传染性疾病一直以来都是人类健康面临的重大威胁。随着全球化的加剧和人口流动的增加，传染病的传播速度和范围也在不断扩大。从传统的流感、狂犬病毒到新兴的冠状病毒，各种传染性疾病给人类社会带来了巨大的挑战。疫苗预防是很多传染病治理的关键。而疫苗的效力、产量、价格、安全性等方面则决定着疫苗的应用结果。
以狂犬病为例，中国是一个人口众多的国家，每年有数百万例动物咬伤病例，狂犬病的潜在感染风险较高，而狂犬病一旦发作，病死率高达100%。因此，有必要探索和开发一种安全、有效、廉价、高产的狂犬病疫苗。中国人用狂犬病疫苗从100年前年产20~50人份到2022年年产2000万人份离不开其生产技术的不断发展。而制备狂犬病疫苗的一个重要方法是通过培养Vero细胞来生产。Vero细胞被WHO认可并推荐为疫苗生产用细胞基质，其优势在于易传代增殖、可在生物反应器中大规模扩增、能模式化培养和在限定代次内细胞特性保持稳定。
传统的生产模式是通过转瓶培养Vero细胞，进行规模化生产，但其存在相对表面积小、劳动强度大、占用空间多等技术瓶颈，且很难保证疫苗的质量和一致性。而采用微载体生物反应器来培养Vero细胞制备疫苗则有更大产量，更小批次间差异，更多的病毒抗原收获、劳动强度小、占用空间少等优势。
微载体是一种直径在60~250μm的微小颗粒，通常由天然葡聚糖或各种合成聚合物组成，它们能够作为载体，使贴壁依赖性细胞在其表面附着生长。微载体为贴壁细胞提供了更大的适合细胞贴附生长的表面积，在相同细胞密度和产量下，大大减少培养空间，节省劳动力和成本。重要的是，微载体技术实现了一个可能实际放大的均一培养系统，与转瓶培养相比有很大优势，能提高生产规模、产品质量和劳动效率。
微载体可以作为药物的载体，用于改善药物的稳定性、生物利用度和靶向性。通过微载体，药物可以更有效地运输到目标组织或细胞中，从而降低剂量、减少副作用，并提高治疗效果。例如，纳米颗粒作为一种常见的微载体，在肿瘤治疗中被广泛研究和应用，可以实现肿瘤特异性的药物释放，提高药物的局部浓度，同时减少对健康组织的损伤。
微载体也被用作疫苗的传递系统，用于提高疫苗的免疫原性和稳定性。例如，纳米颗粒、脂质体等微载体可以包裹疫苗抗原，增强其免疫原性，并提高疫苗的稳定性和保存时间。这些微载体可以通过不同的途径（如注射、喷雾等）输送到人体内，激发免疫系统产生保护性免疫应答，从而预防疾病。
微载体还可以用于诊断与成像，例如纳米粒子可以作为对比剂用于增强MRI、CT等成像技术的对比度，从而提高医学影像的清晰度和敏感性。此外，纳米粒子还可以标记生物分子（如抗体、核酸等），用于诊断疾病、监测治疗效果等（图2）。
中国疾病预防控制中心病毒病预防控制所相关团队在Human Vaccines & Immunotherapeutics上发表论文"Production and evaluation of a chromatographically purified Vero cell rabies vaccine (PVRV) in China using microcarrier technology"（图2）。其研究显示，该团队成功通过微载体灌注生物反应器培养Vero细胞制备出成本低、产量高、批次稳定、安全性好的狂犬病病毒疫苗。
图2 发表在Human Vaccines & Immunotherapeutics期刊上的论文Production and evaluation of a chromatographically purified Vero cell rabies vaccine (PVRV) in China using microcarrier technology
该研究采用微载体生物反应器可连续灌注培养Vero细胞，其培养的Vero细胞密度可达1.2-1.5x107/mL，接种的病毒可持续收获18-22天（表1），生物反应器能够始终维持细胞生长的营养环境，从而避免高密度细胞代谢导致的产物积累。
表1 比较不同体积微载体之间的细胞密度、病毒滴度和收获时间
整个过程采用了完全封闭的管道生产工艺和自动化监测技术，以减少劳动力投入和简化人工过程，并与其他细胞培养方法生产的疫苗相比，显著降低了成本。其所得疫苗的免疫效力为≥4.5 IU/ml。还对疫苗的安全性和免疫原性进行了评估。所有接种该疫苗的受试者均未出现严重的局部或全身不良反应。血清中和抗体对狂犬病毒的阳性转化率均达到100%。在测试组（接种本研究所研发的疫苗）和对照组（接种维尔博狂犬疫苗）接种后14天和45天，两组的抗体平均滴度没有发现显著差异，说明其疫苗效力与通用疫苗维尔博狂犬疫苗效力相近（表2）。
表2 接种疫苗后，试验组和对照组之间的抗体转化率和几何平均滴度（GMT）的比较
另外，在安全性方面， 在免疫接种后 30 分钟、4、24、48 和 72 小时密切观察志愿者的局部和全身不良反应。结果显示没有出现直接反应。局部反应主要发生在注射第1剂和第2剂后，注射第 3 剂后很少出现局部反应，注射第 4 和第 5 剂后则无反应。局部反应表现为接种部位瘙痒和疼痛。试验组的局部反应率为 0.65%，对照组为 0.43%；两组之间无明显差异（χ2=0.6054; p > 0.05). 对两组患者全身反应的观察显示，少数人出现一过性发热（37.1-38.6°C），但未观察到严重的全身不反应。所有出现不良反应的受试者均未接受医疗干预（表3）。
应用微载体生物反应器培养动物细胞的生产工艺兼具贴壁培养和悬浮培养技术的优点，气体、热量及营养物质传递均匀，培养环境稳定，生产过程易于控制，可实现动物细胞大规模高密度培养。该工艺培养的动物细胞所制备的疫苗成本低、产量高、批次稳定，与庞大的疫苗市场需求相适应，使得更多人可以接种更廉价、更优质的疫苗产品。
尽管微载体培养细胞及制备疫苗展现出巨大的应用潜力，但是在实际生产和应用中仍面临一些挑战。这包括培养过程中应用的血清成分等可能造成不利于下游产物的纯化、可能对细胞造成毒性及含有潜在的病原污染等情况。这些问题的解决还需在以后的研究中进一步研究和探讨。
1.原文文章：Production and evaluation of a chromatographically purified Vero cell rabies vaccine (PVRV) in China using microcarrier technology
2.文章作者：Pengcheng Yu,1,† Ying Huang, 1,† Yibin Zhang2, Qing Tang1,* and Guodong Liang1
3.文章链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22894963/
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美国FDA CDER DMF备案：038392
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