生物反應(yīng)器在植物細(xì)胞或組織培養(yǎng)獲取藥用化合物睡茄內(nèi)酯上的應(yīng)用

生物反應(yīng)器多數(shù)用來(lái)進(jìn)行動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)，在生物制藥行業(yè)中被廣泛應(yīng)用，近年來(lái)，通過(guò)使用生物反應(yīng)器進(jìn)行植物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)生產(chǎn)次代物藥物技術(shù)也日趨成熟。

植物所產(chǎn)生的次生代謝物，可用于多種應(yīng)用，例如藥物、生物農(nóng)藥、香精、香料、色素和食品添加劑。目前，這些產(chǎn)品已經(jīng)從生長(zhǎng)在野生或栽培來(lái)源的植物中獲得。對(duì)大量整株植物的利用提出了一個(gè)主要問(wèn)題，即它可以最大限度地減少當(dāng)?shù)刂参锓N群并侵蝕它們的遺傳多樣性。此外，在野外生長(zhǎng)的植物會(huì)受到各種氣候和環(huán)境變化的影響，這些變化會(huì)導(dǎo)致它們的化學(xué)成分發(fā)生變化。近年來(lái)，人們對(duì)使用藥用植物和藥用植物產(chǎn)品作為合成生產(chǎn)藥物的替代品來(lái)預(yù)防和治療疾病的興趣重新產(chǎn)生了興趣。

植物細(xì)胞培養(yǎng)，組織培養(yǎng)被認(rèn)為是傳統(tǒng)植物提取的較佳選擇，可全年獲得有價(jià)值的化學(xué)物質(zhì)。特別是，植物細(xì)胞懸浮培養(yǎng)提供了一個(gè)濃縮的生物合成循環(huán)，可以在很短的培養(yǎng)時(shí)間內(nèi)（大約 2-4 周）研究生長(zhǎng)和生產(chǎn)動(dòng)力學(xué)，并具有可調(diào)節(jié)性的額外優(yōu)勢(shì)，可以幫助實(shí)施最佳條件以生產(chǎn)許多高大量有價(jià)值的藥用化合物。

催眠睡茄（茄科）的藥用重要性主要是因?yàn)榇嬖阽摅w內(nèi)酯，即“睡茄內(nèi)酯”。藥學(xué)上重要的化合物是 withanolide A、withanolide B、withaferin A、withanone（主要成分）和 12-脫氧 withastramonolide、withanoside IV 和 withanoside V（次要成分）。每種 withanolide 都具有廣泛的治療價(jià)值。例如，withanolide A 被認(rèn)為是神經(jīng)退行性疾病和增強(qiáng)體液和細(xì)胞介導(dǎo)的 Th1 免疫的良好候選藥物.   
睡茄內(nèi)酯的藥理分析
睡茄內(nèi)酯中的Withaferin A 通過(guò) ROS 產(chǎn)生介導(dǎo)調(diào)節(jié)內(nèi)在和外在細(xì)胞凋亡信號(hào)級(jí)聯(lián)以及消除 NF-kB 功能、抗血小板活性、抗炎、心血管保護(hù)、抗癌、抗氧化活性來(lái)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡除了強(qiáng)抗血管生成和抗轉(zhuǎn)移。Withanolide B、withaferin A 和 withanone 在生理和代謝恢復(fù)、抗關(guān)節(jié)炎、抗衰老、抗癌、改善老年?duì)顟B(tài)的認(rèn)知功能和神經(jīng)退行性疾病的恢復(fù)方面具有顯著的活性。

根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)印度生產(chǎn)茄子內(nèi)酯所需的干燥植物材料約為 9, 127 噸，而年產(chǎn)量約為 5, 905 噸。茯苓內(nèi)酯生物合成的一個(gè)主要瓶頸取決于植物的組織類型和自然棲息地的生長(zhǎng)條件，因?yàn)閺V泛的商業(yè)產(chǎn)品完全來(lái)自田間種植的植物。這也導(dǎo)致了Withania制劑的成分標(biāo)準(zhǔn)化及其商業(yè)開(kāi)發(fā)的困難。睡茄的傳統(tǒng)栽培關(guān)于茯苓內(nèi)酯類藥物的制備受到一系列問(wèn)題的限制，例如生物和非生物環(huán)境因素、生物活性成分合成的不可預(yù)測(cè)性以及植物化學(xué)分析的純度和標(biāo)準(zhǔn)化植物原料的缺乏。此外，這些方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，無(wú)法滿足當(dāng)前南非睡茄的市場(chǎng)國(guó)際化需求。在國(guó)際層面，對(duì)睡茄內(nèi)酯的需求量不斷增加。

植物細(xì)胞、組織和器官培養(yǎng)系統(tǒng)為具有治療價(jià)值的次級(jí)代謝物生產(chǎn)提供了替代平臺(tái)。相關(guān)研究已證實(shí)用植物生物反應(yīng)器進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)來(lái)生產(chǎn)大量植物衍生代謝物是可行的。

體外植物細(xì)胞懸浮培養(yǎng)有助于在工業(yè)生物反應(yīng)器中大規(guī)模生產(chǎn)精細(xì)化學(xué)品以及研究細(xì)胞和分子過(guò)程，因?yàn)樗�提供了�?jiǎn)化模型系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，用于在受控環(huán)境下研究鹽在細(xì)胞水平上的生理效應(yīng)以及重金屬脅迫對(duì)培養(yǎng)細(xì)胞生長(zhǎng)、酶活性和生化參數(shù)改變的影響. 細(xì)胞懸浮培養(yǎng)含有相對(duì)均一的細(xì)胞群，可以快速和均勻地獲取細(xì)胞中的營(yíng)養(yǎng)、前體、生長(zhǎng)激素和信號(hào)化合物。

然而，植物細(xì)胞培養(yǎng)物的商業(yè)利用取得了有限的成功，并且僅限于少數(shù)次生代謝物。產(chǎn)品產(chǎn)量低或沒(méi)有產(chǎn)品產(chǎn)量、生物合成不穩(wěn)定性和難以擴(kuò)大規(guī)模是細(xì)胞培養(yǎng)物中次級(jí)代謝物不可預(yù)見(jiàn)的商業(yè)回收的一些主要原因。為了解決這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)高產(chǎn)細(xì)胞系的篩選和選擇、培養(yǎng)基優(yōu)化、誘導(dǎo)、前體補(bǔ)料、原位產(chǎn)物去除和固定化來(lái)提升植物細(xì)胞培養(yǎng)物中次生代謝物的比例。 

使用植物細(xì)胞或組織培養(yǎng)獲取次生代謝物藥物的主要方法有兩種：
1.前體補(bǔ)料法：
前體補(bǔ)料是過(guò)表達(dá)參與生物合成途徑的基因的新技術(shù)之一。在W. somnifera的情況下，withanolides 通過(guò)兩種不同的途徑生物合成，即甲羥戊酸途徑和非甲羥戊酸途徑。在 withanolides 代謝途徑中，膽固醇、甲羥戊酸和角鯊烯是中間前體。已顯示在代謝途徑中喂食前體可增加懸浮培養(yǎng)產(chǎn)生的化合物量。
2.誘導(dǎo)增產(chǎn)法：
誘導(dǎo)也是提高細(xì)胞和器官培養(yǎng)中次生代謝產(chǎn)物產(chǎn)生的有效方法之一。研究機(jī)構(gòu)研究了多種生物和非生物誘導(dǎo)劑，以提高睡茄的多個(gè)枝條、不定根和毛根培養(yǎng)物中主要和次要的茄內(nèi)酯的產(chǎn)生，并建立了許多有效的生物和非生物誘導(dǎo)劑。此外，與睡茄的田間種植植物相比，通過(guò)細(xì)胞懸浮培養(yǎng)的細(xì)胞獲得了較高的生物量積累和 withanolides 。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)生物反應(yīng)器內(nèi)環(huán)境中的生長(zhǎng)素、細(xì)胞分裂素、攪拌速度、氮源、碳源和海藻提取物對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)及次生代謝物產(chǎn)量均有影響。