Application of animal cell culture review- 123docz.net

1. Expenditure and expertise: This is a specialized technique that requires aseptic conditions, trained personnel, and costly equipment.

2. Dedifferentiation: Cell characteristics can change after a period of continuous growth of cells in cultures, leading to differentiated properties compared to the original strain.

3. Low amount of product: The miniscule amount of mAB and recombinant protein produced followed by downstream processing for extracting pure products increases expenses tremendously.

4. Contamination: Mycoplasma and viral infection are difficult to detect and are highly contagious.

5. Instability: Aneuploidy chromosomal constitution in continuous cell lines leads to instability.

In addition, this system cannot replace the complex live animal for testing the response of chemicals or the impact of vaccines or toxins.

Nhược điểm của nuôi cấy tế bào động vật

1. Chi phí và chuyên môn: Đây là một kỹ thuật chuyên môn đòi hỏi điều kiện vô trùng, nhân viên được đào tạo và trang thiết b đắt tiền.

2. Quá trình biệt hóa: Các đặc tính của tế bào có thể thay đổi sau một thời gian tế bào phát triển liên tục trong môi trường nuôi cấy, dẫn đến các đặc tính khác biệt so với chủng ban đầu.

3. Lượng sản phẩm thấp: Lượng mAB và protein tái tổ hợp rất nhỏ được sản xuất sau quá trình x lý tiếp theo để chiết xuất các sản phẩm tinh khiết làm tăng chi phí rất nhiều.

4. Lây nhiễm: Mycoplasma và nhiễm virus rất khó phát hiện và rất dễ lây lan.

5. Tính không ổn đ nh: Cấu trúc nhiễm sắc thể lệch bội trong các dòng tế bào liên tục dẫn đến sự mất ổn đ nh.

Ngoài ra, hệ thống này không thể thay thế động vật sống phức tạp để th nghiệm phản ứng của hóa chất hoặc tác động của vắc-xin hoặc độc tố.

Translational significance

In biomedical research, the use of animal and human cell cultures has become beneficial for diverse applications. It provides indispensable tools for producing a number of products, including biopharmaceuticals, mABs, and products for gene therapy. In addition, animal cell cultures provide adequate test systems for studying biochemical pathways, intra- and intercellular responses, pathological mechanisms, and virus production. Some of the applications of animal cell culture are discussed below.

Ý nghĩa tịnh tiến

Trong nghiên cứu y sinh, việc s dụng nuôi cấy tế bào động vật và người đã trở nên có lợi cho các ứng dụng đa dạng. Nó cung cấp các công cụ không thể thiếu để sản xuất một số sản phẩm, bao gồm dược phẩm sinh học, mAbs và các sản phẩm cho liệu pháp gen. Ngoài ra, nuôi cấy tế bào động vật cung cấp các hệ thống th nghiệm đầy đủ để nghiên cứu các con đường sinh hóa, phản ứng trong và ngoài tế bào, cơ chế bệnh lý và sản xuất vi rút. Một số ứng dụng của nuôi cấy tế bào động vật được thảo luận dưới đây.

Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd.vT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.LjvT.Bg.Jy.Lj.dtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn

Ethical issues

Despite considerable progress in the development of cell culture techniques, the potential biohazards of working with animal and human tissues presents a number of ethical problems, including issues of procurement, handling, and ultimate use of material. In most countries, biomedical research is strictly regulated. Legislation varies considerably in different countries. Research ethics committees, animal ethics committees for animal-based research, and institutional research boards for human subjects have a major role in research governance.

Some guidelines for the use of experimental or donor animals include assurances of proper conditions for housing animals and minimal pain or discomfort to any animal that is put to death or operated upon.

These guidelines apply to higher vertebrates and not to lower vertebrates such as fish or other invertebrates.

Vấn đề đạo đức

Mặc dù đã có những tiến bộ đáng kể trong việc phát triển các kỹ thuật nuôi cấy tế bào, nhưng các nguy cơ sinh học tiềm ẩn khi làm việc với các mô của động vật và người gây ra một số vấn đề về đạo đức, bao gồm các vấn đề về thu mua, x lý và s dụng vật liệu cuối cùng. Ở hầu hết các quốc gia, nghiên cứu y sinh được quy đ nh chặt chẽ. Pháp luật thay đổi đáng kể ở các quốc gia khác nhau. Ủy ban đạo đức nghiên cứu, ủy ban đạo đức động vật cho nghiên cứu dựa trên động vật và ban nghiên cứu thể chế cho các đối tượng con người có vai trò chính trong quản tr nghiên cứu.

Một số hướng dẫn về việc s dụng động vật thí nghiệm hoặc động vật hiến tặng bao gồm đảm bảo các điều kiện thích hợp cho động vật nuôi nhốt và giảm thiểu đau đớn hoặc khó ch u cho bất kỳ động vật nào b giết hoặc phẫu thuật.

Những hướng dẫn này áp dụng cho động vật có xương sống bậc cao và không áp dụng cho động vật có xương sống bậc thấp như cá hoặc động vật không xương sống khác.

Cytokines

Cytokines are proteins of the immune system that play a central role in immune response. Cytokines are produced as a result of immune stimulus by various white blood cells. Interferons (IFNs) were the first family of cytokines to be discovered and used as biopharmaceuticals.

Cytokine

Cytokine là protein của hệ thống miễn d ch đóng vai trò trung tâm trong phản ứng miễn d ch. Cytokine được tạo ra do kích thích miễn d ch bởi các tế bào bạch cầu khác nhau. Interferon (IFN) là họ cytokine đầu tiên được phát hiện và s dụng làm dược phẩm sinh học.

Use of fetal bovine serum in animal culture of media

Fetal bovine serum (FBS)-supplemented media are commonly used in animal cell cultures. In recent years, FBS production methods have come under scrutiny because of animal welfare concerns. FBS is harvested from bovine fetuses taken from pregnant cows during slaughter. The common method of harvesting the fetus is by cardiac puncture without any anesthesia. This practice of harvesting FBS is inhumane as it exposes the fetus to pain and/or discomfort. In addition to moral concerns, numerous scientific and technical problems exist with regard to the use of FBS in cell culture. Efforts are now being made to reduce the use of FBS and replace it with synthetic alternatives.

In the case of human tissues, some considerations that need to be addressed are as follows (Freshney, 2011):

1. Consent: Patient‘s and/or relative‘s approval of tissue use.

2. Project summary: Explanation of the project, including the purpose, outcome, and medical benefits of the research.

3. Permission requests: Paperwork regarding possible use of the tissues.

4. Ownership: Establishment of ownership with regard to cell lines and their derivatives.

5. Patent issues: Commercial use of the tissues.

Sử dụng huyết thanh bào thai bò trong môi trường nuôi cấy động vật

Môi trường bổ sung huyết thanh bào thai bò (FBS) thường được s dụng trong nuôi cấy tế bào động vật. Trong những năm gần đây, các phương pháp sản xuất FBS đã được xem xét kỹ lưỡng vì những lo ngại về phúc lợi động vật. FBS được thu hoạch từ bào thai bò lấy từ bò mang thai trong quá trình giết mổ. Phương pháp thu hoạch thai nhi phổ biến là chọc thủng tim mà không cần gây mê. Việc thu hoạch FBS này là vô nhân đạo vì nó khiến thai nhi b đau và/hoặc khó ch u.

Ngoài những lo ngại về đạo đức, còn tồn tại nhiều vấn đề khoa học và kỹ thuật liên quan đến việc s dụng FBS trong nuôi cấy tế bào.

Những nỗ lực hiện đang được thực hiện để giảm việc s dụng FBS và thay thế nó bằng các giải pháp thay thế tổng hợp.

Trong trường hợp mô người, một số cân nhắc cần được giải quyết như sau (Freshney, 2011):

1. Sự đồng ý: Sự chấp thuận của bệnh nhân và/hoặc người thân đối với việc s dụng mô.

2. Tóm tắt dự án: Giải thích về dự án, bao gồm mục đích, kết quả và lợi ích y tế của nghiên cứu.

3. Yêu cầu giấy phép: Giấy tờ liên quan đến khả năng s dụng khăn giấy.

4. Quyền sở hữu: Xác lập quyền sở hữu đối với các dòng tế bào và dẫn xuất của chúng.

5. Các vấn đề về bằng sáng chế: S dụng mô thương mại.

Antiviral vaccines

Animal cell culture technology has played an important role in the development of viral vaccine production. The establishment of cell culture technology in the 1950s and the consequent replacement of live animals for the development of antigens have led to considerable progress in bioprocess technology. With the advent of DNA technology, molecular manipulation of viruses has led to the development of a recombinant vaccine against hepatitis B virus (HBV) and several others potential vaccines that are in the final phase of clinical trials. Table 14.4 lists recombinant hepatitis B vaccines in eukaryotic cells.

Vắc-xin kháng vi-rút

Công nghệ nuôi cấy tế bào động vật đã đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển sản xuất vắc-xin virus. Sự ra đời của công nghệ nuôi cấy tế bào vào những năm 1950 và việc thay thế động vật sống để phát triển các kháng nguyên đã dẫn đến tiến bộ đáng kể trong công nghệ x lý sinh học. Với sự ra đời của công nghệ DNA, thao tác phân t của vi-rút đã dẫn đến sự phát triển của vắc-xin tái tổ hợp chống vi-rút viêm gan B (HBV) và một số vắc-xin tiềm năng khác đang trong giai đoạn th nghiệm lâm sàng cuối cùng. Bảng 14.4 liệt kê vắc-xin viêm gan B tái tổ hợp trong tế bào nhân thực.

Viral particles production by cell culture

Viral particle production by cell culture differs from the production of molecules such as proteins, enzymes, and toxins by bacteria or animal cells. The product formation may not be related to the development or growth of a cell and may occur through secondary metabolic pathways, unlike virus production, which does not result from secondary metabolic pathway. Virus production occurs after the viral infection directs cell machinery to perform viral particle production.

Two stages are involved in viral production:

1. Cell culture system: This requires the development of an efficient system for conversion of the culture medium substrate in the cell mass.

2. Virus production: This phase differs from the infection phase and has different nutritional and metabolic requirements. A number of immortalized cell lines are used for the industrial production of viral vaccines. Table 14.5 gives the cell lines used for vaccines.

Sản xuất hạt virus bằng cách nuôi cấy tế bào

Quá trình sản xuất hạt virus bằng cách nuôi cấy tế bào khác với quá trình sản xuất các phân t như protein, enzym và độc tố của vi khuẩn hoặc tế bào động vật. Sự hình thành sản phẩm có thể không liên quan đến sự phát triển hoặc tăng trưởng của tế bào và có thể xảy ra thông qua con đường trao đổi chất thứ cấp, không giống như quá trình sản xuất vi rút, không phải do con đường trao đổi chất thứ cấp. Quá trình sản xuất vi-rút xảy ra sau khi nhiễm vi-rút chỉ đạo bộ máy tế bào thực hiện quá trình sản xuất hạt vi-rút.

Hai giai đoạn có liên quan đến sản xuất virus:

1. Hệ thống nuôi cấy tế bào: Điều này đòi hỏi phải phát triển một hệ thống hiệu quả để chuyển đổi cơ chất môi trường nuôi cấy trong khối tế bào.

2. Sản xuất virus: Giai đoạn này khác với giai đoạn lây nhiễm và có các yêu cầu về dinh dưỡng và trao đổi chất khác nhau. Một số dòng tế bào bất t được s dụng để sản xuất công nghiệp vắc-xin virus.

Bảng 14.5 đưa ra các dòng tế bào được s dụng cho vắc-xin.

Production of virus-like particles

Most of the existing classical vaccines for viral disease are either altered or chemically inactive live viruses. However, incomplete inactivation of a virus or reversion of an attenuated strain can risk infection in vaccinated individuals. Viruses with segmented genomes with a high degree of genetic exchange can undergo re-assortment or recombination of genetic material with viruses of different serotypes in the vaccinated host, which can result in the production of new variants of the virus. Moreover, some live virus vaccines are teratogenic; for example, Smithburn neurotropic strain (SNS) (Smithburn, 1949) and MP12-attenuated (Caplen et al., 1985) vaccine strains of the Rift Valley fever virus. A new type of vaccine that does not present the typical side effects of an attenuated or inactivated viral vaccine has been made possible with the development of rDNA technology.

Virus-like particles (VLPs) are highly effective as they mimic the overall structure of the virus; however, these particles lack the infectious genetic material. Capsid proteins can aggregate to form core-like particles in the absence of nucleic acids. These spontaneously assembled particles are structurally similar to authenticate viruses and are able to stimulate B-cell-mediated immune responses. In addition, VLPs stimulate a CD4- proliferative response and cytotoxic T-lymphocyte response (Jeoung et al., 2011).

VLPs resemble and mimic virus structure and are able to elicit a strong immune response without causing harm. The major advantage of VLPs is their simplicity and nonpathogenic nature. They are replication-deficient as they lack any viral genetic information, thus eliminating the need for inactivation of the virus.

Sản xuất các hạt giống như virus

Hầu hết các loại vắc-xin cổ điển hiện có cho bệnh do vi-rút đều là vi- rút sống đã b biến đổi hoặc không hoạt động về mặt hóa học. Tuy nhiên, việc bất hoạt hoàn toàn vi-rút hoặc đảo ngược một chủng đã giảm độc lực có thể gây nguy cơ lây nhiễm ở những người được tiêm vắc-xin. Vi-rút có bộ gen phân đoạn với mức độ trao đổi gen cao có thể trải qua quá trình tái tổ hợp hoặc tái tổ hợp vật liệu di truyền với vi-rút thuộc các kiểu huyết thanh khác nhau trong vật chủ được tiêm phòng, điều này có thể dẫn đến việc tạo ra các biến thể mới của vi- rút. Hơn nữa, một số vắc xin vi rút sống gây quái thai; ví dụ, chủng vắc-xin hướng thần kinh Smithburn (SNS) (Smithburn, 1949) và vắc- xin MP12 suy yếu (Caplen et al., 1985) của vi-rút sốt Rift Valley.

Một loại vắc-xin mới không có tác dụng phụ điển hình của vắc-xin vi-rút giảm độc lực hoặc bất hoạt đã được tạo ra nhờ sự phát triển của công nghệ rDNA.

Các hạt giống vi-rút (VLP) có hiệu quả cao vì chúng bắt chước cấu trúc tổng thể của vi-rút; tuy nhiên, những hạt này thiếu vật liệu di truyền lây nhiễm. Các protein capsid có thể tập hợp lại để tạo thành các hạt giống như lõi khi không có axit nucleic. Các hạt được lắp ráp tự phát này có cấu trúc tương tự như virus xác thực và có thể kích thích các phản ứng miễn d ch qua trung gian tế bào B. Ngoài ra, VLPs kích thích phản ứng tăng sinh CD4 và phản ứng tế bào lympho T gây độc tế bào (Jeoung et al., 2011).

Các VLP giống và bắt chước cấu trúc của vi-rút và có thể tạo ra phản ứng miễn d ch mạnh mẽ mà không gây hại. Ưu điểm chính của VLPs là tính chất đơn giản và không gây bệnh của chúng. Chúng b thiếu khả năng sao chép vì chúng thiếu bất kỳ thông tin di truyền nào của virus, do đó loại bỏ nhu cầu vô hiệu hóa virus.

This is important as inactivation treatments lead to epitope modifications (Cruz et al., 2002). As the structural morphology of VLPs is similar to the virus, the conformational epitopes presented to the immune system are the same as for the native virus particles. The immune response/antibody reactivity in the case of VLPs is significantly improved as VLPs present conformation epitopes more similar to the native virus. VLPs also induce a strong B-cell response.

For broader and more efficient protection, it is possible to adapt one or more antigens to the multimeric protein structure. Another advantage offered by VLPs is that they significantly reduce vaccine costs as these can elicit a protective response at lower doses of antigen.

Vaccines based on virus-like particles

The FDA has approved VLP-based vaccines for HBV and HPV. The HBV vaccine was approved in 1986 and the HPV one in 2006 (Justin et al., 2011). To generate immunogenic VLPs, the S gene is cloned and expressed in a eukaryotic expression host such as yeast or mammalian cells (e.g., CHO cell line). The mammalian cell culture allows easy recovery because the cells are able to secrete the antigen HBsAg. The two companies producing CHO-based vaccines are the French-based Pasteur-Merieux Aventis (Gene Hevac B) and the Israeli-based SciGen (Sci-B-Vac). The Gene Hevac B vaccine contains the HBsAg S protein and M protein, whereas Sci-B-Vac contains the M and L proteins.

Điều này rất quan trọng vì các phương pháp điều tr bất hoạt dẫn đến s a đổi văn bia (Cruz et al., 2002). Vì hình thái cấu trúc của VLP tương tự như vi-rút, nên các biểu mô hình dạng được trình bày cho hệ thống miễn d ch cũng giống như đối với các hạt vi-rút bản đ a. Phản ứng miễn d ch/phản ứng kháng thể trong trường hợp VLPs được cải thiện đáng kể vì VLPs thể hiện các epitope có cấu trúc giống với virus bản đ a hơn. VLP cũng gây ra phản ứng mạnh mẽ của tế bào B.

Để bảo vệ rộng hơn và hiệu quả hơn, có thể làm cho một hoặc nhiều kháng nguyên thích ứng với cấu trúc protein đa phân t . Một ưu điểm khác của VLPs là chúng giảm đáng kể chi phí vắc-xin vì chúng có thể tạo ra phản ứng bảo vệ ở liều lượng kháng nguyên thấp hơn.

Vắc-xin dựa trên các hạt giống vi-rút

FDA đã phê duyệt vắc-xin dựa trên VLP cho HBV và HPV. Vắc xin HBV đã được phê duyệt vào năm 1986 và vắc xin HPV vào năm 2006 (Justin et al., 2011). Để tạo ra các VLP sinh miễn d ch, gen S được sao chép và biểu hiện trong vật chủ biểu hiện sinh vật nhân thực chẳng hạn như tế bào nấm men hoặc động vật có vú (ví dụ: dòng tế bào CHO). Nuôi cấy tế bào động vật có vú cho phép phục hồi dễ dàng vì các tế bào có thể tiết ra kháng nguyên HBsAg. Hai công ty sản xuất vắc-xin dựa trên CHO là Pasteur-Merieux Aventis (Gene Hevac B) có trụ sở tại Pháp và SciGen (Sci-B-Vac) có trụ sở tại Israel. Vắc-xin Gene Hevac B chứa protein HBsAg S và protein M, trong khi Sci-B-Vac chứa protein M và L.

Application of animal cell culture review

Understanding How COVID-19 Vaccines Work

Manufacturing, safety and quality control of vaccines