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第2章 第2节
动物细胞工程
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；
那么：
怎样才能获得大量的自体健康皮肤？
通过细胞培养构建的人造皮肤
【从社会中来】
能不能用自体皮肤的单个细胞培养出可供移植的皮肤？
一
动物细胞培养
1.概念：从动物体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。
2.原理：细胞增殖
3.地位：
动物细胞工程的基础
1.营养条件:
为什么对动物细胞进行培养时通常要添加血清？
血清中含有多种维持细胞代谢和生长的物质，如蛋白质、氨基酸、未知的促细胞生长因子等。
动物细胞培养的条件
液体
(1)培养动物细胞一般使用_____培养基，即培养液。
1
种类和所需量
(2)合成培养基：将细胞所需的营养物质按_____________严格配制而成的培养基。
血清
(3)天然成分：_____等
2.无菌、无毒的环境:
动物细胞培养的条件
1
(1)需要对培养液和所有培养用具进行灭菌处理以及在无菌环境下进行操作。
(2)培养液需要定期更换，以便清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害。
3.温度、pH和渗透压:
36.5±0.5
(1)适宜的温度：哺乳动物细胞培养的温度为_________ ℃。
7.2～7.4
(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
4.气体环境：
(1)O2作用:_________________
细胞代谢所必需的
CO2培养箱
动物细胞培养的条件
1
培养瓶
培养皿
在进行细胞培养时，通常采用培养皿或松盖培养瓶，并将它们置于含有95%空气和5%CO2的CO2培养箱中。
维持培养液的pH
(2)CO2的主要作用:_______________
【典例】在进行动物细胞培养时，需要(　　 )
A.动物细胞培养不需要在无菌条件下进行
B.置于含5%CO2的CO2培养箱中以刺激细胞正常呼吸
C.加入经高压蒸汽灭菌的血清以提供营养 　
D.定期更换培养液以清除代谢产物
D
思考：
幼龄动物的细胞与老龄动物的细胞比较，分化程度低的细胞与分化程度高的细胞比较，哪些细胞更易于培养？为什么？
细胞的增殖能力与供体的年龄有关，幼龄动物的细胞增殖能力强，有丝分裂旺盛，老龄动物的细胞则相反。所以，一般来说，幼龄动物的细胞比老龄动物的细胞易于培养。同样，分化程度越低的细胞，增殖能力越强，所以更容易培养。
02
动物细胞培养的过程
可以用胃蛋白酶处理吗？
不可以，pH不适宜。
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
动物组织经处理后的初次培养
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
一般取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。
细胞贴壁
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
悬浮培养的细胞：直接用离心法收集
贴壁细胞：需要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
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传代培养：分瓶后的细胞培养。
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细胞贴壁：细胞需要贴附于某些基质表面才能生长增殖。
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
【基础过关】
(1)动物细胞培养的原理是动物细胞的全能性( )
(2)培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞( )
(3)悬浮培养的细胞直接用离心法收集，贴壁细胞需要用胰蛋白酶等处理后再用离心法收集( )
(4)动物细胞培养时，O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养液的pH( )
×
×
√
√
【典例】如图所示为动物细胞培养的基本过程，下列关于甲、乙、丙、丁四个操作过程的叙述，正确的是(　　)
C
A.甲过程可选取动物个体的任何组织细胞
B.乙过程可用纤维素酶和果胶酶处理细胞
C.丙过程所用培养液中需添加动物血清
D.丁过程中的细胞因接触抑制而大量死亡
比较项目 植物组织培养 动物细胞培养
原理
取材
培养基性质
培养基特有成分
培养结果
相同点
动物胚胎或幼龄动物的组织或器官
常用固体培养基
可产生新个体
葡萄糖、动物血清
常用液体培养基
细胞增殖
细胞的全能性
产生大量细胞
植物幼嫩的部位或花粉
蔗糖、植物激素
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
1.干细胞的概念：
动物和人体内仍保留的少数具有分裂和分化能力的细胞。在一定条件下，干细胞可以分化成其他类型的细胞。
3.干细胞的分布：
存在于_________、_____和_______等多种组织和器官中
早期胚胎
骨髓
脐带血
4.干细胞的分类：
包括胚胎干细胞和成体干细胞等
03
干细胞培养及其应用
2.干细胞的特点：
具有自我更新能力及分化潜能
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。
在体外分化成心肌细胞、神经元细胞和造血干细胞等
胚胎干细胞
分布
特点
应用实例
局限性
必须从胚胎中获取 ，涉及伦理问题；因而限制了它在医学上的应用。
03
干细胞培养及其应用
1.胚胎干细胞（简称ES细胞）：
具有发育的全能性
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
类型
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
03
干细胞培养及其应用
3.诱导多能干细胞（简称iPS细胞）
通过体外诱导小鼠成纤维细胞获得了类似胚胎干细胞的一种细胞
概念:
①借助载体将特定基因导入细胞中
②直接将特定蛋白导入细胞中
③用小分子化合物来诱导（成纤维细胞、已分化的T细胞、B细胞）形成iPS细胞
制备方法:
03
干细胞培养及其应用
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
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。
临床治疗人类疾病如：
心血管疾病、帕金森病、阿尔茨海默病等
应用:
3.诱导多能干细胞
特点：
【基础过关】
(1)干细胞都是来源于早期胚胎。( )
(2)造血干细胞是发现最早、研究最多、应用也最为成熟的一类成体干细胞，主要存在于成体的骨髓、外周血和脐带血中。( )
(3)不同类型的干细胞，它们的分化潜能完全相同。( )
(4)iPS细胞是一种人工诱导产生的多能干细胞，在治疗阿尔茨海默病、心血管疾病领域具有重要的研究价值。( )
×
√
×
√
【典例】动物和人体内具有分裂和分化能力的细胞称为干细胞。对右图的相关叙述中，错误的是(　　 )
A.a过程可表示干细胞的自我更新
B.b、c过程表示干细胞具有分化能力
C.a、b、c过程中细胞的遗传信息表达情况不同
D.a、b、c过程中遗传物质发生了定向改变
D
【典例】干细胞是一类未参与分化或未完全分化的细胞，分裂能力强。按照其来源分为胚胎干细胞和成体干细胞(如造血干细胞、神经干细胞)。下列关于干细胞的说法错误的是(　　 )
A.胚胎干细胞不具有发育成完整个体的潜能
B.胚胎干细胞的分化程度小于造血干细胞
C.骨髓移植治疗白血病就是利用了造血干细胞能分化成各种血细胞的能力
D.将带有遗传标记的胚胎干细胞植入早期胚胎，通过组织化学染色可追寻胚胎发育中细胞分化和器官形成的规律
A

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