資源簡介

第2節 動物細胞工程
第2課時　動物細胞融合技術與單克隆抗體
【學習目標】
1.運用結構與功能觀,理解動物細胞融合技術的原理和過程。(生命觀念)
2.結合具體實例,以流程圖的形式表示單克隆抗體的制備過程。(科學思維)
3.說明單克隆抗體的特點及應用。(社會責任)
【自主預習】
一、動物細胞融合技術
1.概念:使　兩個或多個動物細胞　結合形成一個細胞的技術。
2.原理:　細胞膜的流動性　。
3.常用方法:PEG融合法、電融合法和　滅活病毒誘導法　等。
4.意義:突破了有性雜交的局限,使　遠緣雜交　成為可能。
二、單克隆抗體及其應用
1.傳統獲得抗體的方法和缺點:向動物體內反復注射　某種抗原　,使動物產生抗體,然后從動物血清中分離所需抗體。用這種方法制備的抗體不僅產量低、純度低,而且特異性差。
2.單克隆抗體的制備
(1)存在問題:B淋巴細胞能產生　抗體　,但不能無限增殖;骨髓瘤細胞能無限增殖,但不能產生抗體。
(2)解決思路:將B淋巴細胞與能在體外大量增殖的骨髓瘤細胞融合為　雜交瘤細胞　,所得到的細胞既能　大量增殖　,又能產生足夠數量的特定　抗體　。
(3)制備過程
3.單克隆抗體的優點:能準確地識別抗原的細微差異,與特定抗原發生特異性結合,并且可以大量制備。
4.單克隆抗體的應用
(1)作為　診斷試劑　,在多種疾病的診斷和病原體鑒定中發揮重要的作用。
(2)用于運載藥物和　治療疾病　。
【合作探究】
任務　了解動物細胞融合技術及其應用
活動1　探究動物細胞融合技術
下圖為動物細胞融合的過程圖解。請回答下列問題:
1.動物細胞融合與植物原生質體融合的基本原理相同嗎
提示　相同,原理都是細胞膜的流動性。
2.比較動物細胞融合與植物體細胞雜交所用的促融方法有何異同。
提示　相同點:二者都可以采用PEG融合法、電融合法等方法進行促融。不同點:動物細胞融合還可以采用滅活病毒誘導法進行促融。
3.若只考慮細胞間的兩兩融合,誘導形成的融合D細胞有幾種
提示　有三種,即同種細胞融合(AA、BB)和不同種細胞融合(AB)。
4.動物細胞完成融合的標志是什么
提示　細胞核融合。
5.融合處理后的D細胞是否可以直接用于培養 為什么
提示　不可以。因為誘導融合后形成的融合細胞有多種,需要篩選出所需要的雜交細胞才可用于培養。
認知生成
植物體細胞雜交與動物細胞融合的比較
比較項目 植物體細胞雜交 動物細胞融合
原理 細胞膜的流動性、植物細胞的全能性 細胞膜的流動性
融合前處理 　除去細胞壁　 　使細胞分散開　
相關酶 　纖維素酶和果膠酶　 　胰蛋白酶或膠原蛋白酶等　
誘導方法 物理法:　電融合法、離心法等　; 化學法:　聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2+—高pH融合法等　 聚乙二醇(PEG)融合法、電融合法和滅活病毒誘導法等
結果 得到　雜種植株　 得到　雜交細胞　
應用 培育　植物新品種　 主要用于制備　單克隆抗體　
意義 突破　遠緣雜交不親和　的障礙,打破了　生殖隔離　,擴展了雜交的親本組合
相同點 動物細胞融合與原生質體融合的原理相同,融合的方法相似
例1　(2022·連云港期中)下圖為動物細胞融合技術過程圖,相關敘述錯誤的是(　　)。
A.圖中C為滅活的病毒,此外還可用PEG融合法誘導動物細胞融合
B.圖中①過程發生了細胞膜的融合,體現了細胞膜的選擇透過性
C.圖中②過程表示細胞核融合形成雜種細胞
D.動物細胞融合技術可用于制備單克隆抗體
【答案】　B
【解析】　圖中①過程發生了細胞膜的融合,體現了細胞膜的流動性,B錯誤。
對點練1　(2022·煙臺月考)運用動物體細胞雜交技術可實現基因定位。研究發現,用人體細胞與小鼠體細胞進行雜交得到的雜種細胞含有雙方的染色體。雜種細胞在持續分裂過程中僅保留小鼠的染色體而人的染色體則逐漸丟失,只剩一條或幾條。下圖是人的缺乏HGPRT酶突變細胞株(HGPRT-)和小鼠的缺乏TK酶細胞株(TK-)融合后在HAT培養液中培養的過程,結果表明,最終人的染色體在融合細胞中僅存有3號染色體或17號染色體或兩者都有。已知只有同時具有HGPRT酶和TK酶的融合細胞才可在HAT培養液中長期存活與繁殖,從圖示結果來看,可以確定人的TK酶基因位于(　　)號染色體上。
A.3 B.17
C.3和17 D.無法確定
【答案】　B
【解析】　從培養結果可以看出,培養獲得的細胞中均具有小鼠的全部染色體,但是只有含人的17號染色體的細胞存活下來,由此可知,人的TK酶基因位于17號染色體上,B符合題意。
活動2　探究單克隆抗體及其應用
下圖表示單克隆抗體的制備過程,請據圖思考回答:
1.圖中B淋巴細胞、骨髓瘤細胞和A細胞各有何特點
提示　(1)免疫的B淋巴細胞:能產生特定抗體,但不能無限增殖。(2)骨髓瘤細胞:能大量增殖但不能產生抗體。(3)A細胞(雜交瘤細胞):既能大量增殖又能產生抗體。
2.為什么要對小鼠注射抗原
提示　以獲得能產生相應抗體的B淋巴細胞。誘導融合的B淋巴細胞是經免疫產生的,未經免疫的B淋巴細胞不能產生特定抗體。
3.與植物體細胞雜交相比,過程1中特有的細胞融合方法是什么
提示　用滅活的病毒誘導細胞融合。
4.B淋巴細胞和骨髓瘤細胞經PEG處理后,培養液中存在哪幾種細胞 (不考慮多個細胞相互融合的情況)
提示　未融合的B淋巴細胞、未融合的骨髓瘤細胞、B淋巴細胞與B淋巴細胞融合的細胞、骨髓瘤細胞與骨髓瘤細胞融合的細胞、B淋巴細胞與骨髓瘤細胞融合的細胞。
5.在兩細胞融合后,還要進行兩次篩選:
項目 第一次篩選 第二次篩選
篩選原因 　誘導融合后得到多種雜交細胞,另外還有未融合的細胞　 　由于小鼠在生活中還受到其他抗原的刺激,因此經選擇培養獲得的雜交瘤細胞中有能產生其他抗體的細胞　
篩選目的 　得到雜交瘤細胞　 　得到能分泌所需抗體的雜交瘤細胞　
篩選方法 用　特定的選擇培養基　篩選:未融合的細胞和同種細胞融合后形成的細胞(“BB”細胞、“瘤瘤”細胞)都會死亡,只有融合的雜交瘤細胞(“B瘤”細胞)才能生長 用　多孔培養皿　培養,在每個孔只有一個雜交瘤細胞的情況下開始　克隆化培養和抗體檢測　,經多次篩選得到　能產生所需抗體的細胞群　
6.單克隆抗體被廣泛用作診斷試劑的原因是什么
提示　單克隆抗體能準確地識別抗原的細微差異,與特定抗原發生特異性結合,并且可以大量制備。
例2　(2022·湖州期中)利用雜交瘤技術制備針對特定抗原的單克隆抗體的過程如圖所示。下列敘述正確的是(　　)。
A.用于融合的B淋巴細胞應從未受抗原刺激的動物體內提取
B.單克隆抗體制備與植物體細胞雜交技術均依據細胞具有全能性的原理
C.篩選2過程需要用到抗體和抗原特異性結合的特性
D.選出的雜交瘤細胞只能通過體外培養獲得大量單克隆抗體
【答案】　C
【解析】　用于融合的B淋巴細胞應從受特定抗原刺激的動物體內提取,A錯誤;單克隆抗體制備是利用細胞膜的流動性將B淋巴細胞與骨髓瘤細胞融合的,形成的雜種細胞具有兩種細胞的遺傳信息,B錯誤;為獲得能產生特定抗體的雜交瘤細胞,可以利用抗原和抗體特異性結合的特性進行篩選,C正確;選出的雜交瘤細胞可通過注射到小鼠腹腔內增殖或體外培養獲得大量單克隆抗體,D錯誤。
對點練2　(2023·遼寧聯考)單克隆抗體在多種疾病的診斷和治療中發揮重要的作用。下圖表示利用小鼠制備單克隆抗體的過程,下列有關敘述正確的是(　　)。
A.提取的脾B淋巴細胞有多種,是因為一種抗原可誘導產生多種B淋巴細胞
B.誘導動物細胞融合的方法與誘導植物細胞原生質體融合的方法完全相同
C.在具有雜交瘤細胞的培養板上滴加相應抗體,出現陽性反應的即為目標細胞
D.篩選出的目標雜交瘤細胞可在體外或小鼠腹腔內進一步增殖培養
【答案】　D
【解析】　一種抗原只能誘導產生一種特定的B淋巴細胞,提取的脾B淋巴細胞有多種,是因為小鼠曾經接觸過多種抗原,A錯誤;誘導動物細胞融合的方法與誘導植物細胞原生質體融合的方法不完全相同,如誘導動物細胞融合特有的方法為滅活病毒誘導法,B錯誤;單克隆抗體檢測時可用抗原—抗體雜交法,要取培養液滴加相應抗原,出現陽性反應的為目標細胞,C錯誤;篩選出的目標雜交瘤細胞可在體外大規模培養,或注射到小鼠腹腔內增殖培養,D正確。
素能提升　通過對動物細胞融合及單克隆抗體制備流程的分析,培養模型與建模、演繹與推理的科學思維能力及科學探究能力
　　(2023·威海期末)CD47是一種免疫抑制蛋白,腫瘤細胞通過過量表達CD47抑制巨噬細胞的吞噬作用以實現免疫逃逸。抗CD47的單克隆抗體可以解除CD47對巨噬細胞的抑制作用,其制備流程如下圖甲所示。
甲
(1)制備過程中需要用CD47對小鼠進行多次處理,目的是 　。
為保證細胞培養環境無菌、無毒,需要進行的相關操作是 　。
(2)下圖乙表示核苷酸合成的兩條途徑,物質A可以阻斷全合成途徑,轉化酶和激酶是補救合成途徑所必需的兩種酶。正常細胞中含有轉化酶和激酶,骨髓瘤細胞中缺乏轉化酶。已知圖甲的篩選1利用的是加入了H、A、T三種物質的“HAT培養基”,其篩選得到的是　　　　細胞,該細胞能在HAT培養基中存活并增殖的原因是　 　;
經篩選2獲得的細胞的特點是　 。
乙
(3)為驗證抗CD47的單克隆抗體可以解除CD47對巨噬細胞的抑制作用,研究人員設計如下實驗,實驗組的操作是將抗CD47的單克隆抗體加入巨噬細胞和腫瘤細胞的共培養系中,檢測巨噬細胞的吞噬指數(與被吞噬腫瘤細胞的比例呈正相關);對照組為　　　　　　　。預期實驗結果:　　　　　　。
【答案】　(1)獲得較多的已免疫(對CD47產生免疫)的B淋巴細胞　對培養液和所有培養用具進行滅菌處理;保證在無菌環境下進行操作;定期更換培養液　(2)雜交瘤　HAT培養基中的物質A阻斷了全合成途徑,雜交瘤細胞含有從B淋巴細胞中獲得的轉化酶和激酶,可以通過補救合成途徑來合成核苷酸,同時又具備骨髓瘤細胞無限增殖的特性　既能大量增殖,又能產生抗CD47的抗體　(3)不加單克隆抗體的巨噬細胞和腫瘤細胞的共培養系　對照組巨噬細胞的吞噬指數顯著低于實驗組
【解析】　(1)用CD47(抗原)對小鼠進行多次處理,可以獲得較多的已免疫(對CD47產生免疫)的B淋巴細胞。對培養液和所有培養用具進行滅菌處理,保證在無菌環境下進行操作,定期更換培養液,可以保證細胞培養環境無菌、無毒。(2)在HAT培養基上能生長的細胞為雜交瘤細胞。HAT培養基中的物質A阻斷了全合成途徑,雜交瘤細胞含有從B淋巴細胞中獲得的轉化酶和激酶,可以通過補救合成途徑來合成核苷酸,同時又具備骨髓瘤細胞無限增殖的特性,因此能在HAT培養基中存活和增殖。篩選2是為了得到既能大量增殖,又能產生抗CD47的抗體的細胞。(3)為驗證抗CD47的單克隆抗體可以解除CD47對巨噬細胞的抑制作用,實驗組的操作為將抗CD47的單克隆抗體加入巨噬細胞和腫瘤細胞的共培養系中,對照組則為不加單克隆抗體的巨噬細胞和腫瘤細胞的共培養系。由于抗CD47的單克隆抗體可以解除CD47對巨噬細胞的抑制作用,因此可推測對照組巨噬細胞的吞噬指數顯著低于實驗組。
【隨堂檢測】
課堂小結 課堂小測
1.動物細胞融合過程中既有細胞膜融合也有細胞核的融合。 (√) 2.與植物原生質體融合相比,動物細胞融合特有的誘導因子有聚乙二醇、滅活病毒。 (×) 3.用特定的抗原對小鼠進行免疫后,從小鼠脾臟中只能得到一種B淋巴細胞。 (×) 4.單克隆抗體制備過程中通常將分離出的漿細胞與骨髓瘤細胞融合。 (×) 5.單克隆抗體制備過程中兩次篩選的目的相同。 (×) 6.制備單克隆抗體時可從未經免疫的小鼠體內提取B淋巴細胞。 (×) 7.經特定抗原免疫過的B淋巴細胞在體外培養時可分泌單克隆抗體。 (×)
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