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第2章 细胞工程
2.2 动物细胞工程
人教版 选择性必修3
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
动物细胞工程
通常采用的技术手段
动物细胞培养
动物细胞融合
单克隆抗体
动物细胞核移植
是其他动物细胞工程技术的基础
应用
应用
克隆动物
皮肤移植术？
对于皮肤烧伤的病人该如何治疗？
动物细胞培养
提 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。
1、概念：
从动物体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后在适当的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。
3、目的：
获得细胞或细胞产物；不能获得完整动物个体。
2、原理：
细胞增殖（有丝分裂）
那么，动物细胞的培养需要哪些条件呢？
动物体
组织
单个细胞
细胞生长和增殖
取出
分散
适宜条件
动物细胞培养
糖类、氨基酸、
无机盐、维生素
…
无菌、无毒的环境
温度、pH和渗透压
适宜的气体环境
充足的营养、稳定的内环境
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
一般用液体培养基（培养液）
动物细胞培养
4、动物细胞培养的条件：
4、动物细胞培养的条件：
动物细胞培养
定期更换培养液，以便清除代谢物。
①适宜温度：哺乳动物细胞培养的温度多以_________ 为宜；
②适宜pH：多数动物细胞生存的适宜pH为________ ；
③适宜渗透压：____________________________。
维持细胞正常的形态和功能。
糖类、氨基酸、
无机盐、维生素
…
无菌、无毒的环境
温度、pH和渗透压
适宜的气体环境
36.5±0.5℃
7.2-7.4
95%空气：细胞代谢必需
5%CO2：维持培养液的pH
①培养液、用具：灭菌处理；
②无菌操作；
③适量添加抗生素
取动物组织块
动物胚胎或幼龄动物的组织、器官
原因：它们细胞增殖能力强，分裂
旺盛，分化程度低，容易培养。
制成细胞悬液的目的：
使细胞与培养液充分接触
保证细胞所需氧气和营养的供应
保证细胞内代谢产物的及时排出
动物细胞培养
5、动物细胞培养的过程：
取动物组织
制成细胞悬液
不行，因为动物细胞培养适宜的pH为7.2—7.4，此环境下胃蛋白酶（2.0）没有活性，而胰蛋白酶(7.2-8.4)的活性较高。
机械法，
或用胰蛋白酶、
胶原蛋白酶
胃蛋白酶？
胰蛋白酶除了可以消化细胞间的蛋白外，长时间的作 用也会消化细胞膜蛋白，对细胞有损伤，因此必须控制好胰蛋白酶的消化时间
动物细胞生长特性？
放入CO2培养箱中
动物细胞培养
6、动物细胞生长特性：
细胞贴壁：
悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上
接触抑制：
当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。
要求：培养瓶或培养皿壁表面光滑、无毒、易于贴附。
怎么解除？
肿瘤细胞无接触抑制现象
悬浮培养瓶
动物细胞培养
5、动物细胞培养的过程：
分瓶后的
细胞培养
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。
动物细胞培养为什么需要无菌、无毒的环境？
细菌、真菌和病毒等均可造成细胞培养环境的污染，而离体培养的细胞已失去了对微生物和有毒物质的防御能力，一旦受到污染或自身代谢物质积累等，培养的细胞就会死亡。
动物细胞培养
5、动物细胞培养的过程：
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。
（1）选择幼龄动物组织的原因是幼龄动物组织的增殖能力强
（2）剪碎组织块的目的是有利于动物组织充分接触胰蛋白酶
（3）用胰蛋白酶处理的原因是动物组织细胞间有蛋白质，另外培养动物组织的培养液的pH值为7.2~7.4,所以不能用胃蛋白酶处理。
（4）进行传代培养的原因是原代培养时会出现细胞贴壁和接触抑制，细胞会停止分裂。
（5）动物细胞培养技术常将细胞培养至10代以内。
（1）生物制品
酶、生长因子、疫苗、单克隆抗体等
（2）进行有毒物质和药物的检测
（3）临床治疗 （如人工皮肤）
（4）生物学基础研究 （细胞全能性的揭示、细胞周期及调控、癌变机理及细胞衰老的研究）
动物细胞培养
7.动物细胞培养的意义
思考●讨论2：植物组织培养和动物细胞培养的比较
比较项目 植物组织培养 动物细胞培养
原理
培养基
培养基特有成分
过程
结果
相同点 固体培养基
葡萄糖、动物血清
液体培养基
细胞增殖
植物细胞的全能性
许多细胞
蔗糖、植物激素
①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
新的植株
外植体
↓脱分化
愈伤组织
　 ↓再分化
芽、根或胚状体
↓生长发育
植物体
动物的组织
　　　　　 ↓ 机械法或胰蛋白酶、
↓ 胶原蛋白酶处理
细胞悬液
↓
原代培养
↓
细胞悬液
↓
传代培养
动物细胞培养不需要经过脱分化过程，
若想使其发生定向分化，通常采用诱导动物干细胞的方法。
2.干细胞的分类：
（1）以据来源分：胚胎干细胞和成体干细胞（如造血干细胞、神经干细胞睾丸中的精原干细胞）
（2）全能干细胞——受精卵和早期胚胎（8细胞期之前含8细胞期）
胚胎干细胞——多能干细胞；
造血干细胞——多潜能干细胞
神经干细胞——单能干细胞
1.干细胞的定义：
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。
干细胞培养及其应用
干细胞培养及其应用
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。
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
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
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
干细胞培养及其应用
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

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