RCCS 旋转式细胞培养系统

RCCS发明于美国NASA的世界上能在体外进行的“人的3维细胞/组织培养系统”RCCS™（Rotary Cell Culture System)已进入中国！RCCS™的应用面极广，从癌症和爱滋病研究，到组织工程和工业制药。

1.【RCCS™的机制和优势】

相比动态和静态组织培养系统，RCCS的主要优势是其能提供理想的环境，从而允许细胞聚集、3维生长和分化。这个优势使得我们的培养环境非常接近于体内。

在大多数的动态培养系统中细胞/组织会受损，这主要是其与推进器接触而致。那么它为何会与推进器接触呢？因为悬浮，那悬浮是如何产生的？这归因于以下2个力：1.受到推进器产生的力；2.在培养的氧交换和悬浮过程中喷出的气泡所产生的剪切力。

在静态的平面培养瓶/培养皿中，2维的环境和塑料基质会改变基因表达和阻止分化。
相比之下，在RCCS™中生长的细胞/组织因随机变化的重力矢量而悬浮，从而在培养液中成连续的自由落体状态。一个较好的比喻是：细胞从无限高的充满液体的管中落下。组织在培养液中会落下、翻滚和混合，受不到任何主宰生长方向的单个重力矢量的影响；组织会向各个方向生长。这就是RCCS™的机制。

由于系统无推进器、空气升液器、气泡或搅拌器，使破坏性应力减到最小。因维持在一个理想的流体轨道中，故细胞能共同生长、互相交流和形成3维的结构。

此外，RCCS™是目前的能使研究者进行共同培养，而这种培养能提供本能的分化、高细胞增殖、低的细胞死亡率和增加细胞产物的分泌。

总之，RCCS™的培养容器中充满了用作培养基的生长液以及细胞或组织材料。整个容器由电机驱动沿水平轴旋转。细胞颗粒在水平轴内建立均质的液体悬浮轨道。培养基以及细胞颗粒随容器一起旋转且不与容器壁和它物相撞。由于系统无推进器、空气升液器、气泡或搅拌器，使破坏性应力减到最小。RCCS中的细胞通过膜式气体交换器来吸氧和排出CO2。任何气泡都被清除，以防其旋涡对细胞的生长的影响。无破坏应力使生成的三维组织具有与父系相同的结构和功能。其组织的培养密度为10E10至10E11个细胞/ml；细胞的培养密度为10E7。至今所有的细胞组织都能培养。

RCCS™具有普通培养装置的三大特点:

(1) 高分化度: RCCS使高分化的人体组织能在实验室中生长，模仿感兴趣的器官和肿瘤。

(2) 模拟微重力: 以前要在体外模拟正常组织的微环境因细胞外基质太复杂和难适应环境而受阻，而细胞外基质对于调节细胞骨架和细胞核基质蛋白非常重要。RCCS使分裂原本应在一起的细胞组织成分的重力问题得到解决。

(3) 三维细胞培养: 而普通生物反应器因要保持细胞的悬浮而产生剪切力。其破坏了细胞间和细胞与基质间的稳定，使组织和细胞集中于自身的修复, 而大大影响其生长和其它的正常生理功能。发孝罐主要培养大量细菌, 不适于大量培养人及其它哺乳动物细胞组织，因很难把大量的细胞移植到发孝罐中, 即使能够培养, 所得的细胞数也有限且很难生成组织。而RCCS行且可用于大规模生产，其细胞的成活率平均为97%且分化度高。

2.【旋转式细胞培养系统RCCS™的应用】

(在模拟的微重力环境下，细胞/组织的三维高分化的培养技术已进入临床和生产)

组织移植：例如RCCS培养的肝组织和自然的在整体上无区别，使局部组织移植成为可能。

疫苗生产：以前丙肝疫苗效果不佳的原因之一是用来产生这种疫苗的病毒并不长在人的肝脏中，现在RCCS培养的肝使产生肝炎疫苗的病毒生长在人的肝脏成为现实。RCCS在美国已广泛用于生产。

软骨再生：经培养的软骨密度高，可治疗关节损伤。

激素、酶和其它由人体组织产生的蛋白以及基因工程：经培养的高分化的人体组织，其被刺激后能分泌治疗用的蛋白。例如经培养的神经组织产生的神经生长激素能修复脊椎的损伤。

骨髓再生：培养的骨髓生长情况佳，且可连续进行增生和低温冷冻保藏，可建大型骨髓库。

糖尿病：胰岛素培养后能插入体内继续生长，无数患者有望免去长期注射胰岛素。

有效杀灭肿瘤：对肿瘤组织活体取样，与自身的白细胞或淋巴细胞在RCCS中混合培养，刺激或驯化它们来识别和攻击肿瘤组织，然后把经驯化后有杀伤力的细胞直接注入病灶。这样，这些经感化的淋巴细胞*杀灭了肿瘤。

肿瘤、爱滋病、肾病和心脏病的理想模型：培养人的器官、腺体和淋巴结。然后感染这些类器官，再跟踪其生长。把药物用在被感染的经培养的组织模型上，研究其对抗疾病的效果及其对抗方式。例如肿瘤组织的培养有利于测试药在病人自身的经培养和分化的肿瘤上的疗效，避免了用药的盲目性。以前这是在鼠的组织模型上进行的，但物种差异使许多肿瘤在鼠中的生长情况并不好。而在RCCS中，所有的肿瘤组织都完好生长，且避免了原先鼠蛋白的干扰。

皮肤移植：经培养的皮肤具有高分化度避免了以前培养的皮肤在肌理、灵巧度和肤色的不足。

3.【各种培养系统的对比】

相关资料：
新的生物反应器：旋转式细胞培养系统（The Rotary Cell Culture System，以下简称RCCS）是目前世界上培养贴壁和悬浮细胞的最新的装置。


1.大量培养细胞的意义
动物和人的细胞可以合成有重要价值的蛋白质（例如干扰素、单克隆抗体等等），在科研、临床和商业上都有重大价值。要制备干扰素、单抗等，就需要大量培养哺乳动物的细胞、人的杂交瘤骨髓瘤细胞、人的肾细胞等等。虽然工业微生物技术已发展很完善，但是它主要是用于培养细菌类的细胞，它们有坚韧的细胞壁，对营养物质的要求较简单。而哺乳类细胞则大而脆弱，对营养物质要求高，不能游离生活，大多数要附着在某种表面才能生长。要大量培养哺乳类细胞是个困难的任务。


2.大量培养细胞的方法
小的细胞培养瓶，瓶底面积很小，只能培养很少细胞，要不断分瓶，得用许多长的瓶子不断滚动来获得较多的细胞。后来，人们又采取高密度培养方法，以求在一定的容积内能培养更多的细胞。对于要求附着生长的细胞，为提高表面积/体积的比值，用空心纤维和微载体作为附着物，可以大大提高培养容积的利用率。微珠作为载体，是提高培养密度的有效方法，细胞可以生长在微珠的表面，微载体法，可使在同样容积内培养细胞数增加几个量级。随着细胞的生长，附近的营养物质逐渐减少，废物逐渐增多，为了使生长的细胞不断接触到营养物质，并离开废物，微珠能在培养介质中分散和悬浮，并且不断供应培养液，不断排出废液。


3.适用范围
生物制药中进行大规模细胞培养。