资源简介

(共26张PPT)
第2章 细胞工程
2.1 植物细胞工程
2.2 动物细胞工程
2.3 胚胎工程
希普：首例胚胎移植成功
哈里森:首创动物组织体外培养法
张明觉：发现哺乳动物精子获能现象
格登、童第周：体细胞核移植成功
试管家兔诞生
米尔斯坦和科勒：创立单克隆抗体技术
胚胎分割移植成功
埃文斯：成功分离和培养小鼠的胚胎干细胞
克隆羊多莉诞生
山中伸弥：获得诱导多能干细胞
单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿诞生
我国科学家首次培育了体细胞克隆猴。
1890年
1907年
1951年
1958年
1959年
1975年
1978年
1981年
1996年
2006年
2014年
2017年
动物细胞工程的发展历程
科技探索之路
2.2动物细胞工程
动物细胞培养
动物细胞融合
动物细胞核移植
动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础。
动物细胞培养需要哪些基本条件？
动物细胞培养的基本操作过程是什么？
本节聚焦
1
2
3
怎样客观分析干细胞在临床上的应用所产生的效益与风险？
在治疗大面积烧伤时，通常采用的方法是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植。但对这样的病人来说，自体健康皮肤非常有限，使用他人皮肤来源又不足，而且会产生免疫排斥反应。
提示：可以从病人身上取少量正常、健康的皮肤在体外进行培养、扩增；
目前，科学家还在研究对皮肤干细胞进行培养，以获得适合临床上使用的人造皮肤。
那么：
怎样才能获得大量的自体健康皮肤？
能不能用自体皮肤的单个细胞培养出可供移植的皮肤？
通过细胞培养构建的人造皮肤
【从社会中来】
人造皮肤：人体再生术的秘密
(2021江苏)新冠病毒通过S蛋白与细胞表面的ACE2受体结合,制备病毒灭活疫苗时，先大量培养表达 的细胞，再接入新冠病毒扩大培养，灭活处理后制备疫苗。
ACE2受体
操作原因：
原理：
对象：
从动物体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后在适当的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。
细胞增殖
一般是指动物胚胎或出生不久的幼龄动物组织，因为这些组织细胞比老龄动物的组织细胞生命力旺盛，易于培养，同时增殖能力也更强。
将组织块分散成单个细胞后，细胞所需的营养容易供应，其代谢废物容易排出。
01
动物细胞培养的条件
1.动物细胞培养：
将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配制而成的培养基
含人类未知、细胞生长增殖所必需的物质，满足细胞对未知营养成分的需求。
培养基的构成：合成培养基 + 血清等天然成分
一般使用液体培养基，也称为培养液
01
动物细胞培养的条件
2.培养条件：
①适宜的温度：哺乳动物细胞培养的温度多以___________为宜；
②适宜的pH：多数动物细胞生存的适宜pH为________ ；
③适宜的渗透压：维持细胞正常的形态和功能。
①培养液、培养用具：灭菌处理；
②无菌操作；③适量添加抗生素
定期更换培养液，以便清除代谢物。
01
动物细胞培养的条件
2.培养条件：
36.5±0.5℃
7.2-7.4
维持培养液的pH
95%空气 + 5%CO2 的CO2 培养箱
CO2培养箱
松盖培养瓶
01
动物细胞培养的条件
2.培养条件：
O2：细胞代谢所必需
体外培养的动物细胞可以分为两大类：
一类细胞能够悬浮在培养液中生长增殖；
另一类则需要贴附于某些基质表面才能生长增殖，大多数细胞属于这种类型，这类细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上，这种现象称为细胞贴壁。
悬浮培养瓶
02
动物细胞培养的过程
1.体外培养的动物细胞分类：
取动物组织
制成细胞悬液
转入培养液进行原代培养
放入CO2培养箱中培养
传代培养
放入CO2
培养箱中培养
用机械的方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理的方法，将组织分散成单个细胞
02
动物细胞培养的过程
2.培养过程：
可以用胃蛋白酶处理吗？
不可以，pH不适宜。
用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理，去掉组织间蛋白，将组织分散成单个细胞
动物组织处理后的初次培养
当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞通常会停止分裂增殖。
取动物组织
制成细胞悬液
放入CO2培养箱中培养
转入培养液进行原代培养
体外培养的动物细胞
悬浮生长类：
会因细胞密度过大、有害代谢物积累和培养液中营养物质缺乏等因素而分裂受阻。
贴壁生长类：
（大多数）
除受以上因素影响外，还会发生接触抑制现象。
02
动物细胞培养的过程
2.培养过程：
一般取材于动物胚胎或幼龄动物的组织、器官，原因：细胞分化程度低，增殖能力强，容易培养。
分瓶后的细胞培养
取动物组织
制成细胞悬液
放入CO2培养箱中培养
转入培养液进行原代培养
放入CO2
培养箱中培养
传代培养
悬浮生长类：直接用离心法收集贴壁生长类：重新用胰蛋白酶等处理，使之分散成单个细胞，然后再用离心法收集。将收集的细胞制成细胞悬液，分瓶培养。
02
动物细胞培养的过程
2.培养过程：
取动物组织
用机械法或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理
分散成单个细胞
解决
悬浮生长
贴壁生长
(大多数）
细胞密度过大、有害代谢物积累、营养物质缺乏等
接触抑制
传代培养
细胞悬液
原代培养
分瓶
培养
①原代培养：指动物组织经处理后的初次培养。
②细胞贴壁：某些细胞需要贴附于某些基质表面才能增殖，这类细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上。
③接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞停止分裂增殖的现象。
④传代培养：分瓶后的细胞培养。
加培养液
在培养皿或培养瓶内
悬浮培养的细胞:直接用离心法收集
贴壁细胞:用胰蛋白酶处理分散成单个细胞，用离心法收集
细胞分裂受阻
②制成细胞悬液，分瓶培养
①收集细胞
相关概念
（1）原代培养：动物组织经处理后的初次培养称为原代培养。
（4）接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞通常会停止分裂增殖，这种现象称为接触抑制。
（2）传代培养：将分瓶后的细胞培养称为传代培养。
（3）细胞贴壁：大多数体外培养的细胞需要贴附于某些基质表面才能生长增殖，这类细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上，这种现象称为细胞贴壁。
强调：
培养瓶
培养皿
植物组织培养 动物细胞培养
原理
培养前处理
取材
培养基的物理性质
培养基的成分
特有成分
植物细胞的全能性
细胞增殖
需离体
用机械法或胰蛋白酶、胶原蛋白酶将组织细胞分散开
离体植物器官、组织、细胞
动物胚胎或幼龄动物的组织、器官
固体培养基
液体培养基(又称培养液)
有机营养成分
无机营养成分
植物激素
糖类、氨基酸、无机盐、维生素等营养物质及一些天然成分如血清
植物激素
血清
归纳总结
动物细胞培养和植物组织培养的比较
植物组织培养 动物细胞培养
特殊环境条件
结果
过程
相同点 再分化需光
气体环境
一般获得新的植株
（体现细胞的全能性）
获得大量细胞
（不体现细胞的全能性）
①培养过程中细胞都进行有丝分裂，不涉及减数分裂；
②均需无菌操作，需要适宜的温度、pH等条件。
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
根、芽
幼苗
完整植株
移栽成活
取动物组织
制成细胞悬液
转入培养液进行原代培养
分瓶
进行传代培养
归纳总结
动物细胞培养和植物组织培养的比较
早期胚胎中
具有分化为成年动物体内的任何一种类型的细胞，并进一步形成机体的所有组织和器官甚至个体的潜能。
胚胎干细胞
分布
特点
应用实例
在体外分化成心肌细胞、
神经元细胞和造血干细胞等
局限性
必须从胚胎中获取 ，涉及伦理问题；因而限制了在医学上的应用。
03
干细胞培养及其应用
1.ES细胞：
成体组织或器官内
造血干细胞（骨髓、外周血和脐带血中）
神经干细胞（神经系统中）
精原干细胞（睾丸中）
具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的能力
2.成体干细胞
分布
举例
特点
应用实例
治疗神经组织损伤和神经系统退行性疾病（如帕金森病、阿尔茨海默病等）
治疗白血病及一些恶性肿瘤放疗或化疗后引起的造血系统、免疫系统功能障碍等疾病
造血干细胞→
神经干细胞→
治疗细胞损伤造成的疾病
03
干细胞培养及其应用
通过体外诱导小鼠成纤维细胞得到的类似胚胎干细胞的一种细胞
①将特定基因或特定蛋白导入细胞
（成纤维细胞、已分化的T细胞、B细胞）
诱导多能干细胞
概念
制备方法
应用
优点
②用小分子化合物诱导形成。
①诱导过程无须破坏胚胎；
②iPS细胞可以来源于病人自身的体细胞，将它移植回病人体内后，理论上可以避免免疫排斥反应。
可治疗镰状细胞贫血症；
在治疗阿尔兹海默病、心血管疾病等领域的研究也取得了新进展
03
干细胞培养及其应用
3.iPS细胞：
诱导多能干细胞
（iPS细胞）
多种体细胞
定向诱导分化
体外诱导小鼠成纤维细胞
临床治疗人类疾病如：
白血病、帕金森病、阿而茨海默病等
03
干细胞培养及其应用
移植
取成纤维细胞等
iPS细胞
转入相关因子
细胞发生转化
分化
胰岛细胞
神经元
血细胞
肠上皮细胞
心肌细胞
肝细胞
病人
iPS细胞用于治疗人类疾病示意图
iPS细胞的应用前景：
无菌、无毒
营养
温度、pH和渗透压
气体环境
制备细胞悬液
原代培养
传代培养
动物细胞培养
动物细胞培养的条件
动物细胞培养的过程
干细胞的培养和应用
干细胞的种类、特点及应用
iPS细胞的培养和应用
课堂小结
1.判断下列有关动物细胞培养的表述是否正确。
（1）培养环境中需要O2，不需要CO2 。（ ）
（2）细胞要经过脱分化形成愈伤组织。（ ）
（3）培养液中通常含有糖类、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清（ ）
（4）培养瓶中的细胞需定期用胰蛋白酶处理,分瓶后才能继续增殖（ ）
练习与应用
×
√
×
×
2.干细胞有着广泛的应用前景。下列相关叙述错误的是( )
A.干细胞是从胚胎中分离提取的细胞
B.造血干细胞可以分化为各种血细胞
C.不同类型的干细胞,它们的分化潜能是有差别的
D.由iPS细胞产生的特定细胞,可以在新药的测试中发挥重要作用
A
一、概念检测
现在关于iPS细胞的研究正在不断深入。请你从以下两个方面来查阅资料进行思考。
（1）由于诱导iPS细胞、促使其分化都需要时间，因此用某人特异的iPS细胞进行医疗只限于时间比较充裕的情形。从实际事故、疾病发生的不可预测性方面考虑，如果要将这些细胞用于紧急情况，应该提前采取什么措施
提示：像建立骨髓库一样，有研究团队正在尝试建立HLA(Human Leukocyte Antigen,人类白细胞抗原)多态性丰富的iPS细胞库，可以为需要的人找到HIA匹配度较高的iPS细胞，这样不仅可以节省时间、成本，还能减轻异体干细胞移植后发生的免疫排斥反应。
（2）如果诱导iPS细胞定向分化为生殖细胞的技术发展成熟，该技术可能会有哪些应用？又可能带来哪些问题？
提示：该技术可能被用于治疗不孕症；获得足够量的生殖细胞来进行濒危物种的克隆研究；获得生殖细胞进行转基因操作，再经过受精、胚胎发育等过程来获得转基因动物。该技术可能带来一系列的伦理问题。例如，如果用同一个人的iPS细胞分别诱导形成精子和卵子，两者受精可能培育出“单亲”婴儿；有的人还可能有目的地选择iPS细胞，从而“设计”婴儿。
二、拓展应用

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