植物细胞器间遗传信息转移董色白艳玲*徐海津张秀明乔明强(南开大学生命科学学院,天津300071)摘要真核生物细胞质中有多种执行特定功能的细胞器,其中线粒体和质体含有独立的基因组,但细胞器的遗传信息储量有限,其多数结构和功能蛋白质仍然由核基因组编码。来自植物的相关研究表明,细胞核与细胞器间不仅在功能上相互依存,而且遗传信息分子能跨越生物膜屏障,在细胞核与细胞器间及不同的细胞器间进行传递,并由此可以引起部分遗传信息在细胞内定位及基因表达等方面的相应改变。细胞器间遗传信息转移机制的研究将为深入认识核质相互作用及真核生物的进化提供重要的线索。关键词细胞器;遗传信息;传递真核生物细胞内具有两种遗传系统:独立自主的细胞核基因组和具有半自主性的核外基因组。核外基因组主要是动植物共有的线粒体和植物所特有的质体。绝大多数遗传信息位于细胞核,而线粒体和质体仅包含为数有限的与细胞器功能相关的基因。在起源上,对于线粒体和质体有两种推测:(1)细胞器是由细胞核分离出的部分基因组成[1]。(2)细胞器来源于内共生的自养微生物[2]。现在人们普遍接受内共生学说,该学说认为线粒体起源于变形菌(Proteobacterium),质体起源于蓝细菌(Cyanobacterium)[3]。内共生体进化的典型特征就是基因逐渐趋于简化,简化过程即基因丢失或转移的过程。转移是指在进化过程当中细胞器的部分基因转移到细胞核,随着这一过程的进行遗传信息逐渐集中于细胞核。转移到细胞核的基因一方面扩大了细胞核的基因含量,另一方面也使得一部分核基因的功能取代了线粒体和质体基因的功能。然而,遗传信息的交流并不是单方向的,也有细胞核基因转移到细胞器,同时线粒体和质体之间也存在着基因的交流。只是质体基因组相对保守,不同的植物间质体基因组相差无几,而线粒体则相反,在不同植物间线粒体基因组大小差距很大。植物细胞内一直都进行着细胞核、线粒体和质体基因组间的遗传信息传递,只是传递方式各有不同。对细胞内遗传信息的交流及其传递方式的研究逐步揭开了细胞器进化的面纱,为实现细胞器遗传转化提供了重要依据。1细胞器间遗传信息的传递谢谢采纳
给点对文特尔的评价
论细胞生物学的发展 悠悠300余年,关于细胞的研究硕果累累;近50年来更进入了分子水平,老树又绽新花。许多研究成果已经或将要走进我们的生活:植物细胞在培养瓶中悄然长成幼苗;动物体细胞核移植诞生了克隆动物;不同生物细胞间DNA的转移创造出新的生物类型及其产品;病危的生命期盼着干细胞移植的救助…… 现在,生物学在人类的生产生活中的使用愈加广泛。美国细胞生物学家威尔逊曾经说过:“每一个生物科学问题的答案都必须在细胞中。”这句话明显说明了细胞生物学对整个生物科学的研究有着怎样的重要性。细胞生物学的发展,越来越受到人们的重视。 谈起细胞生物学,不得不提的是建立于19世纪的《细胞学说》。《细胞学说》的建立可谓是自然科学史上的一座丰碑。《细胞学说》的两位建立者——德国科学家施莱登和施旺。经过长时间不断的探索和研究,分别从结构、功能和分裂三个方面对细胞进行了探究,并从中提炼出了三个要点,构成了《细胞学说》的主体。《细胞学说》的建立,不仅为达尔文的《进化论》奠定了基础,更为后人对细胞生物学的研究,做出了巨大贡献。 在细胞学说创立的100年间,人们对细胞的研究基本停留在简单观察和形态描述的水平,细胞在生物学家的眼中多多少少还像一团胶状物,里面杂乱地散布着一些含混不清的东西。此时出现了一名科学家——美国的细胞生物学科学家克劳德,他决心把细胞内部的组分分离开,探索细胞内组分的结构和功能。当时分离细胞器所遇到的困难是今天的人们难以想象的。许多人对他冷嘲热讽,认为把好好的细胞弄碎是毫无意义的。但是克劳德坚信,要深入了解细胞的秘密,就必须将细胞内的组分分离出来。经过艰苦的努力,他终于摸索出采用不同的转速对破碎的细胞进行离心的方法,将细胞内的不同组分分开。这就是一直沿用至今的“转速离心法”。 如果说《细胞学说》是通往细胞生物学的一扇门,那么我认为克劳德的“转速离心法”便是这扇门的钥匙。这种方法的发现,使人类对细胞内部的进一步探究,有着非常重要的意义。 随着对细胞内更深入的探究,人类发现了细胞中一个新的世界。细胞中每个组分如此精巧,一个个小小的细胞器,在细胞中都起到了非常关键的作用。霍中和院士在《细胞生物学》中写到:“我确信哪怕最简单的一个细胞,也比迄今为止设计出的任何只能电脑更精巧。”人类也曾经试图组装出一个细胞。1990年,科学家发现人体生殖道支原体可能是最小、最简单的细胞。1995年,美国科学见文特尔领导的研究小组,对这种支原体的基因组进行了测序,发现它仅有480个基因。如果在480个基因中辨认出对细胞生活必不可少的“基本基因”,那么就有希望人工合成这些基因——一段不很长的DNA分子。 文特尔的方法是破坏一个又一个的基因,看那些基因是绝对不可或缺的,终于筛选出了300个对生命活动必不可少的基因,但其中100个基因的重要性尚不清楚。 文特尔以及其他一些科学家认为,如果能人工合成这300个基因的DNA分子,再用一个细胞膜把它和环境分隔开,在培养基中培养,让他能够生存、生长和繁殖,组装细胞就成功了。科学家现在已经能够合成长度为5000个碱基因对的DNA片段,文特尔估计生殖道支原体的DNA的碱基对比这要多100倍,因此,DNA的人工合成还需要方法上的创新。怎样给DNA分子包上细胞膜也是一个难题。他们的设想是,把生殖道支原体细胞的DNA破坏掉,再把人工合成的基因组“注入”支原体细胞。 有关实验还在进行中,不过可以确信的是,人类对细胞生物学的研究愈加深入,对人类今后的发展就愈加有利。通过不断的科学探究和深入研究,我相信在不久的将来,细胞生物学将成为一个重要的科学领域,会吸引更多的人去探索、研究。它也会绽放出他耀眼的光辉,来迎接着这崭新的时代!
你看看这是不是你需要的类型论文,不过我还是建议只是参考,自己写最好了。 干细胞作为一种既有自我更新能力、又有多分化潜能的细胞,具有非常重要的理论研究意义和临床应用价值。近几年来,干细胞的研究取得了重大突破, 1999和2000年,世界最权威的美国《Science》杂志连续2年将干细胞和人类基因组计划列为当年的10大科学突破之首。美国《时代》周刊认为干细胞和人类基因组计划将同时成为新世纪最具有发展和应用前景的领域。为抢占这一科技制高点,世界各国纷纷投入大量的人力、物力和财力加紧研究开发,并已取得应用性成果:2005年10月,美国食品和药物管理局(FDA)也已批准将神经干细胞移植入人体大脑;2005年11月,美国心脏协会报道了干细胞治疗心肌梗塞的204例临床病例的研究报告,其结论是干细胞对心脏功能的改善效果,是没有任何现有临床药物能达到的;日本在2000年启动的“千年世纪工程”中,将干细胞工程作为四大重点之一,于第一年度就投入了108亿日元的巨额资金;瑞典、巴西也于2005年通过立法继续支持干细胞研究,并于2005年进行一项多中心1200病例的用干细胞治疗心脏病的临床应用研究。干细胞技术作为生物技术领域最具有发展前景和后劲的前沿技术,将可能导致一场医学和生物学革命,给无数疑难病症治疗带来了新的希望。 按照科学家描绘的美妙蓝图,通过干细胞技术的有效应用,今后更换人体器官就像给汽车换零件一样简单,血细胞、脑细胞、骨骼和内脏都将可以更换,即使患上绝症也能绝处逢生。其实,干细胞技术不仅在疾病治疗方面有着极其诱人的前景,而且其对动物克隆、植物转基因生产、发育生物学、新药物的开发与药效、毒性评估等领域也将产生极其重要的影响。干细胞技术是世纪之交最为引人注目的科技成果,被认为是人类生命科学研究的重要里程碑,预示着生命科学研究将进入快速发展时期。 参考资料:
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研究的目的要说明问题是如何发现的,即该研究的研究背景是什么,是根据什么、受什么启发而搞这项研究。也要说明该选题在理论上的创新性,来突出自己选题与各个主流观点的差异。而研究的意义,要对所研究问题的实际用处有所了解从生活实际出发进行解读。
已经发表的科研论文80多篇 (SCI收录英文文章30篇):
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近期的科学研究新进展,科学家们已经十分接近量产血球细胞了!这个新进展将能解决血液供给不足,以及骨髓疾病患者的问题,将彻底改变需要频繁输血的疾病治疗模式。
近年来,干细胞的相关研究逐渐扩展,除了生物科学的研究外,更尝试应用于人类医学治疗上。干细胞与体内一般细胞不同,他具有特殊的编程,可以透过自然或诱导的方式,分化成为其他细胞。主要可分为两种,一为胚胎干细胞,具有较强的分化能力,可分化成为多种不同的细胞。另一种为成体干细胞,分化能力较为受限,仅能分化成特定几种细胞,用于修复组织或是汰换掉旧的细胞。2006年时,科学家首次将小鼠的细胞,经过诱导后转变成为iPS多能性干细胞。自此之后开启干细胞领域的大量研究。而从此时开始,科学家就不断尝试利用干细胞来生产新的血液细胞,然而,这是首次这么接近将干细胞分化成为完整功能的血球细胞。
利用干细胞生产血液细胞的目标,是希望可以透过提取患者自身的细胞,将其转变为iPS多能性干细胞后,利用此干细胞不断分化产生新的血液细胞,这样患者就可以自己生产无限供给的血球,不需要倚靠其他健康人们的捐赠。另外,这样的作法也能应用在一般的血液捐赠上,可以使用一般健康捐血者的细胞并将其转变为iPS多能性干细胞,这样将能大幅增加血液供给,提供需要输血的病患使用。来自波士顿儿童医院的Rio Sugimura研究员表示,遗传性的血液疾病患者,甚至可以利用基因编辑的方式,修复遗传缺陷,并成功制造出健康的血球细胞。
第一个发表相关研究的论文中,研究人员使用了iPS和胚胎干细胞,给予他们特殊的化学信号,使干细胞转化为血球前驱细胞,接着再给细胞转录因子,使其成为真正具功能的血球细胞。研究人员发现需要五种转录因子,分别为RUNX1、ERG、LCOR、HOXA5和HOXA9,来强制细胞进入正确的分化程序。波士顿儿童医院的研究负责人Gee Daley表示:「我们非常接近能够产生真正的人类血球细胞,这项工作是20多年努力的结果。」
第二篇研究的作法略有不同,来自纽约威尔康奈尔医学中心(Weill Cornell Medicine)的一个小组不再使用iPS多能性干细胞或胚胎干细胞,而是使用从小鼠肺壁获取的成体干细胞,培养于含有四种转录因子Fo *** 、Gfi1、Runx1和Spi1,且模拟人类血管内环境的培养皿中,此方法能够将成体干细胞直接分化为血球细胞,无需经过iPS的过程。带领团队完成研究的Shahin Rafii表示,他们的实验方法有如直航班机,可以挑过中间的复杂程序。而Daley团队的技术则是转机后才到达目的地。虽说如此,但目前结果仅止于动物实验,哪一种方法在人体中会有更好的效果暂时还不得而知。不过可以期待的是,未来人类或许可以透过简单的方式,自给自足需要的血液供给,在医疗上不再需要仰赖他人捐赠,并且可以修复遗传性的血液或骨髓疾病。
1999年12月,Science杂志公布了当今世界科学发展的评定结果,干细胞的研究成果名列十大科学进展榜首。胚胎干细胞研究的科学价值在于其诱人的应用前景。如果最终能够成功诱导和调控胚胎干细胞的分化与增殖,将对胚胎干细胞的基础研究和临床应用带来积极的影响,使之有可能在以下领域发挥重要作用。 1.揭示人及动物的发育机制及影响因素 生命最大的奥秘便是人是如何从一个细胞发展为复杂得不可思议的生物体的。人胚胎细胞系的建立及人胚胎干细胞研究,可以帮助我们理解人类发育过程中的复杂事件,使人深刻认识数十年来困扰着胚胎学家的一些基本问题,促进对人胚胎发育细节的基础研究。人胚胎干细胞的体外可操作性,可以一种伦理上可接受的方式,提供在细胞和分子水平上研究人体发育过程中极早期事件的方法。这种研究不会引起与胎儿实验相关联的伦理问题,因为仅靠自身胚胎干细胞是无法形成胚胎的。 2. 药学研究方面 胚胎干细胞系可分化为多种细胞类型,又是能在培养基中不断自我更新的细胞来源。它发展为胚体后的生物系统,可模拟体内细胞与组织间复杂的相互作用,这在药物研究领域具有广泛的用途。胚胎干细胞有望在短期内就能体现的优势在于药物筛选中。目前用于药物筛选的细胞都来源于动物或癌细胞这样非正常的人体细胞,而胚胎干细胞可以经体外定向诱导,为人类提供各种组织类型的人体细胞,这使得更多类型的细胞实验成为可能。虽不会完全取代在整个动物和人体上的实验,但会使药品研制的过程更为有效。当细胞系实验表明药品是安全的且效果良好,才有资格在实验室进行动物和人体的进一步实验。 在候选药物对各种细胞的药理作用和毒性试验中,胚胎干细胞提供了对新药的药理、药效、毒理及药代等研究的细胞水平的研究手段,大大减少了药物检测所需动物的数量,降低了成本。另外,由于胚胎干细胞类似于早期胚胎的细胞,它们有可能用来揭示哪些药物干扰胎儿发育和引起出生缺陷。人胚胎干细胞还可以用于其它用途。由于这类细胞本质上可以无限量地产生人体细胞,它们对于旨在发现稀有人蛋白的研究计划理应有用。国际上许多制药公司、学者都瞄准了这一重要的研究领域。 3. 细胞替代治疗和基因治疗的载体 胚胎干细胞最诱人的前景和用途是生产组织和细胞,用于“细胞疗法”,为细胞移植提供无免疫原性的材料。任何涉及丧失正常细胞的疾病,都可以通过移植由胚胎干细胞分化而来的特异组织细胞来治疗。如用神经细胞治疗神经退行性疾病(帕金森病、亨廷顿舞蹈症、阿尔茨海默病等),用胰岛细胞治疗糖尿病,用心肌细胞修复坏死的心肌等。 胚胎干细胞还是基因治疗最理想的靶细胞。这里的基因治疗是指用遗传改造过的人体细胞直接移植或输入病人体内,达到控制和治愈疾病的目的。这种遗传改造包括纠正病人体内存在的基因突变,或使所需基因信息传递到某些特定类型细胞。 当然,干细胞技术的最理想阶段是希望在体外进行“器官克隆”以供病人移植。如果这一设想能够实现,将是人类医学中一项划时代的成就,它将使器官培养工业化,解决供体器官来源不足的问题;使器官供应专一化,提供病人特异性器官。人体中的任何器官和组织一旦出现问题,可像更换损坏的零件一样随意更换和修理。
研究的目的要说明问题是如何发现的,即该研究的研究背景是什么,是根据什么、受什么启发而搞这项研究。也要说明该选题在理论上的创新性,来突出自己选题与各个主流观点的差异。而研究的意义,要对所研究问题的实际用处有所了解从生活实际出发进行解读。
你看看这是不是你需要的类型论文,不过我还是建议只是参考,自己写最好了。 干细胞作为一种既有自我更新能力、又有多分化潜能的细胞,具有非常重要的理论研究意义和临床应用价值。近几年来,干细胞的研究取得了重大突破, 1999和2000年,世界最权威的美国《Science》杂志连续2年将干细胞和人类基因组计划列为当年的10大科学突破之首。美国《时代》周刊认为干细胞和人类基因组计划将同时成为新世纪最具有发展和应用前景的领域。为抢占这一科技制高点,世界各国纷纷投入大量的人力、物力和财力加紧研究开发,并已取得应用性成果:2005年10月,美国食品和药物管理局(FDA)也已批准将神经干细胞移植入人体大脑;2005年11月,美国心脏协会报道了干细胞治疗心肌梗塞的204例临床病例的研究报告,其结论是干细胞对心脏功能的改善效果,是没有任何现有临床药物能达到的;日本在2000年启动的“千年世纪工程”中,将干细胞工程作为四大重点之一,于第一年度就投入了108亿日元的巨额资金;瑞典、巴西也于2005年通过立法继续支持干细胞研究,并于2005年进行一项多中心1200病例的用干细胞治疗心脏病的临床应用研究。干细胞技术作为生物技术领域最具有发展前景和后劲的前沿技术,将可能导致一场医学和生物学革命,给无数疑难病症治疗带来了新的希望。 按照科学家描绘的美妙蓝图,通过干细胞技术的有效应用,今后更换人体器官就像给汽车换零件一样简单,血细胞、脑细胞、骨骼和内脏都将可以更换,即使患上绝症也能绝处逢生。其实,干细胞技术不仅在疾病治疗方面有着极其诱人的前景,而且其对动物克隆、植物转基因生产、发育生物学、新药物的开发与药效、毒性评估等领域也将产生极其重要的影响。干细胞技术是世纪之交最为引人注目的科技成果,被认为是人类生命科学研究的重要里程碑,预示着生命科学研究将进入快速发展时期。 参考资料:
1. 加速家畜的遗传改良进程,促进优良种群繁育。2. 转基因克隆动物做生物反应器,生产珍贵的医用蛋白。3. 克隆动物的组织、器官做移植的供体。4.研究克隆动物和克隆细胞可使人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程。5.在保护濒危物种方面,渴望利用该技术增加这些动物的存活数量。
植物细胞器间遗传信息转移董色白艳玲*徐海津张秀明乔明强(南开大学生命科学学院,天津300071)摘要真核生物细胞质中有多种执行特定功能的细胞器,其中线粒体和质体含有独立的基因组,但细胞器的遗传信息储量有限,其多数结构和功能蛋白质仍然由核基因组编码。来自植物的相关研究表明,细胞核与细胞器间不仅在功能上相互依存,而且遗传信息分子能跨越生物膜屏障,在细胞核与细胞器间及不同的细胞器间进行传递,并由此可以引起部分遗传信息在细胞内定位及基因表达等方面的相应改变。细胞器间遗传信息转移机制的研究将为深入认识核质相互作用及真核生物的进化提供重要的线索。关键词细胞器;遗传信息;传递真核生物细胞内具有两种遗传系统:独立自主的细胞核基因组和具有半自主性的核外基因组。核外基因组主要是动植物共有的线粒体和植物所特有的质体。绝大多数遗传信息位于细胞核,而线粒体和质体仅包含为数有限的与细胞器功能相关的基因。在起源上,对于线粒体和质体有两种推测:(1)细胞器是由细胞核分离出的部分基因组成[1]。(2)细胞器来源于内共生的自养微生物[2]。现在人们普遍接受内共生学说,该学说认为线粒体起源于变形菌(Proteobacterium),质体起源于蓝细菌(Cyanobacterium)[3]。内共生体进化的典型特征就是基因逐渐趋于简化,简化过程即基因丢失或转移的过程。转移是指在进化过程当中细胞器的部分基因转移到细胞核,随着这一过程的进行遗传信息逐渐集中于细胞核。转移到细胞核的基因一方面扩大了细胞核的基因含量,另一方面也使得一部分核基因的功能取代了线粒体和质体基因的功能。然而,遗传信息的交流并不是单方向的,也有细胞核基因转移到细胞器,同时线粒体和质体之间也存在着基因的交流。只是质体基因组相对保守,不同的植物间质体基因组相差无几,而线粒体则相反,在不同植物间线粒体基因组大小差距很大。植物细胞内一直都进行着细胞核、线粒体和质体基因组间的遗传信息传递,只是传递方式各有不同。对细胞内遗传信息的交流及其传递方式的研究逐步揭开了细胞器进化的面纱,为实现细胞器遗传转化提供了重要依据。1细胞器间遗传信息的传递谢谢采纳
动物细胞和植物细胞工程制药探讨论文
在日复一日的学习、工作生活中,大家都跟论文打过交道吧,借助论文可以有效训练我们运用理论和技能解决实际问题的的能力。那么你知道一篇好的论文该怎么写吗?下面是我为大家整理的动物细胞和植物细胞工程制药探讨论文,欢迎阅读与收藏。
摘要:
细胞工程是生物制药工业中的关键技术,其在医药领域的应用使得生物制药行业得到了极大的发展,细胞工程制药前景广阔。通过对相关文献和数据的整理和分析,概述了细胞工程制药领域相关技术及其在生物制药工业中应用的意义与展望。
关键词:
细胞工程;生物制药;动物细胞工程;植物细胞工程;转基因;反应器;
1、生物制药及细胞工程概述
生物制药是生物技术的综合利用,从生物体、生物组织、细胞和体液中分离出有效成分,制备用于预防、治疗和诊断的产品[1]。天然的生物材料赋予了生物制药安全性高、副作用小、营养价值较高的特点,这些显着的优势使生物药物越来越受人们的青睐,这也是生物药物市场不断扩大的重要原因之一。
细胞工程是以细胞为研究对象,按照需求利用细胞和分子生物学的理论设计和操作,使细胞在遗传学上的特性发生变化,达到改良或创造新品种的目的,在大规模地培养和繁殖后,最终提取出对人类有利的产品。在工业上,主要包括上游工程(包括细胞培养、遗传操作和保存)和下游工程(包括转化细胞在生物制品生产中的应用)[2]。如今,细胞工程在生物制药工业发挥着不可替代的作用。
2、动物细胞工程制药
、动物细胞工程制药的概述及早期发展
动物细胞工程制药最早能够追溯到20世纪50年代,用动物细胞生产病毒,也就是在生物反应器中培养动物细胞,进行大规模培养后,再接种减毒或灭活的病毒来生产疫苗[3]。常见的动物细胞培养技术流程,一般是先将动物组织分散成单个细胞、细胞群(团)后,接种于培养基中进行原代培养,再经过10~50代的传代培养,就初步得到了需要的细胞系。然而,由于自然界的细胞普遍表达水平低,通过这种方法生产的产品不仅产量低,而且成本高,因此,早期动物细胞培养并没有得到充分的重视。
、杂交瘤技术
杂交瘤技术在20世纪70年代的创建,是动物细胞技术发展新的里程碑。随着杂交瘤技术在工业领域的应用,各种新产物相继出现,在生产用于疾病诊断和治疗的生物制品中具有重要意义[3]。1984年的诺贝尔生理学或医学奖颁给了创立抗原选择抗体学说以及发明单克隆抗体技术的3位科学家。他们提出将能够分泌特异性抗体的B淋巴细胞与能够无限增殖的骨髓瘤细胞融合筛选,形成能产生特定抗体的杂交瘤细胞。这种方法得到的融合细胞可以稳定生产特异性强、效价高的单克隆抗体。
、动物细胞大规模生产技术
动物细胞大规模生产指在人工条件下,在细胞生物反应器内大量培养有用的动物细胞,是生产药品的技术,也是制药业的关键技术。由于动物细胞对外界环境变化高度敏感,细胞培养放大工艺需要从实验室规模逐级放大到生产规模,各个反应器中工艺的差别成为目前放大过程的一大技术挑战[4]。通过动物细胞生产生物制品已成为全球生物产业的主要支柱,目前通过动物细胞培养获得较多的生物制剂是蛋白和抗体。
、动物生物反应器
动物生物反应器可以从转基因动物体内源源不断地获得人类需要的某种蛋白,并进行工业化生产蛋白质。依据产生蛋白部位的不同,可分为多种类型的生物反应器,如血液生物反应器、唾液腺生物反应器等。科学家发现,由于雌性动物的乳腺能够高效表达重组蛋白并进行一定的修饰,乳腺生物反应器成为最被看好的生物反应器发展方向。随着技术的发展,乳腺生物反应器的产物已经扩大到了抗凝血酶、凝血因子、人蛋白,还有各种溶菌酶、超氧化物歧化酶、干扰素等许多具有极高医用价值的酶或细胞因子。作为一种全新的生物生产模式,由于其在生产天然产物时的高产量、低成本的优势[5],乳腺生物反应器在生物医药行业将得到更广泛的应用。
、动物细胞核移植
动物细胞核移植在细胞工程中同样具有良好的前景。将动物的供体细胞核取出,注入另一个去核并且处于减数分裂中期的卵母细胞,改变细胞的遗传特性,以产生新产品,再将其进行体外培养、繁殖、纯化、提取,最终用于疾病治疗。我国对鱼类的核移植研究最早,“中国克隆之父”童第周在20世纪60年代就完成了世界上第一例鱼类细胞核移植。后来,我国学者又尝试在其他多种品系鱼类之间进行核质融合实验,并利用模式动物斑马鱼,揭示鱼类核移植后再程序化的分子机制,取得了巨大的研究成果,推动了鱼类核移植技术及其他相关领域的快速发展[6]。如今,动物细胞工程在生物制药领域意义重大。由于动物细胞结构的复杂性和分工的明确[7],动物细胞工程具有巨大的优势。
3、植物细胞工程制药
、植物细胞工程制药的概述及早期发展
将植物直接入药或者从植物体中提取有效成分是一种生产药物的传统方法。随着技术的成熟,处理和提取过程越来越简便,目前多种中药都是这样生产的。但是,这样的方法只适合容易栽培、繁殖速度快的植物,对于那些生长周期长、提取难度大的植物并不适合,所以受到了诸多限制。比如拥有抗癌成分的红豆杉曾因为人们的大规模砍伐,遭受了毁灭性的破坏[8]。
植物细胞工程制药,是将植物细胞作为基本研究单位,对植物细胞进行一系列操作,改变植物细胞生物特性,最终达到改良或培育新品种的目的[9]。应用植物细胞及组织培养,具有杂质少、提取简单、有效成分含量高和培养周期短的优势。植物细胞工程制药目前主要体现在组织及细胞培养、遗传特性改造以及转基因植物等方面。
、植物细胞工程大规模培养
最早提出应用植物大规模提取天然药物的是20世纪50年代美国的科学家,他们从多升发酵罐中得到了大量药用成分呋喃色酮。我国作为植物药用历史最悠久的国家之一,应用细胞培养技术能够帮助我国传统中药材发挥更大的价值。
丹参是具有活血化瘀、通经止痛功效的一味中药,其中的'主要成分——酚酸类和二萜类,药理作用主要表现在对心血管系统疾病的治疗。目前,由于丹参有效成分含量低、生长缓慢,野生丹参资源遭到大规模破坏,加上各地培育出的品种质量良莠不齐等原因,其在数量以及质量上都难以满足市场的供给需求[10]。经过实验研究发现,用一种10L规模的特殊植物组织反应器培养丹参发根,仅用50天,鲜重增殖倍数高达240倍,各种有效成分含量也得到大幅度提升。这是一种非常适合丹参发根生长及产物积累的方法,而且避免了农药等物质的污染。
、植物转基因技术
转基因植物与转基因动物相比有独特的优势,一方面植物细胞具有全能性,细胞培养条件简单且易于成活;另一方面进入植物体的外源基因,可以在与其他植物杂交的过程中积累有益基因优化表达。利用转基因植物也能生产疫苗,以植物作为生物反应器,将携带抗原基因的载体导入受体细胞,在植物体内表达和修饰这类特定抗原,成为具有免疫活性的蛋白质。香蕉、胡萝卜、土豆等都可以作为受体植物。一些转化编码基因的植物疫苗,如HBsAg、LTB、诺沃克病毒等,已被用于预防和治疗乙型肝炎及细菌性腹泻。在生物和临床试验中,均展示了良好的免疫应答,相较于传统疫苗,具有生产成本低、成功率高、易形成规模化生产等优势。尽管植物转基因疫苗的研究还处于起步阶段,但我国报道的转基因植物生物试验已经取得了一些成果[11],成为我国制药业的重要进步。
、植物生物反应器
植物生物反应器,又名“植物基因药厂”。这种技术拓宽了药用蛋白及疫苗的来源,在降低成本的同时,扩大了生物制药产业规模,并产生了巨大的商业价值。植物生物反应器的研发,对于在全球范围内抢占生物经济制高点有着重要的意义,许多发达国家都已把植物生物反应器的研发列入了国家重点生物技术研究的战略性计划[12]。我国开发植物作为反应器始于20世纪90年代,目前对于植物生物反应器的研发和投入与发达国家还存在一定的差距。在我国“九五”计划对这一项目进行政策扶持后,目前已经取得了大幅度进展[13]。
4、细胞工程制药的意义与展望
研究细胞工程制药的研究进展和前景,对于制药业的发展有重要意义。据统计,世界上50%的医药产品来自细胞工程制药,其中,植物细胞提取物和动物细胞提取物大约各占1/2。细胞工程在生物制药工业中占据重要地位,为新药开发提供了技术操作基础,在治疗免疫性疾病、提升治病疗效、创新医药品等方面都有广泛的应用[8],细胞工程制药的研究在不断取得突破,其影响和前景也日渐得到展现。如今,生物制药与细胞工程已经紧密联系在一起,随着细胞工程技术在生物制药生产中的普遍应用,生物制药行业发展迅速,取得了巨大的经济效益[14]。
伴随着更多新兴技术的出现和更新,在未来细胞工程制药研发过程中,可以充分利用各种技术平台寻找最佳研究方案。与其他相关领域的结合,也将更好地推动我国生物制药领域的发展。近半个世纪以来,细胞工程制药发展迅猛,并且已在医药领域取得了众多的研究成果。所以,在“十四五”规划期间,应更加重视战略性新兴产业,进一步加快和壮大新一代生物技术的发展。
参考文献
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[12]张胜利,李东方,许桂芳,等.植物生物反应器在生物制药中的应用[J]资源开发与市场,2011,27(2):102-105.
[13]李从林.细胞工程在制药方面的研究[J]科技风,2021(5):173-174.
[14]陈劼.细胞工程在生物制药工业中的地位[J].中国高新区,2018(3):58.
细胞培养技术是细胞生物学研究的基础,在生物技术研究领域占有十分重要的位置。下面是我为大家整理的细胞培养论文,供大家参考。
细胞工程课程教学改革初探
细胞培养论文摘要
摘 要 细胞工程是我国本科院校生物技术专业的一门专业必修课。针对该课程特点,本文从优化理论教学和强化实践教学等方面进行了积极的探索,以便为细胞工程课程的教学改革提供参考。
细胞培养论文内容
关键词 生物技术 细胞工程 教学改革
中图分类号:G424 文献标识码:A
Discussion on Teaching Reform of Cell Engineering Course
LI Anzheng
(Teaching and Research Section of Biotechnology, Hubei University of Chinese Medicine, Wuhan, Hubei 430065)
Abstract Cell engineering is a professional required course for undergraduate biotechnology major of universities and colleges in china. In this paper, according to the characteristics of this course, positive exploration was carried on to optimize the theory teaching and strengthen the practice teaching, which may provide references to teaching reform of cell engineering course.
Key words biotechnology; cell engineering; teaching reform
21世纪是生命(生物)科学的世纪。生物技术是应用生命科学研究成果对生物或生物的成分进行改造和利用的综合性技术体系,包括细胞工程、基因工程、酶工程、发酵工程和生化工程五大技术范畴。其中细胞工程是应用运用生物学研究所积累的知识和技术,在细胞水平上开发利用生物材料或生物系统,并以一定的工艺获得产品(细胞系、细胞株,生物体或其次生代谢产物)的有关理论和技术的学科。
我校生物技术专业于2005年开始招生,经8年的专业建设,目前已经形成较为完善的理论和实践教学体系。目前细胞工程已经成为高等院校生物技术专业的主干课程之一。学好这门课程, 将为学生今后从事生物学领域的相关研究及与细胞工程有关的生物技术产业工作莫定良好的理论和技术基础。贯彻“以学生为主体”的教学理念,提高教学质量、培养高素质应用型人才是包括我校在内的诸多院校孜孜追求的目标。结合细胞工程课程特点以及本校的实际情况,生物技术教研室对该课程教学内容、 教学 方法 、实验教学等进行了一系列的改革探索。
1 理论教学改革
优化教学内容
教学内容决定了学生的基本知识结构,影响学生基本能力的形成,教学内容是否充实与新颖,对教学质量的提高具有重大影响。鉴于精品课程是具有一流教师队伍、一流教学内容、一流教学方法、一流教材、一流教学管理等特点的示范性课程,在细胞工程这门课程的教学中,结合中医药院校的中医药特色以及生物技术教研室教师队伍的实际,我们引进了由“211”高校华中农业大学创建的国家精品课程——细胞工程学的内容。
在教材的选用上,以高等 教育 出版社出版的柳俊教授主编的《植物细胞工程》作为教学参考书,该书系统地介绍了植物组织细胞培养技术,既说明了操作方法,也论述了其中的理论原理,比较适合于本科生的学习。同时,在教学中补充关于动物细胞工程的内容,并向学生推荐了一些参考书。
同时完善教学大纲,对教学内容作适当增减。细胞工程与其他生物科学密切相关, 如作为先修课程的植物生物学、动物生物学、细胞生物学和分子生物学等,因此在内容上有些章节会有重复,对此可以略讲或加以提问以示复习。如植物胚乳培养中涉及胚乳发育的三种途径(核型胚乳、细胞型胚乳和沼生目型胚乳),该内容在植物生物学中已经学习,在此可略讲。
此外,进入新世纪后包括细胞工程在内的生物技术各领域的新成果日新月异,因此对教师而言,不仅要教授给学生这个领域的基本原理、基本方法和基本技术,而且也要把最新研究进展融入到教学中来。这就要求教师必须能够随时关注该领域发展的最新动态(查阅国内外权威文献),并及时把相关内容补充到教学内容中,从而激发学生学习的兴趣,增强学生学习的自觉性和创造性。要求认真细致地备好每每一节课(包括实验课),并在课后进行教学 反思 ,所以尽管课程每年基本是重复的,但每年都有新的体会,需要花大量时间认真备课。
改革教学方法
激发学生的学习兴趣,发挥其主观能动性。所谓兴趣是最好的老师,带着兴趣学习,可以发挥学生的主观能动性,对教学效果的提高无疑是大有裨益的。大学传统的教学模式往往是灌输式的,老师是知识的传输者;新的教学模式比如启发式教学则要求老师由知识的传输者转变为学习的引导启发者,激发学生的学习兴趣,调动学生学习的主动性和积极性。因此在教学过程中,可以选择细胞工程的某一章节或者某一知识点的内容,尝试让学生体验课堂教学,以培养学生的独立思考能力、查阅文献能力、 总结 归纳能力及语言表达能力。
注重师生互动,积极引导学生学习。一般上新课之前会花几分钟时间复习旧课,即对上次课的内容提出几个问题,让学生思考回答。这样既可以巩固已学内容,又可以衔接新课内容,可谓承上启下,一举两得。另外在授课过程中也需要观察同学们对某一知识点的掌握情况,尤其是涉及一些先修课程的内容,也会随时提问并做解答。所有的提问,要兼顾到每一位同学,即每一个同学都有回答问题的机会;对回答得好的同学要大力表扬,对回答不上来的同学也要加以鼓励。 认真制作多媒体课件,优化多媒体教学。随着社会经济水平的提高和科技水平的进步,充分利用多媒体等现代教学手段也是对专任教师的必然要求。目前我校绝大多数教室都配备了多媒体教学系统,细胞工程这门课程也采用了多媒体授课。如何将传统板书教学的提纲挈领与多媒体教学的大信息量实现有机结合,是教学过程中需要用心思考的问题。在多媒体课件(PPT幻灯片)的制作过程中,坚持“文字少而不缺,图表多而不杂”的原则,将传统的板书的要点集中体现在其中某一张幻灯片上,然后添加一些超级链接用图表对每一要点作详细说明,做到既要发挥多媒体教学的优势,又不失传统教学的效果。同时还可以在多媒体课件上完善外文(英语)专业词汇,增加学生 专业英语 的基础。
2 实践教学改革
细胞工程是一门实践性很强的学科。在实验内容的设置上,本着整合教学资源,优化教学内容的原则,在我校生物技术专业培养方案中将包括细胞工程在内的数门专业课的实验加以整合,开设了生物技术综合实验。其中有对应的细胞工程部分以动物细胞培养和植物组织培养过程为基本内容。在实验过程中前一个实验为后一个实验做准备,后一个实验是前一个实验的深入。实验过程从培养基的制备到材料的消毒灭菌接种,到实验结果的观察,学生需要全程参与。考虑到因为污染等原因导致某一次实验失败而导致后续实验无法开展的问题,在实验过程中指导老师要随时关注培养情况并采取预防 措施 ,比如多准备一些实验材料;或者指导老师除演示实验过程外,每次也作为其中的实验小组参与实验。实验 报告 的书写上要求同学们如实报告实验结果,即使是失败的结果也要求写上并分析原因。
3 结语
课程教学是实现教育培养目标的重要手段。在细胞工程课程教学过程中, 我们优化教学内容,引入了“211”高校的精品课程并加以消化,把最新的科研成果融入到教学内容中;采用了灵活多样的教学方法和多媒体教学手段,使教学质量得到了相应的提高。在今后的教学过程中将与时俱进,不断总结 经验 ,进一步完善教学内容、教学方法,尤其要加强细胞工程实验的开设,丰富实验内容,把细胞工程课程教学水平提高到一个新的层次。
细胞培养论文文献
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细胞工程教学改革与探索
细胞培养论文摘要
摘要根据细胞工程教学实际,从师资队伍、教学内容、教学方法及考核方式等方面进行探讨,以为细胞工程教学改革提供新思路。
细胞培养论文内容
关键词细胞工程;教学改革;考核方式
细胞工程是理论与实践结合的综合性很高的一门学科,是应用细胞生物学和分子生物学的原理方法,在细胞水平上研究、改造生命遗传物质,以获得具有目的性状的细胞系或生物体的理论和技术的学科,它既是现代生物技术的重要组成部分,也是现代生物学研究的重要技术工具,在高校生命科学及相关学科的课程设置中占有重要地位[1-2]。学好这门课程,将为学生今后从事生物学领域的相关研究及与细胞工程有关的生物技术产业工作奠定良好的理论和技术基础。授课教师必须充分发挥自身专业优势,适应学科发展需要,积极引导学生科学认知并对该领域产生兴趣,系统把握相关原理、方法、技术和进展;同时培养学生综合能力,增强教学效果。在不断探索的过程中,结合细胞工程的特点,就提高细胞工程教学的质量进行探讨。
1加强师资队伍建设
组建教学团队
为了解决教学内容学科跨度大、背景不同的问题,打破传统的一人一课的教学模式,组建教学团队,将教学内容分为不同的教学模块。每一模块由具有相应专业背景的教师承担,力争紧跟各教学内容的学科前沿。
提高教师教学水平
为了提高教学水平,课题组成员定期进行现代教学思想和现代教学方法的学习与讨论;定期组织在教学方法上有建树的专家进行听课和有针对性的评课;督促教师认真备课,业务上要精益求精,特别要求教学内容要紧跟学科前沿,使自己成为本专业的真正专家和学者,站在本专业知识发展前沿。同时不定期展开自评和互评,以促进整体教学水平的提高。
2融合科技发展,改革、更新教学内容
细胞工程是一门涉及面较广的综合性学科,无论是教师的教,还是学生的学都具有一定的难度,这就要求在授课内容的选择上,即要注意内容的系统性与完整性,又要保证授课内容的全面、趣味、实用。结合生物技术专业的教学目的和现有教材,在课程内容上,主要围绕以下几个方面展开:一是细胞工程基础,包括基本概念,主要研究内容,细胞培养的基本设施、条件、方法和技术等;二是植物细胞工程,包括植物组织培养、脱毒与快繁、单倍体诱导与育种、胚胎培养、体细胞胚胎发生和人工种子技术、原生质体融合、染色体工程、转基因技术等;三是动物细胞工程,包括动物细胞培养、细胞融合、染色体工程、细胞重组与克隆、转基因动物与生物反应器等;四是细胞工程的实践与应用,包括细胞工程及其相关技术的发展现状与应用进展,及其产业化发展前景等。
此外,由于当今世界科学技术突飞猛进,知识信息量增长迅速,细胞工程的研究内容也日新月异,新技术、新方法不断涌现。这就要求任课教师在教学中要适时地调整并更新教学内容,站在现代科技发展的前沿,掌握生物工程领域科技发展的最新动态,及时把这些动态、研究成果以及有待攻关的重大课题融入教学内容,激发学生学习探索新知识的兴趣,提高学生的综合能力。如在讲解“克隆技术”时,及时把国内外最新的成果向学生传播,包括2007年12月14日韩国孔一根教授通过一只成年雌性土耳其安哥拉猫的表皮细胞克隆出3只含荧光蛋白的白色小猫;2009年1月Cloning and Stem Cells杂志网络版报道,山东省干细胞工程技术研究中心、烟台毓璜顶医院成功获得人体细胞克隆胚。又如在讲解“染色体工程”时,结合2009诺贝尔生理医学奖的最新成果进行阐述。
3改革教学方法
采用启发式、探究式教学方法
作为综合技术课程,细胞工程的各章节逻辑性不强,理论表述较少,应用技术细节较多,给欠缺基础知识的学生在理解、记忆课本内容时带来较大的难度。因此,在教学过程中,要大力提倡启发式、问题探究式、讨论式、训练与实践式教学方法,鼓励学生大胆质疑、自由探索,最大限度地发挥学生学习的主动性、积极性和创造性。例如在讲授细胞重组与克隆过程中,只讲解细胞重组和克隆相关原理,而克隆的最新进展则由学生在查阅资料后,对其做讲解和归纳总结,由教师和其他学生给予评价和修正。
应用 现代教学手段,提高教学质量
细胞工程是一个基础性和实践性很强的学科,课程的信息量大,内容基本是微观水平,传统的的教学模式无法为学生呈现如此大信息量的课程内容,而且也很容易引起学生对课程的懈怠,降低学习兴趣,影响教学效果。为了提高教学效果,以 计算机为工具,通过多媒体、教学录像、 网络资源、CAI课件等现代化教学手段,不仅可以向学生提供丰富多彩的教学信息,还可以提供更加美观的人机交互界面,充分调动学生的情绪、情感、注意力和兴趣[3]。这样就可以使那些抽象的、在普通条件下难以观察到的过程直观而形象地展示出来,有利于增长学生独立灵活地分析问题、解决问题的能力,提高教学质量,同时激发学生的学习兴趣。
开展各种教学活动
在正常的授课之余,还尝试打破常规的教学方式,开展丰富多彩的教学活动,对于培养学生学习兴趣、充分调动学生学习积极性有着很好的效果[4]。如在期中时,给学生布置写一篇综述的任务,题目和内容自定,只要是学生自己感兴趣、与本学科内容相关的即可。学生通过查找资料,对生物学科产生了浓厚的兴趣,甚至产生了以后从事这方面工作的愿望,有的还主动找到教师,申请提前进入实验室。又如在教学过程中,尝试让学生在学完每章内容后自己试编题并给出答案,然后以作业的形式上交,教师综合学生编写的题目和各方面资料建立题库。这种形式,一方面,体现尊重学生、信任学生的教学原则,同时极大地调动了学生学习细胞工程的积极性和主动性;另一方面,学生编题的过程也是学习掌握的过程,让学生的学习达到事半功倍的效果。
4改革考核方式
目前,大多大学生对期末 考试“一考定终身”不满,因此,制定 科学可行的考核办法对提高学生的学习积极性和改进教学效果都具有重要的作用。为了引导学生全面 发展,科学评价学生的学习情况,该课程针对目前考试中存在的问题,从以下几个方面进行了考试模式的改革探索:一是在考试内容上除了包括课程的基础理论、基本知识、基本技能等,同时也考察学生的在融会贯通基础上分析问题、解决问题的能力;二是加强平时成绩考核,将课堂的出勤、回答问题、作业、讨论及课堂讲述等情况记入平时成绩;三是最后总评分时按平时成绩占30%(作业、出勤、课堂的参与程度等),平时的课堂活动、创新活动占10%(包括撰写研究综述、运用细胞工程技术手段、设计方案解决实际问题、成立兴趣小组、参与课题研究、课堂讲课等),期末考试占60%(注重考查运用理论知识解决实际问题的能力)。
5结束语
在科技竞争、人才竞争、 经济和科学技术迅速发展的形势下,通过研究与探索细胞工程课程教学体系,把最新的科技发展成果融入到教学内容中,采用先进的教学内容和现代化的教学方法与手段,改革考核方式,细胞工程课程教学改革取得了一些成绩。今后,要不断通过学习掌握新的知识、提高自身的理论认知水平,同时每次上课前精心备课,并在教学实践中对课程教学体系不断改进,提高细胞工程的教学质量。
细胞培养论文文献
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动物细胞和植物细胞工程制药探讨论文
在日复一日的学习、工作生活中,大家都跟论文打过交道吧,借助论文可以有效训练我们运用理论和技能解决实际问题的的能力。那么你知道一篇好的论文该怎么写吗?下面是我为大家整理的动物细胞和植物细胞工程制药探讨论文,欢迎阅读与收藏。
摘要:
细胞工程是生物制药工业中的关键技术,其在医药领域的应用使得生物制药行业得到了极大的发展,细胞工程制药前景广阔。通过对相关文献和数据的整理和分析,概述了细胞工程制药领域相关技术及其在生物制药工业中应用的意义与展望。
关键词:
细胞工程;生物制药;动物细胞工程;植物细胞工程;转基因;反应器;
1、生物制药及细胞工程概述
生物制药是生物技术的综合利用,从生物体、生物组织、细胞和体液中分离出有效成分,制备用于预防、治疗和诊断的产品[1]。天然的生物材料赋予了生物制药安全性高、副作用小、营养价值较高的特点,这些显着的优势使生物药物越来越受人们的青睐,这也是生物药物市场不断扩大的重要原因之一。
细胞工程是以细胞为研究对象,按照需求利用细胞和分子生物学的理论设计和操作,使细胞在遗传学上的特性发生变化,达到改良或创造新品种的目的,在大规模地培养和繁殖后,最终提取出对人类有利的产品。在工业上,主要包括上游工程(包括细胞培养、遗传操作和保存)和下游工程(包括转化细胞在生物制品生产中的应用)[2]。如今,细胞工程在生物制药工业发挥着不可替代的作用。
2、动物细胞工程制药
、动物细胞工程制药的概述及早期发展
动物细胞工程制药最早能够追溯到20世纪50年代,用动物细胞生产病毒,也就是在生物反应器中培养动物细胞,进行大规模培养后,再接种减毒或灭活的病毒来生产疫苗[3]。常见的动物细胞培养技术流程,一般是先将动物组织分散成单个细胞、细胞群(团)后,接种于培养基中进行原代培养,再经过10~50代的传代培养,就初步得到了需要的细胞系。然而,由于自然界的细胞普遍表达水平低,通过这种方法生产的产品不仅产量低,而且成本高,因此,早期动物细胞培养并没有得到充分的重视。
、杂交瘤技术
杂交瘤技术在20世纪70年代的创建,是动物细胞技术发展新的里程碑。随着杂交瘤技术在工业领域的应用,各种新产物相继出现,在生产用于疾病诊断和治疗的生物制品中具有重要意义[3]。1984年的诺贝尔生理学或医学奖颁给了创立抗原选择抗体学说以及发明单克隆抗体技术的3位科学家。他们提出将能够分泌特异性抗体的B淋巴细胞与能够无限增殖的骨髓瘤细胞融合筛选,形成能产生特定抗体的杂交瘤细胞。这种方法得到的融合细胞可以稳定生产特异性强、效价高的单克隆抗体。
、动物细胞大规模生产技术
动物细胞大规模生产指在人工条件下,在细胞生物反应器内大量培养有用的动物细胞,是生产药品的技术,也是制药业的关键技术。由于动物细胞对外界环境变化高度敏感,细胞培养放大工艺需要从实验室规模逐级放大到生产规模,各个反应器中工艺的差别成为目前放大过程的一大技术挑战[4]。通过动物细胞生产生物制品已成为全球生物产业的主要支柱,目前通过动物细胞培养获得较多的生物制剂是蛋白和抗体。
、动物生物反应器
动物生物反应器可以从转基因动物体内源源不断地获得人类需要的某种蛋白,并进行工业化生产蛋白质。依据产生蛋白部位的不同,可分为多种类型的生物反应器,如血液生物反应器、唾液腺生物反应器等。科学家发现,由于雌性动物的乳腺能够高效表达重组蛋白并进行一定的修饰,乳腺生物反应器成为最被看好的生物反应器发展方向。随着技术的发展,乳腺生物反应器的产物已经扩大到了抗凝血酶、凝血因子、人蛋白,还有各种溶菌酶、超氧化物歧化酶、干扰素等许多具有极高医用价值的酶或细胞因子。作为一种全新的生物生产模式,由于其在生产天然产物时的高产量、低成本的优势[5],乳腺生物反应器在生物医药行业将得到更广泛的应用。
、动物细胞核移植
动物细胞核移植在细胞工程中同样具有良好的前景。将动物的供体细胞核取出,注入另一个去核并且处于减数分裂中期的卵母细胞,改变细胞的遗传特性,以产生新产品,再将其进行体外培养、繁殖、纯化、提取,最终用于疾病治疗。我国对鱼类的核移植研究最早,“中国克隆之父”童第周在20世纪60年代就完成了世界上第一例鱼类细胞核移植。后来,我国学者又尝试在其他多种品系鱼类之间进行核质融合实验,并利用模式动物斑马鱼,揭示鱼类核移植后再程序化的分子机制,取得了巨大的研究成果,推动了鱼类核移植技术及其他相关领域的快速发展[6]。如今,动物细胞工程在生物制药领域意义重大。由于动物细胞结构的复杂性和分工的明确[7],动物细胞工程具有巨大的优势。
3、植物细胞工程制药
、植物细胞工程制药的概述及早期发展
将植物直接入药或者从植物体中提取有效成分是一种生产药物的传统方法。随着技术的成熟,处理和提取过程越来越简便,目前多种中药都是这样生产的。但是,这样的方法只适合容易栽培、繁殖速度快的植物,对于那些生长周期长、提取难度大的植物并不适合,所以受到了诸多限制。比如拥有抗癌成分的红豆杉曾因为人们的大规模砍伐,遭受了毁灭性的破坏[8]。
植物细胞工程制药,是将植物细胞作为基本研究单位,对植物细胞进行一系列操作,改变植物细胞生物特性,最终达到改良或培育新品种的目的[9]。应用植物细胞及组织培养,具有杂质少、提取简单、有效成分含量高和培养周期短的优势。植物细胞工程制药目前主要体现在组织及细胞培养、遗传特性改造以及转基因植物等方面。
、植物细胞工程大规模培养
最早提出应用植物大规模提取天然药物的是20世纪50年代美国的科学家,他们从多升发酵罐中得到了大量药用成分呋喃色酮。我国作为植物药用历史最悠久的国家之一,应用细胞培养技术能够帮助我国传统中药材发挥更大的价值。
丹参是具有活血化瘀、通经止痛功效的一味中药,其中的'主要成分——酚酸类和二萜类,药理作用主要表现在对心血管系统疾病的治疗。目前,由于丹参有效成分含量低、生长缓慢,野生丹参资源遭到大规模破坏,加上各地培育出的品种质量良莠不齐等原因,其在数量以及质量上都难以满足市场的供给需求[10]。经过实验研究发现,用一种10L规模的特殊植物组织反应器培养丹参发根,仅用50天,鲜重增殖倍数高达240倍,各种有效成分含量也得到大幅度提升。这是一种非常适合丹参发根生长及产物积累的方法,而且避免了农药等物质的污染。
、植物转基因技术
转基因植物与转基因动物相比有独特的优势,一方面植物细胞具有全能性,细胞培养条件简单且易于成活;另一方面进入植物体的外源基因,可以在与其他植物杂交的过程中积累有益基因优化表达。利用转基因植物也能生产疫苗,以植物作为生物反应器,将携带抗原基因的载体导入受体细胞,在植物体内表达和修饰这类特定抗原,成为具有免疫活性的蛋白质。香蕉、胡萝卜、土豆等都可以作为受体植物。一些转化编码基因的植物疫苗,如HBsAg、LTB、诺沃克病毒等,已被用于预防和治疗乙型肝炎及细菌性腹泻。在生物和临床试验中,均展示了良好的免疫应答,相较于传统疫苗,具有生产成本低、成功率高、易形成规模化生产等优势。尽管植物转基因疫苗的研究还处于起步阶段,但我国报道的转基因植物生物试验已经取得了一些成果[11],成为我国制药业的重要进步。
、植物生物反应器
植物生物反应器,又名“植物基因药厂”。这种技术拓宽了药用蛋白及疫苗的来源,在降低成本的同时,扩大了生物制药产业规模,并产生了巨大的商业价值。植物生物反应器的研发,对于在全球范围内抢占生物经济制高点有着重要的意义,许多发达国家都已把植物生物反应器的研发列入了国家重点生物技术研究的战略性计划[12]。我国开发植物作为反应器始于20世纪90年代,目前对于植物生物反应器的研发和投入与发达国家还存在一定的差距。在我国“九五”计划对这一项目进行政策扶持后,目前已经取得了大幅度进展[13]。
4、细胞工程制药的意义与展望
研究细胞工程制药的研究进展和前景,对于制药业的发展有重要意义。据统计,世界上50%的医药产品来自细胞工程制药,其中,植物细胞提取物和动物细胞提取物大约各占1/2。细胞工程在生物制药工业中占据重要地位,为新药开发提供了技术操作基础,在治疗免疫性疾病、提升治病疗效、创新医药品等方面都有广泛的应用[8],细胞工程制药的研究在不断取得突破,其影响和前景也日渐得到展现。如今,生物制药与细胞工程已经紧密联系在一起,随着细胞工程技术在生物制药生产中的普遍应用,生物制药行业发展迅速,取得了巨大的经济效益[14]。
伴随着更多新兴技术的出现和更新,在未来细胞工程制药研发过程中,可以充分利用各种技术平台寻找最佳研究方案。与其他相关领域的结合,也将更好地推动我国生物制药领域的发展。近半个世纪以来,细胞工程制药发展迅猛,并且已在医药领域取得了众多的研究成果。所以,在“十四五”规划期间,应更加重视战略性新兴产业,进一步加快和壮大新一代生物技术的发展。
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