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动物细胞培养
第2节 第1课时
第2章　细胞工程
人教版高中生物 选择性必修3
1
阐明动物细胞培养的条件和过程(重点)。
2
简述干细胞在生物医学工程中有广泛的应用价值(重点)。
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。怎么办？
问题探讨
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；既解决了来源不足，又不会产生排斥反应
通过细胞培养构建的人造皮肤
>
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目标一
动物细胞培养的条件和过程
1.1 动物细胞培养的概念、原理
操作原因：
原理：
细胞增殖
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？
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。
1.2 动物细胞培养的条件
培养基的构成：
一般使用液体培养基，也称为培养液
+
合成培养基
血清等天然成分
无菌、无毒的环境
适宜的温度、pH和渗透压
适宜的气体环境
糖类、氨基酸、
无机盐、维生素
… …
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
含有尚未全部研究清楚的细胞所需的营养物质。
无菌、无毒的环境
适宜的温度、pH和渗透压
适宜的气体环境
①适宜的温度：哺乳动物细胞培养的温度多以___________为宜；
②适宜的pH：多数动物细胞生存的适宜pH为________ ；
③适宜的渗透压：维持细胞正常的形态和功能。
1.2 动物细胞培养的条件
糖类、氨基酸、
无机盐、维生素
… …
定期更换培养液，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。
36.5±0.5℃
7.2-7.4
①培养液、培养用具：灭菌处理；
②在无菌环境下进行操作；
95%空气 + 5%CO2 的CO2 培养箱
无菌、无毒的环境
适宜的温度、pH和渗透压
适宜的气体环境
糖类、氨基酸、
无机盐、维生素
… …
1.2 动物细胞培养的条件
CO2培养箱
维持培养液的pH
5%CO2
O2：细胞代谢所必需
培养皿
松盖培养瓶
培养容器：
1.3 动物细胞培养的过程
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
取动物组织
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
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
制成细胞悬液
原代培养
分瓶
培养
加培养液
在培养皿或培养瓶内
细胞分裂受阻
② 制成细胞悬液，分瓶培养
① 收集细胞
1．进行动物细胞传代培养时用胰蛋白酶分散细胞，说明细胞间的物质主要是什么？用胃蛋白酶可以吗？为什么？
蛋白质。
不可以用胃蛋白酶。
多数动物细胞生存的适宜pH为7.2～7.4，胃蛋白酶(适宜pH为1.5左右)在此环境中没有活性，而胰蛋白酶在此环境中活性较高，因此胰蛋白酶适用于细胞培养时的处理。
活动1
分析动物细胞培养
2．“细胞增殖到互相接触的时候，糖蛋白识别了这种信息，就会使细胞停止分裂繁殖，出现接触抑制的现象”。试结合上述解释，举例说明哪种细胞无接触抑制现象，并阐述原因。
癌细胞；癌细胞的细胞膜上糖蛋白等物质减少
圆球形细胞刚开始
铺展贴壁生长
（100×）
培养的动物细胞贴壁生长并进行有丝分裂（100×）
细胞单层贴壁生长铺满瓶壁后出现接触抑制（100×）
单层细胞
多层细胞
活动1
分析动物细胞培养
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
培养结果
培养目的
获得细胞或细胞产物
细胞的全能性
植物体
快速繁殖
培育无病毒植株等
葡萄糖、动物血清
蔗糖、植物激素
液体培养基
固体培养基
细胞增殖
细胞群体
思考与讨论：
动物细胞培养与植物组织培养有相同和不同之处？
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等条件不能，动物细胞培养只能使细胞
数目增多，不能发育成新的动物个体。
相同：
不同：
1.小鼠的某种上皮细胞与某种淋巴细胞体外培养时，细胞周期基本相同，但上皮细胞在培养时，呈现扁平不规则多角形，且贴附在培养瓶内壁上；而该淋巴细胞则常常悬浮在培养液中。下列有关叙述正确的是
A.需将细胞置于含有95%空气和5%O2的培养箱中培养
B.对这两种动物细胞培养时，可用胰蛋白酶或胃蛋白酶分散细胞
C.培养消化道上皮细胞更易观察判断细胞是否具有接触抑制现象
D.传代培养时对这两类细胞的处理方式是相同的
√
2.如图所示是某动物细胞培养时，培养液中活细胞和死细胞密度统计结果，下列相关叙述错误的是
A.实验中要控制胰蛋白酶溶液浓度和处理时间，以免损伤细胞
B.培养液中应适当加入青霉素、链霉素，以避免杂菌污染
C.曲线bc段变化的主要原因是培养液中营养物质不足及有害代谢物积累等
D.培养至第6 d时，新产生的细胞数等于死细胞数
√
>
<
目标一
干细胞培养及其应用
动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞。
1.干细胞概念：
2.存在部位：__________、_____和________等
多种器官和组织中。
脐带血
骨髓
早期胚胎
3.种类：
活动2
干细胞的培养及其应用
① 胚胎干细胞
② 成体干细胞
胚胎干细胞
ES
细胞
分布
特点
应用实例
局限性
活动2
干细胞的培养及其应用
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。
在体外分化成心肌细胞、
神经元和造血干细胞等
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。
成体干细胞
分布
举例
特点
应用实例
活动2
干细胞的培养及其应用
成体组织或器官内
造血干细胞（骨髓、外周血和脐带血中）
神经干细胞（神经系统中）
精原干细胞（睾丸中）
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
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 →
治疗细胞损伤造成的疾病
诱导多能干细胞
概念
制备方法
优点
应用
活动2
干细胞的培养及其应用
通过体外诱导成纤维细胞得到的类似胚胎干细胞的一种细胞
可治疗镰状细胞贫血症；
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
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、B细胞）
②用小分子化合物诱导形成。
iPS
细胞
回归情境
新冠肺炎重症患者有可能会出现肺部不可逆的纤维化，对于这种病人，肺移植是唯一可行的治疗手段，对降低死亡率有较大意义。肺移植的手术难度很高，而且肺的合适供体很难找，手术以后器官还容易出现免疫排斥反应，请应用本节所学的知识，思考有什么解决办法？
取成纤维细胞
转入相关因子
细胞转化为iPS细胞
诱导iPS细胞定向分化为特定组织器官
移植回病人体内
网络构建
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
概念检测
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
概念检测
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。
练习与应用
二.拓展应用
（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。
练习与应用
二.拓展应用
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