改良气升式生物反应器中红麻细胞悬浮培养生产水凝胶生物材料及其生物医学应用研究

本研究针对传统红麻种植周期长、生物质质量不稳定及固态发酵工艺可控性差等问题，创新性地采用改良气升式生物反应器（MALB）进行红麻细胞悬浮培养（CSC），成功实现外多糖（EPS）的高效生产。通过扫描电镜（SEM）表征EPS形态，并验证其抗氧化活性，最终开发出适用于3D生物打印的水凝胶生物材料，为创面修复等生物医学应用提供可持续解决方案。

　　

红麻（Hibiscus cannabinus）作为一种传统纤维作物，其潜在的生物活性成分长期被忽视。随着生物医学领域对天然材料需求的增长，如何突破传统种植限制、规模化生产功能性生物材料成为关键挑战。马来西亚国家红麻与烟草研究所（Lembaga Kenaf dan Tembakau Negara, LKTN）的研究团队在《Polymer Degradation and Stability》发表的研究中，开创性地将红麻细胞悬浮培养技术与改良气升式生物反应器系统结合，为这一难题提供了创新方案。

研究团队运用三大核心技术：1）优化红麻V36品种的细胞悬浮培养体系（pH 5.8，25°C，1 L/min通气量）；2）采用SEM分析EPS微观形态；3）通过标准抗氧化实验（DPPH/FRAP法）评估生物活性，并将EPS转化为水凝胶测试其3D打印适用性。

【Production of kenaf callus biomass and exopolysaccharide in a modified air-lift bioreactor (MALB)】
在2L工作体积的MALB中，22天培养获得9.09±1.2 g/L干重生物质和1.1±0.02 g/L EPS，其β-糖苷键连接的α-葡聚糖结构经SEM证实具有多孔网状特征。

【Material】
从LKTN获取的V36种子经表面灭菌后，在含0.5 mg/L BAP（6-苄氨基嘌呤）和0.5 mg/L NAA（萘乙酸）的MS培养基中诱导愈伤组织，建立悬浮培养体系。

【Conclusion】
该研究首次实现红麻EPS水凝胶的规模化生产，其抗氧化活性（清除率>70%）和天然抗菌特性，使其在创面贴片应用中显著优于合成材料。MALB系统的低剪切力设计有效保持了细胞聚集体（callus aggregates）的易碎性，为植物细胞培养的工业化提供了新范式。

这项突破不仅拓展了红麻在生物医药领域的应用边界，更通过气升式生物反应器的改良解决了传统搅拌罐系统（STR）的氧传递效率低、剪切损伤等问题。所开发的生物墨水（bioink）兼具机械可调性和生物相容性，为组织工程支架的个性化制造开辟了新途径。研究强调，这种植物源性水凝胶可规避合成抗氧化剂引发的湿疹、高胆固醇血症等副作用，在应对氧化应激相关疾病（如动脉粥样硬化、癌症）的再生医学领域具有重大前景。