细胞培养生物反应器的空间应用

细胞培养生物反应器的空间应用谭映军汪恭质在航天技术日益进步的今天，人们已将空间活动的重点由空间实验转向空间资源的开发与应用。在对空间开发、应用的各项活动中，空间生物技术占据着非常重要的地位。就目前而言，空间生物技术主要用于航天医学研究和空间生物处理，...     

细胞培养装置及其研究进展

细胞培养装置是从细胞分子水平进行医学研究和生命科学研究的基本物质保障。随着技术的进步和相关领域研究的不断深入，细胞培养装置得到了充分的发展。在地面，用于研究和生产的细胞培养装置已经发展成系统、成规模。而随着航天技术的发展，空间细胞培养装置已成为在微重力条件下进行相关研究必备工具。本文着重阐述近几年来用于空间和地面环境的细胞培养装置的研制情况及其相关实验。     

空间生物反应器研究进展与策略

空间生物反应器是人类利用空间资源进行空间生物学与空间生物技术研究的重要硬件设备,其应用为空间生命科学研究提供了必要的生物材料,如细胞、组织和微生物等。本文针对空间生物反应器对空间生物学和空间生物技术的重要作用,综述了空间生物反应器的研制发展历程和现状,并对灌流式中的旋转壁式生物反应器、细胞培养单元反应器、单环路细胞培养反应器、微型连续培养反应器和非灌流式中的多层逆流细胞培养反应器、新型膜生物反应器等空间生物反应器的主体结构和工作原理做了介绍。最后,对空间生物反应器的发展趋势进行了分析和展望。     

多坝式空间细胞培养室设计参数的微重力实验验证

目的利用失重飞行提供的微重力环境验证多坝式空间细胞培养室的设计参数。方法设计了三坝式和五坝式两种结构的插片细胞培养室,在失重飞机抛物线飞行中,通过研究培养室内流场形态、液流更换效率及流速对室内细胞的影响,对其在微重力下的适用性进行了验证。结果三坝或五坝式结构均能在室内隔离形成有效液流通路,确保微重力环境下培养室内溶液的有效更替;插片式设计在方便取出细胞样品用于后续分析的同时,可将细胞培养片固定在培养室底部防止刮蹭细胞;微重力下50μL/min和150μL/min两种换液流速均不会损伤细胞。结论综合考虑空间细胞培养的高容积利用率及短操作时间等需求,插片式三坝细胞培养室结构及150μL/min的换液流速更符合应用要求。     

空间微载体细胞培养技术的地面研究

为建立适合空间应用的细胞培养技术，利用自行研制的细胞培养反应器，采用微载体悬浮培养系统，对Ｌ９２９细胞和ＣＨＯ细胞进行了培养。结果表明：在面积相同条件下，微载体悬浮培养的细胞产量是不加微载体单层培养的２６倍；微载体浓度为２ｍｇ／ｍｌ，相对高一些细胞接种密度；１０％的血清含量培养基为较优的细胞培养条件。     

微重力环境新型多功能膜生物反应器的研制

目的 研制一种微重力环境新型多功能膜生物反应器,用于细胞水平空间生命科学和航天医学研究.方法 根据微重力环境下的使用要求,进行方案论证、图纸设计、加工,并进行调试和初步微生物培养实验验证.结果 研制的新型多功能膜生物反应器包括液体贮存及供给系统、气体贮存及供给系统、培养系统、排气系统、排液系统和智能监控系统6个部分.研制的无泡供气膜功能部件,为微生物生长提供所需的氧气,提高了氧气的利用效率;研制的膜脱气功能部件,能及时脱除培养体系中的CO2.开发了DSP数字信号处理器控制系统,用于系统参数的监控和信息存储.验证实验表明,该新型多功能膜生物反应器运行稳定,其能耗、体积、重量和监控指标等均能达到设计要求.结论 该装置系统设计合理,氧气供给,营养混合传质和气液分离组件的工作原理适合微重力环境下生物反应器开发的使用要求.     

封闭型空间细胞培养板研制与验证

目的为适用于空间特殊实验环境,并在细胞培养实验中更高效地使用试剂、提高细胞培养用品的污染防护能力,提出了一种内部流动路径可控、具备防渗漏、防污染能力的全透明和全封闭细胞培养板。方法基于有限元仿真对培养板核心结构—流路控制挡板进行了优化,以优化后的培养板为核心部件搭建细胞培养回路,并开展了中长周期细胞培养试验。结果最优化的三坝-纵向排列细胞培养板,可有效控制其内部流体的流动路径,进出口流速1 m L/min时流体剪切力仅4.8×10~(-5)Pa,流动死区几乎为0,以该培养板为核心构建的细胞培养回路中培养的细胞可正常生长15 d。结论该细胞培养板,可使腔内新旧细胞培养试剂更换及残留气体排出更彻底,防渗漏防污染能力大大提升,试剂使用率提高,能满足空间实验常用典型细胞系的中长期培养需求,适合于我国目前及将来的空间医学生物学实验应用场合。     

空间生物反应器的增氧技术分析

不论在地面还是在空间，给生物反应器增氧都是一个相当困难和复杂的过程，需要在增氧过程中具有良好的操作条件和环境条件。虽然空间具有某些工业过程和科研实验的理想条件，但失重条件却给反应器增氧带来了很大的困难。本文就在给空间生物反应器增氧的过程中存在的总是才解决方法在理论上进行讨论     

微流控细胞培养芯片及其应用

微流控芯片具有小型微型化、消耗试样少、集成化高通量的特点,目前越来越多的生物学手段方法被应用微流控芯片.细胞作为细胞生物学中基础的研究对象,成为微流控芯片技术研究的一个重要分支.本文针对微流控细胞培养芯片近几年来的相关报道进行简要综述:包括材料选择,方法和在线细胞培养等,并介绍和分析这种芯片在生物学上的应用,最后预测其在空间生物学中的应用前景.     

空间微重力研究的最新动向：介绍国际微重力实验室1号计划

微重力是当今世界上最令人感兴趣的领域之一。至今,许多国家特别是美苏已进行了大量的微重力实验研究,除观察人体在微重力条件下的一系列生理变化外,还进行了诸如细胞培养、蛋白质结晶、微生物繁衍、药物提纯、材料加工、金属冶炼等一系列研究。这些研究已给或将给人类带来巨大的经济利益和社会效益,推动     

空间生殖与发育生物学及组织工程研究展望

目的：综述国外近10年的空间生殖、发育生物学和组织工程研究进展。资料来源与选择：主要资料选自1990年以来发表的有关空间生殖、发育生物学和组织工程研究文献。资料引用：国外发表的文献15篇。资料综合：根据国外的研究,比较了微重力与重力条件下生殖及发育生物学参数的异同,表明空间环境对内分泌、生殖和发育具有一定的影响,同时空间环境具有相当特殊的优势。结论：作为生殖生物学家,有必要在重力和空间环境下进行大量的研究,以便阐明空间生殖、发育生物学与组织工程的发展规律。     

空间微藻光生物反应器地面试验样机研制

目的 针对空间环境条件特点,研制空间微藻光生物反应器地面试验样机,为未来长期空间飞行、深空探测等飞行任务的乘员提供藻蛋白和O2,并清除密闭环境中的CO2等废气.方法 根据未来空间条件下使用要求,进行系统设计、加工,研制成空间微藻光生物反应器,然后进行微藻培养验证实验.结果 该装置共包括生物反应器主体、光源、CO2供应组件、溶氧脱除组件等9个部分.在该装置中,采用了一种新型的光生物反应器主体为微藻的生长提供场所;研制成供气膜功能组件,为微藻提供生长所需的CO2气体,提高了CO2的吸收利用率;采用膜技术,研制成脱气膜功能组件,及时脱除了藻液中的溶解氧,不仅为乘员提供了呼吸用氧,提高了藻体的生长速率,而且大大地降低了空间微重力条件下的气/液分离负荷.验证试验结果表明:该装置系统运行良好,其能耗、体积、藻蛋白生产能力等均满足设计要求.经7 d培养后,培养液的藻体密度从0.174 g(DW)/L增加到4.064 g(DW)/L,平均每天的藻蛋白生产能力高达11.1 g(DW).结论 研制的微藻光生物反应器试验样机运行稳定,藻体生长良好,O2的脱除和CO2的供应原理适合空间微重力环境下使用要求.     

5 L生物反应器中长期灌流培养CHO工程细胞生产rt-PA

目的 :利用 5L反应器培养CHO工程细胞生产重组组织型纤溶酶原激活剂 (recombinanttissueplasminogenactivator ,rt PA)。 方法 :在 5L搅拌式生物反应器中采用Cytopore1多孔微载体和无血清培基DF5S连续灌流培养CHO工程细胞株 4B3。结果 :持续培养达 10 3d ,活细胞密度和rt PA生产水平分别达到 6 .52× 10 6 个细胞 /ml和 1716 1U/ml。细胞培养上清经StreamlineSP离子交换层析和Lysine Sepharose 4B亲和层析两步纯化 ,获得纯度达到 98%的rt PA。SDS PAGE分析表明 ,整个培养过程所生产的rt PA具有较好的质量一致性。产品热原检测合格。结论 :实现高密度长期培养 4B3细胞 ,确定 5L培养工艺 ,为进一步扩大生产规模奠定了基础     

组织工程生物反应器及其仿生力学环境探讨

组织工程生物反应器是在体外造就一个与体内相似的环境,加速培养细胞、组织乃至器官的系统,可广泛应用于如器官缺损患者替代、构建、保持或增强其组织功能,以及生物制药等领域。生物反应器作为组织工謦中重要的功能型载体,已成为当前研究的热点。目前,生物反应器主要是从空间三维培养、生物力．学、传质、培养环境（pH、PO2等）和物理因素（电场、磁场、超声）等方面开展研究。本文着重从力学环境的角度探讨了各种组织工程生物反应器,并在此基础上介绍了我们从仿生角度所分析、综合、设计的旋转壁式生物反应器,以及优化细胞生长力学环境的思路。     

大肠杆菌菌种空间变异的研究

为研究微生物菌种在空间条件下产生的变异，在利用我国发射的返回式卫星上，搭载了适用于突变研究的大肠杆菌菌株ＣＳＨ１０８、Ａ３和Ａ２，使用了三种搭载方式。     

空间飞行免疫学效应研究进展

人类航天实践表明,空间飞行能导致生物体免疫系统多种效应的改变及潜伏病毒的活化.本文从空间飞行的三大免疫(细胞免疫、体液免疫、非特异免疫)功能变化、空间飞行T细胞免疫效应的机制研究、免疫功能的药物与营养调控研究等方面综述了近些年空间飞行免疫效应的研究进展,并对未来空间飞行免疫学研究方向进行了展望.     

环保型药品快检反应器的研制

目的 研制环保型的药品快检反应装置.方法 选择合适的吸附材料,采用试剂盒操作方式,研制微量检测、反应快速、可加热、可吸附废气快检反应装置.结果 自制了环保型药品快检反应器,1次检测用1个反应器,检测同时能吸附试验废气.结论 该药品快检反应器操作简便,吸附废气效果理想,适用于现场开展药品技术监督.     

小鼠下颌下腺细胞培养及其生物学特性研究

目的：建立和完善小鼠下颌下腺细胞培养方法,并进行生物学特性研究,为涎腺疾病治疗奠定理论基础,并为组织工程涎腺再生提供技术支持。方法无菌环境下切取小鼠下颌下腺,胶原酶消化,接种于含有胎牛血清、表皮生长因子、胰岛素、氢化可的松及转铁蛋白的低糖 DMEM 培养基中培养,倒置相差显微镜及 HE 染色进行形态学观察,透射电镜观察特异性酶原颗粒,生长曲线评估细胞生长特性,特异性α-淀粉酶免疫荧光鉴定细胞来源。结果下颌下腺原代细胞为圆形或多边形,呈铺路石样排列,其生长缓慢,12 d 左右汇合至80％。传代细胞与原代形态相同。HE 染色显示胞核胞浆对比明显。生长曲线大致呈“S”型,与其他细胞增殖特点相似。特异性α-淀粉酶免疫荧光染色阳性,表明细胞为具有功能的涎腺细胞。结论成功地建立了小鼠下颌下腺细胞原代及传代培养,将为涎腺疾病的治疗和涎腺再生提供实验基础。     

空间环境和模拟微重力环境下番茄试管苗的开花结实实验

目的 实现番茄试管苗在空间环境下开花结实,并比较空间环境和模拟微重力环境对番茄开花结实的影响.方法 通过“神舟”8号飞船搭载和三维回转仪分别进行空间环境和模拟微重力环境的番茄开花结实实验,比较番茄结果率、果实大小、形状、颜色以及植株高度的差别.结果 空间环境和模拟微重力环境下番茄试管苗都完成了开花结实的发育过程,且结果率、果实大小、形状、颜色以及植株高度都与地面对照差异不显著.结论 高等植物可以在空间环境下完成开花结实的生殖生长过程.在特殊条件下,重力并非植物生殖生长的必要条件.