资源简介

2.2动物细胞工程
【教学目标】
课程标准与本节相对应的要求是：阐明动物细胞培养是从动物体获得相关组织，分散成单个细胞后，在适宜的培养条件下让细胞生长和增殖的过程；动物细胞培养是动物细胞工程的基础；简述干细胞在生物医学工程中有广泛的应用价值。结合教材内容，确定本节教学目标：
1.认同动物细胞培养是模拟体内生理条件在体外进行的培养，由此分析、推出培养动物细
胞需要满足的基本条件
2.尝试建构动物细胞培养的基本流程
3.认同动物细胞培养是动物细胞工程的基础
4.简述干细胞的应用，通过探讨干细胞在临床上的应用所产生的效益与风险，理性看待生
物技术的应用，增强社会责任感
【教学重难点】
重点：动物细胞培养的条件与过程。
难点：动物细胞培养过程中相关名词的理解及各项操作的目的
【新课导入】
展示人工合成皮肤图片，观看视频，了解、分析人工合成皮肤发展和临床应用。
第一块人工合成皮肤是由白克和亚诺斯发明的，白克是马萨诸塞总医院外伤科的负责人，亚诺斯是麻省理工学院的化学教授。这两位科学家利用鲨鱼软骨和来自牛皮中的胶原蛋白为原料发明了一种人造皮肤。在19 81年，白克和亚诺斯第一次将其发明的人造皮肤用于临床，患者是一位身体一半面积被烧伤的女士。剥离掉烧伤的皮肤之后，白克应用了一层人造皮肤，并且，在条件允许的情况下，将患者的未烧伤皮肤移植到烧伤部位。三星期过后，这位女性患者新生皮肤的生长速度惊人，并且颜色与未烧伤皮肤一样。在此基础上的改进产品称为integra人造皮肤，它不仅起着临时性替代功能，并且可以刺激毛细血管、成纤维细胞和巨噬细胞等逐渐从伤口向人造皮肤内生长。
动物细胞培养的条件
由于学生已经具备内环境的化学成分和理化性质等基础知识，因此教师安排探究活动——探究动物细胞培养需要的条件（以人体细胞培养为例）。学生结合内环境稳态及植物组织培养技术的相关知识，讨论后认为：动物细胞培养需要无菌且无毒环境、特定的营养条件、一定的渗透压、温度和 pH。接着，教师
向学生呈现如下资料：① 开放培养时一般把细胞置于95%空气和5%二氧化碳的气体环境中。氧气参与细胞的呼吸作用，二氧化碳可以维持培养基的 pH。大多数细胞的适宜pH为7. 2~7. 4。② 血清中除含有蛋白质、氨基酸、葡萄糖、激素及多种生长因子等外，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，能促进细胞的生长、增殖和贴附。因此，细胞培养时，要保证细胞能够顺利生长和增殖，一般需添加10%～20%的血清。通过资料分析，学生更深刻地意识到培养液中血清、血浆的重要性，以及对相应气体环境的特殊需求。在学生形成上述的认识后，教师结合书本相关内容，带领学生归纳、总结动物细胞培养要满足的条件。形成对动物细胞培养条件的完整认识。
动物细胞培养的过程
让学生依据动物细胞培养的概念，初步建构动物细胞培养的流程。
让学生阅读教材中“动物细胞培养的过程”的内容，思考、回答下列问题。
(1)培养前，为什么要将组织分散成单个细胞
(2)怎样将组织分散成单个细胞
(3)细胞培养一段时间， 分裂会受阻，这是为什么 怎样解决这一问题
3.指导学生在分析、回答问题的基础上完善流程。
4.让学生分析、回答教材“思考·讨论”栏目中的问题。
干细胞培养及其应用
动物细胞培养又有哪些具体应用呢？教师通过课件展示干细胞美容的相关图片，通过大家比较熟悉的医美，引出干细胞的相关内容
教师利用课件展示“胚胎干细胞”的电镜图，通过阅读教材中的内容，教师进行提问：
干细胞有哪些类型？这些类型各有怎样的特点和哪些方面的应用？
科学家是怎样获得诱导多能干细胞的？这种细胞与胚胎干细胞相比，有哪些应用优势？
干细胞用于临床治疗可能存在什么问题？
你如何看待干细胞在临床上的应用所产生的效益和风险？
教师通过对相关问题的探讨，可以让学生理性地看待并合理运用生物技术，增强社会责任意识
动物细胞融合技术
1.概念：使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。（杂交细胞：具有原来两个或多个细胞的遗传信息）
2.原理：细胞膜的流动性
3.融合方法：PEG融合法、电融合法和灭活病毒诱导法等。
4.意义：突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。已成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和培育生物新品种等的重要手段，特别是杂交瘤技术，为制造单克隆抗体开辟了新途径。
（相关信息：灭活是指用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力，但并不破坏它们的抗原结构。灭活病毒诱导细胞融合的原理是：病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能够与细胞膜上的糖蛋白发生作用，使细胞互相凝聚，细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子重新排布，细胞膜打开，细胞发生融合）
单克隆抗体及其应用
动物细胞融合技术已经成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物新品种培育等的重要手段，但还有一个更重要的用途——制备单克隆抗体
教师指导学生阅读教材第49页的文字和制备单克隆抗体示意图，思考并回答问题：
两位科学家机具创造性的设想是什么？
如果把B淋巴细胞和骨髓瘤细胞放在一起时，会有几种融合方式？
B淋巴细胞和骨髓瘤细胞间融合所形成的能产生抗体的杂交瘤细胞是如何筛选出来的？
教师通过一系列的问题引导学生思考，帮助学生理解，并且在这个过程中，锻炼学生的思维能力。
教师展示教材中“思考·讨论”的相关资料，并让学生分为小组，互相讨论教材中的问题
资料1：用抗人绒毛膜促性腺激素单克隆抗体做成的“早早孕诊断试剂盒”，在妊娠第8天就可以作出诊断，这比原来的诊断方法提前了10d左右，可以避免孕妇在不知道妊娠的情况下因服用药物而对胎儿造成不利影响。该方法检测的准确率在90%以上。
资料2 使用高效的细胞毒素类药物进行化疗可以有效杀伤肿瘤细胞。但细胞毒素没有特异性，在杀伤肿瘤细胞的同时还会对健康细胞造成伤害，这限制了它在临床上的应用。抗体－药物偶联物（antibody-drugconjugates,ADC)通过将细胞毒素与能特异性识别肿瘤抗原的单克隆抗体结合，实现了对肿瘤细胞的选择性杀伤。ADC通常由抗体、接头和药物（如细胞毒素）三部分组成，它的作用机制如下图所示。
讨论：
1.ADC的抗体和药物各具有什么作用？
2.除了细胞毒素，还有哪些物质理论上可以作为ADC偶联的药物？
3. 单克隆抗体诊断试剂盒和ADC在临床应用上各具有什么优势？
4. 单克隆抗体在临床上还有哪些应用？
通过思考讨论，让学生认同单克隆抗体具有广阔的应用前景，培养学生的沟通、交流能力，增强团队合作意识
体细胞核移植的过程
教师利用课件展示高产奶牛的图片，让学生尝试构建克隆奶牛的相关流程，然后根据教材第53页的相关流程图，提出以下问题分小组讨论：
受体细胞为什么选用卵母细胞？在体细胞的细胞核移植到受体卵母细胞之前，为什么必须先去掉受体卵母细胞的核？
卵母细胞作受体细胞的原因体积大，易操作；去核时同时吸走第一极体; 营养物质丰富，含有激发细胞核全能性的物质。
(2)为使核移植的胚胎或动物的核遗传物质全部来自供体细胞，在供体细胞的细胞核移至受体细胞之前，必须将受体细胞的遗传物质去掉或将其破坏
为什么不是取供体细胞核进行核移植操作，而是将供体细胞整个注入去核卵母细胞中？
保证供核不被破坏，使克隆动物更像供体动物，操作也方便。
整个过程用了哪些技术？
动物细胞培养、核移植、早期胚胎培养、胚胎移植
新生牛的性别、基因？
与供体相同
繁殖方式？
无性繁殖
原理？
动物细胞核的全能性
你认为用上述体细胞核移植技术培育的克隆动物，是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？为什么？
绝大部分DNA来自于供体细胞核，但其核外还有少量的DNA，即线粒体中的DNA是来自于受体卵母细胞。
此外，即便动物的遗传基础完全相同，但动物的一些行为、习性的形成与所处环境有很大关系，核供体动物生活的环境与克隆动物所生活的环境不会完全相同，其形成的行为、习性也不可能和核供体动物完全相同，从这一角度看，克隆动物不会是核供体动物100%的复制。
用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞，想一想，这是为什么？
培养的动物细胞一般当传代至10～50代左右时，部分细胞核型可能会发生变化，其细胞遗传物质可能会发生突变，而10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型。因此，在体细胞核移植中，为了保证供体细胞正常的遗传基础，通常采用传代10代以内的细胞。
学生小组之间互相讨论教师提出的问题，教师给予肯定并及时提出问题和补充答案
通过让学生自主构建克隆流程，让学生由被动学生改为主动探索，提高学生的学习兴趣。
体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
教师理由课件展示体细胞核移植技术在畜牧业、医药卫生等领域的相关资料和图片：
医药卫生方面：
①生产许多珍贵的医用蛋白
②转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以作为异种移植的供体治疗人类疾病
③以患者作为供体培育相应细胞、组织或器官进行移植，避免免疫排斥反应
畜牧生产：加速家畜遗传改良进程、促进优良畜群繁育
科研： ①使人类更深入地了解胚胎发育及衰老过程
②分析致病基因
③研究致病机制，开发药物
保护濒危动物：增加濒危物种存活数量
教师在与同学们讨论体细胞核移植的应用前景之后，并让同学们一起探讨体细胞核移植过程中是否存在问题？
教师让学生阅读教材第54页最后一段，了解体细胞核移植技术存在的问题，引导学生要辩证地看待技术的应用，发展学生的思维
【板书设计】
2.2动物细胞工程
1.动物细胞培养的条件
2.动物细胞培养的过程
3.干细胞培养及其应用
4.动物细胞融合技术
5.单克隆抗体及其应用
6.体细胞核移植的过程
7.体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题

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