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1、 一、微囊法（microencapsulation）: 用一层亲水的半透膜将细胞包围在珠状的 微囊里，细胞不能逸出，但小分子物质及营 养物质可自由出入半透膜；囊内是种微小培 养环境，与液体培养相似，能保护细胞少受 损伤，故细胞生长好、密度高。 第四章 动物细胞的微囊化培养 图41 微胶囊示意图 微胶囊膜 生物大分子 代谢产物 细胞 营养物质 二、研究发展历程 1、首次报道生物活性物质的微囊化研究（1957）： 将酶、蛋白质和激素等生物活性物质包封酶、蛋白质和激素等生物活性物质包封 在选择性透过膜中在选择性透过膜中，形成球状微胶囊, 称之为 “生物微胶囊”。通过微胶囊膜的选择透过作用 , 使囊外
2、大于某一分子量的物质不能扩散进入 , 而生物环境中的营养成分和囊内生物活性物 质或细胞分泌的小分子产物可以自由出入微胶 囊, 从而达到免疫隔离目的。 2、“人工细胞” “人工胰腺” 80年代初, Lim等人将微囊化技术与组织细胞 移植相结合, 制备了海藻酸钠/聚赖氨酸(APA)微胶 囊, 包埋猪胰岛细胞包埋猪胰岛细胞形成“人工细胞”, 并移植入糖 尿病大鼠体内, 结果成功地调节了血糖水平, 代行 了大鼠胰腺功能, 因而被称为“人工胰腺”。该成果 较好地解决了组织细胞移植过程的免疫排斥问题, 避免或减少了昂贵的免疫抑制剂的使用, 为组织细 胞移植治疗神经/内分泌系统疾病提供了新思路。 3、90年
3、代以来, 医学界开始尝试以微胶囊作为基因 重组细胞的免疫隔离和运载工具, 利用重组细胞 的代谢产物调节机体生理功能, 治疗相关疾病。 微囊化人胰岛 培养15d微囊化小牛肾上腺 嗜铬细胞 培养0d 微囊化肝癌细胞 培养40d 4、目前，微胶囊的应用研究涉及药物控制释放、 动植物细胞培养、细胞和酶的固定化以及生化 物质分离等领域, 已经成为材料、化学、化工 、生物和医学等多学科领域工作者的研究热点 。 SEM下微胶囊的显微形貌 200 LSCM下微胶囊表面形貌的照片 不同放大倍数的海藻酸钙微胶囊的SEM 照片 不同放大倍数的壳聚糖/海藻酸钠微胶囊的SEM 照片 三、性质： 曾是酶固定化技术中的一种
4、（半透膜将酶包 裹在球状的微囊里，酶及大分子不能从微囊里透 出，而小分子物质可自由通过膜）。 动物细胞微囊化后，与游离细胞相比，降低 了培养时对细胞的剪切力，同时也能提供很高的 细胞密度，使得产物浓度增加，纯度提高。 动物细胞微囊化培养的成功为干扰素、乙肝 表面抗原(HBsAg)、单克隆抗体(MAb)等)的产生 提供了广泛应用前景。 表41 微胶囊制备材料 来源类型 材料 天然 脂质卵磷脂、神经鞘髓磷脂等 多糖海藻酸盐、壳聚糖、琼脂、淀粉等 蛋白质明胶、白蛋白、纤维蛋白 半合成 纤维素类 衍生物 羧甲基纤维素钠、已基纤维素、醋 酸纤维素及其酯等 合成 可降解型 乳酸/乙醇酸共聚物、聚正酯、聚内
5、酯、聚 酐、聚烷基氰基丙烯酸酯、聚氨基酸 非降解型 聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酰胺、聚酰胺、 聚苯乙烯、乙烯醋酸乙酯共聚物、聚氯乙烯 等 制备方法 化学法 界面聚合法、乳化法、辐射化学法 物理化学法 相分离法、溶剂蒸发法、界面沉积法、喷雾干燥法 物理法 静电沉积法、气相沉积法、流化床喷雾包衣法 图2 制备方法使用率比较 1乳化法，2静电法，3聚合法，4沉积法 ， 5相分离法，6喷雾干燥法，7溶剂蒸发法 四、 微囊化培养技术要点 : 在无菌条件下将拟培养的细 胞、生物活性物质及生长介质共 同包裹在薄的半透膜中形成微囊, 再将微囊放入培养系统内进行培 养。生长介质为1.4%海藻酸钠溶 液, 半透膜由
6、多聚赖氨酸形成。 培养系统可采用搅拌式或气升式 反应器系统，微囊直径控制在200 -400m为宜。 微 胶 囊 膜 生 物 大 分 子 代 谢 产 物 细 胞 营 养 物 质 五、动物细胞微囊化的制备 主要是应用海藻酸聚氨基酸的方法 简单过程：动物细胞与海藻酸溶液混合搅拌， 经过微囊发生器将微球滴入氯化钙(cacl2)溶液 中，形成凝胶，然后再用聚氨基酸处理，使微 球表面成膜，最后用柠檬酸处理去除微球内的 钙离子，以便球内的海藻酸成液态，动物细胞 得以悬浮在其中。动物细胞的微囊化中海藻酸海藻酸 和聚氨基酸和聚氨基酸是关键材料。 针头 CaCl2液 微珠 磁力搅拌器 （微囊发生器） 海藻酸/细胞
7、悬浮液 聚氨基酸 柠檬酸 聚赖氨酸/海藻酸微囊化步骤 ： 1.悬浮细胞胶状液；2.成滴器；3.胶化小珠；4.包被溶液；5. 显微镜下微囊；6.多孔微囊膜；7.完成操作后的微囊。 制备注意事项： 温和、快速、不损伤细胞，尽量在液体 和生理条件下操作； 所用试剂和膜材料对细胞无毒害； 膜的孔径可控制，必须使营养物和代谢 物自由通过； 膜应有足够机械强度抵抗培养中搅拌。 可防止细胞在培养过程中受到物理损伤; 活性蛋白不能从囊中自由出入半透膜, 从而提 高细胞密度和产物含量, 并方便分离纯化处理 。 微囊制作复杂, 成功率不高; 微囊内死亡的细胞会污染正常产物; 收集产物必须破壁, 不能实现生产连续化
8、。 六、微囊化培养的优、缺点: 七、微胶囊在生物医学领域应用研究 1、在临床医学中的应用研究 采用一定材料、方法制成的微胶囊本身并不具备 治疗疾病的作用, 但能保证囊内包埋的细胞存活 且正常代谢、应答式分泌有效物质, 如胰岛素、 多巴胺和甲状腺激素等, 从而治疗疾病 。 微胶囊膜的选择透过作用可以保证细胞分泌的有 效物质扩散进入生物体内发挥生理功能, 而将免 疫球蛋白等抗体阻隔在囊外, 避免了异种移植中 最棘手的免疫排斥问题。 2、在生化药物控制释放中的应用研究 微胶囊膜能最大程度地保持囊内生化物质（ 生长激素、胰岛素、肝素、干扰素、促甲状腺素、人类 免疫缺损疫苗）活性, 不同程度地提高了药物的生 物利用度。通过调节制备条件可以控制微胶囊膜的厚 度和孔尺寸，从而实现囊内生化药物的控释或缓释 。 临床应用的主要技术问题： u如何更好地保持囊内蛋白质的生物活性； u作为控制释放载体的微胶囊材料的生物相容性； u开发条件温和且易于规模化生产的微胶囊制备技术 。 作业： 试述动物细胞培养的常用方法。 最常用的微囊化培养的方法是什么? 其原理及操作过程? 为什么要进行微载体培养?动物细胞 微载体培养的主要优点? 优良的微载体应该具备什么特性?试 述主要的微载体种类?
