资源简介

(共35张PPT)
首例胚胎移植成功
1890年
首创动物组织体外培养法
1907年
发现哺乳动物精子获能现象
1951年
体细胞核移植成功
1958年
试管家兔诞生
1959年
创立单克隆抗体技术
1975年
胚胎分割移植成功
1978年
分离和培养小鼠胚胎干细胞
1981年
克隆羊多莉诞生
1996年
获得诱导多能干细胞
2006年
单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿诞生
2014年
我国科学家首次培育了体细胞克隆猴。
2017年
动物细胞工程的发展历程
科技探索之路
第2节 动物细胞工程
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
基础
从社会中来
皮肤烧伤
怎样才能获得大量的自体健康皮肤？
通过动物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。
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。
借助动物细胞培养构建人造皮肤
怎样才能获得大量的自体健康皮肤？
到社会中去
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。
2、结果：
获得细胞或细胞产物；不能获得完整动物个体。
3、原理：
细胞增殖（有丝分裂）
那么，动物细胞培养需要哪些条件呢？
动物细胞培养
动物体
组织
单个细胞
细胞生长和增殖
取出
分散
适宜条件
4、地位：
动物细胞培养是动物细胞工程的基础
动物细胞培养所需的基本条件
营养物质
其他条件
<
<
糖类
氨基酸
无机盐
维生素
无菌、无毒的环境
适宜的温度、pH和渗透压
适宜的气体环境
体外培养动物细胞需要满足什么条件？
一、动物细胞培养的条件
合作学习
任务一：阅读教材P44，小组讨论回答以下问题：
（1）动物细胞培养使用固体培养基or液体培养基？天然培养基or合成培养基？什么叫合成培养基？
（2）如何维持无菌、无毒的环境？
（3）适宜的温度、pH分别是多少？保持适宜的渗透压目的是什么？
（4）所需气体主要包括？分别有什么作用？如何保持该气体环境？
葡萄糖
氨基酸
无机盐
维生素
1、营养条件
【思考】：
培养基的类型： 固体培养基　or　液体培养基
合成培养基 or 天然培养基
将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配制的培养基
？
动物血清
一、动物细胞培养的条件
(1)培养基的构成：合成培养基 + 血清等天然成分
血清
由于人们对细胞所需的营养物质尚未全部研究清楚。
血清可以补充合成培养基中缺乏的物质，如蛋白质、
氨基酸、未知的促生长因子等。
（2）培养动物细胞一般使用液体培养基，也称培养液。
有利于培养的细胞与营养物质充分接触
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
目的：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
无菌
2、无菌、无毒的环境
如何维持无菌、无毒的环境？
另外：可适量添加抗生素，防止细菌等微生物污染
无毒
一、动物细胞培养的条件
小知识
动物和人体的免疫系统可抵御各种微生物对机体的入侵，因此体内细胞生活的内环境几乎是无菌、无毒的。而离体培养的细胞对微生物和有毒物质的防御能力极低，所以其培养环境中一旦有细菌、真菌或病毒等微生物的污染，培养的细胞就会死亡。所以，进行动物细胞培养时,需要创造无菌、无毒环境，有时需要在培养液中加入抗生素,从而抑制细菌等微生物生长。选择抗生素要注意种类和剂量,以保证抗生素对培养的细胞无害。
动物细胞培养需要无菌、无毒环境的原因：
3、温度、pH和渗透压
①适宜的温度：
哺乳动物细胞培养的温度多以______________为宜；
36.5±0.5℃
②适宜的pH：
多数动物细胞生存的适宜pH为___________
7.2-7.4
③适宜的渗透压：
维持细胞正常的形态和功能
人体内环境的理化性质
①人体细胞外液的温度一般维持在：
36.5±0.5℃
②正常人的血浆近中性，pH约为：
7.35~7.45
③渗透压：指溶液中溶质微粒对水的吸引力。
在37℃时，人的血浆渗透压约为：
770 kPa
一般与相应动物内环境的理化性质保持一致。
一、动物细胞培养的条件
（1）气体组成及作用：
O2：
CO2：
细胞代谢所必需，维持细胞有氧呼吸
维持培养液的pH
（2）具体操作：
通常采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。
CO2培养箱
培养皿
培养瓶
4、气体环境
一、动物细胞培养的条件
动物体
组织
单个细胞
细胞生长和增殖
取出
分散
适宜条件
二、动物细胞培养的过程
任务二：阅读教材P44~45文字与图2-12，小组讨论完成以下问题：
（1）根据概念与图2-12，用关键词和箭头构建动物细胞培养的流程。
（2）动物组织取材于幼龄动物 or 老龄动物？为什么？
（3）培养前，为什么要将动物组织分散成单个细胞？
（4）用什么方法将动物组织分散成单个细胞？
（5）体外培养的动物细胞有哪些类型？
（6）什么是细胞贴壁？什么是接触抑制？
（7）什么是原代培养？什么是传代培养？
取动物组织
制成细胞悬液
进行原代培养
分瓶
进行传代培养
取动物组织
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
细胞贴壁
接触抑制
用机械的方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理
分散成单个细胞
构建动物细胞培养的流程
制成细胞悬液
加培养液
转入培养液
1.取动物组织
②原因：
①材料的选择： 幼龄动物 or 老龄动物
二、动物细胞培养的过程
2.分散成单个细胞，制成细胞悬液
（1）将组织分散成单个细胞
①原因：
成块组织中，细胞与细胞靠在一起，彼此限制了生长和增殖
一般取材于动物胚胎或幼龄动物的组织、器官。
这些组织的细胞分化程度低，增殖能力强，容易培养。
②方法：
用机械的方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理
①分散后不会限制彼此的生长和增殖；
②利于细胞与培养液充分接触，获得营养，及时排出代谢废物，利于继续培养。
（2）用培养液将细胞制成细胞悬液。
将细胞悬液放入培养皿或培养瓶内，置于适宜环境中进行原代培养。
【问题1】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？(提示：胃蛋白酶作用的适宜pH约为2，多数动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4）
①用胰蛋白酶分散细胞，说明细胞间的物质主要是蛋白质。
②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没有活性，所以用胃蛋白酶不行。
【问题2】胰蛋白酶能将细胞消化掉吗？
能
控制好作用时间
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、体外培养的动物细胞类型
①悬浮生长类：
②贴壁生长类：
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。
二、动物细胞培养的过程
思考：悬浮培养的细胞和贴壁细胞能一直分裂增殖吗？为什么？
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。
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的现象。
二、动物细胞培养的过程
3、体外培养的动物细胞类型
接触抑制现象：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的现象。数量不再增加。
刚开始铺展贴壁生长
贴壁生长并进行有丝分裂
单层相互接触出现接触抑制
一（单）层细胞
多层细胞
癌变细胞没有接触抑制现象，可以在培养瓶中形成多层细胞。
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，导致细胞发生堆积，多层生长。
思考：为什么癌变细胞没有接触抑制现象？
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）
思考：如何解决细胞分裂受阻的问题呢？
需要对细胞进行分瓶培养，让细胞继续增殖。
除受以上因素影响外，还会发生接触抑制现象。
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的现象。
二、动物细胞培养的过程
3、体外培养的动物细胞类型
分瓶培养之前的细胞培养，即动物组织经处理后的初次培养称为 。
将分瓶后的细胞培养称为 。
原代培养：
原代培养
传代培养
传代培养：
传代培养
（1）收集细胞
①悬浮生长类：
直接用离心法收集
②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
（2）将收集的细胞制成细胞悬液，分瓶培养
4、分瓶、进行传代培养
二、动物细胞培养的过程
思考：进行传代培养时，如何处理悬浮细胞和贴壁细胞？
取动物组织
分散成单个细胞
制成细胞悬液
原代培养
用机械的方法， 或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理
加培养液
放入培养皿或培养瓶内
一类细胞能够悬浮在培养液中生长增殖（悬浮生长）
一类需要贴附于某些基质表面才能生长增殖（贴壁生长）
细胞密度过大、有害代谢物积累和培养液营养物质缺乏等分裂受阻
接触抑制
CO2培养箱中
传代培养：将收集的细胞制成细胞悬液，分瓶培养
直接用离心法收集
重新用胰蛋白酶等处理分散成单个细胞，再用离心法收集
大多数细胞
二、动物细胞培养的过程
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
主要培养过程
培养结果
相同点 任务三：植物组织培养和动物细胞培养的比较
获得细胞或细胞产物
常用固体培养基
葡萄糖、动物血清
常用液体培养基
细胞增殖
植物细胞的全能性
获得新植物体
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
脱分化、再分化
原代培养、传代培养
三、干细胞培养及其应用
(3)分布：
(4)分类：
存在于早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中。
包括胚胎干细胞和成体干细胞等。
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。
(2)特点：
体积较小，细胞核大，核仁明显。
干细胞
(1)概念：
受精卵
原始胚胎干细胞
囊胚
胎儿
成人
胚胎干细胞
成体干细胞
(1)分布：
(2)特点：
(3)成果：
早期胚胎中
1
胚胎干细胞(ES细胞)
需要分化诱导因子诱导
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。
目前科学家已经分离了兔、牛、猴和人等的ES细胞，并证明了ES细胞可以在体外分化成心肌细胞、神经元和造血干细胞等细胞。
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。
(4)局限性：
成体干细胞具有组织特异性，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。
(1)分布：
(2)分类：
(3)特点：
(骨髓、外周血和脐带血中)
(神经系统中)
(睾丸中)
成体干细胞是成体组织或器官内的干细胞
神经干细胞
造血干细胞
精原干细胞
血细胞
精原细胞
分化
分化
分化
神经细胞
2
成体干细胞
造血干细胞是发现最早、研究最多的、应用最成熟的实例
2
成体干细胞
(4)成果：
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→
2006年，科学家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，将它称为诱导多能干细胞（简称iPS细胞），并用iPS细胞治疗了小鼠的镰状细胞贫血。
(1)诱导多能干细胞的概念
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。
3
诱导多能干细胞
资料：
取成纤维细胞
转入相关因子
细胞转化为iPS细胞
诱导iPS细胞定向分化为多种组织细胞
移植回病人体内
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
3
诱导多能干细胞
(2)诱导iPS细胞用于治疗疾病的过程
iPS细胞
3
诱导多能干细胞
iPS细胞
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。
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细胞或B细胞）
②用小分子化合物诱导形成。
①可治疗镰状细胞贫血症
②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
获取方法
优点
成果
(3)诱导多能干细胞的获取、优点、成果
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。
（1）面临的问题：
（2）应用展望：
存在导致肿瘤发生的风险。
4.干细胞应用面临的问题及展望
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
本节小结
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

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