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(共32张PPT)
扦插、压条、嫁接、块茎繁殖等不属于微型繁殖
蛋白质衣壳蛋白基因导入植物细胞并正常表达后，会在细胞内表达大量衣壳蛋白，病毒的衣壳蛋白具有天然的自组装能力，当病毒侵染细胞之后，病毒核酸进入细胞后会被再次包裹进入衣壳内，无法完成复制转录或翻译过程，从而实现抗病毒。或者是抑制病毒侵染细胞后释放自己的核酸。
第2章 细胞工程
2.2.1 动物细胞工程
学习目标
动物细胞培养的条件和过程
干细胞在生物医学工程中有广泛的应用价值
动物细胞工程
课本P43
克隆猴：中中和华华
克隆皮肤
单克隆抗体
动物细胞工程常用的技术有哪些？
动物细胞工程常用的技术动物细胞培养、动物细胞融合、动物细胞核移植等，其中动物细胞培养是最基础的技术
动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础
从社会中来
课本P43
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。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
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。
动物细胞培养
课本P43
一、动物细胞培养的概念
从动物体中取出相关组织，将它们分散成单个细胞，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术
原理：
细胞增殖
动物细胞工程的基础
动物体
组织
单个细胞
细胞生长和增殖
取出
分散
适宜条件
地位：
目的：
获得细胞或细胞产物，不能获得完整动物个体
动物细胞培养需要哪些条件？
【思考】：动物组织的选择： 幼龄动物 or 老龄动物
幼龄个体的细胞分化程度低、分裂能力强，易培养
动物细胞培养
课本P44
二、动物细胞培养的条件
1.营养：
(1)成分
①合成培养基：将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配制而成
②天然成分：_____等
血清
液体
营养物质主要包括：糖类、氨基酸、无机盐、维生素、促生长因子等
为什么对动物细胞进行培养时通常要添加血清？
人们对细胞所需的营养物质尚未全部研究清楚，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，可以弥补人工培养基的不足。(即可以补充合成培养基中缺乏的物质)
(注意：这里的糖类不能是淀粉,动物细胞不能直接利用)
+
合成培养基
血清
(2)培养基物理性质：一般使用_____培养基，也称为培养液
4.气体环境：
(1)O2作用:_________________
(2)CO2的主要作用:_________________
(1)适宜的温度:哺乳动物多以__________ ℃为宜
(2)适宜的pH:多数细胞生存的适宜pH为_________
(3)适宜的渗透压
动物细胞培养
课本P44
二、动物细胞培养的条件
2.无菌、无毒的环境：
(1)培养液和培养用具_____处理
(2)_____环境下操作
(3)培养液定期更换的原因:_________________________________________
36.5±0.5
7.2～7.4
细胞代谢所必需的
维持培养液的pH
清除代谢物,防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害
无菌
灭菌
CO2培养箱
3.温度、pH和渗透压：
通常用培养皿或松盖培养瓶，
置于含有95%空气和5%CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养
动物细胞培养的过程
课本P44-45
1.为何动物细胞培养过程要将组织分散成单个细胞呢？
可用什么方法？
2.体外培养动物细胞有哪些类型？
3.什么是细胞贴壁？什么是接触抑制？
4.什么是原代培养和传代培养？
5.为什么要进行分瓶培养？怎么处理？
6.动物细胞培养与植物组织培养有什么相同之处与不同之处？
阅读教材P44-45,思考并回答下列问题：
动物细胞培养的过程
课本P44-45
原代培养
培养
分瓶制成细胞悬液
传代培养
制成
细胞悬液
CO2培养箱
培养
分散成单个细胞
取动物组织
(幼龄动物)
取动物组织
(分散成单个细胞)
细胞悬液
原代培养
传代培养
思考(课本P45思考·讨论第1题)：
为什么选用动物胚胎或幼龄个体的器官或组织做动物细胞培养材料？
动物细胞培养的过程
课本P44-45
取动物组织
(幼龄动物)
一般取材于动物胚胎或幼龄动物的组织、器官
因为这些细胞分化程度低，分裂能力强，容易培养
1. 取动物组织
思考：
为什么将取出的组织分散成单个细胞？
动物细胞培养的过程
课本P44-45
取动物组织
(幼龄动物)
①从动物体取出的成块组织中，细胞与细胞靠在一起，彼此限制了生长和增殖
②利于细胞与培养液充分接触，更易进行物质交换
(1)将组织分散成单个细胞
制成
细胞悬液
分散成单个细胞
①机械的方法
②用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理一段时间
(2)用培养液将细胞制成细胞悬液
思考：
如何将组织分散成单个细胞？
2. 制成细胞悬液
【问题】进行动物细胞培养时常用胰蛋白酶分散细胞，这说明细胞间的物质主要是什么成分？用胃蛋白酶行吗？（课本P44最左下角问题）
用胰蛋白酶分散细胞，说明细胞间的物质主要是蛋白质
胃蛋白酶作用的适宜pH约为2，当pH大于6时，胃蛋白酶就会失去活性。多数动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4，胃蛋白酶在此环境中变性失活，所以用胃蛋白酶不行
【问题】酶解法比较温和，一定不会对动物细胞造成损伤，对吗？
使用胰蛋白酶时，要控制好作用时间，因为胰蛋白酶不仅能分解细胞间的蛋白质，细胞膜也含有蛋白质，长时间作用还会分解细胞膜蛋白等，对细胞造成损伤
(2)体外培养的动物细胞类型：
________体外培养的细胞需要_____________________才能生长增殖，这类细胞往往贴附在培养瓶的_____上，这种现象称为细胞贴壁。
动物细胞培养的过程
课本P44-45
取动物组织
(幼龄动物)
制成
细胞悬液
分散成单个细胞
(1)操作过程：将细胞悬液放入培养皿或培养瓶内，置于适宜环境中培养
原代培养：通常将分瓶之前的细胞培养，
即动物组织经处理后的初次培养称为原代培养。
原代培养
培养
CO2
培养箱
①悬浮生长类：
能够悬浮在培养液中生长增殖
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
②贴壁生长类：
除受密度、有害代谢物、营养物质影响外，还会发生接触抑制现象
大多数
贴附于某些基质表面
瓶壁
如何解决细胞接触抑制导致的分裂受阻的问题呢？
分瓶培养，让细胞继续增殖
3. 进行原代培养
接触抑制：
当贴壁细胞分裂生长到_____________时，细胞通常会_____________。
贴壁
表面相互接触
停止分裂增殖
失去接触抑制
细胞增殖到相互接触的时候，糖蛋白识别了这种信息，就会使细胞停止继续繁殖，出现接触抑制的现象(癌细胞细胞膜表面糖蛋白等物质显著减少，失去接触抑制，适宜条件下可以无限增殖)
动物细胞培养的过程
课本P44-45
取动物组织
(幼龄动物)
4. 分瓶、传代培养
制成
细胞悬液
分散成单个细胞
原代培养
培养
CO2
培养箱
分瓶制成细胞悬液
传代培养
培养
(1)收集细胞
①悬浮生长类：
离心目的：在沉淀中得到细胞，同时去除上清液中的胰蛋白酶
②贴壁生长类：
重新用胰蛋白酶(或胶原蛋白酶)等处理，使之分散成单个细胞，然后再用离心法收集
(2)将收集的细胞制成细胞悬液，分瓶培养
直接用离心法收集
动物细胞培养的过程
课本P44-45
取动物组织
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
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
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
注意
(1)胰蛋白酶的作用：分解细胞间的蛋白质，使组织分散成单个细胞
胰蛋白酶除了可以分解细胞间的蛋白质外，长时间的作用也会分解细胞膜蛋白等，对细胞有损伤作用，因此必须控制好胰蛋白酶的分解时间。
(2)①原代培养的细胞一般传至10代后就不易传下去了。
②一般来说，细胞在传至10~50代左右时，增殖会逐渐缓慢，以至完全停止。
③传代培养的细胞在传到50代后，少部分细胞会克服细胞寿命的自然极限，获得不死性，这些细胞已经发生了突变，正在朝着等同于癌细胞的方向发展。
(3)癌细胞失去了接触抑制现象，可以在培养瓶中形成多层细胞。
(4)目前使用的或者冷冻保存的正常细胞通常为10代以内的细胞，因为这类细胞保持正常的二倍体核型。
细胞系：细胞株传代至50代后又出现细胞生长停滞状态，只有部分细胞由于遗传物质的改变，使其在培养条件下可以无限制传代，这种传代细胞为细胞系。
区别：细胞系的遗传物质改变，具有癌细胞的特点，失去接触抑制
细胞株：原代细胞一般传至10代左右细胞生长停滞，大部分细胞衰老死亡，少数细胞存活到40~50代，这种传代细胞为细胞株。
拓展：
拓展：
原代培养和传代培养，细胞株和细胞系
细胞悬浮液
细胞株
10代细胞
50代细胞
细胞系
无限传代
原代培养
传代培养
遗传物质改变
细胞系
遗传物质一般不改变
细胞株(10-50代)遗传物质一般没变
细胞系(50代- )遗传物质一定改变
练习
在动物细胞培养中，有部分细胞可能在培养条件下无限制地传代下去，这种传代细胞称为（ ）
A.原代细胞 B.传代细胞 C.细胞株 D.细胞系
在动物细胞培养过程中，遗传物质肯定发生改变的是( ）
A.细胞系 B.细胞株 C.原代细胞 D.克隆的细胞
D
A
植物组织培养和动物细胞培养的比较
大本P38
比较项目 植物组织培养 动物细胞培养
原理
培养基性质
培养基特有成分
培养过程
培养结果
培养目的
相同点 获得细胞或细胞产物(没有获得完整个体)
常用固体培养基
新植株或组织
葡萄糖、动物血清
常用液体培养基(培养液)
细胞增殖
细胞的全能性
许多细胞(或细胞产物)
快速繁殖、获得细胞产物等
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
原代培养、传代培养
脱分化、再分化
(1)动物细胞培养体现了动物细胞的全能性 （　 　）
(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 （　　 ）
练习
只是细胞增殖，没有发育成完整个体，因此未体现动物细胞的全能性
单层
练习
下列关于动物细胞培养液的叙述，不正确的是 ( ）
A. 为了防止培养过程中出现细菌污染，可以在培养液中添加抗生素
B. 动物细胞培养液与植物组织培养的培养基相同
C. CO2的主要作用是维持培养液的pH
D. 培养液应该定期更换，以防止代谢物积累对细胞自身造成危害
B
抗生素可以抑制细菌的生长，所以在进行动物细胞培养过程中可以在培养液中添加一定量的抗生素，用以防止细菌的污染
干细胞的培养及其应用
课本P46
动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞，这些细胞叫做干细胞
1.干细胞的概念：
2.干细胞的来源：
3.干细胞的类型：
在一定条件下，干细胞可以分化成其他类型的细胞
存在于 、 和 等多种组织和器官中
早期胚胎
骨髓
脐带血
包括胚胎干细胞和成体干细胞等
干细胞的培养及其应用
来源或存在 功能、特点 局限性
胚胎干细胞(ES细胞)
成体干细胞
诱导多能干细胞 (iPS细胞)
（阅读P46—47，完成表格）
早期胚胎
能够分化成为动物体内的任何细胞，并进一步形成组织、器官甚至生物个体
成体组织或器官，如造血干细胞、神经干细胞和
精原干细胞等
体外诱导体细胞产生
能分化成为具有特定功能的细胞来治疗疾病。无须破坏胚胎，且避免免疫排斥反应
具有组织特异性，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
需从胚胎中获取，涉及伦理问题，限制了它在医学上的应用
技术不成熟
干细胞的培养及其应用
课本P46
诱导多能干细胞（iPS细胞）
(1)胚胎干细胞的局限性：
胚胎干细胞必须从_____中获取,涉及________；因而限制了在医学上的应用
胚胎
伦理问题
(2)诱导多能干细胞概念：
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，称为诱导多能干细胞，简称iPS细胞。
诱导方法：
①将特定基因或特定蛋白导入细胞
(成纤维细胞以及已分化的T细胞、B细胞均可)
②用小分子化合物诱导形成
(3)诱导多能干细胞优点：
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
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
干细胞的培养及其应用
课本P46
诱导多能干细胞（iPS细胞）
(4)诱导多能干细胞的应用：
诱导多能干细胞
（iPS细胞）
体外诱导成纤维细胞
定向诱导分化
多种体细胞
临床治疗疾病如：
白血病、帕金森病、阿而茨海默病等
练习
下列关于动物细胞培养所需要的条件的叙述，正确的是 (　 　)
A．为了创造无菌、无毒的环境，培养基中通常添加一定量的血清
B．动物细胞培养所需营养物质和植物组织培养的相同
C．动物细胞培养的适宜温度一般与动物的体温相近
D．动物细胞培养的适宜pH为酸性条件
干细胞是一种尚未充分分化的未成熟的细胞，医学家们正在尝试利用干细胞治疗一些顽疾。下列说法不正确的是 (　 　)
A．各种组织干细胞分化形成不同组织细胞是基因选择性表达的结果
B．利用干细胞治疗某些顽疾，是因为干细胞具有再生各种组织、器官的潜能
C．同一生物个体中，神经细胞与干细胞所含有的遗传物质不同
D．干细胞包括成体干细胞和胚胎干细胞
C
C
练习
(1)干细胞都是来源于早期胚胎 （ 　　）
(2)iPS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，可以避免免疫排斥反应 （　 　）
(3)不同类型的干细胞，它们的分化潜能完全相同 （ 　　）
(4)干细胞将在再生医学、药物安全性与有效性检测等领域发挥大作用 （　　 ）
练习
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
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 （ ）
一、概念检测
A
练习
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，两细胞受精可能培育出“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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