生物反應器多數用來進行動物細胞培養(yǎng)，在生物制藥行業(yè)中被廣泛應用，近年來，通過使用生物反應器進行植物細胞大規(guī)模培養(yǎng)生產次代物藥物技術也日趨成熟。

        植物所產生的次生代謝物，可用于多種應用，例如藥物、生物農藥、香精、香料、色素和食品添加劑。目前，這些產品已經從生長在野生或栽培來源的植物中獲得。對大量整株植物的利用提出了一個主要問題，即它可以最大限度地減少當地植物種群并侵蝕它們的遺傳多樣性。此外，在野外生長的植物會受到各種氣候和環(huán)境變化的影響，這些變化會導致它們的化學成分發(fā)生變化。近年來，人們對使用藥用植物和藥用植物產品作為合成生產藥物的替代品來預防和治療疾病的興趣重新產生了興趣。

植物細胞培養(yǎng)，組織培養(yǎng)被認為是傳統(tǒng)植物提取的較佳選擇，可全年獲得有價值的化學物質。特別是，植物細胞懸浮培養(yǎng)提供了一個濃縮的生物合成循環(huán)，可以在很短的培養(yǎng)時間內（大約 2-4 周）研究生長和生產動力學，并具有可調節(jié)性的額外優(yōu)勢，可以幫助實施最佳條件以生產許多高大量有價值的藥用化合物。

     催眠睡茄（茄科）的藥用重要性主要是因為存在甾體內酯，即“睡茄內酯”。藥學上重要的化合物是 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值。例如，withanolide A 被認為是神經退行性疾病和增強體液和細胞介導的 Th1 免疫的良好候選藥物. 

睡茄內酯的藥理分析

睡茄內酯中的Withaferin A 通過 ROS 產生介導調節(jié)內在和外在細胞凋亡信號級聯(lián)以及消除 NF-kB 功能、抗血小板活性、抗炎、心血管保護、抗癌、抗氧化活性來誘導細胞凋亡除了強抗血管生成和抗轉移。Withanolide B、withaferin A 和 withanone 在生理和代謝恢復、抗關節(jié)炎、抗衰老、抗癌、改善老年狀態(tài)的認知功能和神經退行性疾病的恢復方面具有顯著的活性。

      根據數據統(tǒng)計印度生產茄子內酯所需的干燥植物材料約為 9, 127 噸，而年產量約為 5, 905 噸。茯苓內酯生物合成的一個主要瓶頸取決于植物的組織類型和自然棲息地的生長條件，因為廣泛的商業(yè)產品完全來自田間種植的植物。這也導致了Withania制劑的成分標準化及其商業(yè)開發(fā)的困難。睡茄的傳統(tǒng)栽培關于茯苓內酯類藥物的制備受到一系列問題的限制，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測性以及植物化學分析的純度和標準化植物原料的缺乏。此外，這些方法費時費力，無法滿足當前南非睡茄的市場國際化需求。在國際層面，對睡茄內酯的需求量不斷增加。

     植物細胞、組織和器官培養(yǎng)系統(tǒng)為具有治療價值的次級代謝物生產提供了替代平臺。相關研究已證實用植物生物反應器進行細胞培養(yǎng)來生產大量植物衍生代謝物是可行的。

體外植物細胞懸浮培養(yǎng)有助于在工業(yè)生物反應器中大規(guī)模生產精細化學品以及研究細胞和分子過程，因為它提供了簡化模型系統(tǒng)的優(yōu)勢，用于在受控環(huán)境下研究鹽在細胞水平上的生理效應以及重金屬脅迫對培養(yǎng)細胞生長、酶活性和生化參數改變的影響. 細胞懸浮培養(yǎng)含有相對均一的細胞群，可以快速和均勻地獲取細胞中的營養(yǎng)、前體、生長激素和信號化合物。

     然而，植物細胞培養(yǎng)物的商業(yè)利用取得了有限的成功，并且僅限于少數次生代謝物。產品產量低或沒有產品產量、生物合成不穩(wěn)定性和難以擴大規(guī)模是細胞培養(yǎng)物中次級代謝物不可預見的商業(yè)回收的一些主要原因。為了解決這個問題，通過高產細胞系的篩選和選擇、培養(yǎng)基優(yōu)化、誘導、前體補料、原位產物去除和固定化來提升植物細胞培養(yǎng)物中次生代謝物的比例。 

使用植物細胞或組織培養(yǎng)獲取次生代謝物藥物的主要方法有兩種：

1.前體補料法：

前體補料是過表達參與生物合成途徑的基因的新技術之一。在W. somnifera的情況下，withanolides 通過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)產生的化合物量。

2.誘導增產法：

誘導也是提高細胞和器官培養(yǎng)中次生代謝產物產生的有效方法之一。研究機構研究了多種生物和非生物誘導劑，以提高睡茄的多個枝條、不定根和毛根培養(yǎng)物中主要和次要的茄內酯的產生，并建立了許多有效的生物和非生物誘導劑。此外，與睡茄的田間種植植物相比，通過細胞懸浮培養(yǎng)的細胞獲得了較高的生物量積累和 withanolides 。實驗研究發(fā)現(xiàn)生物反應器內環(huán)境中的生長素、細胞分裂素、攪拌速度、氮源、碳源和海藻提取物對細胞生長及次生代謝物產量均有影響。

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