资源简介

第 2章 细胞工程
第2节 动物细胞工程
动物细胞融合技术与单克隆抗体
年级 高二年级 授课时间 1课时
课题 第2节 动物细胞工程——动物细胞融合技术与单克隆抗体
教材分析 本节聚焦动物细胞融合与单克隆抗体制备，是动物细胞工程的核心应用内容，在整个细胞工程章节中承上启下：以之前所学的动物细胞培养技术为重要基础，延伸出动物细胞融合这一关键技术，最终落脚于单克隆抗体的制备流程与实际应用，形成“基础技术—核心制备—实践应用”的完整逻辑链条，更是落实生命观念、科学思维、社会责任等生物核心素养的重要载体。 教材以技术递进为主线，核心围绕三大模块系统展开：一是动物细胞融合技术，通过对比植物体细胞杂交技术的异同，阐明其核心原理为细胞膜的流动性，详细介绍PEG融合法、电融合法、灭活病毒诱导法等常用诱导方法，明确其能够突破有性生殖隔离、实现不同种细胞遗传物质重组的核心价值，为后续杂交瘤细胞的制备奠定坚实的技术基础。二是单克隆抗体的制备，以“如何获得特异性强、纯度高、可大量制备的抗体”为问题驱动，清晰呈现完整流程，重点解析两次筛选的原理与目的，有效突破杂交瘤细胞“既能无限增殖又能产生特异性抗体”的特性、单克隆抗体的核心优势等教学难点。三是单克隆抗体的应用，结合医学诊断、肿瘤靶向治疗、生物试剂研发等实例，凸显该技术对人类健康的重要意义，同时引导学生理性看待生物技术的伦理与安全问题，落实社会责任素养。 教材编排注重知识迁移与素养渗透，通过对比辨析强化学生对知识的理解，借助清晰的技术流程图、层层递进的问题链引导学生主动探究，既深化对细胞增殖、免疫调节等必修知识的应用，又兼顾理论性与实践性，为后续动物体细胞核移植技术的学习做好铺垫，助力学生构建完整的动物细胞工程知识体系。
教学目标 【知识目标】 1. 理解动物细胞融合的概念，掌握其原理（细胞膜的流动性）及常用诱导方法。 2. 掌握单克隆抗体制备的完整流程，理解并区分两次筛选的目的与原理，明确杂交瘤细胞的核心特性。 3. 了解单克隆抗体的主要特点及在医学诊断、靶向治疗、生物制药等领域的实践应用。 【素养目标】 1. 生命观念：从细胞融合和抗体生产的过程，认同 “结构与功能相适应” 及 “物质、能量、信息统一” 的生命观念；认识到动物细胞工程技术是改造和利用动物细胞生命活动规律、服务人类健康的重要手段。 2. 科学思维：通过分析单克隆抗体制备的技术流程，构建完整的逻辑链条；能运用细胞增殖、免疫调节等必修知识解释单克隆抗体特异性强、灵敏度高的原理，培养逻辑推理与系统分析能力。 3. 科学探究：能够分析单克隆抗体制备实验中筛选环节的关键变量控制；能绘制单克隆抗体制备的技术流程图，并尝试设计简单的实验方案验证单克隆抗体的特异性。 4. 社会责任：了解单克隆抗体技术在疾病诊断、治疗及生物制药中的核心价值，认识生物技术对保障人类健康的重要作用，形成科学看待和应用生物技术的态度。
教学重、难点 一、教学重点 1.动物细胞融合的原理与诱导方法：理解细胞膜流动性是融合的基础，掌握 PEG、电融合、灭活病毒等常用诱导手段，明确其在打破生殖隔离、实现细胞遗传物质重组中的核心作用。 2.单克隆抗体制备的完整流程：熟练掌握 “免疫小鼠→细胞融合→筛选杂交瘤细胞→克隆化培养与抗体检测→大量制备” 的技术主线，清晰梳理各环节的操作目的与逻辑关联。 3.单克隆抗体的特点与应用：理解单克隆抗体 “特异性强、灵敏度高、可大量制备” 的优势，掌握其在医学诊断、靶向治疗、科学研究等领域的典型应用。 二、教学难点 1.单克隆抗体制备中的两次筛选：精准理解第一次筛选（选出杂交瘤细胞，排除未融合细胞、同种融合细胞）与第二次筛选（选出能产生特异性抗体的杂交瘤细胞）的原理、方法及目的差异，突破易混概念。 2.杂交瘤细胞的特性理解：深入理解杂交瘤细胞 “既能无限增殖（瘤细胞特性）又能产生特异性抗体（B 淋巴细胞特性）” 的本质，建立细胞融合后遗传物质重组与功能表达的逻辑联系。
教学过程
教学内容 教师活动 学生活动
知识回顾 教师播放植物体细胞杂交技术的幻灯片，引导学生思考简单回顾植物体细胞杂交技术相关知识。 学生：观看幻灯片，通过教师引导，快速回忆植物体细胞杂交技术相关知识。
课堂导入 【情境材料】 教师播放PPT展示素材并提问，引发学生对于新课内容的思考。 19世纪30年代，科学家曾在肺结核、天花和麻疹等疾病的病人的病理组织中观察到多核细胞。如何解释这一现象？ 病人体内病毒等诱导多个体细胞融合形成了多核细胞。 学生观看教师展示的PPT，思考回答相应问题。
新知探究 一、动物细胞融合技术 【知识讲解】 教师展示PPT，讲解知识点，引导学生思考并做笔记。 1.概念 使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。 2.结果 形成的杂交细胞具有原来两个或多个细胞的遗传信息。 3.原理 细胞膜具有一定的流动性 4.诱导方法 思考 1.“灭活病毒”中灭活的具体含义是什么？ 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。 2.灭活病毒诱导细胞融合的原理是什么？ 病毒表面的糖蛋白和一些酶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。 【知识讲解】 教师展示PPT内容，一边讲解一边提醒学生做笔记。 5.意义 突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。 6.应用 ①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。 ②利用动物细胞融合技术发展起来的杂交瘤技术，为制造单克隆抗体开辟了新途径。 学生阅读课本，学生思考并认真做笔记。 学生思考并回答问题，明确本模块的核心知识。 学生思考并回答问题，对知识点——动物细胞融合技术有进一步的思考。 学生积极参与课堂，及时反馈课堂学习情况。
归纳小结 动物细胞融合和植物体细胞杂交的比较
习题巩固 教师展示PPT上的试题，引导学生认真完成习题，及时巩固。 1.动物细胞融合技术就是使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。下列有关动物细胞融合技术的叙述，正确的是（　　） A．灭活病毒是动物细胞融合和植物体细胞杂交常用的促融剂 B．融合后具有原来两个或多个细胞遗传信息的多核细胞为杂交细胞 C．细胞工程中植物体细胞杂交和动物细胞融合技术的原理完全相同 D．细胞融合技术突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交成为可能 2.（2024·贵州贵阳·一模）科学家经过长期的探索，实现了用不同种动物的体细胞进行杂交。图为动物细胞融合的示意图，下列叙述错误的是（ ） A．通过动物细胞融合技术、早期胚胎培养等生物技术能获得鼠首兔身的新物种 B．诱导动物细胞融合常用的方法有PEG融合法、电融合法和灭活病毒诱导法 C．当两个细胞核融合后形成具有单核的杂交细胞，标志着动物细胞融合的完成 D．只考虑两两融合，动物细胞与人细胞之间诱导融合，产生的融合细胞有3种 答案：1.D 2. A 学生思考回答问题，加深对动物细胞融合技术 相关概念的理解。
二、单克隆抗体的制备 复习导入——知识回顾 【提问】 1.机体通过什么免疫过程分泌抗体？ 体液免疫 2.抗体是由什么细胞产生？ 抗体是机体受抗原刺激后B淋巴细胞增殖分化形成的浆细胞产生 3.抗体的化学本质是什么？与抗原作用的特点 蛋白质 抗原和抗体能够特异性结合 4.抗体主要分布在哪里？ 血清 5、一种浆细胞能产生几种抗体？ 一种 【知识讲解】 教师展示PPT内容，一边讲解一边提醒学生做笔记。 传统抗体制备方法及缺陷 2.单克隆抗体的制备 (1)单克隆抗体的概念 由单个B淋巴细胞经过无性繁殖（克隆），形成基因型相同的细胞群，这一细胞群所产生的化学性质单一、特异性强的抗体称为单克隆抗体。 (2)单克隆抗体的制备思路 1975年，英国科学家米尔斯坦和德国科学家科勒设计了一个极富创造性的实验方案： 单克隆抗体的制备过程 教师播放视频，引导学生观看并思考。 教师根据学生观看其播放视频的视频效果，补充讲解单克隆抗体的制备过程。 【拓展延伸】 教师补充讲解杂交瘤细胞的筛选。 用HAT培养基筛选杂交瘤细胞 第一次筛选 基本原理： 思考：筛选出杂交瘤细胞方法？ 培养基中加入氨基喋呤阻断DNA复制的D途径 克隆化培养和抗体检测 第二次筛选 学生根据教师的讲解回顾相关知识。 学生思考回答问题，加深对单克隆抗体的制备相关概念的理解。 学生根据教师的讲解进行思考，回应互动。 学生根据教师的引导，阅读课本，学生思考并认真做笔记。 学生根据教师的讲解进一步理解单克隆抗体的制备过程。 学生根据教师的讲解，理解杂交瘤细胞的筛选，并适当补充笔记。
课堂小结 回应互动，认真聆听并适当补充笔记。
趣味交互活动 教师在PPT上展示动物细胞培养大闯关游戏内容。 学生积极参与活动，及时从活动中反馈学习成果。
习题巩固 教师展示PPT上的试题并引导、督促学生认真答题，根据学生的答题情况，及时得到反馈，针对性补充讲解相关知识。 1.（2025·广东·二模）下列关于动物细胞融合与单克隆抗体制备的叙述中，正确的是（　　） A．动物细胞经灭活病毒诱导融合后再通过培养能得到优良动物个体 B．杂交瘤细胞是B淋巴细胞癌变的结果 C．杂交瘤细胞既能大量增殖，又能产生抗体 D．单克隆抗体和传统方法生产的抗体化学本质不同 2.（2025·甘肃·高考真题）肿瘤坏死因子α（TNF-α）是一种细胞因子，高浓度时可以引发疾病。研究者利用细胞工程技术制备了TNF-α的单克隆抗体，用于治疗由TNF-α引发的疾病，制备流程如下图。 下列叙述正确的是（　　） A．①是从小鼠的血液中获得的骨髓瘤细胞 B．②含未融合细胞、同种核及异种核融合细胞 C．③需用特定培养基筛选得到大量的杂交瘤细胞 D．④需在体外或小鼠腹腔进行克隆化培养和抗体检测 3.高危类型人乳头状瘤病毒（如HPV16型）的持续感染是宫颈癌发生的主要原因。为研制抗HPV16的单克隆抗体，科研人员以小鼠为实验材料设计了以下实验流程。下列叙述错误的是（ ） A．过程①表示注射HPV16蛋白以诱导特异性B淋巴细胞的增殖 B．过程②、③筛选杂交瘤细胞用的培养基成分相同 C．过程④培养的杂交瘤细胞是经纯化的连续细胞株 D．过程⑤生产的单克隆抗体需要经纯化后才能使用 答案： 1.C 2. B 3. B 学生思考回答问题，加深对动物细胞培养的过程的理解。
三、单克隆抗体的应用 【思考 讨论】 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。 单克隆抗体可作为诊断试剂 (1)作诊断试剂——最广泛的应用 实例：利用同位素或荧光标记的单克隆抗体在特定组织中成像的技术，可定位诊断肿瘤、心血管畸形等疾病。 优点：准确、高效、简易、快速。 抗HCG单克隆抗体 新型冠状病毒抗原检测 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。抗体一药物偶联物（antibody-drugconjugate,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。 单克隆抗体可以运载药物 (2)运载药物 “生物导弹”是免疫导向药物的形象称呼，它由单克隆抗体与药物、酶或放射性同位素配合而成，因带有单克隆抗体而能自动导向，在生物体内与特定目标细胞或组织结合，并由其携带的药物产生治疗作用。 优点：位置准确、疗效高、副作用小。 【讨论】 教师展示PPT，提出问题，引导学生思考并尝试回答。 1.ADC的抗体和药物各具有什么作用？ 抗体主要发挥靶向运输作用，即通过特异性结合靶细胞表面的抗原，将连接的药物输送到靶细胞； 药物发挥治疗效应，如杀伤靶细胞。 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？ ①可以用放射性同位素标记单克隆抗体进行靶向放疗； ②一些作用于细胞信号转导通路的药物可以通过阻断肿瘤细胞的信号通路来抑制其生长，理论上也可以将这些药物与单克隆抗体结合进行治疗。 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？ ①单克隆抗体诊断试剂盒中的单克隆抗体只与特定的抗原反应，因此检测的特异性和灵敏度大大提高； ②生产单克隆抗体的杂交瘤细胞可以传代培养、冷冻保存和复苏利用，有利于控制产品的质量和标准化生产诊断试剂盒； ③ADC能够协同发挥抗体特异性识别的靶向作用和细胞毒素对肿瘤细胞的杀伤作用，因此它在临床上具有靶点清楚、毒副作用小等优点。 (3)用于治疗疾病 主要用于癌症治疗,如PD-1抗体或PD-L1抗体。 临床上主要用来治疗淋巴瘤的一种单克隆抗体药物。 利妥昔单抗是一种人鼠嵌合型单克隆抗体，能特异性地结合B细胞上CD20抗原，启动介导B细胞溶解的免疫反应。 学生根据教师讲解，结合课本，思考并认真做笔记。 学生观看视频加深对干细胞相关知识的理解。 学生思考并尝试回答，对于单克隆抗体的应用 有初步的理解。
教师展示PPT上的试题，引导学生认真完成习题，及时巩固。 1.（2025·新疆乌鲁木齐·一模）单克隆抗体在医学领域具有重要的应用价值。下列叙述错误的是（　　） A．制备单克隆抗体需运用动物细胞培养技术，培养过程需要O2和CO2 B．制备单克隆抗体需运用动物细胞融合技术，并用选择培养基进行筛选 C．单克隆抗体能够准确地识别抗原的细微差异，可用作诊断试剂 D．单克隆抗体能精准地运载药物，但自身不能用于治疗疾病 2.（2024·广东惠州·模拟预测）治疗最凶险乳腺癌“HER2+”的抗体-药物偶联物（T-DM1）被纳入2023年医保目录名单。T-DM1由曲妥珠单抗、细胞毒性药物DM1偶联形成。T-DM1作用机制如下图，下列有关叙述错误的是（　　） A.连接物在内环境中要保持稳定，在细 胞内能被断开 B.T-DM1中的抗体主要是发挥治疗效应， 杀伤靶细胞 C.经选择性培养基筛选出来的杂交瘤细 胞不能直接生产单克隆抗体 D.利用同位素标记的曲妥珠单抗在乳腺 组织成像中可定位诊断肿瘤的位置 答案：1.D 2.B 学生思考回答问题，加深对单克隆抗体的应用相关概念的理解。
课堂小结 教师展示PPT并对本节内容进行简单的回顾和巩固。 回应互动，认真聆听并适当补充笔记。
练习与应用 教师展示PPT上的试题并引导、督促学生认真答题，根据学生的答题情况，及时得到反馈，针对性补充讲解相关知识。 一、概念检测 1.下列有关动物细胞融合与植物体细胞杂交比较的叙述，错误的是( ) A.它们的原理都涉及细胞膜的流动性 B.都可以用电融合法或PEG融合法诱导融合 C.融合前都需用纤维素酶或果胶酶处理细胞 D.前者主要是为了获得细胞产品，后者主要是为了获得杂种植株 2.科学家以SARS病毒的核衣壳蛋白为抗原，制备出了单克隆抗体。下列相关叙述正确的是( ) A.利用该单克隆抗体可以诊断是否感染SARS病毒 B.体外培养单个B淋巴细胞可以获得针对SARS病毒的单克隆抗体 C.将等量B淋巴细胞和骨髓瘤细胞混合，经诱导后融合的细胞即为杂交瘤细胞 D.将纯化的核衣壳蛋白反复注射到小鼠体内，从小鼠血清中分离出的抗体为单克隆抗体 答案：1.C 2. A 二、拓展应用 1.假如你掌握了动物细胞融合技术，你想用这种技术来解决哪些问题？解决这些问题的大致思路是怎样的？这样做会有什么风险？请查阅相关资料，完善自己的思路，并形成文字报告，与同学交流。 可以利用动物细胞融合技术培育多倍体胚胎，研究其发育机制，甚至可能培育出新的物种。但是，目前相关技术还不成熟，存在融合率低、胚胎死亡率高等问题，并且还可能带来一些伦理方面的问题。 （2024·黑龙江大庆·一模）某病毒颗粒表面有一特征性的大分子结构蛋白S（含有多个不同的抗原决定基，每一个抗原决定基能够刺激机体产生一种抗体）。为了建立一种灵敏、高效检测S蛋白的方法，研究人员采用杂交瘤技术制备了抗S单克隆抗体，过程如图。下列说法正确的是（ ） A．用胃蛋白酶处理，使贴壁生长的 骨髓瘤细胞分散开 B．单克隆抗体A和单克隆抗体B都能 够特异性识别S蛋白 C．细胞融合后，第一次筛选需用96 孔板培养以获得单一类型杂交瘤细胞 D．抗体由浆细胞分泌，其化学本质 大多数为蛋白质，少数为RNA 3.下图所示为几项生物工程技术综合实验研究的流程图。下列相关叙述，不正确的是（ ） A．整个流程运用的生物技术有动物细胞培养以及细胞融合等 B．过程①是诱导干细胞中基因选择性表达的结果 C．过程②得到的Z细胞还需要进行克隆化培养和抗体检测及多次筛选 D．②过程中需用纤维素酶处理 答案：2. B 3. D 4.为降低乳腺癌治疗药物的副作用，科研人员尝试在单克隆抗体技术的基础上，构建抗体—药物偶联物(ADC)，过程如图1所示。请回答下列问题： (1)本实验中，小鼠注射的特定抗原应取自_______________。 (2)步骤①常用方法包括_____融合法、电融合法和灭活病毒诱导法等。 (3)步骤②的细胞必须经过步骤③克隆化培养和__________才能筛选得到符合要求的杂交瘤细胞，杂交瘤细胞的特点是__________________ ______________。杂交瘤细胞可采用注射到小鼠腹腔内培养或进行_____培养的方式进行扩大培养。 (4)步骤④是将获得的a____________和b__________________这2部分，通过接头结合在一起，从而获得ADC。 (5)研究发现，ADC在患者体内的作用如图2所示。 ①ADC能降低乳腺癌治疗药物的副作用，是因为____________能精确地定位乳腺癌细胞，该过程依赖于_____________________反应。 ②ADC进入乳腺癌细胞后，细胞中的溶酶体可将其______，释放出的药物最终作用于_______，可导致癌细胞凋亡。 答案：（1）人的乳腺癌细胞 （2）PEG （3）抗体检测 既能大量增殖，又能产生特定抗体 体外 （4）单克隆抗体 治疗乳腺癌的药物 （5）单克隆抗体 特异性的抗原—抗体 水解 细胞核 学生思考回答问题，加深对动物细胞培养的过程的理解。
板书设计 动物细胞融合技术 原理：细胞膜的流动性 诱导方法：PEG、电融合、灭活病毒（区别于植物体细胞杂交） 意义：突破生殖隔离，实现遗传物质重组，为单克隆抗体制备奠基 二、单克隆抗体的制备（核心流程） 1.免疫小鼠：注射特定抗原，获取能产生特异性抗体的 B 淋巴细胞 2.细胞融合：B 淋巴细胞 + 骨髓瘤细胞 → 多种融合细胞 3.两次筛选 第一次：筛选杂交瘤细胞（排除未融合、同种融合细胞） 第二次：筛选能产生特异性抗体的杂交瘤细胞 4.克隆化培养 + 抗体检测 5.大量制备：体外培养 / 注入小鼠腹腔 三、单克隆抗体的特点与应用 特点：特异性强、灵敏度高、可大量制备 应用： 医学诊断：早早孕试纸、肿瘤标志物检测 靶向治疗：单抗药物（如治疗癌症的 “生物导弹”） 科学研究：作为特异性探针
教学反思 本节课亮点突出：一是以问题链驱动探究，从 “如何获得特异性强的抗体” 切入，引导学生逐步推导单克隆抗体制备流程，贴合科学思维培养目标；二是注重对比辨析，通过对比植物体细胞杂交与动物细胞融合、单克隆抗体与传统血清抗体，强化知识迁移，帮助学生构建系统知识网络；三是结合医学实例（如早早孕试纸、癌症靶向治疗），让学生直观感受技术价值，落实社会责任素养。 但教学中仍存在不足：一是难点突破不够充分，部分学生对 “两次筛选的原理与目的” 理解模糊，课堂上对筛选逻辑的推导不够深入，导致后续应用分析时出现混淆；二是学生参与度不均衡，小组讨论中，少数学生主导发言，部分学生被动跟随，未能充分参与流程梳理；三是时间分配稍显紧张，单克隆抗体应用环节讲解仓促，未能充分展开伦理讨论，影响社会责任素养的深度落实。 针对以上不足，后续教学将优化：一是设计分层问题，通过表格对比两次筛选的差异，结合动画演示筛选过程，帮助学生厘清逻辑；二是采用小组任务分工，让每位学生参与流程绘制与原理讲解，提升全员参与度；三是合理分配时间，预留 5 分钟开展伦理讨论，引导学生理性看待生物技术应用。通过本次反思，将进一步优化教学策略，提升课堂效率，更好地落实核心素养目标。
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