资源简介

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本节聚焦
动物细胞培养需要哪些基本条件？
动物细胞培养的基本操作过程是什么？
怎样客观分析干细胞在临床上的应用所产生的效益与风险？　
第2章　
细胞工程
第2节　动物细胞工程　
一　动物细胞培养
　　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？　　
　　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。
损“东墙”
补“西墙”
自体移植
人造皮肤
　　从社会中来
通过细胞培养构建的人造皮肤
　　一、动物细胞培养的条件
　　1．动物细胞工程常用技术
　　（1）常用技术：
　　＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿等。
　　（2）基础：＿＿＿＿＿＿＿。
　　2．动物细胞培养
　　（1）概念：
　　动物细胞培养是指从动物体中取出相关的组织，将它分散成＿＿＿＿＿，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞＿＿＿＿和＿＿＿的技术。
动物细胞培养
动物细胞融合
动物细胞核移植
动物细胞培养
单个细胞
生长
增殖
目的：获得细胞或细胞产物
　　一、动物细胞培养的条件
　　2．动物细胞培养
　　（2）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
　　一、动物细胞培养的条件
　　（2）条件
　　①营养
　　a．常用培养基的类型：＿＿＿培养基，也称＿＿＿＿。
　　b．成分：糖类、氨基酸、无机盐、维生素、＿＿＿等。
液体
培养液
血清
胎牛血清
　　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，称为合成培养基。
人们对细胞所需营养物质尚未全部研究清楚，因此需要加一些天然成分
有利于培养的细胞与营养物质充分接触
　　一、动物细胞培养的条件
　　（2）条件
　　②无菌、无毒的环境
　　a．需要对＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿进行灭菌处理以及在＿＿＿＿环境下进行操作。
　　 b．培养液还需要____________。
　　细胞培养过程中，如何防止细菌等
微生物的污染？
定期更换
培养液
所有培养用具
无菌
　　在细胞培养液中添加一定量的抗生素。
　　一、动物细胞培养的条件
　　（2）条件
　　②无菌、无毒的环境
　　a．需要对＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿进行灭菌处理以及在＿＿＿＿环境下进行操作。
　　 b．培养液还需要____________。
　　定期更换培养液的目的是什么？
定期更换
所有培养用具
无菌
　　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。
培养液
　　（2）条件
　　③温度、pH和渗透压
　　a．温度：哺乳动物细胞培养多以＿＿＿＿＿＿＿℃为宜。
　　b．pH：_______________
　　c．适宜的渗透压
　　维持适宜渗透压的目的是什么？
　　维持细胞正常的形态和功能。
36．5±0．5
7．2～7．4
　　一、动物细胞培养的条件
　　（2）条件
　　④气体环境
　　a．气体组成：动物细胞培养所需气体主要有____和_____。　
　　b．培养操作：通常采用培养皿或松盖培养瓶，并置于含有
__________和_________的混合气体的CO2培养箱中进行培养。
细胞代谢所必需的
O2
CO2
维持培养液的pH
95%空气
5%CO2
培养皿
培养瓶
　　一、动物细胞培养的条件
CO2
培
养
箱
　　二、动物细胞培养的过程
用机械的方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理，将组织分散成单个细胞
　　1．取动物组织
　　一般取材于动物胚胎或幼龄动物的组织、器官。
　　二、动物细胞培养的过程
原因
　　细胞的增殖能力与供体的年龄有关，幼龄动物的细胞增殖能力强，有丝分裂旺盛，所以，细胞易于培养。同样，分化程度越低的细胞，增殖能力越强，越容易培养。
　　2．分散成单个细胞
　　方法
　　用机械的方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理。
　　为什么要将动物组织分散成单个细胞培养？
　　分散成单个细胞后容易培养，细胞所需的营养容易供应，其代谢废物容易排出。
　　二、动物细胞培养的过程
　　2．分散成单个细胞
　　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？（旁栏P44）
　　二、动物细胞培养的过程
　　蛋白质。
　　不行，因为胃蛋白酶作用的适宜pH为2，当pH>6时，胃蛋白酶就会失去活性，而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。
　　【寻根问底】胰蛋白酶真的不会把细胞消化掉吗？为什么？
　　提示：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，对细胞有损伤作用，因此必须控制好胰蛋白酶的消化时间。
　　二、动物细胞培养的过程
　　3．制成细胞悬液
　　用_________将细胞制成细胞悬液。
　　4．原代培养
　　（1）将细胞悬液放入培养皿或培养瓶内，置于适宜环境中培养。
　　（2）通常将分瓶______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。
　　二、动物细胞培养的过程
培养液
之前
　　4．原代培养
　　（3）体外培养的动物细胞类型
　　①一类细胞能够_______在培养液中生长增殖；
　　②另一类（大多数）则需要_____于某些基质表面才能生长增殖，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
悬浮
贴附
细胞贴壁过程
　　1．悬浮培养的细胞和贴壁细胞能一直分裂增殖吗？为什么？
　　不能。悬浮培养的细胞会因细胞密度过大、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。贴壁细胞在生长增殖时，除受以上因素影响外，还会发生接触抑制现象。
　　　思考·讨论　　　　　
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。
　　2．为什么癌变细胞没有接触抑制现象？
　　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·讨论　　　　　
　　5．传代培养
　　（1）分瓶后的细胞培养，称为传代培养。
　　（2）操作流程
　　①收集细胞
　　悬浮培养的细胞直接用________收集；贴壁细胞先用__________处理，分散成单个细胞，再用_________收集。
　　②制成细胞悬液，分瓶培养。
　　二、动物细胞培养的过程
离心法
胰蛋白酶
离心法
　　归纳提升
　　1．动物细胞培养过程中“两次”使用胰蛋白酶的作用
　　（1）第一次
　　用胰蛋白酶处理动物组织，目的是把组织分散为单个细胞后进行培养，即原代培养。
　　（2）第二次
　　细胞培养过程中出现接触抑制，用胰蛋白酶处理使其从瓶壁上脱离下来，然后将其分散到多个培养瓶中继续进行培养，即传代培养。
　　归纳提升
　　2．原代培养与传代培养
　　（1）原代培养
　　细胞悬液第一次在培养瓶中培养，分瓶之前的细胞培养，即动物组织经处理后的初次培养。
　　（2）传代培养
　　贴满瓶壁的细胞需要重新用胰蛋白酶等处理，然后分瓶继续培养，让细胞继续增殖，这样的培养过程通常被称为传代培养。10代以内的细胞可保持正常的二倍体核型。细胞传至10～50代左右时，会出现核型异常，细胞增殖会明显减缓，甚至完全停止。当继续传代培养时，少部分细胞会克服细胞寿命的自然极限，获得不死性。
　　3．动物细胞培养和植物组织培养的比较
项　　目 动物细胞培养 植物组织培养
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
葡萄糖、动物血清
蔗糖、植物激素
获得大量细胞或细胞产物
获得新个体或细胞产物
原代培养、传代培养
脱分化、再分化
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。
细胞增殖
植物细胞的全能性
　　归纳提升
液体培养基
固体培养基
即 时 巩 固
　　1．对某种动物的肝肿瘤细胞进行细胞培养，下列说法错误的是（　　）
　　A．在利用肝组织块制备细胞悬液时，可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理
　　B．细胞培养应在含5%CO2的恒温培养箱中进行，CO2的作用是刺激细胞呼吸
　　C．选择幼龄动物的组织细胞更易于培养
　　D．在合成培养基中，通常需加入血清等天然成分
B
即 时 巩 固
　　2．如图为猪输卵管上皮细胞培养过程示意图。下列有关叙述正确的是（　　）
　　A．甲→乙和丙→丁过程需要用胃蛋白酶处理
　　B．丙为原代培养，丁为传代培养，二者都需要在添加血清的合成培养基中进行
　　C．丙过程会出现细胞贴壁生长和接触抑制现象，而丁过程不会出现此现象
　　D．为避免培养过程中的杂菌污染，丙、丁过程中培养瓶盖必须旋紧不漏气
B
　　1．干细胞
　　（1）概念
　　动物和人体内仍保留的少数具有________和________能力的细胞，叫作干细胞。在一定条件下，干细胞可以分化成其他类型的细胞。
　　三、干细胞培养及其应用
分裂
分化
　　（2）分布
　　存在于____________、________和_________等多种组织和器官中。
　　（3）分类
　　包括________________和________________等。
早期胚胎
骨髓
脐带血
胚胎干细胞
成体干细胞
　　2．胚胎干细胞（简称ES细胞）
　　（1）分布
　　存在于____________中。
　　（2）特点
　　具有分化为成年动物体内的任何一种类型的 _______，并进一步形成机体的所有_____________甚至________的潜能。
　　三、干细胞培养及其应用
早期胚胎
组织和器官
细胞
电镜下的胚胎细胞
（照片经后期人工上色处理，放大约1500倍）
胚胎
　　（3）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。
　　（4）局限性
　　必须从_______中获取 ，涉及伦理问题，因而限制了在医学上的应用。
个体
　　三、干细胞培养及其应用
　　3．成体干细胞（简称ES细胞）
　　（1）分布
　　__________________内。
　　（2）类型
　　神经干细胞、造血干细胞、精原干细胞等。
　　（3）特点
　　成体干细胞具有组织特异性，只能分化成________________，不具有发育成完整个体的能力。
成体组织或器官
特定的细胞或组织
造血干细胞是发现最早、研究最多的、应用最成熟的一类成体干细胞。
造血干细胞
主要存在于骨髓、外周血和脐带血中
　　三、干细胞培养及其应用
　　4．干细胞的应用
　　（1）造血干细胞——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。
　　（2）神经干细胞——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）。
　　三、干细胞培养及其应用
　　5．诱导多能干细胞（简称iPS细胞）
　　（1）概念
　　通过体外诱导小鼠成纤维细胞，获得了类似______________的一种细胞，将它称为诱导多能干细胞。
　　（2）应用
　　在治疗阿尔兹海默病、心血管疾病等领域的研究取得了新进展。
胚胎干细胞
　　（3）优点
　　①诱导过程__________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_______________。
无须破坏
免疫排斥反应
　　三、干细胞培养及其应用
　　（4）诱导iPS细胞用于治疗疾病的过程
即 时 巩 固
　　3．干细胞具有能够分裂、分化成为人体任何一种组织的潜能，被医学界称为“万用细胞”。下列有关干细胞的叙述，错误的是（　　）
　　A．干细胞包括胚胎干细胞和成体干细胞等
　　B．成体干细胞具有组织特异性
　　C．胚胎干细胞和成体干细胞均具有发育成完整个体的能力
　　D．用正常人（异体）的造血干细胞治疗白血病，白血病患者体内会发生排斥反应
C
即 时 巩 固
　　4．某实验室做了下图所示的实验研究，下列相关叙述正确的是(　　)
　　A．过程②是诱导多能干细胞的形态、结构和遗传物质发生稳定性差异的过程
　　B．与纤维母细胞相比，经过程①形成的诱导多能干细胞的全能性较高
　　C．肝细胞、神经细胞、上皮细胞等细胞中基因组成相同，蛋白质完全不同
　　D．上述细胞中具有细胞周期的是诱导多能干细胞和神经细胞
B
　 　P47　练习与应用
　　一、概念检测
　　 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（ ）




　 　P47　练习与应用
　　一、概念检测
　　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
　 　P47　练习与应用
　　二、拓展应用
　　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）由于诱导产生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，建立HLA（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HLA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。
　 　P47　练习与应用
　　二、拓展应用
　　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。
　　（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？
　　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等。
　　可能会带来一系列的伦理问题，例如用同一个人的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。
　
思维导图 晨读必背
1．一般来说，动物细胞培养需要满足以下几个条件：①营养条件（糖类、氨基酸、无机盐、维生素等，还需要加入动物血清等天然成分）；②无菌、无毒的环境；③适宜的温度、pH和渗透压；④适宜的气体环境等。
　　2．动物细胞培养一般选用胚胎或幼龄动物的组织，细胞在培养过程中会出现细胞贴壁（生长）和接触抑制现象。
　　3．干细胞存在于早期胚胎、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。
作业：完成课后相关练习

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