植物细胞大规模培养及有用物质生产..
生物技术制药试题及答案(二)
生物技术制药试题及答案1.论述生物技术在食品工业中的作用？答：（1）开辟新的食品资源：利用微生物菌体发酵生产单细胞蛋白；应用微生物酶工程生产高果糖浆、饴糖、麦芽糖、高麦芽糖浆、麦芽糊精、偶联糖等淀粉糖产品。
（2）提高食品品质：利用发酵工程、酶工程技术生产酸味剂、甜味剂和鲜味剂等食品添加剂。
在肉类和鱼类加工中应用酶来改善组织，嫩化肉类和转化废弃蛋白质。
在乳品加工中应用酶进行干酪生产、分解乳糖和黄油增香。
在果蔬加工中应用酶进行柑橘脱苦、果汁澄清和果蔬保藏等。
在饮料、酿酒工业中应用酶发酵生产各种饮料。
在焙烤食品生产中应用淀粉酶和蛋白酶来提高焙烤品质和增加香味。
（3）食品卫生检测：酶免疫分析法、放射免疫分析法、单克隆抗体法和DNA 探针法用于检测食品中的沙门氏杆菌等。
（4）食品脱毒：利用发酵法、酶解法等对食品中的有毒糖苷类物质（硫代葡萄糖苷）、寡糖（β-半乳糖苷）和棉酚等进行处理，以脱除有毒物质。
2.试论述生物技术与医药卫生的关系？答：（1）疫苗生产：病原体减毒或弱化疫苗、基因工程疫苗和核酸疫苗。
病原体减毒和弱化疫苗是利用微生物的纯种培养技术以及减毒疫苗的制备技术来生产的，是以减毒或弱化的病原体作为疫苗。
基因工程疫苗是将病原体的抗原基因克隆在细菌或真核细胞内，利用细菌或细胞生产病原体的抗原，利用抗原作为疫苗。
而核酸疫苗则是将含有编码蛋白质基因序列的质粒载体，经肌肉注射或微弹轰击等方法导入体内，通过宿主细胞表达系统表达抗原蛋白质，诱导宿主产生对抗该抗原蛋白的免疫应答，以达到预防和治疗疾病的目的。
（2）疾病诊断：单克隆抗体与ELISA技术用于诊断传染性疾病、检测肿瘤相关基因、确定激素水平、检验血液中的药物含量及鉴定微生物病原体。
DNA诊断技术可用于诊断遗传性疾病、肿瘤和传染性疾病。
（3）生物制药与基因工程药物：利用微生物发酵可生产各种抗生素。
利用植物细胞大规模培养技术可生产天然药物，如紫草宁、紫杉醇、人参皂苷、强心苷、胡萝卜素等。
细胞工程知识点总结
《细胞工程》知识点总结一、细胞工程（Cell Engineering）：在体外对生物的细胞进行生长与分化的调控、遗传重组与改良，使其生产出人类所需要的产品。
包括：细胞培养、细胞融合、细胞器移植、核质移植、染色体移植、转基因等产品：生物的组织、器官、个体；抗体、多肽药物、蛋白质、酶；天然药物、色素、香精；等二、生物工程包括：发酵工程、酶工程、细胞工程、基因工程、蛋白质工程。
三、1996年Dolly羊的克隆是通过核移植技术，最后在体内生长、分化、发育而成的。
四、植物组织培养：在人工培养基上无菌培养整株植物或植物的器官、组织、细胞或原生质体。
又称为无菌培养（aseptic culture）、离体培养（in vitro culture）。
五、植物组织培养的类型：1、植株培养（Plant Culture）：在容器（玻璃瓶、透明塑料瓶等）中无菌培养完整的植株。
植株来源：由种子无菌萌发而来；通过植物器官、组织、细胞再生而来。
在快速繁殖中，后期的成苗和壮苗阶段属于植株培养。
（一般时间较短）2、胚培养（Embryo Culture）：无菌培养植物的成熟胚或未成熟胚，使其形成正常的植株。
目的：○1促进胚的提早萌发，缩短育苗时间；○2克服远源杂种胚的夭折，以获得新的育种材料；○3在科学研究中，用胚培养所得到的幼苗作为其它试验的材料。
3、器官培养（Organ Culture）：无菌培养植物的根、茎、叶、芽、花、果等器官，使其增殖或形成其它的组织或器官等。
4、组织培养（Tissue Culture）：指无菌培养植物各种组织（如分生组织、形成层、木质部、韧皮部、皮层、薄壁组织、胚乳等），或由外植体分化形成的愈伤组织（callus），使其增殖或者分化。
注：Callus（愈伤组织）：具有旺盛分裂能力，但没有组织和器官分化的细胞群。
5、花药与花粉培养：无菌培养植物的花药（带花粉）或花粉，形成单倍体植株。
补充：有效的育种辅助手段：单倍体植株获得以后，通过染色体加倍，即得到可以稳定遗传的纯和二倍体，缩短植物育种年限。
第七章植物细胞和次生物质生产详解
（三）成功的悬浮细胞培养体系必须满足 三个条件：
• 悬浮培养物分散性良好，细胞团较小，一般 在30～50个细胞以下
• 均一性好，细胞形状和细胞团大小大致相同。
• 细胞生长迅速，悬浮细胞的生长量一般2～3 天甚至更短时间便可增加一倍。
• 1悬浮培养体系的建立
①材料
• 愈伤组织
• 外植体：幼苗、胚轴、子叶。
如果使处在静止期的细胞悬浮液保存时间太 长，则会引起细胞的大量死亡和解体。因此，当 细胞悬浮液达到最大干重产量之后，即在刚进入 静止期的时候，须尽快进行继代。
• （2）连续培养
指在培养过程中，不断注入新鲜培养基， 排掉用过的培养基，保持培养物的容积恒 定，使培养液中的营养物质得到不断补充。 类型分为封闭型和开放型两种
例如： 麻醉药物：莨菪碱 健身药品：人参皂苷、人参三醇 心血管系统方面：芸香苷、槲皮素 天然色素：叶黄素、类胡萝卜素 香水香料类：挥发油
• 3、植物细胞大规模培养是生产植物次生产 物的理想途径 保护生态环境 提高生产效率 发展新型生物技术产业
植物次生代谢产物市场潜能
产品成分 用途
年销售额（亿美元）
• 例如：新疆紫草愈伤组织的诱导
• 种子 消毒 萌发 根、胚轴、子叶（作 为外植体） 接种到含2.4-D和KT的MS培养基 上诱导愈伤组织。
② 筛选方法
• 愈伤组织外观为大小均一的小颗粒，疏 松易碎、外观湿润、，细胞色泽呈鲜艳 的乳白或淡黄色。
• 挑出愈伤组织培养于高有机质、高激素、 低糖的培养基中培养，诱导出更多得到 愈伤组织。
平板培养技术
二、植物细胞的悬浮培养
• （一）定义： • 细胞悬浮培养（cell suspension culture）：
《植物细胞工程制药》课件
植物细胞大规模培养的工艺流程
细胞株筛选与保存
从植物中筛选具有药 用价值的细胞株，并 进行低温保存。
细胞培养基制备
根据细胞株生长需求 ，制备适宜的培养基 。
细胞接种与培养
将细胞接种到培养基 中，在适宜条件下进 行培养。
产物提取与纯化
收集培养过程中产生 的药物成分，并进行 提取和纯化。
质量控制与检测
对提取的药物成分进 行质量检测和控制， 确保符合标准。
03
植物细胞大规模培养技术
植物细胞大规模培养的必要性
01
02
03
药物生产
植物细胞大规模培养是生 产药物的重要手段，能够 实现药物的批量生产，降 低生产成本。
保护生态环境
通过植物细胞大规模培养 ，可以减少对野生植物资 源的依赖，保护生态环境 。
生物多样性保护
植物细胞大规模培养有助 于保存和繁殖珍稀、濒危 植物，维护生物多样性。
植物细胞培养的优缺点
植物细胞培养的优点包括
可以快速繁殖优良品种，提高育种效率；可以保存濒危植物资源，保护生态平衡 ；可以通过基因工程手段改良作物品种，提高农作物的产量和品质等。
植物细胞培养的缺点包括
技术难度较大，需要专业的技术人员操作；培养过程中需要消耗大量的营养物质 和能源；培养条件难以完全模拟自然环境，可能导致植株生长不良或变异等。
机遇
随着科技的不断进步，植 物细胞培养技术有望得到 优化，降低生产成本，提 高生物安全性。
研究方向
针对植物细胞培养技术进 行深入研究，探索降低成 本、提高生物安全性的方 法。
植物细胞工程制药的研究方向
研究方向一
研究植物细胞培养的最佳条件， 提高细胞生长和代谢水平。
研究方向二
细胞工程 第五章 生物制品生产--改
在收获时，打开纤维管之间的外室开口，产物就流出 来。此时虽然细胞停止分裂，但细胞的存活、健康和核形 态不变，代谢和分化功能仍可保持数月。
41
第二节 动物细胞生物制药
用动物细胞的培养技术来生产有功能的蛋
白质，特别是人源细胞的培养，在药物生产中
39
培养基分散后,
灌入床层。纤
维管壁薄，半
透膜，截留不 培
同分子量。
养 基
入
纤维管的空腔 口
组成的内室：
灌流含氧气的
培养基
纤维管之间的 空间组成的外 室：细胞生长。
接种孔 水套层 产物出口
产 物 出 口
培养基入口
腔室
细胞
内膜 外膜
40
细胞分泌的产物和血清中的成分由于分子量较大而无 法进入内室，产物只能在外室积累和浓缩。
直径0.2～5 mm，孔径20～300 μm，达占总 体积的85%，极大地增加了比表面积，可实现细 胞的固定化，达到高密度培养。
广泛使用的有：Cellsnow、Cytocell（纤维 素基质）、Verax、Cultisphere（胶原）、 Cytoline 1和2（聚苯乙烯）、ImmobaSil（硅橡 胶）及Siran（玻璃）等。
8
3、流加式培养
在分批式操作的基础上，在培养过程中根据细 胞对营养物质的不断消耗和需求，流加浓缩的营养 物或培养基，从而使细胞持续生长至较高的密度， 目标产品达到较高的水平。
由于流加式培养能控制更多的环境参数，使得 细胞生长和产物生成容易维持在优化状态，是当前 动物细胞培养工艺中占有主流优势的培养工艺。
29
为了提高贴壁能力，对基质表面进行包 埋，如血清蛋白、多聚赖氨酸处理，可加速 贴壁过程。
植物细胞培养的概念及意义
Cell suspension ar grown in bioreactor
7 植CE物LL细SU胞S培PE养NSION CULTURE
7.2 悬浮培养（suspension culture） 7.2.1起始培养物的建立
1、选择适宜的外植体：幼胚、胚轴、子叶是最常使用 的外植体。 2、选择适宜的培养基：较高浓度激素浓度，必要的附 加物质。 3、愈伤组织的要求：松散性好、增殖快、再生能力强。
7 植CE物LL细SU胞S培PE养NSION CULTURE
7.2 悬浮培养（suspension culture） 7.2.2 悬浮系的建立
所以，悬浮培养系的建立就是将疏松的愈伤组织放入液体培养基 中，经过摇床不断振动，使细胞分散。它具有如下基本特点：
首先，细胞可以不断增殖，形成高密度的细胞群体，适于大规模 生产；
7 CELL SUSPENSION CULTURE
7.1 植物细胞培养的概念及意义 7.1.1 定义
植物细胞培养是指在离体条件下，将愈伤组织或其他易 分散的组织置于液体培养基中，进行振荡培养，得到分散 成游离的悬浮细胞，通过继代培养使细胞增殖，从而获得 大量的细胞群体的一种技术。小规模的悬浮培养可在培养 瓶中进行。大规模的需要利用生物反应器生产。
植物细胞悬浮培养是指细胞或细胞聚集体在液体培养 基中进行悬浮培养，培养物可以接种在培养瓶中在摇床上 培养，也可以在生物反应器中进行大规模培养。这些细胞 或聚集体来自愈伤组织，或者直接来自植物的器官或组织 外植体（如花粉培养）。
悬浮培养与固体培养比较有三个优点：一是增加培养 细胞与培养液的接触面，改善营养供应；二是在振荡条件 下可避免细胞代谢产生的有害物质在局部积累而对细胞自 身产生的毒害；三是振荡培养可以适当改善气体的交换。
植物组织细胞培养技术生产此生代谢产物
植物组织细胞培养技术生产次生代谢产物的应用摘要：植物组织细胞培养是现代生物技术应用最重要的一个方面，它是一个应用广泛和快速发展的技术。
植物组织细胞培养技术已应用于植物次生代谢产物的生产，并取得很大成效。
本文讲述组织细胞培养技术在药物、食品、化妆品等方面的次生代谢产物生产的一些应用，以及总结了现在主要植物组织培养技术、植物组织培养技术在实践中的应用。
关键词：次生代谢产物细胞培养代谢产物植物的次生代谢产生的活性物质成分已被人类广泛应用，主要集中在研究制药(如如抗癌药物紫杉醇、疗伤药物紫草宁、保健药物人参皂甙等)、食品添加剂(如生姜、香子兰等)、调味剂(如胡椒、留兰香等)、食用色素(如花青素等)、油料(如如豆寇油、春黄菊油等)、饮料(如咖啡、可可等)、树胶(如阿拉伯胶等)、化妆品、生物杀虫剂和农用化学品等方面。
尽管有些植物次生代谢物质并不是很多，但它们与人类健康密切相关，已成为当前生物领域研究关注的重点。
因此许多植物代谢产物以组织细胞培养技术的方法开发利用，进行大规模生产，使植物次生代谢物质产量和活性提高。
1 植物组织培养技术在实践中的应用[1]21世纪是生物技术迅速发展的世纪，而植物组织培养技术是生物技术中的重要内容，可以用于：植物育种已被越来越广泛的用于扦插难生根植物、引种材料少的植物。
除常规的用器官进行培养，也可以用花药进行花粉单倍体植株育种，这种方法技术简单，对一些植物种来说易于诱导未成熟花粉的分裂，可以进行大群体研究，可以迅速而大量的产生单倍体，具有迅速纯合、选择效率高、排除杂种优势干扰、突变体筛选、消除致死基因等优点。
用于脱毒和离体快繁获得脱除病毒的材料和用于植物材料快速繁殖这方面是目前植物细胞组织培养应用最多最有效的一方面. 世界上受病毒危害的植物很多，而园艺植物受病毒危害更为严重，当植物被病毒侵染后，常常造成生长迟缓、品质变劣、产量大幅度降低等危害，目前，已经在马铃薯、甘薯、草莓、大蒜、苹果、香蕉等多种作物上大规模应用;离体培养的优点就是快速，而且材料来源单一，遗传背景一致，不受季节和地区的限制，重复性好，所以离体快速繁殖已经广泛应用于果树，中药材等的栽培。
植物组织培养的用途
植物组织培养的用途
植物组织培养是一种基于细胞和组织的体外培养技术，广泛应用于植物科学、农业、园艺和生物技术等领域。
以下是植物组织培养的一些主要用途：
1. 植物繁殖与繁育：通过组织培养技术可以实现植物的无性繁殖，包括愈伤组织的诱导、植株再生和植株繁殖。
这种方法可以大幅提高繁殖速度和繁殖量，以获得大量具有相同基因型的植株。
2. 基因转化与遗传改良：植物组织培养可用于导入外源基因到植物细胞或组织中，实现基因转化。
这为植物遗传改良提供了重要的手段，包括抗病虫害、耐逆性和提高产量等方面的改良。
3. 药物和化学物质生产：通过组织培养技术，可以大规模培养植物细胞或组织，以生产药物、天然产物和化学物质。
这种方法具有高效、可控和可重复的优点，为药物和化学工业提供了可持续的生产途径。
4. 培育优良品种和育种研究：植物组织培养可以用于筛选和培育优良的植物品种，包括抗病虫害、适应性强和高产性等特点的育种。
这为农业生产和园艺业的发展提供了重要的技术支持。
5. 保存和恢复濒危植物：植物组织培养技术可以用于保存和恢复濒危植物种质资源。
通过体外培养，可以保存和繁殖濒危植物，以防止物种灭绝和遗传多样性的丧失。
6. 研究植物生理和生物学：植物组织培养为研究植物生理和生物学提供了实验材料和平台。
通过控制培养条件和处理方式，可以研究植物生长、发育、代谢和响应环境的机制。
总的来说，植物组织培养在植物科学、农业和生物技术等领域具有广泛的用途。
它为植物繁殖、遗传改良、药物生
产、品种培育、濒危物种保护和科学研究提供了强大的工具和平台。
第六章 植物细胞培养
平板培养为分离、筛选单细胞无 性系提供了一个有效方法
第五节 植物细胞大规模培养 生产次生代谢物质
Production of Secondary Metabolites by Large-scale Culture of Plant Cells
一、 植物次生代谢和次生代谢产物
（一）次生代谢和次生代谢产物 初生代谢：为维持植物正常的生长发育所 必须的代谢，如呼吸作用、光合作用、 蛋白质和氨基酸代谢、核酸和核苷酸代 谢、脂肪代谢、激素代谢等。初生代谢 过程中形成的各种产物称为初生代谢产 物。初生代谢产物不稳定，在体内容易 发生转化。
植物细胞全能性的证明
2. 筛选变异体：在生产中，人们总是希望 获得具有某些抗性的品种，如抗病、抗 虫、抗盐碱、抗铝、抗除草剂等。通常 的方法是在大量的植株中进行选择。这 种方法不仅工作量大，而且效率低。细 胞培养技术为突变体的筛选提供了快速 有效的方法。在一个培养皿中，一次可 以筛选20万个细胞。 将具有抗性的细胞 挑选出来以后，进行培养、再生，即可 获得抗性植株。
匀桨
过滤
培养
外植体
振荡
液体培养 愈伤组织
振荡
培养上清液
继代培养
液体培养
愈伤组织(callus)是一群无明显组织分化、 分裂能力强的细胞。它是植物受到创伤后或 在植物激素的诱导下形成的。
分化(differentiation)——形态、结构和功 能相同的细胞变成形态、结构和功能互 不同的细胞的过程，如分生组织细胞转 变成薄壁组织、维管组织、厚壁组织等。 脱分化(dedifferentiation)——已分化、成 熟的细胞（一般不再分裂）重新恢复分 裂能力的过程。外植体形成愈伤组织的 过程就是脱分化的过程。 再分化 (redifferentiation)——愈伤组织形 成其它组织或器官的过程
大规模植物细胞培养生产药用
3 大规模植物细胞培养生产药用成分植物细胞的大量培养是利用植物细胞体系,通过现代生物工程手段进行工业规模生产,以获得各种产品的一门新兴的跨学科技术。
首次提出从植物细胞培养物中合成天然药物的是1956年美国的Routier 和Nickell ,1967 年Kaul 和Staba 采用多升发酵罐对小阿米( Ammi visnaga) 进行了细胞大量培养的研究,并首次用此方法得到了药用成分呋喃色酮(Visnagin) 。
七八十年代,植物组织培养、植物原生质体培养等各种植物培养技术与植物细胞培养技术共同发展,在培养基配方、环境条件控制、悬浮培养技术等研究方面相互借鉴、相互促进[1 ] ;而大规模培养技术方面,得益于微生物发酵技术的飞速发展,各种各样的反应器如气升式、气泡柱式、模式等反应器相继得到应用,使得植物细胞大量培养的研究迅速得到借鉴发展。
这些年来植物细胞培养技术主要致力于高产细胞株选育方法、悬浮培养技术、多级培养和固定化细胞技术、培养工艺优化控制、生物反应器研制、下游纯化技术等方面的研究,并取得了较大进展[2 ] 。
近几年有些技术用于植物细胞培养对提高产物含量,降低成本有一定的作用。
这些技术有: (1) 发状根培养技术和冠瘿组织细胞培养技术。
发状根(Hairy root ) 和冠瘿组织(Crown gall tissue) 在离体培养时都具有激素自主、增殖较常规细胞培养快、次生代谢物含量一般比悬浮培养细胞高、且能合成某些悬浮培养细胞不能合成的次生代谢物以及能引入外源基因表达等特点,从而引起人们利用它们生产药用次生代谢物的重视。
如利用桔味薄荷(Mentha citrata) 冠瘿细胞生产萜烯,洋地黄( Digitalis) 冠瘿细胞生产强心甙, 丹参冠瘿细胞生产丹参酮[3 ] ,长春花冠瘿细胞生产吲哚生物碱[4 ] ,人参发状根培养生产人参皂甙, 长春花发状根培养生产长春碱,青蒿发状根培养生产青蒿素[5 ] ,萝芙木发状根培养生产生物碱[6 ]等等。
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红色愈伤组织能够生成大量的花箐苷，
并且低温条件下，生成量高。
⑥、采用固相细胞培养系统
细胞生长分裂旺盛时，次生代谢物产量低。 采用固相培养，将细胞培养在惰性基质中，细胞
生长缓慢，可提高次生代谢物质的产量。
思考题
1．一个好的悬浮细胞系有哪些特征？ 用于建立悬浮细胞系的愈伤组织有何 要求？ 2．建立悬浮细胞系的关键技术有哪些？ 3．悬浮细胞系在继代培养中其群体生长 规律？ 4．细胞大规模培养有哪些培养系统？
生物反应器
Stirred Tank Bioreactors
An external motor is used to agitate the growth medium with impellers.
Sterile air or combinations of gases can be introduced (sparkling)
细胞固定化培养技术按照其支持物不 同可以分为两大类：
包埋式固定化培养系统：支持物多采 用琼脂、琼脂糖、藻酸盐、聚丙烯酰胺等 ；
附着式固定化培养系统：支持物采用 尼龙网、聚氨酯泡沫、中空纤维等材料。
（四）、利用细胞培养生产有用物质
1、利用细胞培养生产有用物质的一般程序
（1）选材 应注意以下条件： ①药效肯定； ②对其有效成分有充分的了解； ③有测定有效成分和药理的可靠方法； ④市场短缺或价格昂贵； ⑤取有药效成分的部位，且该部位较 易形成愈伤组织。
1991
临床III期
1992 FDA批准上市 Ramesh Panchagnula, International Journal of Pharmaceutics.1998(172)1-15.
市场需求
抗癌一线用药
销售额年增长率5亿美元 理论需求量 2g /人, 500万人/年 1000kg/年 实际销量 350 kg/年 紫杉醇供需相差十分悬殊
缺点：1、合成过程烦琐复杂，几十步 2、费用高，化学试剂昂贵 3、总收率太低（2%）
• 半合成
以10-DABⅢ和Baccatin Ⅲ作为半合成原料获得 紫杉醇 新方法用10-DAT
优点：1、原料枝叶含量丰富、 提取相 对容易，充分利用再生资源 2、产率高 3、最具实用价值可以工业化生产 4、获取紫杉醇构效关系信息，进 行结构改造
（4）产品提取与纯化
从植物细胞培养物中提取和纯化
有的产品。
2、提高有用物质生产效率的技术因素 ①筛选高产细胞系
从实验材料中筛选高产的细胞株系是提高
生产率、降低生产成本的重要因素。特异的次生
代谢产物往往是特异的器官中形成的。因此，用
特异器官为材料，建立特异功能的细胞系，并从
中反复多代培养选择有效的、高产的细胞株。
3' 2' 1'
18 12
AcO
11
10 9 17 2 16
O19
8 3
Ph1
13 15 14 1
H
4
7
HO O O
H AcO
• • •
TM 分子式：C47H51NO4 水溶性：0.7mg／ml 稳定性：
– – – –
Paclitaxel (Taxol)
pH4～8 稳定； pH <4较稳定； pH >8 易分解； 在特定条件下紫杉醇可被氧化， 但极难还原；
缺点：合成过程相对复杂 （11步化学转化和7步分离）
生长，还要考虑有利于产物的积累和分离。
总体上，适合植物细胞培养的反应器应具 有适宜的氧传递、良好的流动性和较低的剪 切力。
机械搅拌式培养系统
机械搅拌式生物反应器通常是在微生物发酵
罐的基础上改进设计的，根据植物细胞的特性，
其设备要求在微生物发酵罐的基础上作如下改进 ：搅拌装置要减少剪切，一般改叶轮式为螺旋式 ；因为植物细胞生长周期长，需要随时补充水分 和营养，因此必须设计加液装置；由于植物细胞 的生理活动需要新鲜空气，且细胞代谢也可能产 生有害气体，所以必须设计通气装置； 为便于取 样观察，一般还设计有取样口。
(三)生物反应器类型及特点
大规模培养系统基本原理方法与上述 实验室悬浮培养一致，但大规模培养所采
用的设备及控制技术比实验室小规模培养
要复杂的多。
植物细胞培养具有周期长、细胞抗剪切能 力弱、易团聚等特点。同时，植物细胞规模
培养的目的是生产天然产物，所以，植物细
胞培养反应器的设计不仅要考虑有利于细胞
图1：国际紫杉醇原料药需求走势图（单位：公斤）
紫杉醇开发的关键问题
• 上游产业——药源问题
• 下游制剂产业
– 药效（活性、水溶性） – 安全性 – 生物相容性
药源问题
•
红豆杉
主要原料植物 国家一级保护野生植物，全球十大濒危物种 之一
• 生长缓慢 分布有限 Taxol含量低
树皮中Taxol含量:0.00001-0.069% 3000棵树=10吨树皮=1kg Taxol=500病人
紫杉醇研发过程
年 代
1958 1967 1968 1971
进
展 •NCI称其为过去 15年中开发的最 好的抗癌药物
NCI开始大规模植物药研发筛选 发现紫杉醇抗癌活性 从红豆杉中分离出紫杉醇 完成结构鉴定
1979
1983 1985
发表作用机制
临床Ⅰ试验 临床II期
•20世纪90年代抗 肿瘤药的三大成 就之一 •汤姆森科技桂冠 奖
紫杉醇简介
• 紫杉醇：二萜类化合物 • 最早由太平洋红豆杉Taxus • •
brevifolia的树皮中分离 广泛用于治疗卵巢癌、乳腺癌、 非小细胞肺癌等十几种癌症 目前主要来源于红豆杉属植物
理化性质
• 英文名：Paclitaxel, Taxol® or
Ph3
O C6H5
Ph2
C6H5 O N H
气压搅拌式培养系统
考虑到机械搅拌式反应器的剪切作用难以 避免，同时搅拌器转动的中轴往往是容易使 培养物污染的部位，因此，发展出空气提升 式生物反应器，但其缺点是搅拌不均匀。
Bubble Column Bioreactor (Airlift Reactor)
Introduction of sterile air or pure gases
质—烟碱酸加入，会增加烟碱的生成
量。
④、培养基中生长调节剂的作用
植物生长调节剂不仅影响植物的脱分 化与再分化，而且能影响次生代谢物质的
产生。如烟草愈伤组织培养中，培养基中
添加IAA，能合成烟碱，而在含有2,4-D的 培养基上，烟碱合成受阻。
⑤、培养条件的影响
光照、温度等影响次生代谢。在胡 萝卜愈伤组织培养中，光照条件使紫
Circulation
through an external loop
旋转式培养系统
一般用于产品中试或某些必需裂解细
胞才能获得目的产物的培养，其优点是控制 精确，处理灵活，缺点是培养体积较小。
②固定化培养系统
这一技术的优点在于： 可以较容易地控制培养系统的理化环境，从而可以研 究特定的代谢途径，并便于调节； 细胞位置的固定使其所处的环境类似于在植物体中所 处的状态，相互间接触密切，可以形成一定的理化梯度， 有利于次生产物的合成； 由于细胞固定在支持物上，培养基可以不断更换，可 以从培养基中提取产物，免除了培养基中因含有过多的初 生产物对细胞代谢的反馈抑制，也由于细胞留在反应器中 ，新的培养基可以再次利用这些细胞生产初生产物，从而 节省了生产细胞所付出的时间和费用； 正是由于细胞固定在一定的介质中，并可以从培养基 中不断提取产物，因此，它可以进行连续生产。
药品来自植物。其药物的有效成分均为次生产物
。许多植物次生代谢产物是优良的食品添加剂和
名贵化妆品原料。有些是生物毒素的主要来源，
可以用于杀虫、杀菌，而对环境和人畜无害是理
想的环保产品。
自然植物和细胞培养的紫草宁含量比较
生产方式
完整植物 植物细胞培养
生产周期
2～3年 3周
紫草宁含量（％干重）
1～2 14
30 25 20 15 10 5 0.8 0 1992 1994 1995 1998 1999 2000 2001 2002 3.4 14.8 12 6.6 18.2 20 25
图2：国际紫杉醇销售额（亿美元）
1000 800 600 400 200 0 2000年 2002年 2004年 300 350 480 需求量 620 1000 780
或添加培养基后，中途不添加也不更换培 养基的方式。
（2）连续培养：在培养过程中，不断向反应
器中以一定流量添加新培养基，同时以 一定流量从系统中取出培养基的方式。
(3)半连续培养：在完成成批培养的一个周期
后，从反应器中取出大部分细胞悬液，只 保留小部分细胞悬液作为下一培养周期的 种子细胞，然后加入新鲜培养基进行培养 的方式。
1、培养的细胞在遗传上应是稳定的，以得到产量
恒定的产物。 2、细胞生长及生物合成的速度快，在较短的时间 内能得到较高产量的终产物。 3、代谢产物要在细胞中积累而不被迅速分解，最
好能将其释放到培养基中。
（二）、植物细胞规模化培养体系的建立 1、种子细胞的选择
（1）准确选择能产生目的化合物的植物种类； （2）尽量选择自然状态下产生天然产物的组织器官
为外植体；
(3)高产种子细胞克隆的方法：单细胞培养后，将
单细胞扩增形成的愈伤组织分2份，1份成分含
量分析，另1份保留培养。
2、种子细胞系的增殖与放大培养
种子细胞增殖初期一般采用摇瓶培养，摇瓶体积从 几百毫升到几升逐级放大。当细胞数量增加到一定
值后，应转移至体积较小的生物反应器培养。
3、大规模培养体系的建立 （1）成批培养：在一个培养体积中接种细胞