CN110484486A - 一种复合功能型微载体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微球载体,特别涉及一种复合功能型微载体及其制备方法,属于生物技术领域。一种复合功能型微载体,该复合功能型微载体的微球基球为交联型葡聚糖,共价偶联的功能配基为二乙氨基乙基和Ɛ‑聚赖氨酸的复合。该复合功能型微载体既提供了细胞贴壁生长所需的带正电荷的结合位点,Ɛ‑聚赖氨酸的表面修饰又提供了能够抑制外源原核细菌的功能,具有较好的细胞扩增功能和抗菌污染功能,测试表面可以作为细胞培养的新型载体。
Description
技术领域
本发明涉及一种微球载体,特别涉及一种复合功能型微载体及其制备方法,属于生物技术领域。
背景技术
随着生物产业的迅速发展,动物细胞培养技术被广范应用于生物制品扩大生产。传统的细胞培养技术存在空间利用率低,单位面积细胞收获量少,培养过程复杂,操作易染菌等缺点,为了短时期内获得数量较大的优质细胞,生物反应器微载体悬浮培养技术目前获得生物医药领域学者的广泛关注及研究。微载体在大规模生产使用中不仅可以提供较大的比表面积,也可使单位面积的细胞密度增加,从而提高空间利用率,最重要的是可以为细胞的生长提供均一的环境,且操作过程易控制。生物反应器微载体悬浮培养细胞技术是目前大规模生产细胞中较为先进的技术,受到国内外学者及企业的广泛关注,也是生物技术在未来发展中一个较为重要的方向。
微载体悬浮培养技术的具有许多的优点,它可为细胞生长提供相对较大的比表面积,减少细胞培养过程中的相互挤压及接触抑制,使细胞一直处于一个较活跃的生长状态,单位面积内细胞的收获量增加。其次,可对整个培养环境进行精准的控制,细胞培养所需的营养物质、培养环境的pH、培养过程中的氧气供应都可进行准确的监控,相较于传统的培养方式细胞的培养过程更可控制。再次,同时培养过程中对培养基的更换较为方便,长满细胞的微载体通常在1~3 min完全沉淀于反应器底部,方便培养基的更换。
微载体被广泛反应用于生物医药领域,用于细胞大规模放大培养。目前国内高校及企业对于微载体大多处于研究阶段,微载体生产厂家较少,主要为纳米高分子材料为基质,对于生物相容性较好的葡聚糖微载体生产厂家尚未出现。而国外产品性能得到广泛认可,但价格昂贵,且种类和功能有限。因此现阶段,开发一种新型的更适用于实际生产的葡聚糖基微载体,对于生物医药行业的发展具有重要的意义。
在实际细胞培养过程中,染菌问题是必须严防的关键问题,而一旦染菌需要对设备进行严格清洗,并需重新进行无菌性验证,严重影响企业正常生产、且耗费大量人力及物力。这对于疫苗企业生产车间无菌的环境提出了较高的要求。Ɛ-聚赖氨酸作为一种天然的无毒、安全、生物可降解的天然食品防腐剂,其抑菌机制已经被国内外学者所证实。在葡聚糖微球上偶联Ɛ-聚赖氨酸,可以增加微载体的抑菌性,且Ɛ-聚赖氨酸本身所带电荷为正电荷对于带负电荷的细胞有吸引作用,促进细胞的粘附。因此抑菌型微载体可以抑制培养基内细菌的生长,进一步降低细胞培养过程中污染的风险,在实际操作中具有重要的价值。
发明内容
本发明提供了一种复合功能型微载体,该复合功能型微载体既提供了细胞贴壁生长所需的带正电荷的结合位点,Ɛ-聚赖氨酸的表面修饰又提供了能够抑制外源原核细菌的功能,具有较好的细胞扩增功能和抗菌污染功能,测试表面可以作为细胞培养的新型载体。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种复合功能型微载体,该复合功能型微载体的微球基球为交联型葡聚糖,共价偶联的功能配基为二乙氨基乙基和Ɛ-聚赖氨酸的复合。
作为优选,葡聚糖为葡聚糖明串珠菌发酵而成的alpha-葡聚糖(右旋糖酐),平均分子量为100-150 kDa;Ɛ-聚赖氨酸为白色链霉菌发酵而成,聚合度为25-35之间。
作为优选,微载体的离子交换容量为150~180 μmol/mL,含水率为85~92%,湿真密度为0.85~0.95 g/mL,粒径尺寸范围为50-250 μm。
作为优选,二乙氨基乙基由2-二乙氨基氯乙烷盐酸盐提供,2-二乙氨基氯乙烷盐酸盐添加量为葡聚糖微球质量的20%-40%;Ɛ-聚赖氨酸与葡聚糖微球的质量比为1:5-1:10。
一种所述的复合功能型微载体的制备方法,该制备方法包括以下步骤:
1)交联型葡聚糖制备
将葡聚糖分散于氢氧化钠溶液中,加热溶解至透明,得到水相;
甲苯,作为有机相;
将水相缓慢加入有机相中,搅拌使其分散均匀后,加入环氧氯丙烷,环氧氯丙烷与水相的体积比为1:3-1:6,反应充分后抽滤除有机相,依次经乙醇、水清洗后,得到湿态的葡聚糖微球;用筛网进行筛分获得所需粒径尺寸的微球;
2)复合功能基团的偶联
葡聚糖微球抽干,加入适量3-6 M 的NaOH溶液,加入2-二乙氨基氯乙烷盐酸盐进行表面修饰,充分反应后,加入1,4-丁二醇二缩水甘油醚,继续反应至充分,反应结束后依次用乙醇、水清洗微球;将清洗后的微球抽干,加入适量3-6 M 的NaOH溶液和Ɛ-聚赖氨酸,反应后,依次用乙醇、水清洗,得到复合功能型微载体。
作为优选,步骤1)中,葡聚糖和氢氧化钠溶液的质量体积比是1:50-1:150,氢氧化钠溶液的浓度为5-10 M。
作为优选,步骤2)中,2-二乙氨基氯乙烷盐酸盐添加量为葡聚糖微球质量的20%-40%。
作为优选,步骤2)中,1,4-丁二醇二缩水甘油醚添加量为葡聚糖微球的100%-160%(体积:质量),葡聚糖微球与氢氧化钠溶液的用量比(g:ml)为1:1-2。
作为优选,步骤2)中,Ɛ-聚赖氨酸与葡聚糖微球的质量比为1:5-1:10。
本发明的复合功能型微载体,主要优点在于:既提供了细胞贴壁生长所需的带正电荷的结合位点,Ɛ-聚赖氨酸的表面修饰又提供了能够抑制外源原核细菌的功能,具有较好的细胞扩增功能和抗菌污染功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。其中:
图1是复合功能型微载体(a)及Vero细胞在微载体上生长的120h后(b)的显微图 (40×);
图2是复合功能型微载体对大肠杆菌生长曲线的影响;
图3是Vero在复合功能型微载体上的生长曲线。
具体实施方式
下面通过具体实施例,对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解,本发明的实施并不局限于下面的实施例,对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
在本发明中,若非特指,所有的份、百分比均为重量单位,所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法,如无特别说明,均为本领域的常规方法。
一、交联型葡聚糖制备
实施例1
称量1 g葡聚糖,量取150 mL 10 mol·L-1氢氧化钠溶液于500 mL烧杯内加热溶解至透明,冷却至30℃,作为水相。
量取450 mL的甲苯加至1 L三口烧瓶,保温至30℃,作为有机相。
将水相缓慢加入有机相中,500 r/min机械搅拌30 min使其分散均匀,加入30 mL的环氧氯丙烷,反应16 h后,停止反应,抽滤除有机相,依次经乙醇、水清洗后,得到湿态的微球。用不锈钢筛网进行筛分,获得50-250微米范围的微球。
实施例2
称量3 g葡聚糖,量取150 mL 5 mol·L-1氢氧化钠溶液于500 mL烧杯内加热溶解至透明,冷却至30℃,作为水相。量取450 mL的甲苯加至1 L三口烧瓶,保温至30℃,作为有机相。将水相缓慢加入有机相中,500 r/min机械搅拌30 min使其分散均匀,加入15 mL的环氧氯丙烷,反应16 h后,停止反应,抽滤除有机相,依次经乙醇、水清洗后,得到湿态的微球。用不锈钢筛网进行筛分,获得50-250微米范围的微球。
实施例3
称量2 g葡聚糖,量取150 mL 6 mol·L-1氢氧化钠溶液于500 mL烧杯内加热溶解至透明,冷却至30℃,作为水相。量取450 mL的甲苯加至1 L三口烧瓶,保温至30℃,作为有机相。将水相缓慢加入有机相中,500 r/min机械搅拌30 min使其分散均匀,加入20 mL的环氧氯丙烷,反应16 h后,停止反应,抽滤除有机相,依次经乙醇、水清洗后,得到湿态的微球。用不锈钢筛网进行筛分,获得50-250微米范围的微球。
二、复合功能基团的偶联
实施例4
称取10 g真空抽干的微球(实施例1制得),量取10 mL 3 mol·L-1氢氧化钠溶液,加入50 mL锥形瓶内,置于50℃水浴锅内200 r/min机械搅拌30 min。加入2 g 2-二乙氨基氯乙烷盐酸盐,继续机械搅拌2 h。加入10 g 1,4-丁二醇二缩水甘油醚,继续反应6 h,结束使用乙醇、水清洗微球。将清洗后的微球抽干,加入10 mL 6 mol·L-1氢氧化钠溶液和1 g Ɛ-聚赖氨酸,反应10 h,使用乙醇、水清洗微球,得到复合功能型微载体。
实施例5
称取10 g真空抽干的微球(实施例2制得),量取10 mL 6 mol·L-1氢氧化钠溶液,加入50 mL锥形瓶内,置于50℃水浴锅内200 r/min机械搅拌30 min。加入4 g 2-二乙氨基氯乙烷盐酸盐,继续机械搅拌2 h。加入16 g 1,4-丁二醇二缩水甘油醚,继续反应6 h,结束使用乙醇、水清洗微球。将清洗后的微球抽干,加入10 mL 6 mol·L-1氢氧化钠溶液和2 g Ɛ-聚赖氨酸,反应10 h,使用乙醇、水清洗微球,得到复合功能型微载体。
实施例6
称取10 g真空抽干的微球(实施例3制得),量取10 mL 5 mol·L-1氢氧化钠溶液,加入50 mL锥形瓶内,置于50℃水浴锅内200 r/min机械搅拌30 min。加入3 g 2-二乙氨基氯乙烷盐酸盐,继续机械搅拌2 h。加入12 g 1,4-丁二醇二缩水甘油醚,继续反应6 h,结束使用乙醇、水清洗微球。将清洗后的微球抽干,加入10 mL 5 mol·L-1氢氧化钠溶液和1.5 g Ɛ-聚赖氨酸,反应10 h,使用乙醇、水清洗微球,得到复合功能型微载体。
实施例 复合功能型微载体抑菌效果
将大肠杆菌进行划线活化,选取单菌落接种于LB培养基内,培养至OD600为0.6。以接种量为1%,以本发明制得的复合功能型微载体终浓度为5 g·L-1,接入新鲜LB培养基。并设置对照组,对照组为添加1%卡那霉素实验组、商品Cytodex 1实验组、空白实验组(不加微载体及抗生素)。每2 h进行取样测OD值绘制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的生长曲线图。
大肠杆菌生长曲线如图2所示。可以发现,在第12 h时,复合功能型微载体添加组的大肠杆菌OD600值为0.67,远低于空白对照组和商品Cytodex 1对照组,略高于抗生素对照组。说明当微载体的使用对大肠杆菌都存在较好的抑制作用。
实施例 复合功能型微载体悬浮培养Vero细胞效果
取前述实施例制得的微载体用D-PBS浸泡3 h,湿热灭菌 (121℃、20 min) 处理,灭菌结束后将浸泡微载体的D-PBS换成含10% FBS的DMEM培养基,浸泡12 h。分别量取微载体至终浓度为3 g·L-1加入到已经硅化后的磁力搅拌瓶内,以细胞密度为3×105 cells·mL-1接种,补加含10% FBS的DMEM培养基至50 mL,放入37℃、5% CO2培养箱内,设置转速为50 rpm。培养48 h后,每24 h进行半换液,以保证葡萄糖等营养物质供应并及时去除培养基内的代谢副产物乳酸等,
对复合功能型微载体与Cytodex 1悬浮培养Vero细胞的生长情况进行比较如图3所示。培养144 h,自制抑菌型微载体的细胞密度达到3.34×106 cells·mL-1,细胞密度扩增了11.1倍,略高于相同培养条件下Cytodex 1 微载体的细胞密度3.21×106 cells·mL-1。
本发明所开发的复合功能型微载体,既提供了细胞贴壁生长所需的带正电荷的结合位点,Ɛ-聚赖氨酸的表面修饰又提供了能够抑制外源原核细菌的功能,具有较好的细胞扩增功能和抗菌污染功能,测试表面可以作为细胞培养的新型载体。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案,并非对本发明作任何形式上的限制,在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (9)
1.一种复合功能型微载体,其特征在于:该复合功能型微载体的微球基球为交联型葡聚糖,共价偶联的功能配基为二乙氨基乙基和Ɛ-聚赖氨酸的复合。
2. 根据权利要求1所述的复合功能型微载体,其特征在于,葡聚糖为葡聚糖明串珠菌发酵而成的alpha-葡聚糖(右旋糖酐),平均分子量为100-150 kDa;Ɛ-聚赖氨酸为白色链霉菌发酵而成,聚合度为25-35之间。
3. 根据权利要求1所述的复合功能型微载体,其特征在于,微载体的离子交换容量为150~180 μmol/mL,含水率为85~92%,湿真密度为0.85~0.95 g/mL,粒径尺寸范围为50-250μm。
4.根据权利要求1所述的复合功能型微载体,其特征在于,二乙氨基乙基由2-二乙氨基氯乙烷盐酸盐提供,2-二乙氨基氯乙烷盐酸盐添加量为葡聚糖微球质量的20%-40%;Ɛ-聚赖氨酸与葡聚糖微球的质量比为1:5-1:10。
5. 一种权利要求1所述的复合功能型微载体的制备方法,其特征在于,该制备方法包括以下步骤:
1)交联型葡聚糖制备
将葡聚糖分散于氢氧化钠溶液中,加热溶解至透明,得到水相;
甲苯,作为有机相;
将水相缓慢加入有机相中,搅拌使其分散均匀后,加入环氧氯丙烷,环氧氯丙烷与水相的体积比为1:3-1:6,反应充分后抽滤除有机相,依次经乙醇、水清洗后,得到湿态的葡聚糖微球;用筛网进行筛分获得所需粒径尺寸的微球;
2)复合功能基团的偶联
葡聚糖微球抽干,加入适量3-6 M 的NaOH溶液,加入2-二乙氨基氯乙烷盐酸盐进行表面修饰,充分反应后,加入1,4-丁二醇二缩水甘油醚,继续反应至充分,反应结束后依次用乙醇、水清洗微球;将清洗后的微球抽干,加入适量3-6 M 的NaOH溶液和Ɛ-聚赖氨酸,反应后,依次用乙醇、水清洗,得到复合功能型微载体。
6. 根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,步骤1)中,葡聚糖和氢氧化钠溶液的质量体积比是1:50-1:150,氢氧化钠溶液的浓度为5-10 M。
7.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,步骤2)中,2-二乙氨基氯乙烷盐酸盐添加量为葡聚糖微球质量的20%-40%。
8.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,步骤2)中,1,4-丁二醇二缩水甘油醚添加量为葡聚糖微球的100%-160%(体积:质量),葡聚糖微球与氢氧化钠溶液的用量比(g:ml)为1:1-2。
9.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,步骤2)中,Ɛ-聚赖氨酸与葡聚糖微球的质量比为1:5-1:10。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191122 |
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