生物反應(yīng)器多數(shù)用來進(jìn)行動物細(xì)胞培養(yǎng)，在生物制藥行業(yè)中被廣泛應(yīng)用，近年來，通過使用生物反應(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(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(dǎo)致它們的化學(xué)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(chǎn)品作為合成生產(chǎn)藥物的替代品來預(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)提供了一個濃縮的生物合成循環(huán)，可以在很短的培養(yǎng)時間內(nèi)（大約 2-4 周）研究生長和生產(chǎn)動力學(xué)，并具有可調(diào)節(jié)性的額外優(yōu)勢，可以幫助實施最佳條件以生產(chǎn)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(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 ROS 產(chǎn)生介導(dǎo)調(diào)節(jié)內(nèi)在和外在細(xì)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(hù)、抗癌、抗氧化活性來誘導(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、改善老年狀態(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(chǎn)品完全來自田間種植的植物。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)時費(fèi)力，無法滿足當(dāng)前南非睡茄的市場國際化需求。在國際層面，對睡茄內(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)為具有治療價值的次級代謝物生產(chǎn)提供了替代平臺。相關(guān)研究已證實用植物生物反應(yīng)器進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)來生產(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(xì)胞水平上的生理效應(yīng)以及重金屬脅迫對培養(yǎng)細(xì)胞生長、酶活性和生化參數(shù)改變的影響. 細(xì)胞懸浮培養(yǎng)含有相對均一的細(xì)胞群，可以快速和均勻地獲取細(xì)胞中的營養(yǎng)、前體、生長激素和信號化合物。

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)物中次級代謝物不可預(yù)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(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 。實驗研究發(fā)現(xiàn)生物反應(yīng)器內(nèi)環(huán)境中的生長素、細(xì)胞分裂素、攪拌速度、氮源、碳源和海藻提取物對細(xì)胞生長及次生代謝物產(chǎn)量均有影響。