细胞工程在生物工程中的应用摘要生物工程包括五大工程，即遗传工程(基因工程)、细胞工程、微生物工程(发酵工程)、酶工程(生化工程)和生物反应器工程。

在这五大领域中，前两者作用是将常规菌(或动植物细胞株)作为特定遗传物质受体，使它们获得外来基因，成为能表达超远缘性状的新物种——“工程菌”或“工程细胞株”。

后三者的作用则是这一有巨大潜在价值的新物种创造良好的生长与繁殖条件，进行大规模的培养，以充分发挥其内在潜力，为人们提供巨大的经济效益和社会效益。

细胞工程是生物工程的一个重要方面。

总的来说，它是应用细胞生物学和分子生物学的理论和方法，按照人们的设计蓝图，进行在细胞水平上的遗传操作及进行大规模的细胞和组织培养。

当前细胞工程所涉及的主要技术领域有细胞培养、细胞融合、细胞拆合、染色体操作及基因转移等方面。

通过细胞工程可以生产有用的生物产品或培养有价值的植株，并可以产生新的物种或品系。

关键词：细胞工程；生物技术；应用；培养1.引言所谓细胞工程，是指以细胞为基本单位进行培养、增殖或按照人们的意愿改造细胞的某些生物学特性，从而创造新的生物和物种，以获得具有经济价值的生物产品。

细胞工程根据研究材料的不同，可分为植物细胞工程和动物细胞工程。

动物细胞工程和植物细胞工程均主要由两部分构成。

其一是上游工程，包含细胞培养、细胞遗传操作和细胞保藏三个步骤。

第二则是下游工程，是将已转化的细胞应用到生产实践中去，以生产生物产品的过程。

其中细胞培养是细胞工程的技术基础。

细胞培养技术也叫细胞克隆技术，在生物学中的正规名词为细胞培养技术。

不论对于整个生物工程技术，还是其中之一的细胞工程技术来说，细胞培养都是一个必不可少的过程。

动物细胞工程主要技术设计细胞融合、细胞拆合、染色体导入和基因转移这四方面，是从细胞水平、核质水平、染色体水平以及基因水平这四个不同层次来改造细胞。

植物细胞工程是以细胞的全能性和体细胞分裂的均等性作为理论依据，在细胞水平上对植物进行操作的育种新技术。

2.动物细胞工程在生物技术中的应用2.1动物细胞工程的概念动物细胞工程（animal cell engineering）是以动物细胞为基本单位在体外条件下进行培养、繁殖和人为操作，使细胞产生某些人们所需要的生物学特性，从而改良品质，加速繁殖动物个体或获得有用品系的技术。

其应用学科：细胞生物学（一级学科）；细胞培养与细胞工程（二级学科）。

2.2 动物细胞工程在生产中的应用2.2.1 生产单克隆抗体和细胞因子自1975年英国剑桥大学的科学家利用动物细胞融合技术首次获得单克隆抗体以来，针对各种抗原的单克隆抗体已经被广泛应用于生命科学的各个领域。

单克隆抗体在生物工程技术中占有很重要的地位，已经作为商品投入市场，其前景不亚于基因工程产品。

其用途有：诊断各类病原体、检测及治疗肿瘤[1]、将单克隆抗体作为导向药物的载体、检测淋巴细胞的表面标志等。

2.2.2生产特殊动物2.2.2.1改良家畜品种、繁育优良品种目前，人工受精、胚胎移植等技术已广泛应用于畜牧业生产。

综合利用各项技术，如胚胎分割技术、核移植技术、细胞融合技术、显微操作技术转基因技术等，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。

我国学者朱作岩是国际上首次将小鼠MT／人GH 融合基因注入金鱼受精卵中．获得了转基因金鱼。

转基因金鱼的F 代比转基因鱼的同代大两倍。

至今他的实验室已获得鲫、红鲫、银鲫、红鲤及泥鳅的转入生长激素基因鱼。

经放射免疫检测证明，人的生长激素基因能在转基因鱼的体内正常表达，转基因鱼的生长速度明显加快，生长激素基因还能于传至后代。

人们为了提高猪的生产性能，希望能对瘦肉型猪基因工程育种研究育成生长快、肉质好的新猪种。

1998年美国农业部的研究人员将胰岛素样生长因子(IGF一1)导入猪的基因组，得到脂肪减少10％、瘦肉增加6％～8％的转基因猪，且没有生长激素类基因的副作用。

2002年，Et本近畿大学人谷明教授等将菠菜FAD12基因植入猪的受精卵．成功培育出比普通猪不饱和脂肪酸含量高20％的转基因猪。

2008年。

中国农科院李奎与湖北省农科院郑新民等人合作。

得到富含t．O一3脂肪酸的转基因猪。

2.2.2.2 遗传病动物模型的研制把致癌基因导入受精卵原核内，形成的转致癌基因小鼠，它可成为研究某些癌基因的致癌机理和其表达的调控过程的模型。

这种转基因动物即为“癌模型鼠”。

用SV40 DNA MT启动子重组成不同的重组DNA产生的转基因小鼠，发现的成体常出现脑脉络丛乳头瘤(tumors of the choroid plexus)。

发生瘤细胞的组织在未产生瘤细胞之前。

在组织内检测不到SV40大T抗原，只有在产生癌细胞之后组织内才有SV40大T 抗原及其mRNA的存在。

这说明在胎儿发育时期T抗原基因是处在非活化状态，而到成体得到激活因子激活T抗原基因后。

产生T抗原，导致肿瘤的发生，这项工作是由Brinster等(1984)完成的。

Hanahan(1985)用胰岛素基因的强化子与SV40大T抗原基因重组．导入小鼠的受精卵内，则在这种转大T抗原基因小鼠中产生胰腺癌。

Steward 等(1984)以同样方法把乳腺癌病毒的强化子与mye癌基因接在一起，这种重组DNA 所形成的转基因小鼠，在乳腺中可发生癌变，这种致癌性可转给后代。

这类建造转基因小鼠模型的工作发展很快，目前已有十多种癌基因被用来建立“癌模型鼠”。

2.2.2.3 药物筛选模型药物毒性筛选是药物筛选成败的关键，由于近年来分子生物学技术和细胞生物学技术的快速发展。

分子药理学研究也不断深入，新的药物作用靶点、功能蛋白质、基因表达的变化，生物活性成分等不断发现．为药物筛选提供了大量新的靶点，如新的有受体、酶等。

这些新的靶点为新药筛选提供了新的信息和机会。

细胞分子水平药物筛选模型的应用为自动化操作奠定了基础，使药物筛选由传统的手工筛选形式转变为由计算机控制的自动化大规模筛选的新技术体系，形成了高通量药物筛选。

该技术是在保持细胞结构和功能完整性的前提下，同时检测被筛样品对细胞形态、生长、分化、迁移、代谢途径、信号转导及凋亡各个环节的影响。

此技术的关键是它可以直接鉴别出药物的毒副作用，从单一实验中获取大量相关信息。

药物筛选模型是发现新药的重要条件。

新模型的建立将会带动新型药物的出现。

2.2.2.4 生物反应器乳腺生物反应器是基于转基因技术平台。

使外源基因导人动物基因组中并定位表达于动物乳腺，利用动物乳腺天然、高效合成并分泌蛋白的能力，在动物的乳汁中生产一些具有重要价值产品的转基因动物的总称。

通过家畜乳腺分泌大量安全、高效、廉价的人体药用蛋白．一直是转基因动物研究的热点。

从1987年Gordon等在转基因小鼠乳汁中得到人组织型纤维蛋白溶酶原激活因子(tPA)，到现在已有数十种人体蛋白在家畜乳腺中表达，这些蛋白可以用于治疗人类相关疾病。

到1998年至少已有3种转基因技术生产的重组蛋白用于临床试验。

但目前转基因动物研究面临的一个重要问题是传代难。

2.2.3 生产特殊器官和组织运用细胞工程技术使人体残余器官的少量正常细胞在体外繁殖，从而获得患者所需要的、具有相同功能又不存在排斥反应的器官。

供器官移植所需。

例如一些骨骼、软骨、血管和皮肤都正在实验室培育，肝脏、胰脏、心脏、乳房、手指和耳朵等在实验室生长成形。

人工皮肤是发展较快的一个领域，体外制造人工皮肤不再是一个技术难题，目前已有数种产品用于临床治疗。

与传统的治疗方法相比。

使用人工皮肤的优点包括：在对烧伤的治疗中可减少对供体组织的需求；减少伤口结疤和收缩现象；对大面积急性伤口可实现快速覆盖：可作为传递外界生长因子的载体等。

在重建外科领域，通过多种途径已成功地进行了自体软骨、骨、肌腱等的移植。

用可吸收生物材料和间充质细胞构成的人工组织关节缺损中进行了广泛的测试，证明可以形成软骨、骨和肌腱，人工软骨现已在临床上成功应用。

应用组织工程技术还可以进行血管化的组织再生。

将成骨细胞种植于预制的带血管蒂的生物降解载体上，将它作为一种细胞传送装置，最终在血管蒂旁形成有小梁结构的新生骨组织。

2.2.4 细胞治疗细胞治疗已在肌肉骨骼相关疾病、神经系统疾病、癌症或肿瘤、免疫系统疾病、糖尿病等多种临床学科得到应用，细胞类型涉及胚胎干细胞(embryonic stem cells，ES)、间充质干细胞(mesenchymal stemcells，MSCs)、造血干细胞(hematopoietic stem cells，HSCs)和神经干细胞(neural Stem cells，NSCs)等多种类型。

越来越多的证据表明，这些细胞可直接用于细胞或组织的修复替代和再生，成为参与多种组织损伤修复的细胞源或基因治疗的细胞载体，其分泌的多种生长因子和细胞因子也直接参与损伤修复反应。

肝脏损害的细胞治疗方面，2005年am Esch等首次报道应用自体BMSCs(CD133 )经门静脉输注治疗3例右半肝栓塞的患者，2～3周后CT检查发现患者左半肝组织再生的体积是对照组(另3例未接受细胞治疗的右半肝栓塞患者)的2．5倍，提示BMSCs 具有增强和加速肝脏组织再生的功能。

近来，Term等的研究也证实了BMSCs(CD34+．CD45 、C—kit )移植治疗肝功严重受损患者的有效性，研究共有9例肝硬变肝功损害患者入选，移植的细胞总数为5．2 X 10 ，经外周静脉输注，随访24周患者血清白蛋白和总蛋白水平得到明显改善[2]。

糖尿病的细胞治疗方面，2000年埃德蒙顿经皮肝穿刺门静脉置管输注胰岛细胞的方案的提出大大提高了胰岛细胞移植的成功率，使患者接受胰岛细胞移植治疗1年后脱离外源性胰岛素的比率提高到80％，同时患者糖、氨基酸、脂肪代谢恢复稳定，心血管系统并发症的发生和发展风险逐渐降低。

肿瘤治疗方面，大多选择恶性程度高，其它方面难以治愈的肿瘤作为研究对象，包括恶性脑胶质瘤、黑色素瘤、肾母细胞瘤、肝癌、胃癌、肠癌、白血病等，采用的治疗基因非常广泛，既有体内缺陷基因的补充，更多的为体内原本不表达或低表达甚至根本不存在的新基因。

2.2.5在基础研究中的应用细胞工程学的所有方法在运用于生产实践之前，都要经过基础研究的阶段，而在这一研究过程中细胞工程学的某些方法的应用又为基础理论的研究提供了更多、更宽的思路。

下面仅以细胞融合为例说明该方法在基础理论研究中的广泛应用。

2.2.5.1 基因定位这是细胞融合技术应用最大的成果之一。

由于不同细胞，特别是不同种属的细胞融合时，常会出现一个亲本的染色体优先排除，而另一个亲本的染色体却被选择性保留，由此，即可根据杂交细胞某一表型特征是否出现，与某一染色体或其片段是否存在的相关性来确定与此表型特征相对应的基因在特定染色体或其一定区段上的位置。