資源簡介

(共26張PPT)
第2章 細(xì)胞工程
2.1 植物細(xì)胞工程
2.2 動物細(xì)胞工程
2.3 胚胎工程
希普：首例胚胎移植成功
哈里森:首創(chuàng)動物組織體外培養(yǎng)法
張明覺：發(fā)現(xiàn)哺乳動物精子獲能現(xiàn)象
格登、童第周：體細(xì)胞核移植成功
試管家兔誕生
米爾斯坦和科勒：創(chuàng)立單克隆抗體技術(shù)
胚胎分割移植成功
埃文斯：成功分離和培養(yǎng)小鼠的胚胎干細(xì)胞
克隆羊多莉誕生
山中伸彌：獲得誘導(dǎo)多能干細(xì)胞
單細(xì)胞基因組測序進(jìn)行遺傳病篩查的試管嬰兒誕生
我國科學(xué)家首次培育了體細(xì)胞克隆猴。
1890年
1907年
1951年
1958年
1959年
1975年
1978年
1981年
1996年
2006年
2014年
2017年
動物細(xì)胞工程的發(fā)展歷程
科技探索之路
2.2動物細(xì)胞工程
動物細(xì)胞培養(yǎng)
動物細(xì)胞融合
動物細(xì)胞核移植
動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)是其他動物細(xì)胞工程技術(shù)的基礎(chǔ)。
動物細(xì)胞培養(yǎng)需要哪些基本條件？
動物細(xì)胞培養(yǎng)的基本操作過程是什么？
本節(jié)聚焦
1
2
3
怎樣客觀分析干細(xì)胞在臨床上的應(yīng)用所產(chǎn)生的效益與風(fēng)險(xiǎn)？
在治療大面積燒傷時，通常采用的方法是取燒傷病人的健康皮膚進(jìn)行自體移植。但對這樣的病人來說，自體健康皮膚非常有限，使用他人皮膚來源又不足，而且會產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng)。
提示：可以從病人身上取少量正常、健康的皮膚在體外進(jìn)行培養(yǎng)、擴(kuò)增；
目前，科學(xué)家還在研究對皮膚干細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，以獲得適合臨床上使用的人造皮膚。
那么：
怎樣才能獲得大量的自體健康皮膚？
能不能用自體皮膚的單個細(xì)胞培養(yǎng)出可供移植的皮膚？
通過細(xì)胞培養(yǎng)構(gòu)建的人造皮膚
【從社會中來】
人造皮膚：人體再生術(shù)的秘密
(2021江蘇)新冠病毒通過S蛋白與細(xì)胞表面的ACE2受體結(jié)合,制備病毒滅活疫苗時，先大量培養(yǎng)表達(dá) 的細(xì)胞，再接入新冠病毒擴(kuò)大培養(yǎng)，滅活處理后制備疫苗。
ACE2受體
操作原因：
原理：
對象：
從動物體中取出相關(guān)的組織，將它分散成單個細(xì)胞，然后在適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)條件下，讓這些細(xì)胞生長和增殖的技術(shù)。
細(xì)胞增殖
一般是指動物胚胎或出生不久的幼齡動物組織，因?yàn)檫@些組織細(xì)胞比老齡動物的組織細(xì)胞生命力旺盛，易于培養(yǎng)，同時增殖能力也更強(qiáng)。
將組織塊分散成單個細(xì)胞后，細(xì)胞所需的營養(yǎng)容易供應(yīng)，其代謝廢物容易排出。
01
動物細(xì)胞培養(yǎng)的條件
1.動物細(xì)胞培養(yǎng)：
將細(xì)胞所需的營養(yǎng)物質(zhì)按種類和所需量嚴(yán)格配制而成的培養(yǎng)基
含人類未知、細(xì)胞生長增殖所必需的物質(zhì)，滿足細(xì)胞對未知營養(yǎng)成分的需求。
培養(yǎng)基的構(gòu)成：合成培養(yǎng)基 + 血清等天然成分
一般使用液體培養(yǎng)基，也稱為培養(yǎng)液
01
動物細(xì)胞培養(yǎng)的條件
2.培養(yǎng)條件：
①適宜的溫度：哺乳動物細(xì)胞培養(yǎng)的溫度多以___________為宜；
②適宜的pH：多數(shù)動物細(xì)胞生存的適宜pH為________ ；
③適宜的滲透壓：維持細(xì)胞正常的形態(tài)和功能。
①培養(yǎng)液、培養(yǎng)用具：滅菌處理；
②無菌操作；③適量添加抗生素
定期更換培養(yǎng)液，以便清除代謝物。
01
動物細(xì)胞培養(yǎng)的條件
2.培養(yǎng)條件：
36.5±0.5℃
7.2-7.4
維持培養(yǎng)液的pH
95%空氣 + 5%CO2 的CO2 培養(yǎng)箱
CO2培養(yǎng)箱
松蓋培養(yǎng)瓶
01
動物細(xì)胞培養(yǎng)的條件
2.培養(yǎng)條件：
O2：細(xì)胞代謝所必需
體外培養(yǎng)的動物細(xì)胞可以分為兩大類：
一類細(xì)胞能夠懸浮在培養(yǎng)液中生長增殖；
另一類則需要貼附于某些基質(zhì)表面才能生長增殖，大多數(shù)細(xì)胞屬于這種類型，這類細(xì)胞往往貼附在培養(yǎng)瓶的瓶壁上，這種現(xiàn)象稱為細(xì)胞貼壁。
懸浮培養(yǎng)瓶
02
動物細(xì)胞培養(yǎng)的過程
1.體外培養(yǎng)的動物細(xì)胞分類：
取動物組織
制成細(xì)胞懸液
轉(zhuǎn)入培養(yǎng)液進(jìn)行原代培養(yǎng)
放入CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)
傳代培養(yǎng)
放入CO2
培養(yǎng)箱中培養(yǎng)
用機(jī)械的方法，或用胰蛋白酶、膠原蛋白酶等處理的方法，將組織分散成單個細(xì)胞
02
動物細(xì)胞培養(yǎng)的過程
2.培養(yǎng)過程：
可以用胃蛋白酶處理嗎？
不可以，pH不適宜。
用胰蛋白酶、膠原蛋白酶等處理，去掉組織間蛋白，將組織分散成單個細(xì)胞
動物組織處理后的初次培養(yǎng)
當(dāng)貼壁細(xì)胞分裂生長到表面相互接觸時，細(xì)胞通常會停止分裂增殖。
取動物組織
制成細(xì)胞懸液
放入CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)
轉(zhuǎn)入培養(yǎng)液進(jìn)行原代培養(yǎng)
體外培養(yǎng)的動物細(xì)胞
懸浮生長類：
會因細(xì)胞密度過大、有害代謝物積累和培養(yǎng)液中營養(yǎng)物質(zhì)缺乏等因素而分裂受阻。
貼壁生長類：
（大多數(shù)）
除受以上因素影響外，還會發(fā)生接觸抑制現(xiàn)象。
02
動物細(xì)胞培養(yǎng)的過程
2.培養(yǎng)過程：
一般取材于動物胚胎或幼齡動物的組織、器官，原因：細(xì)胞分化程度低，增殖能力強(qiáng)，容易培養(yǎng)。
分瓶后的細(xì)胞培養(yǎng)
取動物組織
制成細(xì)胞懸液
放入CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)
轉(zhuǎn)入培養(yǎng)液進(jìn)行原代培養(yǎng)
放入CO2
培養(yǎng)箱中培養(yǎng)
傳代培養(yǎng)
懸浮生長類：直接用離心法收集貼壁生長類：重新用胰蛋白酶等處理，使之分散成單個細(xì)胞，然后再用離心法收集。將收集的細(xì)胞制成細(xì)胞懸液，分瓶培養(yǎng)。
02
動物細(xì)胞培養(yǎng)的過程
2.培養(yǎng)過程：
取動物組織
用機(jī)械法或用胰蛋白酶、膠原蛋白酶等處理
分散成單個細(xì)胞
解決
懸浮生長
貼壁生長
(大多數(shù)）
細(xì)胞密度過大、有害代謝物積累、營養(yǎng)物質(zhì)缺乏等
接觸抑制
傳代培養(yǎng)
細(xì)胞懸液
原代培養(yǎng)
分瓶
培養(yǎng)
①原代培養(yǎng)：指動物組織經(jīng)處理后的初次培養(yǎng)。
②細(xì)胞貼壁：某些細(xì)胞需要貼附于某些基質(zhì)表面才能增殖，這類細(xì)胞往往貼附在培養(yǎng)瓶的瓶壁上。
③接觸抑制：當(dāng)貼壁細(xì)胞分裂生長到表面相互接觸時，細(xì)胞停止分裂增殖的現(xiàn)象。
④傳代培養(yǎng)：分瓶后的細(xì)胞培養(yǎng)。
加培養(yǎng)液
在培養(yǎng)皿或培養(yǎng)瓶內(nèi)
懸浮培養(yǎng)的細(xì)胞:直接用離心法收集
貼壁細(xì)胞:用胰蛋白酶處理分散成單個細(xì)胞，用離心法收集
細(xì)胞分裂受阻
②制成細(xì)胞懸液，分瓶培養(yǎng)
①收集細(xì)胞
相關(guān)概念
（1）原代培養(yǎng)：動物組織經(jīng)處理后的初次培養(yǎng)稱為原代培養(yǎng)。
（4）接觸抑制：當(dāng)貼壁細(xì)胞分裂生長到表面相互接觸時，細(xì)胞通常會停止分裂增殖，這種現(xiàn)象稱為接觸抑制。
（2）傳代培養(yǎng)：將分瓶后的細(xì)胞培養(yǎng)稱為傳代培養(yǎng)。
（3）細(xì)胞貼壁：大多數(shù)體外培養(yǎng)的細(xì)胞需要貼附于某些基質(zhì)表面才能生長增殖，這類細(xì)胞往往貼附在培養(yǎng)瓶的瓶壁上，這種現(xiàn)象稱為細(xì)胞貼壁。
強(qiáng)調(diào)：
培養(yǎng)瓶
培養(yǎng)皿
植物組織培養(yǎng) 動物細(xì)胞培養(yǎng)
原理
培養(yǎng)前處理
取材
培養(yǎng)基的物理性質(zhì)
培養(yǎng)基的成分
特有成分
植物細(xì)胞的全能性
細(xì)胞增殖
需離體
用機(jī)械法或胰蛋白酶、膠原蛋白酶將組織細(xì)胞分散開
離體植物器官、組織、細(xì)胞
動物胚胎或幼齡動物的組織、器官
固體培養(yǎng)基
液體培養(yǎng)基(又稱培養(yǎng)液)
有機(jī)營養(yǎng)成分
無機(jī)營養(yǎng)成分
植物激素
糖類、氨基酸、無機(jī)鹽、維生素等營養(yǎng)物質(zhì)及一些天然成分如血清
植物激素
血清
歸納總結(jié)
動物細(xì)胞培養(yǎng)和植物組織培養(yǎng)的比較
植物組織培養(yǎng) 動物細(xì)胞培養(yǎng)
特殊環(huán)境條件
結(jié)果
過程
相同點(diǎn) 再分化需光
氣體環(huán)境
一般獲得新的植株
（體現(xiàn)細(xì)胞的全能性）
獲得大量細(xì)胞
（不體現(xiàn)細(xì)胞的全能性）
①培養(yǎng)過程中細(xì)胞都進(jìn)行有絲分裂，不涉及減數(shù)分裂；
②均需無菌操作，需要適宜的溫度、pH等條件。
外植體
脫分化
愈傷組織
再分化
根、芽
幼苗
完整植株
移栽成活
取動物組織
制成細(xì)胞懸液
轉(zhuǎn)入培養(yǎng)液進(jìn)行原代培養(yǎng)
分瓶
進(jìn)行傳代培養(yǎng)
歸納總結(jié)
動物細(xì)胞培養(yǎng)和植物組織培養(yǎng)的比較
早期胚胎中
具有分化為成年動物體內(nèi)的任何一種類型的細(xì)胞，并進(jìn)一步形成機(jī)體的所有組織和器官甚至個體的潛能。
胚胎干細(xì)胞
分布
特點(diǎn)
應(yīng)用實(shí)例
在體外分化成心肌細(xì)胞、
神經(jīng)元細(xì)胞和造血干細(xì)胞等
局限性
必須從胚胎中獲取 ，涉及倫理問題；因而限制了在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。
03
干細(xì)胞培養(yǎng)及其應(yīng)用
1.ES細(xì)胞：
成體組織或器官內(nèi)
造血干細(xì)胞（骨髓、外周血和臍帶血中）
神經(jīng)干細(xì)胞（神經(jīng)系統(tǒng)中）
精原干細(xì)胞（睪丸中）
具有組織特異性，只能分化成特定的細(xì)胞或組織，不具有發(fā)育成完整個體的能力
2.成體干細(xì)胞
分布
舉例
特點(diǎn)
應(yīng)用實(shí)例
治療神經(jīng)組織損傷和神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病（如帕金森病、阿爾茨海默病等）
治療白血病及一些惡性腫瘤放療或化療后引起的造血系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)功能障礙等疾病
造血干細(xì)胞→
神經(jīng)干細(xì)胞→
治療細(xì)胞損傷造成的疾病
03
干細(xì)胞培養(yǎng)及其應(yīng)用
通過體外誘導(dǎo)小鼠成纖維細(xì)胞得到的類似胚胎干細(xì)胞的一種細(xì)胞
①將特定基因或特定蛋白導(dǎo)入細(xì)胞
（成纖維細(xì)胞、已分化的T細(xì)胞、B細(xì)胞）
誘導(dǎo)多能干細(xì)胞
概念
制備方法
應(yīng)用
優(yōu)點(diǎn)
②用小分子化合物誘導(dǎo)形成。
①誘導(dǎo)過程無須破壞胚胎；
②iPS細(xì)胞可以來源于病人自身的體細(xì)胞，將它移植回病人體內(nèi)后，理論上可以避免免疫排斥反應(yīng)。
可治療鐮狀細(xì)胞貧血癥；
在治療阿爾茲海默病、心血管疾病等領(lǐng)域的研究也取得了新進(jìn)展
03
干細(xì)胞培養(yǎng)及其應(yīng)用
3.iPS細(xì)胞：
誘導(dǎo)多能干細(xì)胞
（iPS細(xì)胞）
多種體細(xì)胞
定向誘導(dǎo)分化
體外誘導(dǎo)小鼠成纖維細(xì)胞
臨床治療人類疾病如：
白血病、帕金森病、阿而茨海默病等
03
干細(xì)胞培養(yǎng)及其應(yīng)用
移植
取成纖維細(xì)胞等
iPS細(xì)胞
轉(zhuǎn)入相關(guān)因子
細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)化
分化
胰島細(xì)胞
神經(jīng)元
血細(xì)胞
腸上皮細(xì)胞
心肌細(xì)胞
肝細(xì)胞
病人
iPS細(xì)胞用于治療人類疾病示意圖
iPS細(xì)胞的應(yīng)用前景：
無菌、無毒
營養(yǎng)
溫度、pH和滲透壓
氣體環(huán)境
制備細(xì)胞懸液
原代培養(yǎng)
傳代培養(yǎng)
動物細(xì)胞培養(yǎng)
動物細(xì)胞培養(yǎng)的條件
動物細(xì)胞培養(yǎng)的過程
干細(xì)胞的培養(yǎng)和應(yīng)用
干細(xì)胞的種類、特點(diǎn)及應(yīng)用
iPS細(xì)胞的培養(yǎng)和應(yīng)用
課堂小結(jié)
1.判斷下列有關(guān)動物細(xì)胞培養(yǎng)的表述是否正確。
（1）培養(yǎng)環(huán)境中需要O2，不需要CO2 。（ ）
（2）細(xì)胞要經(jīng)過脫分化形成愈傷組織。（ ）
（3）培養(yǎng)液中通常含有糖類、氨基酸、無機(jī)鹽、維生素和動物血清（ ）
（4）培養(yǎng)瓶中的細(xì)胞需定期用胰蛋白酶處理,分瓶后才能繼續(xù)增殖（ ）
練習(xí)與應(yīng)用
×
√
×
×
2.干細(xì)胞有著廣泛的應(yīng)用前景。下列相關(guān)敘述錯誤的是( )
A.干細(xì)胞是從胚胎中分離提取的細(xì)胞
B.造血干細(xì)胞可以分化為各種血細(xì)胞
C.不同類型的干細(xì)胞,它們的分化潛能是有差別的
D.由iPS細(xì)胞產(chǎn)生的特定細(xì)胞,可以在新藥的測試中發(fā)揮重要作用
A
一、概念檢測
現(xiàn)在關(guān)于iPS細(xì)胞的研究正在不斷深入。請你從以下兩個方面來查閱資料進(jìn)行思考。
（1）由于誘導(dǎo)iPS細(xì)胞、促使其分化都需要時間，因此用某人特異的iPS細(xì)胞進(jìn)行醫(yī)療只限于時間比較充裕的情形。從實(shí)際事故、疾病發(fā)生的不可預(yù)測性方面考慮，如果要將這些細(xì)胞用于緊急情況，應(yīng)該提前采取什么措施
提示：像建立骨髓庫一樣，有研究團(tuán)隊(duì)正在嘗試建立HLA(Human Leukocyte Antigen,人類白細(xì)胞抗原)多態(tài)性豐富的iPS細(xì)胞庫，可以為需要的人找到HIA匹配度較高的iPS細(xì)胞，這樣不僅可以節(jié)省時間、成本，還能減輕異體干細(xì)胞移植后發(fā)生的免疫排斥反應(yīng)。
（2）如果誘導(dǎo)iPS細(xì)胞定向分化為生殖細(xì)胞的技術(shù)發(fā)展成熟，該技術(shù)可能會有哪些應(yīng)用？又可能帶來哪些問題？
提示：該技術(shù)可能被用于治療不孕癥；獲得足夠量的生殖細(xì)胞來進(jìn)行瀕危物種的克隆研究；獲得生殖細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)基因操作，再經(jīng)過受精、胚胎發(fā)育等過程來獲得轉(zhuǎn)基因動物。該技術(shù)可能帶來一系列的倫理問題。例如，如果用同一個人的iPS細(xì)胞分別誘導(dǎo)形成精子和卵子，兩者受精可能培育出“單親”嬰兒；有的人還可能有目的地選擇iPS細(xì)胞，從而“設(shè)計(jì)”嬰兒。
二、拓展應(yīng)用

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