动物细胞工程的应用及展望

动物细胞工程的应用及展望

动物细胞工程（Animal cell engineering）是指以动物细胞或其组成成分为研究对象，对细胞或其组分进行操作、加工或改造，使其按照人的意图发生结构或功能等生物学特性的改变，获得人类所需的生物产品或创造新的动物品种。

在自然生理状态下，不论是植物或是动物，其细胞、组织或器官是在体内环境中完成其生命代谢活动的，细胞只在其既定的遗传信息的指导下，按照自身的规律生长分化，表现自身特有的生物性状和生理得以发挥其功能。

随着生命科学和技术的发展，在充分认识细胞的结构、组成和生物学特性的理论基础上，细胞工程技术可以，在分子、亚细胞、细胞、组织或器官的不同水平上，借助专门的技术手段，于体外或体内环境条件下，按照人的意愿对细胞进行操作或加工，改造其结构或组成，进而使其生物学功能发生定向改变，以实现人类所需生物产品的工程化生产。

动物细胞工程主要研究内容可概括为以下几个方面：动物细胞培养，动物细胞融合和单克隆抗体，干细胞工程，动物克隆，转基因动物及生物反应器等。1. 动物细胞培养

动物细胞、组织和器官的培养将分离自动物机体各部分的细胞、组织块或整个器官，用专用的培养基和培养箱进行体外培养（in vitro culture），抑或进行体内培养（in vivo culture）。

动物细胞培养技术在人类医学临床治疗上发挥了巨大的作用，具有广阔的应用前景。生产许多有重要价值的蛋白质生物制品，如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等。

2. 动物细胞融合和单克隆抗体

细胞的融合技术广泛应用于细胞生物学、免疫学、遗传学、病毒学、微生物学和医学等不同领域的基础研究和实践应用。在动物上多用于产生杂种细胞，制备单克隆抗体，制备克隆动物等。细胞融合技术还用于产生异种核质的杂种细胞，用以研究细胞的核质关系。

1975年Kohler和Milstein建立B淋巴细胞杂交瘤技术以制备单克隆抗体以来，针对各种抗原的单克隆抗体已被广泛应用于生命科学的各个领域。

B淋巴细胞杂交瘤技术不但将淋巴细胞产生单一抗体的能力和骨髓瘤增生

的可能性巧妙地结合起来，并且还可以通过融合进一步的筛选获得具有期望专一的抗体。单克隆抗体的最主要的优点在于它的专一性、均质性、灵敏性以及无限量制备的可能性。

单抗在生物工程技术中占有很重要的地位，已作为商品进入市场，前景不亚于基因工程产品。其用途有以下几方面：

（1）单抗作为体外试剂：单克隆抗体最广泛的商品用途，目前仍然是用作体外诊断试剂。

（2）单抗作为体内诊断试剂：用同位素标记的单抗，在特定的组织中成像的技术，可用于肿瘤，心血管畸形的体外诊断。

（3）单抗作为导向药物的载体：单克隆抗体最大的应用前景是有可能作为导向药物的载体。导向药物是指以具有导向能力的物质为载体的药物，据信在下一世纪导向药物将普遍取代目前的常规药，特别是抗癌药物、抗生素等。

（4）作为治疗用的单克隆抗体：它必须具有专一性高、稳定性好、亲合力强、分泌量大、针对非脱落抗原在靶细胞上的分布密度高等特点，但这是很难获得的。

近年来，应用单克隆抗体可以检查出某些还尚无临床表现的极小肿瘤病灶，检测心肌梗死的部位和面积，这为有效的治疗提供方便。单克隆抗体并已成功地应用于临床治疗，主要是针对一些还没有特效药的病毒性疾病，尤其适用于抵抗力差的儿童。人们正在研究“生物导弹”——单克隆抗体作载体携带药物，使药物准确地到达癌细胞，以避免化疗或放射疗法把正常细胞与癌细胞一同杀死的副作用。

此外，近来报道用单克隆抗体检测工业生产及各种焊缝管道中的早期腐蚀；人为某些化学工业的催化剂等。

3. 胚胎移植、干细胞工程

动物干细胞工程（animal stem cell engineering）指利用干细胞的生物学特性，按照人的意图，借助于化学的、物理的或生物的方法，定向诱导分化，产生机体各种功能细胞或组织的生物工程技术。

干细胞工程技术主要用于生物学、医学、遗传学、发育生物学、细胞生物学、胚胎学、生殖学、神经生物学和育种学等诸多基础研究和应用研究领域。

由于干细胞具有分化为多种功能细胞的特性，使其在人类医学、基因治疗、发育调控等领域显现出了重要的科学意义和广泛的应用前景，因此越来越受到重视。

目前，人工受精、胚胎移植等技术已广泛应用于畜牧业生产。精液和胚胎的液氮超低温（-196摄氏度）保存技术的综合使用，使优良公畜、禽的交配数与交配范围大为扩展，并且突破了动物交配的季节限制。另外，可以从优良母畜或公畜中分离出卵细胞与精子，在体外受精，然后再将人工控制的新型受精卵种植到种质较差的母畜子宫内，繁殖优良新个体。综合利用各项技术，如胚胎分割技术、核移植细胞融合技术、显微操作技术等，在细胞水平改造卵细胞，有可能创造出高产奶牛、瘦肉型猪等新品种。特别是干细胞的建立，更展现了美好的前景。4. 动物克隆技术

动物克隆技术（animal cloning technology）也称核移植（nuclear transfer）技术。指动物的无性繁殖技术，即不经过雌雄两性的性结合，通过细胞培养和显微操作（micromanipulation）等系列技术，使动物个体产生与其自身表型相同和性能一致的后代。

动物克隆技术用于生物学、生殖学、遗传学和育种学等研究领域，在拯救和保护濒危动物，尤其是珍贵遗传资源的保存及畜牧业生产中的应用方面展现了光明的前景。

在人类的临床医学治疗领域也具有重要的研究和潜在的应用价值，如利用克隆技术即治疗性克隆（therapeutic cloning）产生人的早期胚胎，从其中分离胚胎干细胞，以用于人的疾病治疗。这项技术是目前生物工程领域最前沿的技术之一，倍受社会的关注。

虽已成功地诞生了诸多克隆动物后代，但在人的克隆问题上，各国政府都通过立法或声明明确禁止克隆人，即生殖性克隆（reproductive cloning）。不过许多国家的政府和科学家有条件地支持治疗性克隆，即通过克隆产生人的早期囊胚（blastocyst），分离胚胎干细胞，用于人类的疾病研究和临床治疗。

5. 转基因动物及生物反应器

转基因动物（transgenic animal）是指借助生物的、化学的或物理的方法，将外源目的基因注入到动物早期胚胎细胞内，或将外源目的基因转染到体细胞内，

再通过体细胞克隆动物技术构建胚胎，最终产生带有该目的基因的动物个体的技术。

该技术用于生物学、农业、生物医学、免疫学等研究，也常用于动物的遗传育种研究和生产领域，试图获得人类所需的转基因产品，如培育抗某种疾病的家畜品种，或生产某种产品的专用家畜、转基因鱼，或生产贵重医用药物蛋白等。在生物学研究领域，转入或剔除某一基因以研究其表达和调节等生物学功能或作用机制，已成为重要的研究技术手段。

动物生物反应器（animal bioreactor）指利用动物的某种细胞、组织或器官作为反应生成的载体，生产人类需要的生物制品。一个动物体就相当于一个生物工厂。

譬如利用乳腺生物反应器或血液生物反应器生产具有生物活性的人凝血因子、促红细胞生成素、抗胰蛋白酶等医用蛋白，或提高动物乳汁中的乳蛋白等食用蛋白。根据人类的意图，利用转基因动物技术制作高表达的动物生物反应器，生产特定的转基因生物制品，具有很大的商业价值，将成为未来医药工业或食品生产的重要途径。

作为现代生物技术之一的动物细胞工程技术在近半个世纪来突飞猛进，它已在医药领域、生物学、生殖学、遗传学等众多领域取得了许多具有开创性的研究成果，如通过细胞融合技术形成的杂交瘤细胞生产的单克隆抗体已广泛用于临床治疗，并显示出独特的疗效，获得了很好的社会和经济效益。随着细胞工程技术研究的不断深入，它的前景及其产生的影响将会日益地显示出来。