泛的培養基,是所有生物制葯工程細胞用培養基的研究基石。這位義大利後裔的美國人基於在腫瘤病毒上的出色研究獲得了1975年的諾貝爾醫學或生理學獎。
在隨後的1957年中,美國科羅拉多大學Dr. Theodore T. Puck從一成年雌性倉鼠卵巢分離獲得一株上皮貼壁型細胞,這就是此後成為生物制葯上最廣泛使用的CHO細胞。
毫不誇張地講,沒有Eagle、Dulbecco和Theodore T. Puck三人在1950年代的共同研究成功,今天全球接近1000億美金的抗體葯物產業化只能是紙上談兵。
▲In 1973 ,Columbia University wawarded Louisa Gross Horwitz Prize to Harry EagleRenato DulbeccoTheodore Puck
1970-:無血清培養基的開發
1976年,三篇關鍵的研究文獻報道加速了無血清培養基的研究:
Ham研究團隊發現了亞硒酸鹽的必要性
Larry J. Guilbert和Iscove發現除了亞硒酸鹽,轉鐵蛋白和白蛋白是很好的血清替代物
Izumi Hayashi和Gordon H. Sato發現幾種激素和生長因子的組合是很好的血清替代物
在這幾項研究的推動下,以亞硒酸鹽、轉鐵蛋白、白蛋白、激素、生長因子替代血清,多種無血清培養基被開發出來。
在無血清培養開發的同時,研究者也將幾種必要組分直接組合成血清替代物,如胰島素、轉鐵蛋白、亞硒酸鹽組合成ITS。
Hiroki Murakami等人發現乙醇胺對於雜交瘤細胞培養是必要的,因此與ITS組合成ITES。針對不同細胞,研究者開發出對應的血清替代物。如B-27添加物用於神經細胞培養的血清替代物。
1978-:細胞培養基的工業化應用
1982年,首個基因工程葯物胰島素獲批上市,開啟了重組蛋白葯物的時代。EPO、干擾素β、單克隆抗體等由於具有糖基化修飾,只能採用動物細胞來表達。NS0、CHO細胞成為工業界生產蛋白和抗體葯物的主流。
國際上,跨國葯企的培養基通常根據產品進行優化,得到特定的培養基。國內由於市場小,研發投入小,通常採用商業化的目錄培養基,個別企業如天廣實、復宏漢霖、葯明康德等進行培養基的自主研發。
…………
賽默飛世爾科技在全球生物製品研發和生產領域的實力毋庸置疑,尤其是旗下的Gibco™ 品牌,在細胞培養研究及應用領域更是取得了不可估量的成就!
Gibco™ 成立於1962年, 所以要算年紀的話,他已經是個不折不扣的「大叔」了。但這個大叔可不簡單,在過去的55年時間里,他取得了許多舉世矚目的成就!
▲Gibco的前世今生
2015年CD FortiCHO培養基新升級為Dynamis培養基,保持CD FortiCHO培養基營養高度富集的特點,且使用方便性及穩定性進一步提升。適用於CHO-K1,GS CHO, CHO S等生長旺盛細胞培養。
Ⅱ 什麼是細胞培養技術
細胞培養技術是指在體外模擬體內環境(無菌、適宜溫度、酸鹼度和一定營養條件等),使之生存、生長、繁殖並維持主要結構和功能的一種方法。細胞培養技術指的是細胞在體外條件下的生長,在培養的過程中,培養物是單個細胞或細胞群。細胞在培養時都要生活在人工環境中,由於環境的改變,細胞的移動或受一些其他因素的影響,培養時間加長,傳代導致細胞出現單一化型。
細胞培養技術也叫細胞克隆技術,在生物學中的正規名詞為細胞培養技術。不論對於整個生物工程技術,還是其中之一的生物克隆技術來說,細胞培養都是一個必不可少的過程,細胞培養本身就是細胞的大規模克隆。細胞培養技術可以由一個細胞經過大量培養成為簡單的單細胞或極少分化的多細胞,這是克隆技術必不可少的環節,而且細胞培養本身就是細胞的克隆。細胞培養技術是細胞生物學研究方法中重要和常用技術,通過細胞培養既可以獲得大量細胞,又可以藉此研究細胞的信號轉導、細胞的合成代謝、細胞的生長增殖等。
一、動物細胞培養
在所有的細胞離體培養中,最困難的是動物細胞培養。下面是它所需要的特殊條件。
⑴血清:動物細胞離體培養常常需要血清。最常用的是小牛血清。血清提供生長必需因子,如激素、微量元素、礦物質和脂肪。在這里,血清等於是動物細胞離體培養的天然營養液。
⑵支持物:大多數動物細胞有貼壁生長的習慣。離體培養常用玻璃,塑料等作為支持物。
⑶氣體交換:二氧化碳和氧氣的比例要在細胞培養過程中不斷進行調節,不斷維持所需要的氣體條件。
二、植物細胞培養
⑴光照:離體培養的植物細胞對光照條件不甚嚴格,因為細胞生長所需要的物質主要是靠培養基供給的。但光照不但與光合作用有關,而且與細胞分化有關,例如光周期可對性細胞分化和開花調控作用,所以以獲得植株為目的的早期植物細胞培養過程中,光照條件特別重要。以植物細胞離體培養方式獲得重要物質,如葯物的過程,植物細胞大多是在反應器中懸浮培養。
⑵激素:植物細胞的分裂和生長特別需要植物激素的調節,促進生長的生長素和促進細胞分裂的分裂素是最基本的激素。植物細胞的分裂,生長,分化和個體生長周期都有相應的激素參與調節。和動物細胞相比,植物細胞離體培養對激素要求的原理已經了解,其應用技術也已相當成熟,已經有一套能使用的培養液。同時解決了植物細胞對水、營養物、激素、滲透壓、酸鹼度、微量元素等的需求。
三、微生物細胞培養
微生物多為單細胞生物,野生生存條件比較簡單。所以微生物人工培養的條件比動植物細胞簡單得多。其中厭氧微生物培養比好氧微生物復雜,因為嚴格厭氧需要維持二氧化碳等非氧的惰性氣體濃度,而好氧微生物則只需要通過不斷攪拌提供無菌氧氣。微生物對培養條件要求不如動植物細胞那樣苛刻,玉米漿、蛋白腖、麥芽汁、酵母膏等成為良好的微生物天然培養基。對於一些特殊微生物的營養條件要求,可以在這些天然培養基的基礎上額外添加。
Ⅲ 細胞培養技術在實驗研究中有哪些應用
細胞培養細胞培養技術也叫細胞克隆技術,在生物學中的正規名詞為細胞培養技術。不論對於整個生物工程技術,還是其中之一的生物克隆技術來說,細胞培養都是一個必不可少的過程,細胞培養本身就是細胞的大規模克隆。細胞培養技術可以由一個細胞經過大量培養成為簡單的單細胞或極少分化的多細胞,這是克隆技術必不可少的環節,而且細胞培養本身就是細胞的克隆。通過細胞培養得到大量的細胞或其代謝產物。因為生物產品都是從細胞得來,所以可以說細胞培養技術是生物技術中最核心、最基礎的技術。
細胞培養技術的研究應用
1.
直接觀察活細胞的形態結構和生命活動。用於細胞學、遺傳學、免疫學、實驗醫學和腫瘤學等多種學科研究.
2.
直接觀察細胞的變化可便於攝影。
3.
研究細胞種類如低等到高等到人類、胚胎到成體、正常組織到腫瘤。
4.
便於使用各種技術:相差、熒光、電鏡、組化、同位素標記等方法觀察和研究細胞狀況。
5.
是分子生物學和基因工程學的研究對象,也是其主要的組成部分。
6.
易於施用物理、化學生物的實驗研究。
7.
易於提供大量生物性狀相似的實驗對象,耗資少比較經濟。
8.
成為生物製品單克隆抗體生產和基因工程等的材料來源。
細胞貼附在支持物表面生長,只依賴貼附才能生長的細胞叫做貼附型細胞(Anchorrage-dependent
cells)這種現象與細胞分化有關。
1.
Ⅳ 誰能介紹一下三維細胞培養技術
人體內細胞,組織競相生長,交織成一個非常復雜的,三維的體系,同樣,那些對於我們人體產生不良影響的微生物,和傳染病病原體也是通過這種復雜的三維環境入侵,並引起疾病的。但是現今的人體細胞培養方法還停留在傳統的二維平面上,這種二維培養方法能幫助研究人員建立穩定的體系,越來越觀察細胞的行為,和傳染病機制,然而隨著科學的發展,需求不斷加深,二維細胞培養方法已經不能滿足科學家們的需要了,我們需要更接近細胞生存環境的培養方法。近十年,隨著組織工程的新興發展,科學家們提出,並逐漸完善了三維細胞培養技術,這種培養方法獲得細胞在基因表達、基質分泌及細胞功能活動等方面與單層培養均有明顯差異,而與體內細胞生長情況更為相似,而且三維細胞培養既能保留體內細胞微環境的物質結構基礎,又能體現細胞培養的直觀性及條件可控制性,把體外無細胞及單層細胞培養體系與組織器官及整體研究聯系起來。並且隨著一些廠商的參與,這種三維細胞培養技術得以商品化。著名的自動化生物樣品處理公司:Hamilton的BioLevitator? 3D細胞培養儀就是一種先進的3D細胞培養產品,這種細胞培養儀利用磁性微球載體(Global Eukaryotic Microcarrier?,GEM?)和磁懸浮技術,使貼有細胞的微球載體懸浮在培養液中,確保了高質量、高密度的細胞繁殖,突破了傳統有蓋培養皿、培養瓶或微孔板細胞培養耗時繁瑣,細胞產量微小等局限性。其中GEM?載體是由GlobalCell Solution (GCS)和Hamilton公司聯合開發的,由於傳統的細胞培養技術必須重復地做細胞繁殖增長、接種工作,以獲取所期望的細胞數量,這種局限性降低了葯物發現時效性,而新開發的GEM?載體包含的技術是一種有效連續培養、存儲和分析應用貼壁細胞新方法,它能將細胞增長、深低溫保存、細胞功能分析置於容易操作的載體上。此外,GEM載體可用於儲藏並繁殖多種普通且不易做培養的細胞類型,其操作過程簡便,類似於試劑方式,由此可解放目前低效率細胞培養分析系統。除了具備GEM?載體這樣的技術以外,BioLevitator? 3D細胞培養儀還能容納4 個50ml 的細胞培養管進行高密度3D 細胞培養,是一個非常方便的整合細胞培養儀,不需要其他外圍設備,所需人工操作極少。目前BioLevitator? 3D細胞培養儀被廣泛地運用於基礎生物醫學研究(如基因組學、蛋白質組學和細胞組學),新葯發現和篩選,臨床醫學診斷等方面。 在生物幫那裡可有找到詳細的介紹,可以去那裡查找一下,生物幫是生物行業門戶網站,信息比較全面的,我平時就喜歡到那裡找資料。可以去 www.bio1000.com/zt/cell/201378.html 那裡了解一下。
Ⅳ 細胞生物學實驗技術有哪些
細胞生物學研究所用的實驗技術包括:遺傳學、病理學、免疫學、生物化學、基因組學、蛋白質組學和分子生物學的理論和方法探討疾病發生和發展的分子機制。為整個疾病過程尋求特異的分子診斷指標,以及利用分子生物學技術為這些分子診斷指標建立臨床實用的檢測方法。
細胞培養技術指的是細胞在體外條件下的生長,在培養的過程中細胞不再形成組織(動物)。
培養物是單個細胞或細胞群。細胞在培養時都要生活在人工環境中,由於環境的改變,細胞的移動或受一些其他因素的影響,培養時間加長,傳代導致細胞出現單一化型。
Ⅵ 細胞培養技術是什麼
由於植物細胞具有全能性,即植物的體細胞具有母體植株全部遺傳信息並發育成為完整個體的潛力,因而每一個植物細胞可以象胚胎細胞那樣,經離體培養再生成植株。
植物細胞的「全能性」學說是由1902年德國植物學家哈貝爾蘭德提出的。他預言,人有朝一日可以切取植物的一小部分的葉、莖、根,使它們在試管中長成一株完整的植株。
經過了長達35年之後,即1937年,美國科學家懷特等人第一次把胡蘿卜和煙草植物體上的組織取下一塊,放在試管里培育,終於長出新的細胞和組織。
1958年,美國一位植物學家斯蒂伍德成功地從一個胡蘿卜細胞,培養出了一株具有根、莖、葉的完整植物,並能開花結果。這樣,哈貝爾蘭德的科學預見終於變成了現實。
美國賓夕法尼亞州立大學園藝學家認為,利用植物細胞和組織培養技術培養植物不但可行而且有利。它的好處是:可以避免用種子繁殖時發生的後代變異;可以得到無病害的植物,並且繁殖迅速,一年之內能生產數十萬株植物;植物細胞可以放在塑料袋裡郵寄,收到後把它放在溫室瓶里培養,幾天之後就能長成新的植物。特別是木本植物繁育周期長,從種子到下一代,往往需要幾年,甚至幾十年,如果用試管育苗的辦法,對於縮短育種時間和保持植物優質將起到明顯的作用。
Ⅶ 國內有哪些細胞培養基企業
1、上海奧浦邁生物
上海奧浦邁生物科技有限公司是一家國內領先的,致力於生物醫葯最核心原料細胞培養基研發生產和生物葯委託開發生產服務的生物科技公司,2013年在上海國際醫學園區成立,奧浦邁取名於「Optimize」,專注於高品質培養基研發和大規模生產。
2、甘肅蘭州建順
公司主要經營無血清細胞培養基的研發、生產、銷售及新技術的開發應用;細胞培養技術和產品的開發、轉讓及咨詢服務;細胞培養基及相關試劑、耗材、儀器設備的批發、零售。(依法須經審批的項目,經相關部門批准後方可開展經營活動)
3、天信和
天信和(蘇州)生物科技有限公司,是北京天信和生物科技有限公司於2015年8月成立的全資子公司,位於蘇州市吳江經濟技術開發區,佔地4000_,已建成符合GMP要求的3000_的細胞培養基生產車間、生物反應器生產車間以及研發實驗室。
公司致力於個性化細胞培養基研究和生產、生物反應器工藝化設計及製造、動物細胞大規模培養工藝技術研究、生物過程工藝技術開發及轉讓,以此為基礎構建了生物制葯過程技術工藝開發平台。
4、上海源培
上海源培生物科技股份有限公司(以下簡稱「源培生物」)成立於2012年11月,坐落於上海奉賢經濟開發區生物科技園區,佔地25畝,聚焦於細胞培養基、微生物培養基、類器官培養基等及相關試劑的研發和生產,以及生物科技領域內的技術服務與開發等。
歷經7年創新發展,源培生物已經建成國內專業化程度最高的培養基生產基地,成長為培養基及細胞培養服務領域內的行業領先者。
5、上海倍諳基
上海倍諳基生物科技有限公司是響應上海建設具有全球影響力科創中心號召、在上海市政府支持下由華東理工大學譚文松教授創立的成果轉化平台。主要從事動物細胞大規模高密度無血清懸浮培養技術的創新研發和應用服務、個性化無血清培養基等關鍵原材料及生物反應器等關鍵裝備的設計開發和國產化生產製造。
為抗體、重組蛋白、人畜禽病毒疫苗、細胞治療等生物醫葯產品的中試孵化、產業化和工業化生產提供技術支撐、技術服務及關鍵原材料和裝備保障。
Ⅷ 生物技術的細胞工程
關於細胞工程的定義和范圍還沒有一個統一的說法,一般認為,細胞工程是根據細胞生物學和分子生物學原理,採用細胞培養技術,在細胞水平進行的遺傳操作。細胞工程大體可分染色體工程、細胞質工程和細胞融合工程。
1、細胞培養技術
細胞培養技術是細胞工程的基礎技術。所謂細胞培養,就是將生物有機體的某一部分組織取出一小塊,進行培養,使之生長、分裂的技術。細胞培養又叫組織培養。近二十年來細胞生物學的一些重要理論研究的進展,例如細胞全能性的揭示,細胞周期及其調控,癌變機理與細胞衰老的研究,基因表達與調控等,都是與細胞培養技術分不開的。
體外細胞培養中,供給離開整體的動植物細胞所需營養的是培養基,培養基中除了含有豐富的營養物質外,一般還含有刺激細胞生長和發育的一些微量物質。培養基一般有固態和液態兩種,它必須經滅菌處理後才可使用。此外,溫度、光照、振盪頻率等也都是影響培養的重要條件。
植物細胞與組織培養的基本過程包括如下幾個步驟:
第一步,從健康植株的特定部位或組織,如根、莖、葉、花、果實、花粉等,選擇用於培養的起始材料(外植體)。
第二步,用一定的化學葯劑(最常用的有次氯酸鈉、升汞和酒精等)對外植體表面消毒,建立無菌培養體系。
第三步,形成愈傷組織和器官,由愈傷組織再分化出芽並可進一步誘導形成小植株。
動物細胞培養有兩種方式。一種叫非貼壁培養:也就是細胞在培養過程中不貼壁, 條件較為復雜, 難度也大一些,但是容易同時獲得大量的培養細胞。這種方法一般用於淋巴細胞、腫瘤細胞和一些轉化細胞的培養。另一種培養方式是貼壁培養:也稱為細胞貼壁,貼壁後的細胞呈單層生長,所以此法又叫單層細胞培養。大多數哺乳動物細胞的培養必須採用這種方法。
動物細胞不能採用離體培養,以人的皮膚細胞培養為例,動物細胞培養的主要步驟如下:
第一步,在無菌條件下,從健康動物體內取出適量組織,剪切成小薄片。
第二步,加入適宜濃度的酶與輔助物質進行消化作用使細胞分散。
第三步,將分散的細胞進行洗滌並純化後,以適宜的濃度加在培養基中,37℃下培養,並適時進行傳代。
在細胞培養中,我們經常使用一個詞——克隆。克隆一詞是由英文clone音譯而來,指無性繁殖以及由無性繁殖而得到的細胞群體或生物群體。細胞克隆是指細胞的一個無性繁殖系。自然界早已存在天然的克隆,例如,同卵雙胞胎實際上就是一種克隆。
基因工程中,還有稱為分子克隆(molecular cloning)的,是科恩等在 1973年提出的。分子克隆發生在DNA分子水平上,是指從一種細胞中把某種基因提取出來作為外源基因,在體外與載體連接,再將其引入另一受體細胞自主復制而得到的DNA分子無性系。
2、細胞核移植技術
由於克隆是無性繁殖,所以同一克隆內所有成員的遺傳構成是完全相同的,這樣有利於忠實地保持原有品種的優良特性。人們開始探索用人工的方法來進行高等動物克隆。哺乳動物克隆的方法主要有胚胎分割和細胞核移植兩種。其中,細胞核移植是發展較晚但富有潛力的一門新技術。
細胞核移植技術屬於細胞質工程。所謂細胞核移植技術,是指用機械的辦法把一個被稱為「供體細胞」的細胞核(含遺傳物質)移入另一個除去了細胞核被稱為「受體」的細胞中,然後這一重組細胞進一步發育、分化。核移植的原理是基於動物細胞的細胞核的全能性。
採用細胞核移植技術克隆動物的設想,最初由一位德國胚胎學家在1938年提出。從1952年起,科學家們首先採用兩棲類動物開展細胞核移植克隆實驗,先後獲得了蝌蚪和成體蛙。1963年,我國童第周教授領導的科研組,以金魚等為材料,研究了魚類胚胎細胞核移植技術,獲得成功。到1995年為止,在主要的哺乳動物中,胚胎細胞核移植都獲得成功,但成體動物已分化細胞的核移植一直未能取得成功。
1996年,英國愛丁堡羅斯林研究所,伊恩?維爾穆特研究小組成功地利用細胞核移植的方法培養出一隻克隆羊——多利,這是世界上首次利用成年哺乳動物的體細胞進行細胞核移植而培養出的克隆動物。。
在核移植中,並不是所有的細胞都可以作為核供體。作為供體的細胞有兩種:一種是胚胎細胞,一種是某些體細胞。
研究表明,卵細胞、卵母細胞和受精卵細胞都是合適的受體細胞。
2000年6月,我國西北農林科技大學利用成年山羊體細胞克隆出兩只「克隆羊」,這表明我國科學家也掌握了哺乳動物體細胞核移植的尖端技術。
核移植的研究,不僅在探明動物細胞核的全能性、細胞核與細胞質關系等重要理論問題方面具有重要的科學價值,而且在畜牧業生產中有著非常重要的經濟價值和應用前景。
3、細胞融合技術
細胞融合技術屬於細胞融合工程。細胞融合技術是一種新的獲得雜交細胞以改變細胞性能的技術,它是指在離體條件下,利用融合誘導劑,把同種或不同物種的體細胞人為地融合,形成雜合細胞的過程。細胞融合術是細胞遺傳學、細胞免疫學、病毒學、腫瘤學等研究的一種重要手段
動物細胞融合的主要步驟是:
第一步,獲取親本細胞。將取樣的組織用胰蛋白酶或機械方法分離細胞,分別進行貼壁培養或懸浮培養。
第二步,誘導融合。把兩種親本細胞置於同一培養液中,進行細胞融合。動物細胞的融合過程一般是:兩個細胞緊密接觸→細胞膜合並→細胞間出現通道或細胞橋→細胞橋數增加擴大通道面積→兩細胞融合為一體。
植物細胞融合的主要步驟是:
第一步,制備親本原生質體。
第二步,誘導融合。
微生物細胞的融合步驟與植物細胞融合基本相同。
從20世紀70年代開始,已經有許多種細胞融合成功,有植物間、動物間、動植物間甚至人體細胞與動植物間的成功融合的新的雜交植物,如 「西紅柿馬鈴薯」、「擬南芥油菜」和「蘑菇白菜」等。(圖4-36是利用細胞融合培育雜交植物)從目前的技術水平來看,人們還不能把許多遠緣的細胞融合後培養成雜種個體,尤其是動物細胞難度更大。
酶工程、發酵工程與蛋白質工程
1、酶工程酶工程是指利用酶、細胞或細胞器等具有的特異催化功能,藉助生物反應裝置和通過一定的工藝手段生產出人類所需要的產品。它是酶學理論與化工技術相結合而形成的一種新技術。
酶工程,可以分為兩部分。一部分是如何生產酶,一部分是如何應用酶。
酶的生產大致經歷了四個發展階段。最初從動物內臟中提取酶,隨著酶工程的進展,人們利用大量培養微生物來獲取酶,基因基因工程誕生後,通過基因重組來改造產酶的微生物,近些年來,酶工程又出現了一個新的熱門課題,那就是人工合成新酶,也就是人工酶。
酶在使用中也存在著一些缺點。如遇到高溫、強酸、強鹼時就會失去活性,成本高,價錢貴。實際應用中酶只能使用一次等。利用酶的固定化可以解決這些問題,它被稱為是酶工程的中心。
60年代初,科學家發現,許多酶經過固定化以後,活性絲毫未減,穩定性反而有了提高。這一發現是酶的推廣應用的轉折點,也是酶工程發展的轉折點。如今,酶的固定化技術日新月異。它表現在兩方面:
一是固定的方法。目前固定的方法有四大類:吸附法、共價鍵合法、交聯法和包埋法。
二是被固定下來的酶,具有多種酶,能催化一系列的反應。
與自然酶相比,固定化酶和固定化細胞具有明顯的優點:
1、可以做成各種形狀,如顆粒狀、管狀、膜狀,裝在反應槽中,便於取出,便於連續、反復使用;
2、穩定性提高,不易失去活性,使用壽命延長;
3、便於自動化操作,實現用電腦控制的連續生產。
如今已有數十個國家採用固定化酶和固定化細胞進行工業生產,產品包括酒精、啤酒、各種氨基酸、各種有機酸以及葯品等等。
2、發酵工程
現代的發酵工程。又叫微生物工程,指採用現代生物工程技術手段,利用微生物的某些特定的功能,為人類生產有用的產品,或直接把微生物應用於工業生產過程。
發酵是微生物特有的作用,幾千年前就已被人類認識並且用來製造酒、麵包等食品。20世紀20年代主要是以酒精發酵、甘油發酵和丙醇發酵等為主。20世紀40年代中期美國抗菌素工業興起,大規模生產青黴素以及日本谷氨酸鹽(味精)發酵成功,大大推動了發酵工業的發展。
20世紀70年代,基因重組技術、細胞融合等生物工程技術的飛速發展,發酵工業進入現代發酵工程的階段。不但生產酒精類飲料、醋酸和麵包,而且生產胰島素、干擾素、生長激素、抗生素和疫苗等多種醫療保健葯物,生產天然殺蟲劑、細菌肥料和微生物除草劑等農用生產資料,在化學工業上生產氨基酸、香料、生物高分子、酶、維生素和單細胞蛋白等。
從廣義上講,發酵工程由三部分組成:上游工程,發酵工程和下游工程。其中上游工程包括優良種株的選育,最適發酵條件(pH、溫度、溶解氧和營養組成)的確定,營養物的准備等。發酵工程主要指在最適發酵條件下,發酵罐中大量培養細胞和生產代謝產物的工藝技術。下游工程指從發酵液中分離和純化產品的技術。
發酵工程的步驟一般包括:
第一步,菌種的選育。
第二步,培養基的制備和滅菌。
第三步,擴大培養和接種。
第四步,發酵過程。
第五步,分離提純。
發酵工程在醫葯工業、食品工業、農業、冶金工業、環境保護等許多領域得到廣泛應用。
3、蛋白質工程
在現代生物技術中,蛋白質工程是在20世紀80年代初期出現的。蛋白質工程是指在深入了解蛋白質空間結構以及結構與功能的關系,並在掌握基因操作技術的基礎上,用人工合成生產自然界原來沒有的、具有新的結構與功能的、對人類生活有用的蛋白質分子。
蛋白質工程的類型主要有兩種:
一是從頭設計,即完全按照人的意志設計合成蛋白質。從頭設計是蛋白質工程中最有意義也是最困難的操作類型,目前技術尚不成熟,已經合成的蛋白質只是一些很小的短肽。
二是定位突變與局部修飾,即在已有的蛋白質基礎上,只進行局部的修飾。這種通過造成一個或幾個鹼基定位突變,以達到修飾蛋白質分子結構目的的技術,稱為基因定位突變技術。
蛋白質工程的基本程序是:首先要測定蛋白質中氨基酸的順序,測定和預測蛋白質的空間結構,建立蛋白質的空間結構模型,然後提出對蛋白質的加工和改造的設想,通過基因定位突變和其它方法獲得需要的新蛋白質的基因,進而進行蛋白質合成。(圖4-37)
由於蛋白質工程是在基因工程的基礎上發展起來的,在技術方面有很多同基因工程技術相似的地方,因此蛋白質工程也被稱為第二代基因工程。
蛋白質工程為改造蛋白質的結構和功能找到了新途徑,而且還預示人類能設計和創造自然界不存在的優良蛋白質的可能性,從而具有潛在的巨大社會效益和經濟效益。
Ⅸ 如何進行細胞培養
細胞培養(cell culture)是指在體外模擬體內環境(無菌、適宜溫度、酸鹼度和一定營養條件等),使之生存、生長、繁殖並維持主要結構和功能的一種方法。細胞培養也叫細胞克隆技術,在生物學中的正規名詞為細胞培養技術。不論對於整個生物工程技術,還是其中之一的生物克隆技術來說,細胞培養都是一個必不可少的過程,細胞培養本身就是細胞的大規模克隆。細胞培養技術可以由一個細胞經過大量培養成為簡單的單細胞或極少分化的多細胞,這是克隆技術必不可少的環節,而且細胞培養本身就是細胞的克隆。細胞培養技術是細胞生物學研究方法中重要和常用技術,通過細胞培養既可以獲得大量細胞,又可以藉此研究細胞的信號轉導、細胞的合成代謝、細胞的生長增殖等。