如何利用生物反应器实现干细胞体外扩增培养

干细胞是指具有无限分裂增长能力，可以进行自我更新，并能在不同诱导条件下，分化成不同类型的细胞的一种特殊生物细胞。比如我们常见的骨髓干细胞胚胎干细胞，广泛应用于免疫系统疾病治疗，内分泌系统疾病治疗等。细胞培养技术中利用生物反应器进行干细胞的体外培养，使干细胞大量增殖量产，已成为3D干细胞扩培的主流手段。

一、干细胞的培养方法 

干细胞的培养方法主要有两种，一种是2D培养，另一种是3D立体培养。

2D培养多采用贴壁培养技术，在培养瓶或培养皿等容器中加入细胞生长所必须的营养物质，在特定的培养环境下，细胞贴附于培养器皿壁上，分裂生长，形成致密的细胞层的细胞培养方式。由于这种培养只在平面进行增殖生长所以也成为2D 培养。

细胞的2D培养技术简单，对于培养液的更换也相对容易，不需要完整的过滤系统所以 适用于较多大多数动物细胞。但是它的缺点是：细胞的扩大培养较难，投资大，且不能及时有效地监测细胞生长状态和细胞生长环境。

为了实现细胞规模化扩增，半个世纪以来，生命科学领域逐渐使用新型的生物反应器来实现细胞的规模扩增，比如采用微载体生物反应器来扩增培养CHO细胞、成肌细胞等。利用悬浮细胞培养生物反应器进行昆虫细胞，红细胞的规模化扩增等。

二、 3D干细胞培养技术

三维干细胞培养技术通过为细胞提供支撑材料来模拟生物组织的细胞外基质或建立细胞球进行细胞立体培养的一种方式。 3D干细胞常用的构建细胞外基质材料主要有胶原、透明质酸、纤维蛋白等天然材质，和聚乳酸、聚己酸内酯等合成材料以及新型复合材料，这些干细胞培养材料具有三维立体多孔结构，有利于细胞的吸附与增殖，并且表面大多附有生长因子有利于细胞的表达，可以与细胞稳定融合。

三、  3D干细胞培养环境的选择

干细胞的3D培养也可以选择搅拌式生物反应器来实现细胞的大量扩增， 因为生物反应器可以自配的PID控制系统能准确地监测细胞的生长环境和细胞生长状态。在细胞进行悬浮培养时，通过搅拌器使培养基内的营养成分充分混合，从而为 3D干细胞的增殖生长提供良好的生长环境。

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