细胞工程在制药方面的研究

摘 要：细胞工程在医药领域发挥的重要作用，在我国的医药研发中细胞工程为以生物制药的发展提供了相当多的理论与技术支持，促进了我国医药行业的发展。本文主要总结了细胞工程中关于动物细胞工程与植物细胞工程近年来的研究现状，以及对未来细胞工程应用在制药方面的发展。

关键词：细胞融合;细胞核移植;转基因

一、历史沿革

细胞工程是应用细胞生物学、遗传学和分子生物学的理论和方法，从细胞水平上对细胞进行大规模培养和分子水平上的基因改造。[1]现今当生命科学的理论知识与应用技术飞速发展后，细胞工程中以细胞培养为主的技术手段日益成熟。特别是动物细胞的培养研究有相当可观的效果，其应用发展前景有无限的未来。以细胞工程制药技术为例，细胞工程制药技术是在制药工业的基础上以细胞工程技术来进行药物的开发、研究与生产。细胞工程是以细胞为基础单位，依据人类的利益与需求，使用分子生物学、细胞生物学等学科理论知识与实际技术，对细胞进行某个方向的设计与操作以改变该种细胞的遗传特性，使其之前的能力退化或加强以及达到增加或减少某一特定产物，使该细胞在离体环境下大量培养增殖，并生产为人类使用的产品的一门技术和应用科学。它分为上游工程与下游工程、细胞培养、细胞遗传操作与细胞保藏为上游，将转化好的细胞用以生产实践中进行生产的过程为下游，现今细胞工程主要的技术领域有细胞器特别是细胞核移植技术、转基因技术染色体改造技术、细胞融合技术和细胞大量培养技术等。

二、现状

（一）动物细胞工程研究现状

（1）细胞融合。细胞融合是指使用人工或自然发生的使两个以及多个不同细胞互相融合，成为一个细胞的过程。常被用来进行单克隆抗体的生产，生成新的融合物种，或者产生新的细胞系等。细胞融合是我国目前动物细胞工程研究中最成熟的技术。淋巴细胞杂交瘤是在国内开展研究与应用工作最为普遍的一项技术。其在国内培育了相当数量的杂交瘤细胞株系且实用价值较高，这些杂交瘤细胞株系主要被用于进行单克隆抗体的生产，其生产的单克隆抗体对于一些特殊的疾病具有很好诊断与治疗效果。例如：国内的肿瘤疫苗、甲肝病毒单克隆抗体、抗人IgM单克隆抗体等都利用了单克隆抗体技术。依据国内的生产研究技术发展成熟，单克隆抗体的产业化生产已经初具规模。

（2）細胞核移植。核移植技术是指，将一个动物细胞的细胞核，移植到另外一个卵细胞中，并进行生长发育的过程。核移植技术主要被用来进行生物反应器的制备，其具有广阔的发展前景。市场调查发现研制乳腺生物反应器是最被看好的转基因制药生产方向，使用乳腺生物反应器来进行基因工程中人类蛋白质药物的生产，相比于微生物发酵与动物细胞培养技术来进行的药物生产，能够极大的降低生产成本。由于显微注射技术一直是乳腺生物反应器生产的仅有实用手段，但显微注射技术本身具有，设备精密昂贵，操作技术偏难，每次操作的细胞数量有限等难以量产的缺点，导致乳腺生物反应器未能具有较大长远的发展。基因打靶技术与核移植技术进行结合，可能是乳腺生物反应器未来发展的主要方向，基因打靶技术在消除位点效应，降低成本，与外援基因定点整合等方面具有明显的优势。在国内鱼类新品种的培养应用的核移植技术具有相当充足的研究基础，除鱼类外，我国对于哺乳动物的核移植技术也具有许多成熟的经验，特别是体细胞克隆技术迅猛发展，在老鼠、山羊、牛等动物的体细胞克隆中皆已取得成功案例。

（3）转基因动物。转基因动物是指，人为干涉，以技术手段将外源基因整合到动物细胞基因组中，并能稳定遗传给子代的技术。21世纪最具前景的制药技术是基于转基因动物的来进行生产的转基因药物。在70年代后期，DNA重组技术的出现，给基因工程药物的诞生创造了基础条件，而具有高效率，高产值特色的基因工程药物，冲击现有药物生产带来了一场药物生产的革命，直接推动了整个医药行业的迅猛发展。迄今利用转基因技术生产药物的发展历程分为三个阶段，第一阶段是细菌基因工程，第二阶段是细胞基因工程，而转基因动物就属于第三个阶段，在动物的众多器官中最适合被用来进行转基因药物的生产场所就是乳腺，动物的乳腺属于外分泌器官，其分泌的乳汁不会进入动物体内参与物质循环，转基因后的药物分布在乳汁中随着乳汁分泌到动物体外，而不会因为药物对动物自身的生理代谢产生影响，通过乳汁获取的转基因药物具有产量高、易提纯、生物活性稳定的优点。

（4）动物细胞培养。动物细胞培养是指具有生命活性分散开的动物细胞，在体外经过人工培养下生长、增殖的过程。1970年Harrison等人以淋巴液为基础作为培养基对蛙胚神经组织进行体外培养，开启了动物细胞培养的技术性发展，经过一个多世纪以来的发展，细胞培养技术已经步入成熟，并且开始了自动化，多样化乃至规模化的生产。现已广泛的应用于生物医学的研究与应用中，动物细胞培养技术所生产的激素、生长因子、酶、干扰素、单克隆抗体等，皆为高技术医药生物产业的重要部分，世界关于生物技术产品的50%以上销售产值都由此创造。

鉴于动物细胞培养技术独特的生物学特性，不同产品的复杂程度与质量要求相差很大，现有的动物细胞培养技术还难以满足特殊高价值医药生物制品大规模生产的要求，促使动物细胞培养技术进行进一步的研究与发展，时至今日我国动物细胞培养技术研究发展所关注的点在三个方面，分别是提高产率、优化培养环境、保证质量的一致性。

（二）植物细胞工程研究现状

（1）植物细胞培养生产药用成分。植物细胞的大量培养是指，利用植物细胞，以现代生物工程技术手段来进行大规模工业生产，来获得人类所需产品的技术。1956年Routier与Nickell首次提出以植物细胞培养物来合成药物，而后在1967年Kaul与Staba采用了多升发酵罐对AmmiVisnaga进行了大规模细胞培养的研究，并通过培养得到了呋喃色酮[1-2]。作用于肺癌、卵巢癌、乳腺癌的抗癌药物紫杉醇，具有广谱、低毒、高效的优点，其作用机制独特。被誉为20世纪90年代国际抗肿瘤药物的三大成就之一，紫杉醇的来源问题一直是当代研究的热点，而植物细胞培养技术为公认的一种具有可将紫杉醇量产的有希望的方法。通过植物细胞培养技术有些药物已经实现了工业化的生产，例如黄连细胞培养物进行生产的黄连碱、人参根细胞培养物进行生产的人参皂苷等，而有一些药物也已经达到了中试的水平，例如青蒿生产青蒿素、丹参生产丹参酮、三七生产皂苷、紫草生产萘醌等。

（2）植物快速繁殖技术。植物快速繁殖技术多被应用于高附加值的经济植物，一些濒危物种，转基因植物繁殖，或者进行育种脱毒等操作中。植物快速繁殖技术在植物细胞工程中是相当广泛应用的一种技术，将植物快速繁殖技术与超低温保存种质法结合起来，可以实现植物种质资源的长时间保存于利用。在我国进行植物快速繁殖技术研究比较早，在20世纪70年代中期对植物规模化快速繁殖脱毒研究就已经开始了。其研究的植物种类包含花卉、果树、林木、蔬菜以及药用植物等，其中兰花、香蕉、脱毒马铃薯、苹果、草莓、葡萄等规模较大。植物种质资源的保存是植物遗传育种与生物的多样性保护的基础，种质超低温保存技术保存的种质遗传稳定，其保存技术高效。超低温保存种质在节省时间，人力与物力方面优势明显，是中长期种质保存方法的優质选择。

（3）转基因植物。转基因植物是指，利用基因工程技术将目的基因导入植物受体细胞中，以培育出能够稳定表达目的基因的植物。在我国对于转基因植物的研究较晚，但经过国家的重点扶持，较早的列入了“863”计划中，目前国内的转基因植物技术研究也是在快速发展。据统计，在近几年我国所研究的转基因植物具有52种，其中前3位的植物是：棉花、水稻与玉米拿到国家商品化生产许可的有抗病毒甜椒、抗病毒木瓜、抗虫棉花、转查尔酮合成酶基因矮牵牛等。

转基因植物进行生产的优势在于：①相比于动物细胞培养而言，植物细胞培养易于成活，利于进行遗传操作。②植物细胞具有全能性，能够培育出完整植株。③植物种子容易储存，利于产物的储存于运输。④转基因动物技术存在产生新型基因动物病毒的风险，而转基因植物风险较低。⑤植物生长发育周期短，利于筛选与调试转基因植株。

（4）植物生物反应器。植物生物反应器是指通过植物细胞悬浮培养技术，培养的天然的或转基因的植物细胞，组织或整个植株作为“工厂”来大量生产人类所需产品。在我国植物生物反应器的研究于20世纪90年代初期开始，目前在培育转基因植物和构建高效植物表达载体等主要技术方面与国外技术相差很小，但是对于植物生物反应器研究与应用的积累上与国外发达国家还存在较大差距，在国家通过“九五”计划对植物生物反应器进行政策扶持后，目前已经取得的成果有：①使马铃薯与番茄导入乙型肝炎病毒包膜蛋白的基因，并获得高效表达的外源基因植株。②使马铃薯导入产毒素大肠杆菌热敏毒素b亚基及定居因子CS6B抗原蛋白基因，并获得高效表达重组抗原蛋白的马铃薯植株。③得到了口蹄疫流行株的基因文库并得到了O型口蹄疫口服疫苗VP1基因，可作为疫苗研究进行转基因表达蛋白。[3]

三、展望

在传统制药工业中，随着细胞工程药物的研究与应用一定会带来新一轮的技术革命以推动整个制药行业的发展，并会在人类的医药保健行业中的重要性会越来越大。从目前的医药行业的发展趋势来进行分析与推导，我国将来细胞工程制药领域应该重视的方向是：

（1）研发与制造源化抗体，增加治疗效果，得到更加适合于人体使用的抗体药物。

（2）利用细胞工程技术，繁殖保护制药中濒临灭绝的植株，扩增数量稀少但其附加值高的新型药物，满足临床需求，以及对传统药材进行转基因研究增加或加强其药用功能。

（3）加强动物细胞的制药研究，动物细胞与植物细胞相比较更加贴合人体，发展转基因动物产业可获得高利润的回报。

参考文献：

邱忠毅.细胞工程技术的应用[J].生物化工，2018，004（004）：140-143.

成静，郭勇.植物细胞工程药物生产的研究进展[J].江西科学，2000（1）：60-62.

靳坤，李洋，李乾，等.我国生物制药研究进展及展望[J].现代生物医学进展，2012（2）：370-372，376.

作者简介：李从林（1998— ），男，土家族，湖北人，本科在读，研究方向：生物医药。