一、国内外细胞生物学教学状况
由于细胞生物学是现代生命科学领域的基础学科，国内外综合性或专门性的教学机构都将细胞生物学教学放在特别重要的地位，教学手段的建设也发展迅速。
细胞生物学课程本身的知识内容多、理论推导复杂，学生平时的学习会遇到理解方面的困难。因此，国外许多教学机构很早就开展了将深奥难懂的理论知识以直观、形象的方式向学生教授的模式探索。随着多媒体技术的兴起，他们制作了许多精美的动画，演示细胞生物学中抽象难懂的内容，例如，细胞分裂、细胞骨架蛋白的组装与去组装、肌肉运动、白细胞运动、细胞衰老等。这些平时没有直观感受的、关于分子细胞生物学方面的抽象内容转换成教学动画素材后，形象地帮助学生去理解相关知识内容，使得他们对生命的奥秘有了深入的理解，并进一步对细胞生物学产生浓厚的兴趣，从而最终投身于生命科学领域的科学研究。从近50年来诺贝尔奖颁布情况来看，接近90%的诺贝尔奖项目与细胞生物学有关，这个情况一方面表明细胞生物学在现代生命科学研究中的重要地位，另一方面也从侧面反映出国外重视细胞生物学的教学，从而培养大批专业基础扎实而富有创新能力的科学研究人才。
国内重点综合性大学也都非常重视细胞生物学的教学与研究，从1950年细胞生物学的正式诞生开始，兰州大学、北京大学就建立了专门的细胞生物学教学与科研机构。目前中山大学、北京大学、中国医科大学、北京师范大学等985、211高校先后建立了细胞生物学教学网站。近年来，根据对国家自然基金项目审批情况的不完全统计与分析，国内这些学校在生命科学领域中所申报成功的项目里细胞生物学所占的比重逐年增高。例如，北京大学承担的生物方面国家自然基金中，近五年来细胞生物学领域有关研究从50%上升到近80%；西北农林科技大学在学校学科发展战略性政策倾斜思想指导下越来越重视细胞领域的研究，近年来国家自然基金获批数量飞速增长，这也与对细胞研究的重视有关。这些国内情况表明，随着细胞生物学的发展，科研工作人员研究水平逐步提高，而大学要培养高水平生命科学领域的科学家，就必须要重视包括细胞生物学在内的三大基础科学的教学与研究，这对高校教师完善科研思维、促进他们的科研发展具有重要作用。
然而，细胞生物学内容繁杂，抽象的地方多，而且新方法、技术、观点层出不穷。这导致学生在学习细胞生物学的过程中有一定的难度。同一个班级，不同学生个体差别很大，特别是传统的、单一进程的输灌式教学方式容易导致学生学起来产生枯燥感，挫伤他们的学习积极性。这样的状况不利于细胞生物学的学习。因此，建立一套立体化教学体系，启发式、探索式的学习也许能让不同层面的学生找到适合自己的路径以便更好地学习[2]。
二、立体化教学理念与实践
立体化教学包括立体化教学资源、立体化教学层次和立体化教学评价，主张综合利用网络平台、多媒体课件等手段循序渐进地传授基本知识，形象而系统地传授抽象的内容，因材施教，对不同个性的学生制定广度和深度不同的个性化教学内容，基于厚基础、重个性”的理念开展立体化培养，对学生的学习与提高、教师的教学与科研都有许多好处[3-5]。
（一）教学资源的立体化
依据教学大纲设置内容合理、多媒体丰富的学习平台，让不同的学生找到适合自己的学习模式[6-7]。全方位、立体化的教学首先在资源上能把细胞生物学抽象的知识形象而生动地呈现给学习者，知识密度大、表现力强，通过将教学内容化静态为动态、化抽象不可见为直观可见、化复杂多变为简洁明了，可以顺利地引导学生突破思维障碍，使原本艰难的教学活动充满魅力，更能有效地激发学生的学习兴趣和欲望。例如，在绪论中引入哈佛大学制作的白细胞在毛细血管内壁滚动和钻入发炎组织部位过程分子细胞生物学机制的动画，让学生体会到不起眼的生命活动现象中原来也有如此多的奥秘，好奇心被激发出来，从而对课程各部分的学习产生浓厚的兴趣。在细胞骨架章节中回顾并详细讲解这段动画，有助于学生形象地理解相关知识，并能够与细胞膜结构和功能、中心法则、蛋白质分选等内容开展知识点之间的立体化联系。又如肌肉运动中的肌丝滑行过程反应步骤多、抽象而复杂，用动画可直观地演示动作电位产生、钙离子释放、钙离子结合、原肌球蛋白位移、ATP分解释放能量、肌动蛋白与肌球蛋白之间的相互运动、钙离子回收等生理过程。原来枯燥、呆板、深奥的科学原理，从多角度、多层面以更真实、更直观、更立体的方式表现出来，更加便于学生对知识的理解和掌握，使艰深的专业知识学习成为一种乐趣。在传统的教学中，教师讲解这些内容面向不同班级的学生要多次反复地在黑板上画图、板书，有时因为内容艰深容易顾此失彼，徒增学生的困惑，而形象生动的动画能大大减轻教师的负担，大大增加课堂内的有效讲授时间，较好地解决学时少、内容多的矛盾。通过教学资源的立体化，向学生提供一个生动而丰富的教学课件与网络平台，对传统教学时间、空间是一种突破，可为学生提供充分的课后学习资源，作为学生补充学习之用，也为学有余力的学生对某些感兴趣的领域自学提供良好的平台和深入思考的空间。
随着高新技术的发展和人们对生物医学认识的不断提高和更新，近年来医学基础研究呈现出飞跃式发展。人们利用不断发展开发的新技术，对人类各种疾病的发生发展进行了深入的研究和探讨。以下就泌尿系肿瘤基础研究的热点及我国存在的问题做一简要介绍。
1干细胞的研究
1.1骨髓间充质干细胞的研究骨髓间充质(mesenchymalstemcells，MSC)是骨髓间质细胞的前体细胞，它与骨髓微环境密切相关。人们已在体外成功分离出MSC，并能诱导分化为骨、软骨、神经细胞等多种其他组织细胞。近年来，MSC在组织工程重建尿路和泌尿系统器官方面的研究层出不穷，主要在先天性畸形、外伤、肿瘤和手术造成的组织缺损等，如尿道、输尿管、睾丸、膀胱等器官的组织工程重建均有研究报道。研究表明MSC可定向分化为膀胱上皮细胞、肌细胞以及新生器官必须的血管内皮细胞和神经细胞。体外实验证明MSC可分化为睾丸生精细胞和具有雄激素分泌功能的细胞。这为泌尿系肿瘤手术切除后组织和器官缺损的替代和功能恢复开拓新的领域。
1.2肿瘤干细胞的研究近年来，成体干细胞成为医学界倍受关注的课题之一。人们对干细胞的认识由造血干细胞的研究开始，后发展到对组织成体干细胞的研究。最近有人提出干细胞与肿瘤发生有关，认为肿瘤细胞中存在少数干细胞样肿瘤细胞，这可能是肿瘤细胞的启始细胞。由此提出了肿瘤干细胞(cancer/tumorstemcells)的新概念。也有人将其称为肿瘤启始细胞(tumorinitiatingcells)。这使人们对干细胞的认识更加深入一步。肿瘤干细胞的研究最早由Bonnet等在1997年研究急性粒细胞白血病发现白血病干细胞，随后涌现出大量的实体瘤干细胞研究。
肿瘤的发生与成体干细胞密切相关，许多肿瘤常起源于干细胞的突变或分化停止。人们同样发现肿瘤细胞与干细胞有着惊人的相似性，二者均具备很强的自我更新能力。MaryHendrix发现转移的肿瘤细胞在很多方面与干细胞相似，除了表面分子标志相似外，还具有干细胞的多能性。随着肿瘤干细胞被人们逐渐认识后，大量的实体肿瘤干细胞的研究相继问世，包括乳腺癌、脑肿瘤、骨肿瘤等研究。最近，国内有膀胱癌、前列腺癌肿瘤干细胞研究的课题在进行中。肿瘤干细胞的研究将可能进一步揭示肿瘤的生物学行为，可以更好地指导肿瘤治疗，选择性的杀伤肿瘤干细胞从而切断肿瘤的起源，可能在预防肿瘤复发和转移方面有重要的意义，也可以通过检测肿瘤干细胞的特殊或特异的分子标记物早期诊断肿瘤，评价治疗效果和评估预后。
2细胞凋亡与肿瘤
大量的研究充分证明了肿瘤发生发展与细胞凋亡状态密切相关。细胞的程序死亡(凋亡)受到抑制时细胞大量增殖，使肿瘤发生、发展、复发，也可使肿瘤产生化疗耐药。细胞凋亡有两个主要的调节通路：一是bcl2/bax等凋亡相关蛋白的调节使细胞色素C释放，然后活化凋亡效应蛋白caspase9、caspase3、PARP，最终使DNA断裂细胞凋亡；另一个是Fas与细胞表面的FasL作用，激活了caspase8、caspase3、PPAR等使细胞发生凋亡。在细胞凋亡的过程中这些效应蛋白caspases起着关键作用。而这些凋亡效应蛋白受一组凋亡抑制蛋白(inhibitorsofapoptosis，IAPs)的调控。LIVIN和XIAP基因是新近发现的凋亡抑制蛋白家族新成员，可抑制凋亡效应蛋白caspase3，7，9等的活化，使细胞逃避凋亡。近几年国内外研究发现LIVIN和XIAP在膀胱癌组织中高表达，提示可能与膀胱癌发生、发展和复发相关。将XIAP基因转入膀胱癌细胞T24可使细胞凋亡受到抑制，细胞增殖活性增强。这些研究均表明凋亡抑制蛋白与移行细胞癌的发生和复发有着不可分割的联系。
大多数化疗药物是通过使细胞凋亡而发挥抗癌作用的。XIAP高表达的膀胱癌显示了对化疗药物的耐药性，是因为XIAP使肿瘤细胞凋亡受到抑制而产生抗药作用。在肾癌的研究中发现MDR1、GSTπ、topoⅡ等基因高表达是肾癌显示了强的抗化疗作用。针对泌尿系肿瘤化疗耐药的研究结果，大量的逆转耐药的研究也在展开，通过各种分子生物学手段阻断不同耐药基因或凋亡抑制蛋白的表达，在体外实验和动物实验中获得了明显的逆转耐药的作用。但是MDR(multidrugresistance)机制是一个极其复杂的过程，它通过不同的传导通路中多个基因的相互作用。因此，单一机制的研究远不能解决肿瘤耐药的问题，肿瘤耐药研究的展望包括：①多因素耐药的相互作用机制；②细胞凋亡和凋亡抑制与化疗耐药机制的研究。
细胞凋亡与肿瘤的发生、发展、复发和化疗耐药密切相关，深入研究细胞凋亡将可能阐明肿瘤发生、发展和耐药机制，也将是解决临床实际问题的基础。
3血管生成与肿瘤
新生血管的形成是肿瘤生长的基本条件。早在1863年，Virchow就注意到肿瘤组织中血管绝对数急剧增加，1945年Algire提出了肿瘤新生血管(neovascularization)的新概念。研究提示肿瘤生长分为两个时期：①血管形成前期，癌细胞的营养供应主要依靠周围组织的弥散作用；②血管期，当癌组织＞2-3mm或癌细胞数＞107时，肿瘤内出现新生血管。肿瘤细胞分泌多种促血管生成因子(VEGF，TGF，PDGF等)，它们促进内皮细胞迁移并形成新生血管。肿瘤血管为肿瘤细胞提供营养，同时为肿瘤转移提供了途径。肿瘤血管形成机制及通过阻断肿瘤血管进行防癌、治癌在几乎所有肿瘤研究中均有大量报道，包括肾癌、膀胱癌、前列腺癌等，其中对肾癌的研究具有突破性进展。VEGF在肿瘤血管形成中起到关键作用，人们针对VEGF传导通路已经研制出多个分子靶向治疗药物，包括单靶点药物和多靶点药物，其中多靶点药物Sorafinib和Sunitinib于2005年和2006年先后被美国FDA批准治疗晚期肾癌。这些药物显示了较好的临床治疗效果。在研究中人们先后发现了多个肿瘤血管生成的抑制因子，包括血管生成抑制素(angiostatin，AS)和内皮抑素(endostatin，ES)等，AS可作用于血管内皮细胞使其发生凋亡，ES可抑制内皮细胞迁移并促进其凋亡。
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4肿瘤标记物的研究
肿瘤标记物是在某一肿瘤特异性表达或分泌(或释放)，在其他肿瘤组织或正常组织不表达或低表达(低分泌或释放)的分子，即分子标记物(molecularmarker)或生物标记物(biomarker)。根据其临床功能可将肿瘤生物标记物分为：①肿瘤诊断，用于肿瘤早期诊断或治疗后的随访，肿瘤复发的早期诊断；②预后判断，用于判断肿瘤手术或治疗后无疾病生存或无进展生存；③化疗、放疗敏感性判断。肿瘤生物标记物的取材包括组织、血液、尿液、腹水和其他体液。泌尿系肿瘤生物标记物以膀胱癌、前列腺癌、睾丸癌等的研究最为广泛和深入。
PSA是近20余年来前列腺癌诊断中的主要肿瘤标记物，用于前列腺癌的筛查、诊断、预后判断和随访。但由于PSA的特异性和敏感性较低，因此人们不断寻找更具有特异性和敏感性的标记物。PCA3是前列腺癌特异表达的基因，检测血PCA3mRNA特异性高于血PSA。最近研究发现检测尿PCA3/PSAmRNA(前列腺按摩后第一次尿)的特异性和敏感性明显高于血PSA，其诊断前列腺癌的特异性为76%-82%，敏感性为50%-63%，而同一组患者血PSA特异性仅为22%-42%(2006年AUA资料)。早期前列腺癌抗原(earlyprostatecancerantigen，EPCA)在前列腺癌特异表达，其前列腺癌诊断敏感性达80%，特异性84%。EPCA有EPCA2.19和EPCA2.22两个亚型。EPCA2.19的界值为0.5ng/mL时，前列腺癌诊断敏感性为93%，特异性100%；EPCA2.22的界值为30ng/mL时，前列腺癌诊断敏感性为96%，特异性100%。同一组患者PSA的特异性仅为37%。EPCA2.22有助于区分局限性和非局限性前列腺癌。RM2抗原表达于前列腺癌细胞和间质，前列腺癌时有大量的RM2释放入血，因此检测血RM2有助于前列腺癌的诊断，尤其是PSA
膀胱癌的诊断和随访多年来依靠尿细胞学。尿细胞学的特异性很高(96%-100%)，但敏感性较低(38%-54%)。近年来人们从尿中找到了许多尿路上皮癌的生物标记物，如BTA在膀胱癌诊断特异性为92%，敏感性100%；NMP22的特异性77%-87%，敏感性为85%-91%；Telomerase的特异性95%，敏感性80%。此外，还有ImmunoCyt/uCyt+、solubleFas、Survivin、MMP2、MMP9、Cox2、CD24等对尿路上皮癌的诊断均有一定特异性和敏感性。其中BTA、NMP22和ImmunoCyt/uCyt+已被FDA批准作为尿路上皮癌的临床应用。研究发现膀胱癌组织中高表达XIAP、MDR1等与化疗耐药密切相关，这对于判断膀胱癌化疗耐药或逆转耐药的研究奠定了基础。对于尿路上皮癌，这些生物标记物取代尿细胞学而应用于临床，仍有待于提高它们的特异性或寻找更具有尿路上皮癌特异性的生物标记物。
5我国在泌尿系肿瘤基础研究中存在的问题
医学基础研究在中国与美国和欧洲相比有着一定的差距，包括在泌尿系肿瘤的基础研究。归纳起来，在我国基础研究还存在以下几个问题：
5.1缺乏系统性和连续性医学基础研究是根据某种生物现象或临床出现的问题进行探索，研究其发生的原因和过程，并解决问题，即所谓“还原因果”。解决某个生物现象或临床问题需要连续不断的系统性研究，单纯追求时髦或盲炒热点，“打一枪换一个地方”不仅不能“还原因果”，解决实际问题，反而造成极大的浪费。因此，一个好的实验室或一个好的课题组的研究方向应该高度集中，研究内容具有系统性和连续性。
5.2缺乏创新性科学技术的发展日新月异，许多创新性的研究不断涌现。但是，通过国内许多申请的科研项目和发表的大量文章来看，存在着对创新性的认识偏差：①认为别人没有做过的科研工作就是创新性的工作。创新性的科学研究应该是不仅具有新颖性(即他人没有做过的工作)，更重要的是具有突破性的思想和工作；②移植工作。认为在其他肿瘤中研究过，但在某一肿瘤中没人做过。这种情况如果对某一肿瘤具有独特的相关性，可能会得到突破性结果，但绝大多数情况属于重复工作。
5.3重复工作设计一个科研项目需要充分了解国内国际在该领域的研究现状，设计出具有创新性课题，避免重复工作。在中国因条件限制医学基础研究多年来落后于美国和欧洲，多数情况下属于追随科学。另外，因急于发表文章，急于求成或为发表文章而做科研，极易造成重复研究。在中国许多实验室虽然资金投入和设备条件不及欧美国家，但在中国具有大量的研究资源和人种地区的特点。从追随科学到自创科学是我们努力的方向。
5.4研究方法单一表现在通过单一研究方法(如免疫组化或原位杂交等)所得结果得出某一结论，这种情况往往是不完全或偏差的结果，也不符合科学的严谨性。研究和解释某一现象，如某一基因表达高或低，或表达改变导致下游传导通路改变和最终的生物现象的改变，应该在不同的分子水平如DNA、RNA、蛋白等水平分别研究，通过多种途径和方法证明这一现象。
5.5单纯追求新方法和技术目前存在某种偏差的认识，认为应用了新技术和方法(如siRNA、蛋白组分析、干细胞技术等)就能申请到科研项目和在好的杂志发表文章。方法和技术是为科学研究服务的工具，人们不断地研究开发新技术和新方法目的是为了更好地服务于科学研究。利用新技术和方法能更好的得到我们想要的研究结果是最终目的。
【关键词】生物制药；动物细胞培养；应用
一、动物细胞的特点及生长特性
动物细胞虽可像微生物细胞一样，在人工控制条件的生物反应器中进行大规模培养，但其细胞结构和培养特性与微生物细胞相比，有显著差别：①动物细胞比微生物细胞大得多，无细胞壁，机械强度低，对剪切力敏感，适应环境能力差；②倍增时间长，生长缓慢，易受微生物污染，培养时须用抗生素；③培养过程需氧量少;④培养过程中细胞相互粘连以集群形式存在；⑤原代培养细胞一般繁殖50代即退化死亡；⑥代谢产物具有生物活性，生产成本高，但附加值也高。
二、动物细胞大规模培养技术的发展
动物细胞大规模培养技术生产大分子的生物制品起始于20世纪60年代，当时是为了满足生产疫苗的需要。后来随着大规模培养技术的逐渐成熟和转基因技术的发展与应用，人们发现利用动物细胞大规模培养技术来生产大分子药用蛋白质比原核细胞表达系统更有优越性。因为重组DNA技术修饰过的动物细胞能够正常地加工、折叠、糖基化、转运、组装和分泌由插入的外源基因所编码的蛋白质，而细菌系统的表达产物则常以没有活性的包含体形式存在。随着大量永生性细胞株的创建，在商业利益的刺激下，动物细胞大规模培养技术也迅速发展起来，并被应用到生产实际。
动物细胞培养主要用于生产激素、疫苗、单克隆抗体、酶、多肽等功能性蛋白质，以及皮肤、血管、心脏、大脑、肝、肾、肠等组织器官。它在医药工业和医学工程的发展中占重要地位。大规模动物细胞培养生产药物产品将是生物制药领域的一个很重要的方面，具有重大的经济效益和社会效益。生物技术在过去10年有显著增长，并继续快速发展，今后几十年内还将有更多的蛋白质、抗体、多肽类药物由动物细胞培养来生产。随着生物技术的进一步发展，开发的动物细胞生产生物制品的种类的增多及产品周期短、安全高等优点，利用动物细胞进行大规模生产生物制品凸显其优越性的发展越来越快。
三、大规模细胞培养技术的应用
近几年来，已把巨大的人力和资金投入到开发大规模细胞培养技术上，将能加快发展步伐，进一步应用遗传修饰的哺乳动物细胞生产单克隆抗体和其他精细的糖蛋白。获得有药物作用的蛋白质是十分复杂的过程，要求分子有精确的折叠和糖基化，这些要求在细菌和酵母体内却难以得到满足。然而，采用杂交瘤和重组DNA技术往往可以使动物细胞产生和分泌出一定数量的有用蛋白质。大规模的动物细胞培养在药物产品的生产方面具有重大的价值。
1.疫苗
在疫苗产业早期，往往利用动物来生产疫苗，如用家兔人工感染狂犬病毒生产狂犬疫苗，用奶牛来生产天花疫苗，用某些细菌接种到动物身上来生产抵抗该种细菌的疫苗。早在20世纪50年代，已经能够利用动物细胞培养技术生产病毒。先在反应器中大规模培养动物细胞，待细胞长到一定密度后．接种病毒，病毒利用培养的细胞进行复制，从而生产大量的病毒。这一突破是动物细胞工程的真正开始。
虽然动物细胞培养技术发展迅速，大大降低了实验动物的用量，提高厂生产效率，但由于原代细胞增殖能力有限，一般只能通过简单增加动物的数量来增加产量。而使用具有无限增殖潜力的细胞系，则使疫苗的生产得到飞跃式的进展。某些来自人体或动物体内的细胞，在一定条件下的体外培养后，可以获得无限增殖的潜力，用它们来生产疫苗可以大大降低实验动物的用量。更为重要的是，用动物细胞体外大规模培养技术生产的疫苗可以保证质量，因为所用的细胞性质均一，经过严格的安全检验，克服了动物个体间的差异造成的疫苗质量不稳定的问题，并且大大降低了来自动物的病原体传染使用者的可能性。用类似的细胞培养技术可生产酶、细胞因子、抗体等生物制品，其先决条件是能够获得可分泌目标蛋白的细胞系。但是，在基因工程技术出现之前，细胞表达蛋白的水平很低，因而用这种工艺生产蛋白制品产量低、成本高，因此早期的动物细胞技术只用于疫苗及少量的干扰素和尿激酶的生产。基因重组技术和杂交瘤技术大大促进了动物细胞技术的进步及其在工业领域的应用，使动物细胞大规模培养技术在生产疫苗中越来越重要。
传统上一直把细胞培养产物用于人类和牲畜的病毒疫苗，这些疫苗至今己被大规模应用。口蹄疫疫苗是大规模动物细胞培养方法生产的主要产品之一。1983年，英国Wellcome公司就已能够利用动物细胞进行大规模培养生产口蹄疫疫苗。美国Genentech公司应用SV40为载体，将乙型肝炎病毒表面抗原基因插入哺乳动物细胞内进行高效表达，已生产出乙型肝炎疫苗。
2.单克隆抗体
单克隆抗体在体外诊断、体内造影、人和家畜的治疗以及工业上的应用日益广泛，需要量可达数百克。有些系统的单克隆抗体的需要量在今后几年内将迅速增加到几公斤的数量级。为此，迫切需要更有效的生产方法。采用传统方法(小鼠或大鼠的腹水瘤培养法)生产单克隆抗体，已不能适应实际需要。应用大规模细胞培养系统生产各种不同的单克隆抗体是经济可靠的方法。如英国Celltech公司采用10100和10001自动气升式培养系统，培养各种生产单克隆抗体的小鼠、大鼠和人的细胞株，生产各种单克隆抗体的产品。到目前为止，已成功地在1000L培养系统中，采用无血清培养液生产优质的单克隆抗体。其他一些国家先后制备成测定血和尿中的各种激素、特殊蛋白质、血型、各种药物、诊断细菌性或病毒性病原等的单克隆抗体诊断试剂盒。
3.基因重组产品
目前已认识到在不久将来用常规的微生物学方法不能实现遗传工程的效益，人们对大规模细胞培养的兴趣愈来愈大。动物细胞能精确地转译和加工较大或更复杂的克隆蛋白质。此外，动物细胞还可以把人们所需的蛋白质分泌到培养液内，而从培养液分离蛋白质要比细胞匀浆更为容易。除了单克隆抗体外，现在人们最感兴趣的蛋白质是组织型的血纤蛋白溶酶原激剂(t%26mdash;PA)，以及其他的重组分子。利用动物细胞培养方式进行大量生产，如免疫珠蛋白G、A和M，尿激酶，人生长激素，乙型肝炎表面抗原等产品均由美国Endotronic公司用Acusyst%26mdash;P型中空纤维培养系统进行生产。
参考文献
[1]林世康,胡云龙,施国民.动物细胞无血清培养基的应用及研究进展[J].细胞生物学杂志,2000年03期