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(共28张PPT)
第2节 动物细胞工程
首例胚胎移植成功
首创动物组织体外培养法
发现哺乳动物精子获能现象
体细胞核移植成功
试管家兔诞生
创立单克隆抗体技术
胚胎分割移植成功
分离和培养小鼠胚胎干细胞
克隆羊多莉诞生
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
P33
动物细胞工程（含胚胎工程）的发展历程
科技探索之路
人造皮肤 自体皮肤移植
动物细胞培养
动物细胞核移植
动物细胞融合
动物细胞工程的基础
动物细胞工程技术
动物细胞工程
第1课时 动物细胞培养
操作原因：
原理：
细胞增殖
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？
彼此限制了生长和增殖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。
幼龄动物的细胞和分化程度低的细胞更易培养。原因是这些细胞分裂能力强。
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。
1. 动物细胞培养的概念
动物细胞培养
一
组织
细胞生长和增殖
适宜条件
动物体
取出
单个细胞
分散
目的：
获得细胞或者细胞产物。
不能
获得完整动物个体.
1. 动物细胞培养的概念
动物细胞培养
一
包括哪些条件？
2. 动物细胞培养的条件
糖类、
氨基酸、
无机盐、
维生素 ……
适宜的温度、pH、渗透压
无菌、无毒的环境
适宜的气体环境
动物细胞培养
一
2. 动物细胞培养的条件
（1）营养
+
由于人们对细胞所需的营养物质尚未全部研究清楚，在使用合成培养基时，通常需要加入血清等一些天然成分。
③培养基类型：
液体培养基（培养液）
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血清：
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
不能是淀粉,动物细胞不能直接利用
合成培养基
血清
知识延伸
血清中含有蛋白质、氨基酸、葡萄糖、激素等，其中，蛋白质主要为白蛋白和球蛋白；氨基酸有多种，是细胞合成蛋白质的基本原料，且有些氨基酸是动物细胞本身不能合成的（称为必需氨基酸），必须由培养液提供；激素有胰岛素、生长激素等。血清还含有多种未知的促细胞生长因子、促贴附因子及其他活性物质，它们能促进细胞的生长、增殖和贴附。因此，在培养动物细胞时，为保证细胞能够顺利生长和增殖，一般需在培养基中添加10%~20％的血清等天然成分。
动物细胞培养通常要添加血清的原因
（2）无菌、无毒的环境
2. 动物细胞培养的条件
①对培养液和所有培养用具进行灭菌处理。
②在无菌环境下进行操作。
③培养液需要定期更换。
原因：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。
（可根据实际情况适量添加抗生素。）
无菌
无毒
（3）温度、pH和渗透压
2. 动物细胞培养的条件
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：维持细胞正常的形态和功能
36.5±0.5
7.2～7.4
（4）气体环境
①O2作用:_________________
②CO2的主要作用:_________________
细胞代谢所必需的
维持培养液的pH
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
阅读课本44-45页 ，思考以下问题：
1.请简述动物细胞培养的过程。
2.为何动物细胞培养过程将组织分散成单个细胞呢？可用什么方法？
3.体外培养的动物细胞有哪些类型？
4.什么是原代培养和传代培养？
5.什么是细胞贴壁？什么是接触抑制？
6.为什么要进行分瓶培养？怎么处理？
7.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？
动物细胞培养
一
3. 动物细胞培养的过程
3. 动物细胞培养的过程
取动物组织
分散成单个细胞
制成细胞悬液
原代培养（10代以内）
传代培养（10-50代）
3. 动物细胞培养的过程
取动物组织
分散成单个细胞
制成细胞悬液
原代培养（10代以内）
传代培养（10-50代）
动物胚胎或幼龄动物的组织。
用机械法或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理
思考：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？
动物细胞间的物质主要是蛋白质。
不能用胃蛋白酶将组织分散成单个细胞，因为胃蛋白酶的适宜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。
注意：使用胰蛋白酶时，应注意控制好作用时间。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。
3. 动物细胞培养的过程
取动物组织
分散成单个细胞
制成细胞悬液
原代培养（10代以内）
传代培养（10-50代）
在培养皿或培养瓶内用培养液将细胞制成细胞悬液
指动物组织经处理后的初次培养。
体外培养的动物细胞类型：
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。
________体外培养的细胞需要_____________________才能生长增殖，这类
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，即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。
大多数
贴附于某些基质表面
瓶壁
这细胞往往贴附在培养瓶的_____上，这种现象称为细胞贴壁。
悬浮培养瓶
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
多层细胞
正常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增殖，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。
3. 动物细胞培养的过程
取动物组织
分散成单个细胞
制成细胞悬液
原代培养（10代以内）
传代培养（10-50代）
细胞分裂受阻
解决方法
分瓶培养
分瓶后的细胞培养。
(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
归纳总结：植物组织培养 vs 动物细胞培养
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
常用固体培养基
完整植株
动物血清
常用液体培养基
细胞增殖
植物细胞的全能性
获得大量细胞
快速繁殖等
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
动物细胞培养
一
4. 干细胞培养及其应用
1.什么是干细胞？它有哪些类型？这些类型的干细胞各有怎样的特点和哪些方面的应用？
2.科学家是怎样获得iPS细胞的？这种细胞与胚胎干细胞相比，有哪些应用优势？
3.干细胞应用于临床治疗可能存在什么问题？
4.你如何看待干细胞在临床上的应用所产生的效益与风险？
请阅读教材P46，思考并回答下列问题：
动物细胞培养
一
4. 干细胞培养及其应用
动物和人体内保留的具有分裂和分化能力的细胞。
（1）定义：
（2）分布：
存在于 、 和 等多种组织和器官中
早期胚胎
骨髓
脐带血
（3）类型：
包括胚胎干细胞和成体干细胞等
受精卵
囊胚
胎儿
成人
胚胎干细胞
成体干细胞
①成体干细胞
存在于成体组织或器官内。
造血干细胞(骨髓)、神经干细胞(神经系统)、精原干细胞(睾丸)等。
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。
举例:
特点:
应用实例:
分布:
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（发现最早、研究最多、应用最成熟）。
造血干细胞：
神经干细胞：
有着自我更新能力及分化潜能的干细胞，与组织、器官的发育、再生和修复等密切相关。
多能干细胞
专能干细胞
发现最早、研究最多的、应用最成熟的实例
存在于早期胚胎中
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。
ES细胞在体外分化成心肌细胞、神经元细胞和造血干细胞等
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。
举例:
特点:
局限性:
分布:
②胚胎干细胞（ES细胞）
全能干细胞
③诱导多能干细胞(iPS细胞)
制备:
优点:
应用:
概念:
通过对小鼠成纤维细胞转入相关因子进行体外诱导得到的类似胚胎干细胞的一种细胞（iPS）。
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)；
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。
定向诱导分化为多种体细胞，可治疗镰状细胞贫血症等；
在治疗阿尔茨海默病、心血管疾病等领域的研究也取得了新进展。
应用前景优于胚胎干细胞
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)
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
干细胞有着自我更新能力及分化潜能，与组织、器官的发育、再生和修复等密切相关，但面有导致肿瘤发生风险的问题。
动物细胞培养
动物细胞培养的概念和原理
动物细胞培养的条件
动物细胞培养的过程
原理：细胞的增殖
在适当的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术
(1)营养条件
(2)无菌、无毒的环境
(3)温度、pH和渗透压
(4)气体环境
取动物组织
单个细胞
细胞悬液
原代培养
传代培养
干细胞培养及其应用
干细胞的分布
干细胞的类型
干细胞的应用
胚胎干细胞（ ES细胞）
成体干细胞
早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中
主要应用在医学上
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（ ）
×
√
×
×
一、概念检测
练习与应用（P47）
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
一、概念检测
A
练习与应用（P47）
练习与应用（P47）
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
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？
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。

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