第二十六章 细胞工程 Cell Engineering 医学细胞生物学与遗传学教研室

细胞工程概述 细胞工程（cell engineering）：采用细胞生物学 、发育生物学、遗传学及分子生物学等学科的理论 与方法，在细胞水平上，按照人们的需要对细胞的 遗传性状进行人为的修饰，以获得具有产业化价值 的或特别实用价值的细胞或细胞相关产品的综合技 术体系。

皮肤烧伤，如果创面很小（不大于硬币）只要保持清洁，甚至深度烧伤，也可能自愈。如果下层真皮受损面积较大，常常需要植皮。植皮需要的健康皮片，可以取自烧伤病人自身未烧伤的部位（自体植皮），也可取自其他活人或尸体（异体植皮）等。自体植皮是永久性的，取自其他人或动物的植皮是暂时性的，是在创面愈合过程中为保护创面而采取的措施，10～14天后就要被身体排斥。 如果一个大面积烧伤的病人，自体皮肤有限，其他渠道的皮肤来源不足。如何才能获得大量的自体健康皮肤？

人耳鼠的出现，透露了怎样的信息？ “人耳鼠”再出风头 人耳鼠 2001年，一只特别的活老鼠在北京引起轰动——这是有着一对红眼睛的、尾巴长长的、浑身没毛的小白鼠。值得一提的是，这只小白鼠的背上，竟长着一只几乎与身子一般大小的“人耳”。这只老鼠背上的“人耳”是由上海市第九人民医院副院长、整复外科主任曹谊林教授利用组织工程技术复制出来的。 在京展出的数天，尽管门票高达20元，但还是有将近20万人，心甘情愿地掏钱一睹“人耳鼠”的风采。 人耳鼠 人耳鼠的出现，透露了怎样的信息？

Contents §1 细胞工程的主要相关技术 §2 细胞工程的应用

Major Cross-correlation Technique §1 细胞工程的主要相关技术 Major Cross-correlation Technique

一、大规模细胞培养 大规模培养（bulk culture）：是指细胞的高密 度和高浓度生长，培养容量在2L以上。 目的：制备大量的细胞或特殊细胞产物。 取材：动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或 组织。 过程：原代培养 传代培养 细胞系 细胞株

取动物器官 和组织 幼龄动物 剪碎组织 胰蛋白酶处理 单个细胞 细胞培养

大规模生产蛋白质生物制品：病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等。 医学上用于自体细胞的扩增、移植，如烧伤病人的皮肤移植 应用 培养动物细胞检测有毒物质

增加培养容积 增大细胞的附着面积 基本原则 抑制细胞的凋亡 无血清培养

悬浮培养系统 气流驱动培养系统 基本培养系统 微载体培养系统 灌注培养系统

1. 悬浮培养 悬浮培养（suspension culture）：是指细胞在 培养液中呈悬浮状态的生长和增殖的培养方法。 适用范围： 血液及淋巴组织细胞 无需贴壁生长的细胞系、肿瘤细胞 骨髓瘤及杂交瘤细胞 用途：大量生产疫苗、细胞因子、某些特殊细胞 的基因工程产物

技术关键：不断震荡培养 液以及连续进行气体交换 优点： 设备简单 容积可选择性大 成本低 可连续收集细胞或其产物 传代时无需消化 细胞浓度均一，可调控 细胞产量较恒定 技术关键：不断震荡培养 液以及连续进行气体交换

2. 固定化培养 固定化培养：使细胞限制或定位于特定空间位置 的培养技术。 适用范围：所有动物细胞 系统： 固定化培养：使细胞限制或定位于特定空间位置 的培养技术。 适用范围：所有动物细胞 系统： 吸附法：让细胞在适当的条件下贴附在载体表面、中 空显微膜或培养容器表面。 包埋法：将细胞包埋于多聚物等海绵状基质中 优点：细胞以较高密度在较小体积的培养液中生 长，培养液易于更换及分析。

3. 微载体培养 微载体培养：让细胞吸附于微载体 （microcarriers）表面进行生长 与增殖的技术，也称微珠培养。 材料选择条件：对细胞没有毒性， 能够承受高压灭菌，可重复利用 材料种类：交联葡聚糖、塑料基质 、聚苯乙烯、明胶、玻璃介质、胶 原或胶原涂层、纤维素、生物玻璃 等

二、细胞融合（cell fusion） 1.基本概念 细胞融合（cell fusion）：指2个或2个以上的细 胞合并成1个细胞的过程，又称细胞杂交（cell bybridazation）。 杂种细胞（hybrid cell）：细胞融合所产生的细 胞。 同核体：基因型相同细胞的融合所形成的杂交细胞 异核体：基因型不同细胞的融合所形成的杂交细胞

2. 促融方法： 病毒法：如灭活仙台病毒 化学法：如聚乙二醇（PEG）、溶血卵磷脂、油酸 物理法：如电穿孔术

3. 细胞融合技术应用 细胞基础研究、细胞工程的重要工具，如生产单 克隆抗体。

三、细胞核移植（nuclear transfer）

受精卵或MⅡ期卵母细胞 技术路线: 选择受体细胞 选择供核细胞 重构胚的培养、移植 受体细胞去核 重构胚的激活 重构胚的构建

细胞核移植方法： 显微操作仪（micromanipulator） 化学药物：用细胞松弛素及离心方法去核，采用 PEG（聚乙二醇）使细胞核进另一细胞或胞质体内 。

克隆羊“多莉” 1997年2月27日 英国胚胎学家Ian Wilmut等科学家《nature》杂志报道了体细胞克隆羊 “Dolly” 的诞生让全世界大为震惊。

奥勒冈州沃尔小组：成功克隆两只恒河猴（1996.8） 台湾地区吴明杰小组：5只克隆猪（ 1997.3.5）

日本获得克隆牛

韩国获得克隆狗

四、基因转移（gene transfer） 1. 基因转移概念 将外源基因导入受体细胞并整合至受体细胞的 基因组中，使之遗传性状及表型发生一定改变的技 术。 由此可选择出所需的新型细胞或新的个体。若 外源基因不但能在动物体内表达，并且可以遗传， 则该动物称为转基因动物（transgenic animal） 。

2. 转基因技术的步骤 外源目的基因的选择与获取 将外源目的基因导入受体细胞 对整合有目的基因的细胞进行筛选、扩增及鉴定 若受体为卵细胞，则进行体外培育，并植入合适 的动物子宫内 筛选并获得转基因动物

3. 转基因的方法 物理法： 化学法： 生物法： 电穿孔法、显微注射法、裸DNA直接注射法等。 磷酸钙共沉淀法、脂质体包埋法、DEAE-葡聚糖法等。 生物法： 病毒介导法、体细胞核移植法、精子载体法、胚胎干 细胞转染法等。

The Application of Cell Engineering §2 细胞工程的应用 The Application of Cell Engineering

一、单克隆抗体的制备 单克隆抗体的概念：借助聚乙二醇将骨髓瘤细胞 与分泌抗体的B淋巴细胞进行融合，得到杂交瘤细 胞，由杂交瘤细胞产生的抗体即为单克隆抗体。 杂交瘤细胞的特点： 如同骨髓瘤细胞那样无限生长 如同B淋巴细胞那样分泌抗体 单克隆抗体特点：对于特定抗原具有高亲和力和 特异性

细胞A 细胞B 杂种细胞 单克隆抗体 小鼠骨髓瘤细胞 B淋巴细胞 仙台病毒 疱疹病毒 新城鸡瘟病毒 灭活的病毒 物理法、化学法 特定的选择性培养基 杂交瘤细胞 筛选 体外培养 增殖 注射到小鼠腹腔 单克隆抗体

注射抗原 B淋巴细胞 骨髓瘤细胞 杂交瘤细胞 细胞培养 体外培养 体内培养

二、生产药用蛋白 可利用细胞反应器或动物反应器生产 1. 细胞生物反应器 2. 动物生物反应器 定义：在人工条件下，高密度大量培养动物细胞并生 产有应用价值的细胞蛋白质产品的技术及其设备。 用途：生产疫苗、蛋白因子、免疫调节剂及单克隆抗 体 2. 动物生物反应器 以转基因动物作为生物反应器，乳腺生物反应器

三、疾病的细胞治疗 细胞治疗： 将体外培养的具有正常功能的细胞植入患者体 内（或直接导入病变部位），以代偿病变细胞 （或细胞丢失）所丧失的功能。 采用基因工程技术，将所培养的细胞进行体外 遗传修饰，再导入体内治疗机体的疾病。

四、组织工程 1.定义：指运用细胞生物学和工程学的原理，研究 和开发能修复或改善损伤组织的形态和功能的生 物替代物，将其填入机体，恢复失去或下降的功 能。

2.主要研究内容： 种子细胞的性质 细胞外基质替代物的研制与开发 组织工程化组织对各种病损组织替代的研究

３.技术路线：　 　大规模扩增种子细胞→在聚合物骨架上诱导细胞分化→维持稳定培养环境，让工程组织正常生长分化→工程化组织对各种病损组织替代的研究。

４.应用： 组织工程皮肤、组织工程骨和软骨，组织工程 膀胱，人工工程血管，其他工程器官。

组织工程人耳 组织工程膀胱

人造皮肤 2007年12月17日，负责“人造皮肤”研究的第四军医大学口腔医院博士生导师金岩教授在西安举行的新闻发布会上展示一块“人造皮肤”。  “人造皮肤”已经正式进入临床应用。运用先进技术，只需小指甲盖大小的人类皮肤组织，便可培养出数亿倍的“活性皮肤”。