细胞工程在医药领域的应用趋势

细胞工程与基因工程一起代表着生物技术最新的发展前沿，在生命科学、农业、医药、食品、环境保护等领域发挥着越来越重要的作用。细胞工程技术在制药领域的应用使得生物制药产业得到了巨大的发展，改变了传统制药领域的生产方式，不只利用微生物进行发酵，还可通过大规模动植物细胞培养，转基因动植物生物反应器生产生物药物。如今，细胞工程技术在制药工业中占据十分重要的地位。据统计，2017年全球销售前十的药物有7个是细胞工程技术产品。细胞工程技术在医药领域的代表性应用举例如下。

（一）疫苗生产

疫苗免疫是最有效的预防感染性疾病的措施之一。疫苗免疫是指利用病毒性制剂、细菌性制剂或类毒素等人工主动免疫制剂，通过作用于机体的免疫防御系统起到免疫应答作用。传统的流感疫苗生产多采用鸡胚培养，但当面临高致病性流感全球大流行、微生物感染、内毒素残余量多等问题时，传统的鸡胚生产方法可能难以满足疫苗市场的需求。随着细胞培养技术的完善，使用细胞培养技术替代鸡胚培养技术生产流感疫苗已经成为趋势。采用哺乳动物细胞培养的病毒疫苗特别适合于工业发展，应用微载体大规模培养细胞生产流感疫苗，使得流感病毒适应传代细胞（如Vero细胞），该细胞不仅培养条件要求不高而且遗传性状稳定，对多种病毒的感染敏感，如利用生物反应器进行大规模的病毒繁殖，可实现流感疫苗的规模化生产。例如，有公司利用1000 L反应器微载体培养Vero细胞生产人用狂犬病疫苗和脊髓灰质炎灭活疫苗。由此可见，利用细胞培养生产疫苗已成为目前疫苗研制的重要应用方向。

（二）单克隆抗体的生产

单克隆抗体（简称单抗）是基于杂交瘤技术生产出的一类特异性强、理化性质单一的单一性抗体。杂交瘤技术是指将骨髓瘤细胞与经特异抗原免疫的动物脾细胞融合得到既能分泌抗体又能在体外长期繁殖的杂交瘤细胞，再经过克隆化培养得到可以分泌单抗的技术。利用杂交瘤技术生产的单抗属于第二代抗体药物。单抗靶向病变组织或细胞表面抗原发挥疗效，已成为较为理想的治疗方法。利用单抗对疾病进行治疗已取得很大的成功。例如，将单抗同药物偶联，偶联物会与病原体或肿瘤的特异性抗原结合并发挥作用。2018年全球药物销售排名前十的药物中，抗体和抗体融合蛋白药物占据七席。同时，单抗也广泛应用于疾病的诊断，包括鉴定病原体，准确诊断感染性疾病；利用单抗具有在肿瘤部位蓄积的特性，进行肿瘤的诊断和分型；激素类单抗可用于测定体内激素含量，判断内分泌的功能状态。此外，单抗及其制备技术在抗原的分析纯化、抗原表位的定位、蛋白质相互作用位点的确定、特异调节分子的分离和人工抗体及疫苗的制备、多肽药物的研制等生物技术研究的不同领域得到了应用，并对这些领域产生了深远的影响。

近年来，单抗的制备方法发生了改变，利用基因工程构建单抗的表达载体，将其导入宿主细胞中，再用细胞培养技术将宿主细胞大规模培养，使其大量分泌单抗，即基因工程抗体，属于第三代抗体药物。已从鼠源性单抗发展到全人源单抗，可避免发生人抗鼠免疫反应，提高了单抗的功效和安全性。

（三）基因重组糖蛋白药物的表达

哺乳动物细胞已成为生物制药最重要的表达或生产系统。美国FDA在2000年以后批准的创新生物技术药物中，用酵母表达系统表达的产品有2种，用大肠杆菌表达系统表达的产品只有4种，而通过动物细胞培养生产的生物技术产品则有22种。除两种组织工程产品外，其余都是蛋白类产品，这些蛋白都是相对分子质量大、二硫键多、空间结构复杂的糖蛋白，只有使用CHO细胞等哺乳动物细胞表达系统，才可能生产这些蛋白。

（四）利用转基因动物生物反应器生产药用蛋白(https://www.xing528.com)

转基因动物生物反应器中最主要的生物反应器是乳腺生物反应器，系将目的蛋白的基因置于乳腺特异性调节序列之下，使之在乳腺中表达，然后通过收集乳汁获得有价值的目的蛋白。乳腺生物反应器有以下几个特点：产量高、易提纯、表达产品安全性高、表达产品有生物活性。利用转基因动物技术制药能获得比传统细胞培养高几十倍的效益，一头转基因牛或羊，便是一个天然药用蛋白的制造厂。前面已提到，利用转基因羊乳腺生物反应器表达的人ATⅢ已获批上市。我国也成功培育出转染人α-抗胰蛋白酶基因的转基因山羊，可从其乳汁中分离提取α-抗胰蛋白酶。该酶是治疗慢性肺气肿、先天性肺纤维化囊肿等疾病的特效药。

（五）利用植物细胞工程技术生产次生代谢产物

利用细胞悬浮培养、固定化细胞培养和毛状根培养技术设计生物反应器，可以实现植物来源生物产品的规模化生产，包括生产天然药物（人参皂苷、地高辛、紫杉醇、长春碱、紫草宁等）、食品添加剂（花青素、胡萝卜素、甜菊苷等）、生物农药（鱼藤酮、印楝素、除虫菊酯等）和酶制剂（超氧化物歧化酶、木瓜蛋白酶）等。

（六）干细胞工程

干细胞是一类具有自我更新和分化潜能的细胞，包括胚胎干细胞和成体干细胞，存在于早期胚胎、骨髓、脐带、胎盘和部分成体组织中。利用干细胞分化成特定功能性细胞的特性进行移植可以替代体内功能缺失的细胞，具有广阔的临床应用前景。干细胞工程技术，又称为再生医疗技术，是指通过对干细胞进行分离、体外培养、定向诱导甚至基因修饰等过程，在体外培育出全新的、正常的，甚至更年轻的细胞、组织或器官，并最终通过细胞、组织或器官的移植实现对临床疾病的治疗；还可以广泛应用于治疗传统医学方法难以医治的多种疾病，如白血病、阿尔茨海默病、帕金森病、糖尿病、脑卒中和脊髓损伤等。从理论上说，应用干细胞技术能治疗各种疾病，且其与很多传统治疗方法相比具有无可比拟的优点。

（七）动物细胞培养与组织工程

运用细胞工程技术利用人体残余器官的少量正常细胞在体外培育，可获得患者所需要的具有相同功能而又不存在排斥反应的器官，供器官移植。例如，软骨、血管和皮肤都可在实验室培育，肝脏、胰脏、心脏、乳房、手指和耳朵等均可在实验室生长成形。人工皮肤是发展较快的一个领域，体外制造人工皮肤不再是一个技术难题，目前已有数种产品用于临床治疗，如自体软骨、骨、肌腱。应用组织工程技术还可以进行血管化的组织再生，将成骨细胞种植于预制的带血管蒂的生物降解载体上，使它成为一种细胞传送装置，最终在血管蒂旁形成有小梁结构的新生骨组织。

总之，细胞工程在历经百年发展后，进入了规模化产业生产阶段，将在医药、食品、农业、环保及生命科学等领域发挥越来越重要的作用。