資源簡介

(共48張PPT)
目錄 /CONTENTS
01
發酵工程
02
細胞工程
03
基因工程
04
生物技術的安全性與倫理問題
第2章 細胞工程
第2節 動物細胞工程
1975年，米爾斯坦和科勒，創立單克隆抗體技術
1890年，希普，世界上首例胚胎移植成功
1907年，哈里森，
首創了動物組織體外培養法
1951年，張明覺，
發現哺乳動物精子獲能現象
1958年，格登，體細胞核移植成功
1959年，試管家兔誕生
1978年，胚胎分割移植工程
1981年，埃文斯，
分離和培養小鼠胚胎干細胞
1996年，克隆羊誕生
2006年，山中伸彌，
獲得誘導多能干細胞
2014年，單細胞基因組測序進行遺傳病篩查的試管嬰兒誕生
2017年，我國科學家首次培育了體細胞克隆猴
【科技探索之路·動物細胞工程的發展歷程】
第二章 動物細胞工程
第1節 動物細胞培養
（第一課時）
目錄 /CONTENTS
01
動物細胞培養
02
動物細胞培養的條件
03
動物細胞培養的過程
04
干細胞培養及其應用
學習目標：
1.舉例說出動物細胞融合的概念、原理及應用。
2.闡明利用動物細胞融合技術制備單克隆抗體的過程。
3.認同單克隆抗體在臨床上有重要的應用價值。
4.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。
新課導入
大面積燒傷的病人需要移植健康皮膚，怎么辦？
消防員救火
取燒傷病人的健康皮膚或他人進行自體移植。
患者皮膚的不足，他人提供也不足，如何解決？
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，而且會產生免疫排斥反應
可以從病人身上取少量正常、健康的皮膚在體外進行培養、擴增。
目前，科學家還在研究對皮膚干細胞進行培養，以獲得適合臨床上使用的人造皮膚。
視頻：人造皮膚：人體再生術的秘密
④選材少，繁殖率高，便于自動化管理。
動物細胞工程
動物細胞培養（基礎）
動物細胞融合技術和單克隆抗體
動物體細胞核移植技術和克隆動物
1. 動物細胞培養的條件
2. 動物細胞培養的過程
3. 干細胞培養及應用
新課導入
一、動物細胞培養
1.動物細胞培養的概念
從動物體中取出相關的組織，將它分散成單個細胞，然后在適宜的培養條件下，讓這些細胞生長和增殖的技術。
2.對象
一般取材于動物胚胎或幼齡動物的組織、器官。
原因：
3.地位
其他動物細胞工程的基礎
細胞分化程度低，增殖能力強，有絲分裂旺盛，容易培養。
4.原理
細胞增殖（有絲分裂）
回顧：植物組織培養的原理是：
細胞的全能性
5.目的
獲得細胞或者細胞產物
二、動物細胞培養的條件
一般來說，動物細胞培養（模擬體內細胞正常生長增殖的環境）需要滿足以下條件：
動物細胞培養所需的基本條件
營養物質
其他條件
<
<
糖類
氨基酸
無機鹽
維生素
無菌、無毒的環境
適宜的溫度、pH和滲透壓
適宜的氣體環境
二、動物細胞培養的條件
1. 營養
將細胞所需的營養物質（糖類、氨基酸、無機鹽、維生素等）按種類和所需量嚴格配制的培養基。
（1）培養基構成：
合成培養基
血清等一些天然成分
＋
合成培養基：
血清等一些天然成分：
含有尚未研究清楚的細胞所需的營養物質
（2）培養基類型（物理性質）：
液體培養基（培養液）
【思考】動物細胞培養為什么需要加血清？
血清可提供一個類似生物體內的環境，其中還含有必需氨基酸、激素、酶、多種未知的促細胞生長/貼附因子等多種活性物質，可促進細胞生長和增殖。
二、動物細胞培養的條件
2.無菌、無毒的環境
無菌：
①對培養液和所有培養用具進行滅菌處理
②在無菌環境下進行操作
③添加一定量的抗生素
定期更換培養液。
無毒：
問題2: 定期更換培養液的目的是什么？
以便清除代謝物，防止細胞代謝物積累對細胞自身造成危害
問題1:如何防止培養過程中的微生物污染？
在細胞培養液中添加一定量的抗生素
二、動物細胞培養的條件
3.溫度、pH和滲透壓
多數動物細胞生存的適宜pH為____________________
①適宜的溫度：
36.5±0.5℃
7.2-7.4（中性或弱堿性）
維持細胞正常的形態和功能
哺乳動物細胞培養的溫度多以_________________為宜；
維持適宜滲透壓的目的______________________________________
②適宜的pH：
③適宜的滲透壓：
二、動物細胞培養的條件
④選材少，繁殖率高，便于自動化管理。
松蓋培養瓶
CO2培養箱
培養皿
4. 氣體環境
（3）在細胞培養時，通常采用培養皿或松蓋培養瓶，并將它們置于含有95%空氣和5%CO2的混合氣體的CO2培養箱中進行培養。
（1）O2：細胞代謝所必需的（有氧呼吸）
（2）CO2：主要作用是維持培養液的pH
并不是95%氧氣
三、動物細胞培養的過程
④選材少，繁殖率高，便于自動化管理。
動物細胞培養技術：從動物體中取出相關的組織，將它分散成單個細胞，然后在適當的培養條件下，讓這些細胞生長和增殖的技術。
對象：
原因：
細胞分化程度低，增殖能力強，有絲分裂旺盛，容易培養。
一般取材于動物胚胎或幼齡動物的組織、器官。
原理：
細胞增殖
（有絲分裂）
依據動物細胞培養概念，初步構建動物細胞培養的流程。
動物體
組織
單個細胞
細胞生長和增殖
取出
分散成
適宜條件
三、動物細胞培養的過程
（1）培養前，為什么要將動物組織分散成單個細胞？
①分散不會限制彼此的生長和增殖；
②利于從培養液中獲得營養，排出代謝廢物，利于繼續培養。
依據動物細胞培養概念，初步構建動物細胞培養的流程。
動物體
組織
單個細胞
細胞生長和增殖
取出
分散成
適宜條件
（2）怎樣將動物組織分散成單個細胞？
機械的方法或用胰蛋白酶、膠原蛋白酶等處理一段時間。
①說明細胞間的物質主要是什么成分？
主要是蛋白質(膠原蛋白等)
三、動物細胞培養的過程
依據動物細胞培養概念，初步構建動物細胞培養的流程。
動物體
組織
單個細胞
細胞生長和增殖
取出
分散成
適宜條件
（2）怎樣將動物組織分散成單個細胞？
機械的方法或用胰蛋白酶、膠原蛋白酶等處理一段時間。
②用胃蛋白酶可以嗎？
不可以，因為動物細胞培養適宜的PH為7.2～7.4，此環境下胃蛋白酶（1.5～2.0）沒有活性，而胰蛋白酶(7.2～8.4)的活性較高。
三、動物細胞培養的過程
依據動物細胞培養概念，初步構建動物細胞培養的流程。
動物體
組織
單個細胞
細胞生長和增殖
取出
分散成
適宜條件
（2）怎樣將動物組織分散成單個細胞？
機械的方法或用胰蛋白酶、膠原蛋白酶等處理一段時間。
②胰蛋白酶能將細胞消化掉嗎？要注意什么問題呢？
能，但應注意時間的控制。因為胰蛋白酶不僅能分解細胞間的蛋白質，長時間還會分解膜蛋白，對細胞造成損傷。
（3）分散成的單個細胞，如何培養？
用培養液將細胞制成細胞懸液，放入培養皿或培養瓶內，置于適宜環境中培養。
加培養液
細胞懸浮液
培養
放入培養瓶
在適宜條件中
三、動物細胞培養的過程
依據動物細胞培養概念，初步構建動物細胞培養的流程。
動物體
組織
單個細胞
細胞生長和增殖
取出
分散成
適宜條件
加培養液
細胞懸浮液
培養
放入培養瓶
在適宜條件中
（1）懸浮生長類：能夠懸浮在培養液中生長增殖。
體外培養的動物細胞類型
會因細胞密度過大、有害代謝物積累和培養液中營養物質缺乏等因素而分裂受阻。
懸浮培養瓶
培養一段時間后，細胞分裂會受阻，為什么？
三、動物細胞培養的過程
（2）貼壁生長類：
體外培養的動物細胞類型
需要貼附于某些基質表面才能生長增殖（細胞貼壁），大多數細胞屬于此類。
除受密度、有害代謝物、營養物質影響外，還會發生接觸抑制現象。
接觸抑制：當貼壁細胞分裂生長到表面相互接觸時，細胞通常會停止分裂增殖。
要求：培養瓶或培養皿的內表面光滑、無毒、易于貼附
細胞分裂受阻抑制
分瓶培養
解除方法
細胞分裂受阻抑制如何解除？
三、動物細胞培養的過程
細胞貼壁過程
圓球形細胞剛開始
鋪展貼壁生長（100×）
培養的動物細胞貼壁生長
并進行有絲分裂（100×）
細胞單層貼壁生長鋪滿瓶壁后出現接觸抑制（100×）
貼壁生長與接觸抑制
三、動物細胞培養的過程
④選材少，繁殖率高，便于自動化管理。
由于細胞之間有接觸抑制的特性，一般的正常細胞并不重疊于其他細胞之上生長，而是單層生長。
癌細胞由于無接觸抑制而能夠繼續移動和增殖，導致細胞向三維空間擴展，發生堆積。
是否接觸抑制可作為區別正常細胞與癌細胞的標志之一。
三、動物細胞培養的過程
依據動物細胞培養概念，初步構建動物細胞培養的流程。
動物體
組織
單個細胞
細胞生長和增殖
取出
分散成
適宜條件
加培養液
細胞懸浮液
培養
放入培養瓶
在適宜條件中
傳代培養
在適宜條件中
分瓶培養
原代培養
細胞分裂受阻
分瓶培養
解除方法
細胞分裂受阻如何解決？
會因細胞密度過大、有害代謝物積累和培養液中營養物質缺乏等因素而分裂受阻。
還會發生接觸抑制細胞停止分裂增殖
三、動物細胞培養的過程
④選材少，繁殖率高，便于自動化管理。
動物組織處理后的初次培養
取動物組織
制成細胞懸液
放入CO2培養箱中培養
轉入培養液進行
原代培養
分瓶后的細胞培養
放入CO2
培養箱中培養
傳代培養
判斷依據：胰蛋白酶處理的對象和是否分瓶！
第一次：用胰蛋白酶對剪碎的動物組織進行處理
第二次：細胞培養過程中出現接觸抑制，用胰蛋白酶使其從瓶壁上脫離下來
三、動物細胞培養的過程
依據動物細胞培養概念，初步構建動物細胞培養的流程。
動物體
組織
單個細胞
細胞生長和增殖
取出
分散成
適宜條件
加培養液
細胞懸浮液
培養
放入培養瓶
在適宜條件中
傳代培養
在適宜條件中
分瓶培養
原代培養
傳代培養（分瓶培養）操作流程
懸浮細胞: 離心法收集
②制成細胞懸液，分瓶培養
①收集細胞
貼壁細胞: 胰蛋白酶處理，再離心法收集
三、動物細胞培養的過程
細胞懸液
細胞株
10代細胞
50代細胞
細胞系
無限傳代
遺傳物質改變
細胞系
遺傳物質一般不改變
延伸拓展：細胞株和細胞系
細胞株：原代培養的細胞一般傳至10代左右細胞生長停滯，大部分細胞衰老死亡，少數細胞存活到40~50代，這種傳代細胞為細胞株。
細胞系：細胞株傳代至50代后又出現細胞生長停滯狀態，只有部分細胞由于遺傳物質的改變，使其在培養條件下可以無限制傳代，這種傳代細胞為細胞系。
區別：細胞系的遺傳物質改變，具有癌細胞的特點，失去接觸抑制。
三、動物細胞培養的過程
來自一位美國黑人婦女海瑞塔·拉克斯的宮頸癌細胞，在1951年進行細胞取樣后，她于6個月后去世。這一細胞系是永生的，也就是說，只要有合適的培養環境，它們就能在細胞培養基中無限分裂下去。
不同于其他一般的人類細胞，此細胞不會衰老死亡，并可以無限分裂下去。此細胞系跟其他癌細胞系相比，增殖異常迅速。
海拉細胞系
三、動物細胞培養的過程
④選材少，繁殖率高，便于自動化管理。
比較項目 植物組織培養 動物細胞培養
原理
培養基的物理性質
培養基特有成分
過程
相同點 固體培養基
葡萄糖、動物血清
液體培養基(又稱培養液)
細胞增殖
植物細胞的全能性
蔗糖、植物激素
①都進行有絲分裂，不涉及減數分裂
②均需無菌操作、無菌培養，需要適宜的溫度、pH等條件
外植體
↓脫分化
愈傷組織
　 ↓再分化
芽、根或胚狀體
↓生長發育
植物體
動物的組織
　　　　　 ↓ 機械法或胰蛋白酶、
↓ 膠原蛋白酶處理
細胞懸液
↓
原代培養
↓
細胞懸液
↓
傳代培養
植物組織培養和動物細胞培養的比較
視頻：干細胞作用及應用前景
四、干細胞培養及其應用
1、什么是干細胞？它有哪些類型？這些類型的干細胞各有怎樣的特點和哪些方面的應用？
2、科學家是怎樣獲得iPS細胞的？這種細胞與胚胎干細胞相比，有哪些應用優勢？
3、干細胞應用于臨床治療可能存在什么問題？
4、你如何看待干細胞在臨床上的應用所產生的效益與風險？
請認真閱讀教材P46，思考并回答下列問題：
四、干細胞培養及其應用
1. 干細胞的概念
④選材少，繁殖率高，便于自動化管理。
動物和人體內仍保留的少數具有分裂和分化能力的細胞。在一定條件下，干細胞可以分化成其他類型的細胞。
2. 干細胞的分布
干細胞存在于____________、________和___________等多種組織和器官中。
早期胚胎
骨髓
臍帶血
3.干細胞的分類：
包括胚胎干細胞、成體干細胞、誘導多能干細胞等。
四、干細胞培養及其應用
①胚胎干細胞（簡稱ES 細胞）
1.分布：
存在于早期胚胎中
2.特點：
①形態特點：體積較小，細胞核大，核仁明顯。
3.實例：
ES細胞在體外分化成心肌細胞、神經元細胞和造血干細胞等
②功能特點：具有分化為成年動物體內的任何一種類型的細胞，并進一步形成機體的所有組織和器官甚至個體的潛能。
4.局限性：
必須從胚胎中獲取，涉及倫理問題，因而限制了在醫學上的應用。
四、干細胞培養及其應用
②成體干細胞
1.分布：
存在于成體組織或器官內
2.實例：
睪丸中的精原干細胞
骨髓中的造血干細胞
神經系統中的神經干細胞
血細胞和免疫細胞
分化
分化
神經細胞
分化
精原細胞
具有組織特異性，只能分化成特定的細胞或組織，不具有發育成完整個體的能力。
3.特點：
專能干細胞
發現最早、研究最多的、應用最成熟的實例
四、干細胞培養及其應用
4. 應用：
干細胞有著自我更新能力及分化的潛能，與組織、器官的發育、再生和修復等密切相關，因而在醫學上有著廣泛的應用。
正常造血干細胞
患者體內
受損的血細胞
修復或替換
移植
治療
白血病
惡性腫瘤放療或化療后引起的造血系統、免疫系統功能障礙疾病
（1）造血干細胞
四、干細胞培養及其應用
4. 應用：
干細胞有著自我更新能力及分化的潛能，與組織、器官的發育、再生和修復等密切相關，因而在醫學上有著廣泛的應用。
正常神經
干細胞
患者體內
受損的
神經組織
神經組織損傷
修復或替換
移植
治療
神經系統退行性疾病
（帕金森病、阿爾茨海默病）
（2）神經干細胞
四、干細胞培養及其應用
③誘導多能干細胞（iPS細胞）
1.概念：
通過體外誘導小鼠成纖維細胞得到的類似胚胎干細胞的一種細胞，稱為誘導多能干細胞，簡稱iPS細胞。
2.誘導方法：
①將特定基因或特定蛋白導入細胞
（成纖維細胞以及已分化的T細胞、B細胞均可）；
②用小分子化合物誘導形成。
四、干細胞培養及其應用
移植
取成纖維細胞等
iPS細胞
轉入
相關因子
細胞發生轉化
分化
胰島細胞
神經元
血細胞
腸上皮細胞
心肌細胞
肝細胞
病人
2006年，科學家通過體外誘導小鼠成纖維細胞，獲得了類似胚胎干細胞的一種細胞，將它稱為誘導多能干細胞（簡稱iPS細胞），并用iPS細胞治療了小鼠的鐮狀細胞貧血。
iPS細胞用于治療人類疾病示意圖
iPS細胞的誘導及其流程
體外誘導小鼠成纖維細胞
誘導多能干細胞（iPS細胞）
各種類型的體細胞
定向誘導分化
①導入特定基因
②導入特定蛋白
③小分子化合物
四、干細胞培養及其應用
知識拓展：成纖維細胞是疏松結締組織的主要細胞成分。細胞扁平，多突起，呈星狀，細胞質較豐富，細胞核較大，扁卵圓形，染色質疏松著色淺，核仁明顯。
四、干細胞培養及其應用
4.優點
②iPS細胞可以來源于病人自身的體細胞，將它移植回病人體內后，理論上可以避免免疫排斥反應。
3.應用
①誘導過程無需破壞胚胎。
②iPS細胞在治療阿爾茨海默病、心血管疾病等領域的研究也取得了新進展。
①應用iPS細胞可治療小鼠的鐮狀細胞貧血。
所以，科學家普遍認為iPS細胞的應用前景優于胚胎干細胞。
四、干細胞培養及其應用
5. 干細胞應用面臨的問題及展望
干細胞將在再生醫學、藥物安全性與有效性檢測等領域發揮大作用。
（1）面臨的問題：存在導致腫瘤發生的風險。
（2）應用展望：
視頻：干細胞與器官再生
本章小結
無菌、無毒
營養
溫度、pH和滲透壓
氣體環境
制備細胞懸液
原代培養
傳代培養
動物細胞培養
動物細胞培養的條件
動物細胞培養的過程
干細胞的培養和應用
干細胞的種類、特點及應用
iPS細胞的培養和應用
1．動物細胞培養過程中需將動物細胞放于含95%氧氣和5%CO2的CO2培養箱中培養。(選擇性必修3 P44正文)(　　)
2．體外培養的動物細胞一類能懸浮在培養液中生長增殖，另一類需要貼附于某些基質表面才能生長增殖。(選擇性必修3 P44正文)(　　)
3．干細胞存在于早期胚胎、骨髓和臍帶血等多種組織和器官中。(選擇性必修3 P46正文)(　　)
4．iPS細胞的應用前景優于胚胎干細胞。(選擇性必修3 P46正文)(　　)
易錯辨析
×
含95%空氣
√
√
√
　考點訓練　
1.對某種動物的肝腫瘤細胞進行細胞培養，下列說法錯誤的是（ ）
A.在利用肝組織塊制備細胞懸液時，可用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理
B.動物細胞培養應在含5%CO2的CO2培養箱中進行，CO2的作用維持培養
液的pH
C.為了防止動物細胞培養過程中受污染，可向培養液中加入適量的干擾素
D.在合成培養基中，通常需加入血清等一些天然成分
為防止動物細胞培養過程中雜菌的污染，可向培養液中加入適量的抗生素
　考點訓練　
2.某學術期刊發表論文稱，利用人類多能干細胞培養的皮膚類器官在培養4～5個月后，形成了多層皮膚組織，包含毛囊、皮脂腺和神經元回路，是迄今最逼真的人皮膚類器官。下列相關敘述正確的是( )
A.多能干細胞形成多層皮膚組織的過程中，遺傳物質通常會發生改變
B.多能干細胞培養形成多層皮膚組織，說明動物的體細胞具有全能性
C.給燒傷病人移植自身多能干細胞培養成的皮膚類器官可減弱免疫排斥反應
D.該項研究結果表明多能干細胞可以分化成為人體內所需的各種組織和器官
遺傳物質并未發生改變，只是基因的選擇性表達
未分化成各種細胞或發育成完整個體，不能體現動物體細胞的全能性
研究結果表明，多能干細胞能形成多層皮膚組織，包含毛囊、皮脂腺和神經元回路，但不能說明其能分化成各種組織和器官
　高考真題演練
3.（2024·江蘇·高考真題）我國科學家利用人的體細胞制備多能干細胞，再用小分子TH34成功誘導衍生成胰島B細胞。下列相關敘述錯誤的是（ ）
A．基因選擇性表達被誘導改變后，可使體細胞去分化成多能干細胞
B．在小分子TH34誘導下，多能干細胞發生基因突變，獲得胰島素基因
C．衍生的胰島B細胞在葡萄糖的誘導下能表達胰島素，才可用于移植治療糖尿病
D．若衍生的胰島B細胞中凋亡基因能正常表達，細胞會發生程序性死亡
多能干細胞在誘導分化的過程中不會突然發生基因突變獲得胰島素基因
　高考真題演練
4.（2023·海南·高考真題）某團隊通過多代細胞培養，將小鼠胚胎干細胞的Y染色體去除，獲得XO胚胎干細胞，再經過一系列處理，使之轉變為有功能的卵母細胞。下列有關敘述錯誤的是（ ）
A．營養供應充足時，傳代培養的胚胎干細胞不會發生接觸抑制
B．獲得XO胚胎干細胞的過程發生了染色體數目變異
C．XO胚胎干細胞轉變為有功能的卵母細胞的過程發生了細胞分化
D．若某瀕危哺乳動物僅存雄性個體，可用該法獲得有功能的卵母細胞用于繁育
營養供應充足時，傳代培養的胚胎干細胞也會發生接觸抑制

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