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关键词:哺乳动物细胞;培养制备;充足蛋白质药物;进展分析
1 前言
在近年生物制药发展中,利用哺乳动物细胞培养制备充足蛋白质已经成为了重要的发展方向。研究表明,哺乳动物细胞培养制备的蛋白质,无论是在制备质量上,还是在蛋白质含量上,都达到了药用标准,并且在性能上也与天然蛋白质较为接近。基于这一优势和特点,关于哺乳动物细胞制备充足蛋白质药物的研究得到了有效开展,并取得了积极的研究效果。结合目前关于哺乳动物细胞培养制备充足蛋白质药物的现状,该研究在重组细胞系、重组表达载体和生物制备过程中取得了积极进展。
2 哺乳动物细胞制备充足蛋白质药物在重组细胞系中取得的进展
COS细胞曾是进行外源基因表达研究中用途最广的宿主,但由于其严重的贴壁作用,限制了大规模悬浮培养的实际应用。目前哺乳动物细胞生产重组蛋白中,常用的细胞系有CHO和HEK293两大类细胞。CHO是目前生物工程上广泛使用的细胞。该细胞属于成纤维细胞,本身很少分泌内源蛋白,因此对目标蛋白分离纯化工作十分有利,是表达复杂生物大分子的理想宿主。工业生产上应用较多的是CHO-K1细胞及CHO/dhfr-细胞,被广泛地用于重组DNA蛋白的稳定表达生产。HEK293细胞是转染腺病毒E1A基因的人肾上皮细胞系,它易于转染,是一个很常用的表达研究外源基因的细胞株。利用瞬时基因表达方法,采用悬浮培养系统,可以快速、方便地获得mg级蛋白。
目前还有一些哺乳动物细胞株正在进行大规模培养生产的研发中,如来源于MadIin-Darby犬肾的高分化内皮细胞株(MDCK)、红系细胞株、以及人的胚胎干细胞等。由于不同重组细胞系表达的重组蛋白其稳定性和糖基化类型不同,需要根据目的蛋白选择最佳的重组细胞系。
从上述研究成果来看,哺乳动物细胞制备充足蛋白质药物在重组细胞系中取得了积极进展,其产生的影响主要表现在两个方面:一.哺乳动物细胞系的分类越来越清晰,主要分为CHO和HEK293两大类细胞。二.哺乳动物细胞系在培养生产中种类得到了拓展,对推动哺乳动物细胞系研究具有重要作用,满足了哺乳动物细胞系研究需要。
3 哺乳动物细胞制备充足蛋白质药物在重组表达载体中取得的进展
外源基因可以通过病毒载体感染或质粒载体转染等方式进入宿主细胞。病毒载体是通过病毒包膜蛋白与宿主细胞膜的相互作用使外源基因进入到细胞内。常用的病毒载体有腺病毒、腺相关病毒、逆转录病毒等,近几年杆状病毒载体应用于哺乳动物细胞的表达也越加受到重视。
质粒载体与病毒载体不同,它是借助于物理或化学的作用导入到细胞内。人工构建的哺乳动物细胞质粒表达载体一般为穿梭载体。含有原核基因序列,便于载体在原核细胞中扩增和大量制备,另外含有能使外源基因在哺乳动物细胞中有效转录的启动子和增强子元件,以及终止子和加polyA信号序列等。Invitrogen公司的pcDNA系列载体是实验中常用的哺乳动物细胞表达载体。
外源基因能否在宿主细胞中获得高效表达主要取决于表达载体上启动子和增强子的强弱、二者之间的搭配、以及它们与宿主细胞类型的兼容性。目前常用表达载体的启动子包括人巨细胞病毒早期启动子(CMV-IE)、人延伸因子1-亚基启动子和Rous肉瘤长末端重复序列。近年来新发现的强启动子如人编在蛋白(ubiquitin)C基因启动子以及一些新构建的杂合启动子不仅具有更高的活性,而且具有更广阔的宿主细胞范围。
上述研究表明,不断地筛选改造载体上的表达结构元件是优化表达载体、提高蛋白质药物在哺乳动物细胞中表达量的不变的方向。
4 哺乳动物细胞制备充足蛋白质药物在生物制备过程中取得的进展
哺乳动物细胞大规模培养的工业化生产过程绝大多数是在生物反应器中进行的单细胞悬浮式培养,反应罐的体积可达20吨。为了节约成本,减少动物血清对产品的污染,现在主要采用无血清培养基,目前有多家商业公司提供适用不同细胞株和不同生产工艺的无血清培养基,如UltraCulture,ProCHO,Pro293等。
考虑到制药过程的现实需要,提高生物制备能力是保证蛋白质药物制备取得实效的关键。从目前的研究过程来看,提高生物制备能力的研究成果主要表现在以下几个方面:
4.1 培养方式可以为单细胞悬浮式培养。这样可以减少培养基,提高培养效果,降低培养过程成本。
4.2 反应罐的体积可以达到20吨以上。现有的培养实验将反应罐的体积设定在20吨,并取得了良好的培养效果。因此在蛋白质制备过程中,可以根据实际需要扩大反应罐的体积,满足蛋白质制备需要。
4.3 培养中使用无血清培养基。既降低培养基成本,又减少了血清中动物成分的污染可能。
5 结束语
通过本文的分析可知,结合生物制药的研究与发展形势,哺乳动物细胞培养制备充足蛋白质药物已经成为了可能,从目前的研究来看,哺乳动物细胞培养制备充足蛋白质药物取得了积极进展,在重组细胞系、重组表达载体和生物制备过程中都取得了进展和突破。为此,我们应积极推动哺乳动物细胞培养制备充足蛋白质药物的研究,为生物制药发展提供有力支持。
参考文献
[1]王文强,闫琦,侯敢,黄迪南.提高哺乳动物细胞医用蛋白质产量方法的研究进展[D].生命科学,2013年.
[2]潘永飞.重组杆状病毒作为一种新型的基因治疗载体的研究[D].华中农业大学,2009年.
[3]勾蓝图,杨金亮.用于重组蛋白生产的哺乳动物细胞表达新技术[D].生物技术通讯,2012年.
[4]吴淑云.腺病毒介导重组人生长激素基因在兔和羊乳腺中高效表达的研究[D].西北农林科技大学,2009年.
“细胞工程”是人教版新课程教材《生物选修3•现代生物科技专题》的教学内容,根据操作对象的不同,可分为植物细胞工程和动物细胞工程两大领域。本部分内容是从细胞水平和分子水平了解植物细胞工程和动物细胞工程。细胞的全能性是植物细胞工程的基础,植物组织培养技术是植物细胞工程的基本技术手段,是植物体细胞杂交与单倍体育种的基础。动物细胞培养技术是核移植、细胞融合与单克隆抗体等技术手段的基础。本部分内容以必修1中的细胞学、必修2中的遗传学,以及必修3中的内环境与稳态等知识为基础,为“胚胎工程”、“生物技术的安全性和伦理问题”的后续学习打下了基础,共同构成一个相对完整的知识体系。
〖学生分析〗
高二的学生已经掌握了一定的生物学基础知识,具备了一定独立思考和判断的能力,合作性学习能力也比较强,但是个体之间仍然存在着较大的差异。
〖重、难点分析〗
1.植物组织培养是本节的重点
分析:植物组织培养重点讲述植物组织培养技术和基本原理,即离体培养的植物细胞脱分化和再分化过程,不仅在知识上对细胞结构、功能、细胞增殖、细胞分化进行深化和扩展,而且还为培育无病菌植株、制备人工种子及植物体细胞杂交等提供技术支持。同时,随着科学技术的不断进步,植物组织培养这门新技术将日益普及和深入,成为现代农业生产中的重要技术手段。
2.植物体细胞杂交是本节的难点
分析:植物体细胞杂交是在植物组织培养技术的基础上,借助动物细胞融合的方法发展起来的一门新型生物技术。这部分知识对于学生来说是全新的,因此应用表格和动物细胞融合比较学习。
3.单克隆抗体是本节的重点、难点
分析:动物细胞工程常用的技术手段有动物细胞培养、动物细胞融合、单克隆抗体、核移植等。其中动物细胞培养是其他技术(单抗、细胞融合、核移植等)的基础,其价值更多是通过其他技术成果来体现的。而动物细胞融合技术是目前较成熟的、其最重要的用途便是制备单克隆抗体。可见单克隆抗体应列为本节的重点内容,同时单克隆抗体技术本身环节多,技术复杂,因此也列为本节的难点所在。
〖设计理念〗
从新旧知识联系入手,进一步深入学习细胞全能性理论,并在学习过程中,渗透对学生能力和学习方法的培养;充分利用学生现有的知识,借助于多种直观教学手段,特别是多媒体课件,使学生对植物体细胞杂交和单克隆抗体由点及面的学习;智能训练,实现知识的正向迁移。
〖教学目标〗
1.知识目标
(1)细胞全能性(理解)。
(2)植物细胞工程的主要技术――植物组织培养和植物体细胞杂交(知道)。
(3)动物细胞工程的主要技术――动物细胞培养、动物细胞融合、核移植(知道)、单克隆抗体(知道)。
2.道德目标
通过向学生介绍几大动植物细胞工程技术的发展动态及一些新的研究成果,使学生明确人们对生命奥秘的揭示愈加广泛和深入,知识不断更新并向前发展。认识到学无止境,形成终生学习的意识。
3.能力方面
在教学过程中,合理利用图表、流程图等,培养学生的观察能力、思维能力以及整合、运用科学信息的能力;通过联系生产实际,培养学生活学活用,理论联系实际的能力。
〖教学手段〗
CAI教学、讨论教学、对比教学。
〖教学策略和程序〗
1.教师课前准备
图片资料,科学文摘,多媒体课件。
2.学生课前准备
上网、阅览室查找资料;复习细胞工程的相关知识。
3.教学过程(见表1)
4.作业设计
(1)完成《世纪金榜》基础梳理部分,巩固课堂上所学的知识。
(2)任何新技术的诞生,总会让人们争论不休,支持者当然可以举出无数理由,反对者也能历数此项技术的种种不足,对于“克隆动物”,你是持支持还是反对态度,并分别举出你支持或反对的理由。
〖教学反思〗
1.充分体现了新课程理念
本专题内容与学生生活联系的比较少,学生对此比较陌生,因此采用了学生先复习,教师运用多媒体演示和学生活动相结合的手段,在教学过程中,合理利用图表、流程图等,培养学生的观察能力、思维能力以及整合、运用科学信息的能力。充分调动了学生学习的积极性,激发了学生学习的兴趣和求知欲,培养了学生分析问题、解决问题的能力,进一步体现了学生学习的“主体”地位和教师的引导作用。
2.教学中存在的问题
(1)对课堂的调动不够,基础好的同学思维活跃,而基础差的同学在合作学习中参与的较少。
传统的流感病毒疫苗生产多采用鸡胚培养工艺,这种方法一直沿用至今,然而这种生产工艺受到许多限制:鸡胚来源受限;培养过程极易污染;成本不易降低;不能保证产品的质量稳定性等。而在未来几年,随着对流行性和季节性流感疫苗的需求越来越大,人们会迫切选择使用低成本质量高的疫苗,这也就使得以细胞培养技术生产流感疫苗成为趋势,MDCK 细胞就是适用于流感病毒疫苗生产的细胞系之一,其对流感病毒具有高度敏感性。故而研究MDCK细胞的大规模培养及制备病毒疫苗具有重大意义。其中,考虑到细胞本身的生长特性- 贴壁生长,如果采用贴壁细胞培养应用于大规模工业生产会遇到很大的难题,如细胞的消化问题,因此,使MDCK 细胞适应悬浮生长进而培养流感病毒就成为研究的重点。
一、MDCK 细胞大规模培养技术
细胞的悬浮培养可谓是理想的大规模细胞培养方式,悬浮培养技术是在生物反应器中,在人工条件下,高效率大规模的培养动物细胞进而应用于生物制品生产的技术,可根据细胞的贴壁能力分为微载体悬浮培养方式和全悬浮培养方式。
1. 微载体悬浮培养。MDCK 细胞是从犬肾分离出来的一种贴壁依赖性上皮细胞,且它具有典型的“失巢凋亡”现象,即一种特殊的细胞程序死亡,是由于细胞与细胞外基质或相邻细胞脱离接触而诱发的,也就是说依靠传统的驯化方式或者单纯的用机械搅拌使MDCK 细胞悬浮生长难度相当大。Van Wezel 创立的微载体悬浮培养系统开创了细胞体外大规模培养的先河,更为准确的说是使贴壁细胞大规模培养成为现实。微载体悬浮培养是一种先进的贴壁细胞培养技术,其原理是将对细胞无害的颗粒加入到生物反应器的培养液中,作为载体,使细胞能在微载体表面附着生长,同时加以持续搅动使微载体始终保持悬浮状态。反应器中使用微载体是一种可以提高细胞浓度的策略,其细胞密度可达1×107 cells/ml。
采用微载体培养MDCK 细胞,结合了悬浮培养与贴壁培养的优点,包括(1)细胞贴壁表面积大大增加,培养基利用充分,细胞密度增大。(2)微载体可在搅拌停止时沉降,便于将培养基与细胞分离。(3)与方瓶贴壁培养时的代谢变化不大,正常培养基可通用等等。
但是,目前生物反应器微载体培养研究只是单批次的培养,其消化放大培养依旧是难题。且微载体培养过程中一般添加了血清,给下游纯化带来了巨大压力。采用商业无血清培养基,会大大增加企业生产成本。因此,自主开发无血清培养基进行MDCK 细胞悬浮培养是目前的发展趋势。
2. 无血清单细胞悬浮培养。我们知道,生物制品生产尤其是细胞培养方法生产病毒疫苗的过程十分严谨。细胞培养需添加血清,可是血清的加入无疑给生产后期的除杂纯化等工艺带来难度,而且,流感病毒血凝素HA 可被宿主蛋白酶裂解为成熟的HA1 和HA2,能够介导病毒囊膜和靶细胞膜结合,病毒开始繁殖,而MDCK 细胞本身不具备裂解HA 的蛋白酶类,所以常常添加胰蛋白酶来提高病毒产量,但是,细胞培养中的血清恰好又可以中和胰蛋白酶,这种矛盾致使MDCK 无血清培养问题更亟需解决。目前,MDCK 无血清培养已经取得了很大的进展,基本思路是在基础培养基的基础上补加各种生物活性因子来替代血清,结合细胞生长所需成分,配制出无血清培养基, 能够支持MDCK 细胞正常生长增殖。一般常见的营养添加因子有:胰岛素,人转铁蛋白,氢化可的松等等,再经过对这些添加因子的添加量的优化,最终确定无血清培养基成分。
现在,已有MDCK 细胞商业用无血清培养基,它们的成功问世解决了这一大难题。通过直接法或间接法,即:原含血清培养贴壁细胞直接消化传代换成无血清培养基培养或逐步降低血清浓度直至降到无血清培养,使MDCK 细胞适应无血清培养基,生长状态优良且能正常增殖传代。
完成了MDCK 无血清培养后,MDCK 单细胞悬浮培养仍在研究当中,有文献报道,已有驯化成功的MDCK 悬浮细胞系,但就市场应用来看,是远远不够成熟的。现阶段,驯化MDCK 细胞在适应了无血清培养基培养的基础上,对其进行单细胞悬浮培养驯化方法主要有以下几种:(1)使用硅化方瓶培养:将细胞培养方瓶先用硅化剂处理,防止了细胞的贴壁,再通过调整培养基成分,使细胞增殖;(2)使用摇床或摇瓶体系,通过外力作用,防止细胞贴壁,再对细胞进行筛选,然后扩大培养。
二、 MDCK 细胞应用于流感病毒疫苗生产
采用细胞系培养流感病毒是目前最有前景的流感疫苗生产方法,市场销售的一些贴壁细胞系如Vero 细胞,MDCK 细胞是应用于流感疫苗研究最典型的哺乳动物细胞系,经研究,这些宿主细胞产生的病毒滴度高,大部分病毒繁殖效果好。此外,研究表明,从相应的细胞培养生产的疫苗免疫应答效果和用鸡胚生产的疫苗一样好。MDCK 细胞应用于流感疫苗生产有很多优点:MDCK细胞易培养、增殖快、易放大,感染流感病毒效率高,可高效扩增流感病毒;MDCK 细胞生产的疫苗可以应用于对鸡胚蛋白过敏的患者等等。在使用MDCK 贴壁细胞接流感病毒后,通常会有较高的细胞特异性产率;微载体悬浮培养的MDCK细胞,接流感病毒后,HA 滴度可以高达9log2(1∶512);就已知实验室用驯化出MDCK 悬浮细胞系接流感病毒,得出的TCID50 值和HA 滴度都高于贴壁细胞系。且已有疫苗厂商如Solvay 制药公司采用无血清培养基、微载体技术制备出了MDCK细胞流感亚单位疫苗;诺华公司制备出了由MDCK 细胞培养生产的流感疫苗Optaflu。
三、展望
在过去十几年中,用动物细胞培养制备流感疫苗生产方式已经替代了传统的使用鸡胚生产方式。动物细胞培养生产流感疫苗的特征在于其灵活性和可扩展性,然而,贴壁细胞易培养但是却很难扩大生产量,而如果使用微载体提供生长表面又会大大增加其成本。所以要努力创建悬浮细胞系,特别是MDCK悬浮细胞系。
多年以来,监管部门督促行业设立无血清培养流程,以避免污染。
然而,许多市售培养基仍然需要添加物,以达到高细胞密度和最大产物产量。理想的情况是,在疫苗生产中应该使用不需添加另外的蛋白质等混合物的已知成分的培养基。这不仅会降低批次变化的风险也有利于病毒收获的下游处理。此外,疫苗生产过程可以被简化,可以直接接毒而不用更换培养基。
各种传代细胞系可用于工业生产, 如PER.C6 细胞,EB66 细胞,AGE1.CR 细胞等等,它们已经被应用于疫苗生产并且这些细胞系可以在不含动物血清的培养基中悬浮生长。还有一些悬浮生长的细胞如CHO 细胞,BHK 细胞,HEK293细胞也常常被用于重组蛋白,单克隆抗体和兽用疫苗的生产。所以悬浮MDCK 细胞系是非常有必要且可行的,因为用这种细胞生产,其生产效率和经验会增强生产过程中的稳定性,并且十分经济。MDCK 细胞无血清全悬浮培养是最终目的,既可以解决血清带来的种种不利,又可以避免使用微载体添加物带来的未知隐患,从而可以提高细胞增殖效率且降低成本,保证产品的质量。
关键词:人才培养模式;细胞工程技术;教学改革
中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2014)01-02-152-02
细胞工程是生物制药工业中的关键技术,它是利用动物细胞体外培养和扩增来生产生物产品,或者作为发现和测试新药的工具[1]。就目前而言,高校细胞工程技术教学中还存在着一定的问题,如教学内容陈旧,不适合生物类企业对职员的知识和技能需求;教学方法还停留在高等教育的初级阶段,教学效果不高[2]等。因此,我们必须加快细胞工程技术类型人才培养模式的改革,进行细胞工程技术教学模式和课程的改革与创新,通过有效的教育模式来提高教学质量,让学生既掌握细胞工程关键技术的基本理论和基本方法,又能掌握细胞工程学科技发展中产生的新技术、新方法,提高学生的创新能力。笔者从教学内容与生产、双语教学、生产学习与实验技能几个方面对提高技能型人才培养目标的教学模式进行了探索研究,以期培养学生的学习能力、实践能力、创新能力,全面提高教学的质量和效率。
1 教学内容与生产整合
细胞工程学课程内容是按照细胞的主要结构及其功能、相关技术讲解的,课程包括细胞工程学发展史、细胞工程学概述、细胞培养及生物学特性、细胞融合、干细胞工程学、细胞克隆及克隆动物与转基因动物技术等;考虑到细胞培养技术在科研中普遍应用,目前细胞工程学实验课另外开设了免疫组化、荧光细胞染色与细胞分选、流式细胞仪操作技术、图像处理等课程。
本科学习中,细胞工程学教学中主要以各种细胞培养为主要线索,了解细胞工程技术具有特定的研究方式,使得他们对细胞工程学有一个全面的认识。例如,动物细胞工程技术应用于诊断和治疗疾病的单克隆抗体生产,有几千种单抗用于生化检测,而单抗用于人体疾病治疗是近几年来生物制药的一个重要领域,有几十种单抗药物正处于临床试验中。通过实验,学生理解单克隆抗体生产制备技术,并掌握原代及传代细胞培养技术、培养细胞的观察方法、细胞融合和分选技术等方法和常用设备的使用方法,为以后的生产研究做好准备。又如,动物细胞表达系统表达的蛋白都是胞外分泌的,产物的分离纯化过程非常简单,但是由于细胞大规模培养技术比较复杂,目前仍处于发展完善阶段,因而许多重组蛋白仍选用原核表达系统生产。我们针对这个特点,启发同学设计较好的细胞大规模培养系统,如改装的灌流式培养方式,培养和启迪学生的创新思维。
2 普通教学与双语教学整合
在当前社会高速发展的时代,社会对细胞工程人才提出了更高的要求,尤其是生命科学院校毕业的学生能否跟上时代的步伐,面向世界进行生物学的交流活动,扩大细胞工程技术在世界的影响,这是细胞工程技术发展至关重要的事。
在细胞工程学原版教材的选择上要力求最基础的专业知识内容水平。我们选择的教材是中国海洋大学出版社2011年10月第1版英文教程《CYTOTECHNOLOGY》,该教材的特点是讲授的内容比较全面,语法简单,对专业性的概念、词汇以及分子水平的知识进行了浅显的讲解,比较适合用于高等院校学生进行细胞工程专业外语的学习,避免学生由于英语基础差,导致对抽象晦涩的细胞工程学课程双语学习产生反感情绪,利于完成双语教学工作。
3 生产学习与实验技能整合
学生创新能力和实践能力的缺乏是高等教育教学改革面临的问题[3]。因此,要带领学生参与科学研究与生产实验技能,强化实践教学环节。细胞工程技术实践教学中,联系生物制品企业生产学习很重要,如我们带领学生到福瑞邦制药的厂家参观学习单抗制备,让学生注意在实验操作中可能失败的原因性,出现问题,及时加以纠正,培养学生良好的实践能力。针对细胞工程学的实验教学特点,穿插设计探索性和综合性的实验内容,并让学生自己参与到实验内容的设计,并调动学生的独立思考能力和创新思维能力,培养实验技能和创新思维能力。
实验大纲列出的实验项目较多,可整合为三大部分:(1)细胞培养综合实验。包括培养技术及细胞观察,细胞培养实验还可以将兔角膜上皮、基质及内皮细胞种植于生物材料上进行体外培养,观察培养细胞的生长、排列和细胞的粘附情况等。(2)经典单抗制备综合实验。将单抗制备产生过程中的细胞培养、动物免疫、细胞融合,杂交瘤阳性克隆的筛选与克隆化,抗体检测5个实验内容整合为1个单抗制备设计性实验。教学中不为学生准备传统的实验讲义,只提出实验的任务、要求、进度及安全注意事项等,重点突出学生自行完成相关资料查阅,自拟设计方案,自己安排时间完成实验计划,获得实验结果,撰写实验报告。这个实验计划6个课时,2次课堂实验,分别以实验设计、中期实验讨论与交流、实验结果课件汇报为主要内容。(3)流式细胞仪分选细胞综合实验。包括分选淋巴细胞或是干细胞的筛选,要求学生根据生产实践需要(如奶牛细胞的分选、白细胞计数及分选等)自己选择课题,自己设计实验方法以及最后鉴定。这个实验计划12个课时,4次课堂实验,分别以实验设计、中期实验讨论、实验结果课件汇报为主要内容。所有实验的实验室全天性开放,学生可利用课余时间主动完成各项实验操作,老师指导,确保学生在30d内获得全部实验结果。老师可根据实验结果反馈及时调整教学进程和教学方法。通过学生的反馈,可以反映学生是否理解和掌握本课程的目标,并加强了教师与学生之间的沟通,提高了教学效果。
参考文献
[1]胡显文,肖成祖.细胞工程在生物制药工业中的地位[J].生物技术通讯,2001,12(2):117-122.
【关键词】高职院校;细胞培养技术;教学改革
一、细胞培养技术课程教学中存在的问题
(一)课程的教学目标与工作需求之间存在一定差距。高职教育应注重培养学生的实践操作能力,因此在实际的教学过程中也要以此为目标进行教学。但在实际的教学过程中,尽管学校安排的实践教学的课时不少,但却并没有取得良好的教学效果,其原因在于教学的过程过于形式化,并没有把培养综合动手能力这一具体教学目标渗透到实践教学中,并且,在该课程考试中,也偏重于对理论知识的考核,轻视对职业技能的考核。教学目标并没有完全纳入整个课程的教学体系,不能有效满足社会对人才的需求。
(二)课程的教学内容与实践工作联系不紧密。在课程的实践教学内容中,普遍存在着设计性、综合性实验较少的问题,新的知识和技术不能有效的运用于实验中,这就造成了学习内容与工作内容相脱离的现象。不利于学生日后的工作发展。
(三)课程的保障设施不足制约教学进一步深入。细胞培训课程需要良好的配套设施来支撑整个教学计划,然而,目前高职院校普遍存在着教学实践设备不足、缺乏现代化生产模型的问题。并且,在校外实训环节,由于缺乏与实际一线工厂的联系和沟通,学生在实训场合没有太多的锻炼机会,这些都制约着课程的推进和学生实践能力的提升。
(四)课程的实践教学环节管理不规范。高职院校对学生的实践过程未能实现全程管理,缺乏对学生的实时指导,学生在实践环节中主要依靠自觉性进行自我锻炼。管理的不科学、不深入、不具体造成了很多学生在实习中敷衍了事,影响了整体的教学质量。
二、细胞培养技术实践教学的设计理念
(一)细胞培养技术课程的具体定位。高职院校的细胞培养技术课程应立足于市场,深入探究当前农业、畜牧业、食品加工等行业的具体需求,依托自身的资源优势,培养符合企业要求的具有高素质技能的人才。
(二)细胞培养技术课程的未来岗位技能需求。通过对高职院校学生就业情况、生物科技行业发展情况、企业岗位的需求情况的调研,市场上主流的关键技能为动物细胞培养技术、生物检测技术、分离纯化技术。专业的设置要充分满足企业对专业技能的需求,只有这样才能真正提高学生的职业技能。
(三)细胞培养技术课程的教学设计思路。搭建开放性和职业性的实践平台,充分体现专业内涵,着重培养学生的职业能力素养。实践的内容要严格基于工作过程需求,并在此基础上改变过去单一学校的教育模式,积极实施校企合作的教学理念,让学生在学校期间就能切实体会到工作环境和氛围,从而提升细胞培养技术的教学质量。
三、细胞培养技术课程的教学新体系的建立
(一)立足企业产品,设计教学活动。以疫苗为例,细胞培养技术的课程未来的就业方向其中很有分量的一份工作就是生产疫苗。目前,疫苗的生产主要依托于鸡胚成纤维细胞进行。所以,在课程的实践教学活动中要以鸡胚成纤维细胞的培养为侧重点,以具体的岗位要求为标准,设置相应的教学体系。
(二)以工作过程为导向,设计教学的具体任务。以企业鸡胚成纤维细胞疫苗的生产为例,要结合具体的生产岗位需求,按照生产流程,把细胞培养技术课程分解为六个部分。分别为鸡胚成纤维细胞培养准备工作、鸡胚成纤维细胞的原代培养、鸡胚成纤维细胞培养过程的检测、鸡胚成纤维细胞的传代培养、鸡胚成纤维细胞的病变培养、鸡胚成纤维细胞的冻存与复苏六项具体任务。通过细化培训任务,把教学目标融入到实际的教学环节中,进一步培养学生严谨的科学态度,培养学生分析和解决问题的能力,锻炼学生的创新意识和职业能力,为学生适应好日后的工作打下坚实的基础。
(三)以教学做一体化为核心,设计教学模式。所谓教学做一体化是指重点培养学生的自主学习能力,以学生为主体,在教师的主导下,通过实践活动锻炼学生的创新意识和职业素养。在具体的教学实践中,以行动为导向,以任务为驱动,拓宽实践教学的渠道,从感知理解到学以致用,充分激发学生的学习热情,营造和谐有序的学习氛围。
四、细胞培养技术课程的教学体系的组织和落实
(一)校企合作共同开发课程的实践内容和目标。改变传统的教材编写模式,采用校企合作的方式,以具体的工作流程为主线,以工作任务为载体,严格按照企业的岗位需求进行编写实践教学内容,使教学与工作不分离,使教学更有针对性。
(二)具体教学任务的开展。紧紧围绕教学目标,把具体的工作任务细化为七个步骤,第一,教师讲解工作任务和工作方式;第二,学生根据具体任务组建团队,并策划出具体工作方案;第三,将团队工作方案进行汇报,经教师指导进一步完善实施方案;第四,在教师指导下,开展团队工作;第五,团队进行内部总结和交流;第六,班级内开展团队间的交流与沟通;第七,以团队为单位进行教学实践活动总结。
(三)搭建开放式教学实践平台。开放式教学是产学研相结合人才培养模式,是指在时间、地点、内容、手段等方面全方位的向学生开发的教学模式。高职院校与企业合作,运用实际的企业项目进行教学实践,由学生分组进行,采取教师带队、组长负责的原则,利用课余时间开展项目研究,并定期对项目进展做出报告,最终实现项目的成功研发。
五、细胞培养技术课程的教学评价体系
科学的教学评价体系不仅是对教学实践的监控,更重要的是有利于激发学生的学习兴趣,培养学生的职业素养、创新精神和团队精神。根据细胞培养技术课程的自身特点,考核体系主要分为四个部分,即常规教学部分,开放实践教学部分、专门考核部分和奖励部分。结合技能评价、定量评价、校企合作评价等方式完善评价体系。
细胞培养技术课程的改革任重而道远,需要学校、企业、学生三方的密切配合,不断深化改革,切实实现教学做一体化,推动高职院校的细胞培养技术课程的教学培养质量,为社会输送高素质的人才。