RCCS 旋轉(zhuǎn)式細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)

RCCS發(fā)明于美國(guó)NASA的世界上能在體外進(jìn)行的“人的3維細(xì)胞/組織培養(yǎng)系統(tǒng)”RCCS™（Rotary Cell Culture System)已進(jìn)入中國(guó)！RCCS™的應(yīng)用面極廣，從癌癥和愛(ài)滋病研究，到組織工程和工業(yè)制藥。

1.【RCCS™的機(jī)制和優(yōu)勢(shì)】

相比動(dòng)態(tài)和靜態(tài)組織培養(yǎng)系統(tǒng)，RCCS的主要優(yōu)勢(shì)是其能提供理想的環(huán)境，從而允許細(xì)胞聚集、3維生長(zhǎng)和分化。這個(gè)優(yōu)勢(shì)使得我們的培養(yǎng)環(huán)境非常接近于體內(nèi)。

在大多數(shù)的動(dòng)態(tài)培養(yǎng)系統(tǒng)中細(xì)胞/組織會(huì)受損，這主要是其與推進(jìn)器接觸而致。那么它為何會(huì)與推進(jìn)器接觸呢？因?yàn)閼腋?，那懸浮是如何產(chǎn)生的？這歸因于以下2個(gè)力：1.受到推進(jìn)器產(chǎn)生的力；2.在培養(yǎng)的氧交換和懸浮過(guò)程中噴出的氣泡所產(chǎn)生的剪切力。

在靜態(tài)的平面培養(yǎng)瓶/培養(yǎng)皿中，2維的環(huán)境和塑料基質(zhì)會(huì)改變基因表達(dá)和阻止分化。
相比之下，在RCCS™中生長(zhǎng)的細(xì)胞/組織因隨機(jī)變化的重力矢量而懸浮，從而在培養(yǎng)液中成連續(xù)的自由落體狀態(tài)。一個(gè)較好的比喻是：細(xì)胞從無(wú)限高的充滿液體的管中落下。組織在培養(yǎng)液中會(huì)落下、翻滾和混合，受不到任何主宰生長(zhǎng)方向的單個(gè)重力矢量的影響；組織會(huì)向各個(gè)方向生長(zhǎng)。這就是RCCS™的機(jī)制。

由于系統(tǒng)無(wú)推進(jìn)器、空氣升液器、氣泡或攪拌器，使破壞性應(yīng)力減到最小。因維持在一個(gè)理想的流體軌道中，故細(xì)胞能共同生長(zhǎng)、互相交流和形成3維的結(jié)構(gòu)。

此外，RCCS™是目前的能使研究者進(jìn)行共同培養(yǎng)，而這種培養(yǎng)能提供本能的分化、高細(xì)胞增殖、低的細(xì)胞死亡率和增加細(xì)胞產(chǎn)物的分泌。

總之，RCCS™的培養(yǎng)容器中充滿了用作培養(yǎng)基的生長(zhǎng)液以及細(xì)胞或組織材料。整個(gè)容器由電機(jī)驅(qū)動(dòng)沿水平軸旋轉(zhuǎn)。細(xì)胞顆粒在水平軸內(nèi)建立均質(zhì)的液體懸浮軌道。培養(yǎng)基以及細(xì)胞顆粒隨容器一起旋轉(zhuǎn)且不與容器壁和它物相撞。由于系統(tǒng)無(wú)推進(jìn)器、空氣升液器、氣泡或攪拌器，使破壞性應(yīng)力減到最小。RCCS中的細(xì)胞通過(guò)膜式氣體交換器來(lái)吸氧和排出CO2。任何氣泡都被清除，以防其旋渦對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)的影響。無(wú)破壞應(yīng)力使生成的三維組織具有與父系相同的結(jié)構(gòu)和功能。其組織的培養(yǎng)密度為10E10至10E11個(gè)細(xì)胞/ml；細(xì)胞的培養(yǎng)密度為10E7。至今所有的細(xì)胞組織都能培養(yǎng)。

RCCS™具有普通培養(yǎng)裝置的三大特點(diǎn):

(1) 高分化度: RCCS使高分化的人體組織能在實(shí)驗(yàn)室中生長(zhǎng)，模仿感興趣的器官和腫瘤。

(2) 模擬微重力: 以前要在體外模擬正常組織的微環(huán)境因細(xì)胞外基質(zhì)太復(fù)雜和難適應(yīng)環(huán)境而受阻，而細(xì)胞外基質(zhì)對(duì)于調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架和細(xì)胞核基質(zhì)蛋白非常重要。RCCS使分裂原本應(yīng)在一起的細(xì)胞組織成分的重力問(wèn)題得到解決。

(3) 三維細(xì)胞培養(yǎng): 而普通生物反應(yīng)器因要保持細(xì)胞的懸浮而產(chǎn)生剪切力。其破壞了細(xì)胞間和細(xì)胞與基質(zhì)間的穩(wěn)定，使組織和細(xì)胞集中于自身的修復(fù), 而大大影響其生長(zhǎng)和其它的正常生理功能。發(fā)孝罐主要培養(yǎng)大量細(xì)菌, 不適于大量培養(yǎng)人及其它哺乳動(dòng)物細(xì)胞組織，因很難把大量的細(xì)胞移植到發(fā)孝罐中, 即使能夠培養(yǎng), 所得的細(xì)胞數(shù)也有限且很難生成組織。而RCCS行且可用于大規(guī)模生產(chǎn)，其細(xì)胞的成活率平均為97%且分化度高。

2.【旋轉(zhuǎn)式細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)RCCS™的應(yīng)用】

(在模擬的微重力環(huán)境下，細(xì)胞/組織的三維高分化的培養(yǎng)技術(shù)已進(jìn)入臨床和生產(chǎn))

組織移植：例如RCCS培養(yǎng)的肝組織和自然的在整體上無(wú)區(qū)別，使局部組織移植成為可能。

疫苗生產(chǎn)：以前丙肝疫苗效果不佳的原因之一是用來(lái)產(chǎn)生這種疫苗的病毒并不長(zhǎng)在人的肝臟中，現(xiàn)在RCCS培養(yǎng)的肝使產(chǎn)生肝炎疫苗的病毒生長(zhǎng)在人的肝臟成為現(xiàn)實(shí)。RCCS在美國(guó)已廣泛用于生產(chǎn)。

軟骨再生：經(jīng)培養(yǎng)的軟骨密度高，可治療關(guān)節(jié)損傷。

激素、酶和其它由人體組織產(chǎn)生的蛋白以及基因工程：經(jīng)培養(yǎng)的高分化的人體組織，其被刺激后能分泌治療用的蛋白。例如經(jīng)培養(yǎng)的神經(jīng)組織產(chǎn)生的神經(jīng)生長(zhǎng)激素能修復(fù)脊椎的損傷。

骨髓再生：培養(yǎng)的骨髓生長(zhǎng)情況佳，且可連續(xù)進(jìn)行增生和低溫冷凍保藏，可建大型骨髓庫(kù)。

糖尿?。阂葝u素培養(yǎng)后能插入體內(nèi)繼續(xù)生長(zhǎng)，無(wú)數(shù)患者有望免去長(zhǎng)期注射胰島素。

有效殺滅腫瘤：對(duì)腫瘤組織活體取樣，與自身的白細(xì)胞或淋巴細(xì)胞在RCCS中混合培養(yǎng)，刺激或馴化它們來(lái)識(shí)別和攻擊腫瘤組織，然后把經(jīng)馴化后有殺傷力的細(xì)胞直接注入病灶。這樣，這些經(jīng)感化的淋巴細(xì)胞*殺滅了腫瘤。

腫瘤、愛(ài)滋病、腎病和心臟病的理想模型：培養(yǎng)人的器官、腺體和淋巴結(jié)。然后感染這些類(lèi)器官，再跟蹤其生長(zhǎng)。把藥物用在被感染的經(jīng)培養(yǎng)的組織模型上，研究其對(duì)抗疾病的效果及其對(duì)抗方式。例如腫瘤組織的培養(yǎng)有利于測(cè)試藥在病人自身的經(jīng)培養(yǎng)和分化的腫瘤上的療效，避免了用藥的盲目性。以前這是在鼠的組織模型上進(jìn)行的，但物種差異使許多腫瘤在鼠中的生長(zhǎng)情況并不好。而在RCCS中，所有的腫瘤組織都完好生長(zhǎng)，且避免了原先鼠蛋白的干擾。

皮膚移植：經(jīng)培養(yǎng)的皮膚具有高分化度避免了以前培養(yǎng)的皮膚在肌理、靈巧度和膚色的不足。

3.【各種培養(yǎng)系統(tǒng)的對(duì)比】

相關(guān)資料：
新的生物反應(yīng)器：旋轉(zhuǎn)式細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)（The Rotary Cell Culture System，以下簡(jiǎn)稱(chēng)RCCS）是目前世界上培養(yǎng)貼壁和懸浮細(xì)胞的最新的裝置。


1.大量培養(yǎng)細(xì)胞的意義
動(dòng)物和人的細(xì)胞可以合成有重要價(jià)值的蛋白質(zhì)（例如干擾素、單克隆抗體等等），在科研、臨床和商業(yè)上都有重大價(jià)值。要制備干擾素、單抗等，就需要大量培養(yǎng)哺乳動(dòng)物的細(xì)胞、人的雜交瘤骨髓瘤細(xì)胞、人的腎細(xì)胞等等。雖然工業(yè)微生物技術(shù)已發(fā)展很完善，但是它主要是用于培養(yǎng)細(xì)菌類(lèi)的細(xì)胞，它們有堅(jiān)韌的細(xì)胞壁，對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的要求較簡(jiǎn)單。而哺乳類(lèi)細(xì)胞則大而脆弱，對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)要求高，不能游離生活，大多數(shù)要附著在某種表面才能生長(zhǎng)。要大量培養(yǎng)哺乳類(lèi)細(xì)胞是個(gè)困難的任務(wù)。


2.大量培養(yǎng)細(xì)胞的方法
小的細(xì)胞培養(yǎng)瓶，瓶底面積很小，只能培養(yǎng)很少細(xì)胞，要不斷分瓶，得用許多長(zhǎng)的瓶子不斷滾動(dòng)來(lái)獲得較多的細(xì)胞。后來(lái)，人們又采取高密度培養(yǎng)方法，以求在一定的容積內(nèi)能培養(yǎng)更多的細(xì)胞。對(duì)于要求附著生長(zhǎng)的細(xì)胞，為提高表面積/體積的比值，用空心纖維和微載體作為附著物，可以大大提高培養(yǎng)容積的利用率。微珠作為載體，是提高培養(yǎng)密度的有效方法，細(xì)胞可以生長(zhǎng)在微珠的表面，微載體法，可使在同樣容積內(nèi)培養(yǎng)細(xì)胞數(shù)增加幾個(gè)量級(jí)。隨著細(xì)胞的生長(zhǎng)，附近的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)逐漸減少，廢物逐漸增多，為了使生長(zhǎng)的細(xì)胞不斷接觸到營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并離開(kāi)廢物，微珠能在培養(yǎng)介質(zhì)中分散和懸浮，并且不斷供應(yīng)培養(yǎng)液，不斷排出廢液。


3.適用范圍
生物制藥中進(jìn)行大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)。