资源简介

(共48张PPT)
目录 /CONTENTS
01
发酵工程
02
细胞工程
03
基因工程
04
生物技术的安全性与伦理问题
第2章 细胞工程
第2节 动物细胞工程
1975年，米尔斯坦和科勒，创立单克隆抗体技术
1890年，希普，世界上首例胚胎移植成功
1907年，哈里森，
首创了动物组织体外培养法
1951年，张明觉，
发现哺乳动物精子获能现象
1958年，格登，体细胞核移植成功
1959年，试管家兔诞生
1978年，胚胎分割移植工程
1981年，埃文斯，
分离和培养小鼠胚胎干细胞
1996年，克隆羊诞生
2006年，山中伸弥，
获得诱导多能干细胞
2014年，单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿诞生
2017年，我国科学家首次培育了体细胞克隆猴
【科技探索之路·动物细胞工程的发展历程】
第二章 动物细胞工程
第1节 动物细胞培养
（第一课时）
目录 /CONTENTS
01
动物细胞培养
02
动物细胞培养的条件
03
动物细胞培养的过程
04
干细胞培养及其应用
学习目标：
1.举例说出动物细胞融合的概念、原理及应用。
2.阐明利用动物细胞融合技术制备单克隆抗体的过程。
3.认同单克隆抗体在临床上有重要的应用价值。
4.结合具体实例，以流程图的形式表示单克隆抗体的制备过程。
新课导入
大面积烧伤的病人需要移植健康皮肤，怎么办？
消防员救火
取烧伤病人的健康皮肤或他人进行自体移植。
患者皮肤的不足，他人提供也不足，如何解决？
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
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。
视频：人造皮肤：人体再生术的秘密
④选材少，繁殖率高，便于自动化管理。
动物细胞工程
动物细胞培养（基础）
动物细胞融合技术和单克隆抗体
动物体细胞核移植技术和克隆动物
1. 动物细胞培养的条件
2. 动物细胞培养的过程
3. 干细胞培养及应用
新课导入
一、动物细胞培养
1.动物细胞培养的概念
从动物体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。
2.对象
一般取材于动物胚胎或幼龄动物的组织、器官。
原因：
3.地位
其他动物细胞工程的基础
细胞分化程度低，增殖能力强，有丝分裂旺盛，容易培养。
4.原理
细胞增殖（有丝分裂）
回顾：植物组织培养的原理是：
细胞的全能性
5.目的
获得细胞或者细胞产物
二、动物细胞培养的条件
一般来说，动物细胞培养（模拟体内细胞正常生长增殖的环境）需要满足以下条件：
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
二、动物细胞培养的条件
1. 营养
将细胞所需的营养物质（糖类、氨基酸、无机盐、维生素等）按种类和所需量严格配制的培养基。
（1）培养基构成：
合成培养基
血清等一些天然成分
＋
合成培养基：
血清等一些天然成分：
含有尚未研究清楚的细胞所需的营养物质
（2）培养基类型（物理性质）：
液体培养基（培养液）
【思考】动物细胞培养为什么需要加血清？
血清可提供一个类似生物体内的环境，其中还含有必需氨基酸、激素、酶、多种未知的促细胞生长/贴附因子等多种活性物质，可促进细胞生长和增殖。
二、动物细胞培养的条件
2.无菌、无毒的环境
无菌：
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添加一定量的抗生素
定期更换培养液。
无毒：
问题2: 定期更换培养液的目的是什么？
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
问题1:如何防止培养过程中的微生物污染？
在细胞培养液中添加一定量的抗生素
二、动物细胞培养的条件
3.温度、pH和渗透压
多数动物细胞生存的适宜pH为____________________
①适宜的温度：
36.5±0.5℃
7.2-7.4（中性或弱碱性）
维持细胞正常的形态和功能
哺乳动物细胞培养的温度多以_________________为宜；
维持适宜渗透压的目的______________________________________
②适宜的pH：
③适宜的渗透压：
二、动物细胞培养的条件
④选材少，繁殖率高，便于自动化管理。
松盖培养瓶
CO2培养箱
培养皿
4. 气体环境
（3）在细胞培养时，通常采用培养皿或松盖培养瓶，并将它们置于含有95%空气和5%CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养。
（1）O2：细胞代谢所必需的（有氧呼吸）
（2）CO2：主要作用是维持培养液的pH
并不是95%氧气
三、动物细胞培养的过程
④选材少，繁殖率高，便于自动化管理。
动物细胞培养技术：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。
对象：
原因：
细胞分化程度低，增殖能力强，有丝分裂旺盛，容易培养。
一般取材于动物胚胎或幼龄动物的组织、器官。
原理：
细胞增殖
（有丝分裂）
依据动物细胞培养概念，初步构建动物细胞培养的流程。
动物体
组织
单个细胞
细胞生长和增殖
取出
分散成
适宜条件
三、动物细胞培养的过程
（1）培养前，为什么要将动物组织分散成单个细胞？
①分散不会限制彼此的生长和增殖；
②利于从培养液中获得营养，排出代谢废物，利于继续培养。
依据动物细胞培养概念，初步构建动物细胞培养的流程。
动物体
组织
单个细胞
细胞生长和增殖
取出
分散成
适宜条件
（2）怎样将动物组织分散成单个细胞？
机械的方法或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理一段时间。
①说明细胞间的物质主要是什么成分？
主要是蛋白质(胶原蛋白等)
三、动物细胞培养的过程
依据动物细胞培养概念，初步构建动物细胞培养的流程。
动物体
组织
单个细胞
细胞生长和增殖
取出
分散成
适宜条件
（2）怎样将动物组织分散成单个细胞？
机械的方法或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理一段时间。
②用胃蛋白酶可以吗？
不可以，因为动物细胞培养适宜的PH为7.2～7.4，此环境下胃蛋白酶（1.5～2.0）没有活性，而胰蛋白酶(7.2～8.4)的活性较高。
三、动物细胞培养的过程
依据动物细胞培养概念，初步构建动物细胞培养的流程。
动物体
组织
单个细胞
细胞生长和增殖
取出
分散成
适宜条件
（2）怎样将动物组织分散成单个细胞？
机械的方法或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理一段时间。
②胰蛋白酶能将细胞消化掉吗？要注意什么问题呢？
能，但应注意时间的控制。因为胰蛋白酶不仅能分解细胞间的蛋白质，长时间还会分解膜蛋白，对细胞造成损伤。
（3）分散成的单个细胞，如何培养？
用培养液将细胞制成细胞悬液，放入培养皿或培养瓶内，置于适宜环境中培养。
加培养液
细胞悬浮液
培养
放入培养瓶
在适宜条件中
三、动物细胞培养的过程
依据动物细胞培养概念，初步构建动物细胞培养的流程。
动物体
组织
单个细胞
细胞生长和增殖
取出
分散成
适宜条件
加培养液
细胞悬浮液
培养
放入培养瓶
在适宜条件中
（1）悬浮生长类：能够悬浮在培养液中生长增殖。
体外培养的动物细胞类型
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。
悬浮培养瓶
培养一段时间后，细胞分裂会受阻，为什么？
三、动物细胞培养的过程
（2）贴壁生长类：
体外培养的动物细胞类型
需要贴附于某些基质表面才能生长增殖（细胞贴壁），大多数细胞属于此类。
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。
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。
要求：培养瓶或培养皿的内表面光滑、无毒、易于贴附
细胞分裂受阻抑制
分瓶培养
解除方法
细胞分裂受阻抑制如何解除？
三、动物细胞培养的过程
细胞贴壁过程
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×）
贴壁生长与接触抑制
三、动物细胞培养的过程
④选材少，繁殖率高，便于自动化管理。
由于细胞之间有接触抑制的特性，一般的正常细胞并不重叠于其他细胞之上生长，而是单层生长。
癌细胞由于无接触抑制而能够继续移动和增殖，导致细胞向三维空间扩展，发生堆积。
是否接触抑制可作为区别正常细胞与癌细胞的标志之一。
三、动物细胞培养的过程
依据动物细胞培养概念，初步构建动物细胞培养的流程。
动物体
组织
单个细胞
细胞生长和增殖
取出
分散成
适宜条件
加培养液
细胞悬浮液
培养
放入培养瓶
在适宜条件中
传代培养
在适宜条件中
分瓶培养
原代培养
细胞分裂受阻
分瓶培养
解除方法
细胞分裂受阻如何解决？
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。
还会发生接触抑制细胞停止分裂增殖
三、动物细胞培养的过程
④选材少，繁殖率高，便于自动化管理。
动物组织处理后的初次培养
取动物组织
制成细胞悬液
放入CO2培养箱中培养
转入培养液进行
原代培养
分瓶后的细胞培养
放入CO2
培养箱中培养
传代培养
判断依据：胰蛋白酶处理的对象和是否分瓶！
第一次：用胰蛋白酶对剪碎的动物组织进行处理
第二次：细胞培养过程中出现接触抑制，用胰蛋白酶使其从瓶壁上脱离下来
三、动物细胞培养的过程
依据动物细胞培养概念，初步构建动物细胞培养的流程。
动物体
组织
单个细胞
细胞生长和增殖
取出
分散成
适宜条件
加培养液
细胞悬浮液
培养
放入培养瓶
在适宜条件中
传代培养
在适宜条件中
分瓶培养
原代培养
传代培养（分瓶培养）操作流程
悬浮细胞: 离心法收集
②制成细胞悬液，分瓶培养
①收集细胞
贴壁细胞: 胰蛋白酶处理，再离心法收集
三、动物细胞培养的过程
细胞悬液
细胞株
10代细胞
50代细胞
细胞系
无限传代
遗传物质改变
细胞系
遗传物质一般不改变
延伸拓展：细胞株和细胞系
细胞株：原代培养的细胞一般传至10代左右细胞生长停滞，大部分细胞衰老死亡，少数细胞存活到40~50代，这种传代细胞为细胞株。
细胞系：细胞株传代至50代后又出现细胞生长停滞状态，只有部分细胞由于遗传物质的改变，使其在培养条件下可以无限制传代，这种传代细胞为细胞系。
区别：细胞系的遗传物质改变，具有癌细胞的特点，失去接触抑制。
三、动物细胞培养的过程
来自一位美国黑人妇女海瑞塔·拉克斯的宫颈癌细胞，在1951年进行细胞取样后，她于6个月后去世。这一细胞系是永生的，也就是说，只要有合适的培养环境，它们就能在细胞培养基中无限分裂下去。
不同于其他一般的人类细胞，此细胞不会衰老死亡，并可以无限分裂下去。此细胞系跟其他癌细胞系相比，增殖异常迅速。
海拉细胞系
三、动物细胞培养的过程
④选材少，繁殖率高，便于自动化管理。
比较项目 植物组织培养 动物细胞培养
原理
培养基的物理性质
培养基特有成分
过程
相同点 固体培养基
葡萄糖、动物血清
液体培养基(又称培养液)
细胞增殖
植物细胞的全能性
蔗糖、植物激素
①都进行有丝分裂，不涉及减数分裂
②均需无菌操作、无菌培养，需要适宜的温度、pH等条件
外植体
↓脱分化
愈伤组织
　 ↓再分化
芽、根或胚状体
↓生长发育
植物体
动物的组织
　　　　　 ↓ 机械法或胰蛋白酶、
↓ 胶原蛋白酶处理
细胞悬液
↓
原代培养
↓
细胞悬液
↓
传代培养
植物组织培养和动物细胞培养的比较
视频：干细胞作用及应用前景
四、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？
请认真阅读教材P46，思考并回答下列问题：
四、干细胞培养及其应用
1. 干细胞的概念
④选材少，繁殖率高，便于自动化管理。
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. 干细胞的分布
干细胞存在于____________、________和___________等多种组织和器官中。
早期胚胎
骨髓
脐带血
3.干细胞的分类：
包括胚胎干细胞、成体干细胞、诱导多能干细胞等。
四、干细胞培养及其应用
①胚胎干细胞（简称ES 细胞）
1.分布：
存在于早期胚胎中
2.特点：
①形态特点：体积较小，细胞核大，核仁明显。
3.实例：
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
②功能特点：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。
4.局限性：
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。
四、干细胞培养及其应用
②成体干细胞
1.分布：
存在于成体组织或器官内
2.实例：
睾丸中的精原干细胞
骨髓中的造血干细胞
神经系统中的神经干细胞
血细胞和免疫细胞
分化
分化
神经细胞
分化
精原细胞
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。
3.特点：
专能干细胞
发现最早、研究最多的、应用最成熟的实例
四、干细胞培养及其应用
4. 应用：
干细胞有着自我更新能力及分化的潜能，与组织、器官的发育、再生和修复等密切相关，因而在医学上有着广泛的应用。
正常造血干细胞
患者体内
受损的血细胞
修复或替换
移植
治疗
白血病
恶性肿瘤放疗或化疗后引起的造血系统、免疫系统功能障碍疾病
（1）造血干细胞
四、干细胞培养及其应用
4. 应用：
干细胞有着自我更新能力及分化的潜能，与组织、器官的发育、再生和修复等密切相关，因而在医学上有着广泛的应用。
正常神经
干细胞
患者体内
受损的
神经组织
神经组织损伤
修复或替换
移植
治疗
神经系统退行性疾病
（帕金森病、阿尔茨海默病）
（2）神经干细胞
四、干细胞培养及其应用
③诱导多能干细胞（iPS细胞）
1.概念：
通过体外诱导小鼠成纤维细胞得到的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。
2.诱导方法：
①将特定基因或特定蛋白导入细胞
（成纤维细胞以及已分化的T细胞、B细胞均可）；
②用小分子化合物诱导形成。
四、干细胞培养及其应用
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
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。
iPS细胞用于治疗人类疾病示意图
iPS细胞的诱导及其流程
体外诱导小鼠成纤维细胞
诱导多能干细胞（iPS细胞）
各种类型的体细胞
定向诱导分化
①导入特定基因
②导入特定蛋白
③小分子化合物
四、干细胞培养及其应用
知识拓展：成纤维细胞是疏松结缔组织的主要细胞成分。细胞扁平，多突起，呈星状，细胞质较丰富，细胞核较大，扁卵圆形，染色质疏松着色浅，核仁明显。
四、干细胞培养及其应用
4.优点
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。
3.应用
①诱导过程无需破坏胚胎。
②iPS细胞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。
①应用iPS细胞可治疗小鼠的镰状细胞贫血。
所以，科学家普遍认为iPS细胞的应用前景优于胚胎干细胞。
四、干细胞培养及其应用
5. 干细胞应用面临的问题及展望
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：存在导致肿瘤发生的风险。
（2）应用展望：
视频：干细胞与器官再生
本章小结
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
1．动物细胞培养过程中需将动物细胞放于含95%氧气和5%CO2的CO2培养箱中培养。(选择性必修3 P44正文)(　　)
2．体外培养的动物细胞一类能悬浮在培养液中生长增殖，另一类需要贴附于某些基质表面才能生长增殖。(选择性必修3 P44正文)(　　)
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。(选择性必修3 P46正文)(　　)
4．iPS细胞的应用前景优于胚胎干细胞。(选择性必修3 P46正文)(　　)
易错辨析
×
含95%空气
√
√
√
　考点训练　
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.动物细胞培养应在含5%CO2的CO2培养箱中进行，CO2的作用维持培养
液的pH
C.为了防止动物细胞培养过程中受污染，可向培养液中加入适量的干扰素
D.在合成培养基中，通常需加入血清等一些天然成分
为防止动物细胞培养过程中杂菌的污染，可向培养液中加入适量的抗生素
　考点训练　
2.某学术期刊发表论文称，利用人类多能干细胞培养的皮肤类器官在培养4～5个月后，形成了多层皮肤组织，包含毛囊、皮脂腺和神经元回路，是迄今最逼真的人皮肤类器官。下列相关叙述正确的是( )
A.多能干细胞形成多层皮肤组织的过程中，遗传物质通常会发生改变
B.多能干细胞培养形成多层皮肤组织，说明动物的体细胞具有全能性
C.给烧伤病人移植自身多能干细胞培养成的皮肤类器官可减弱免疫排斥反应
D.该项研究结果表明多能干细胞可以分化成为人体内所需的各种组织和器官
遗传物质并未发生改变，只是基因的选择性表达
未分化成各种细胞或发育成完整个体，不能体现动物体细胞的全能性
研究结果表明，多能干细胞能形成多层皮肤组织，包含毛囊、皮脂腺和神经元回路，但不能说明其能分化成各种组织和器官
　高考真题演练
3.（2024·江苏·高考真题）我国科学家利用人的体细胞制备多能干细胞，再用小分子TH34成功诱导衍生成胰岛B细胞。下列相关叙述错误的是（ ）
A．基因选择性表达被诱导改变后，可使体细胞去分化成多能干细胞
B．在小分子TH34诱导下，多能干细胞发生基因突变，获得胰岛素基因
C．衍生的胰岛B细胞在葡萄糖的诱导下能表达胰岛素，才可用于移植治疗糖尿病
D．若衍生的胰岛B细胞中凋亡基因能正常表达，细胞会发生程序性死亡
多能干细胞在诱导分化的过程中不会突然发生基因突变获得胰岛素基因
　高考真题演练
4.（2023·海南·高考真题）某团队通过多代细胞培养，将小鼠胚胎干细胞的Y染色体去除，获得XO胚胎干细胞，再经过一系列处理，使之转变为有功能的卵母细胞。下列有关叙述错误的是（ ）
A．营养供应充足时，传代培养的胚胎干细胞不会发生接触抑制
B．获得XO胚胎干细胞的过程发生了染色体数目变异
C．XO胚胎干细胞转变为有功能的卵母细胞的过程发生了细胞分化
D．若某濒危哺乳动物仅存雄性个体，可用该法获得有功能的卵母细胞用于繁育
营养供应充足时，传代培养的胚胎干细胞也会发生接触抑制

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