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第2节 动物细胞工程
第2章　细胞工程
二 动物细胞融合技术与单克隆抗体
课程内容标准 核心素养对接
1.阐明动物细胞融合是指通过物理、化学或生物等手段，使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。
2.概述细胞融合技术是制备单克隆抗体的重要技术。 1.展开对动物细胞融合技术的原理及应用的讨论，培养归纳与概括的能力。（科学思维）
2.理解单克隆抗体制备方案的提出背景，认同创造性思维的重要性。（科学思维）
3.关注单克隆抗体的诊断作用，明确疾病诊断、治疗的重要性。（社会责任）
一、动物细胞融合
1.概念：动物细胞融合技术是指使 动物细胞结合形成 的技术，融合后形成的杂交细胞具有原来两个或多个细胞的 。
2.原理： 。
两个或多个
一个细胞
遗传信息
细胞膜的流动性
3.诱导动物细胞融合的三种方法
（1）物理法：如 法等。
（2）化学法：如 法等。
（3）生物法：如 法等。
4.意义：突破了有性杂交方法的局限，使 成为可能，为
开辟了新途径。
电融合
PEG融合
灭活病毒诱导
远缘杂交
制造
单克隆抗体
二、单克隆抗体及其应用
1.传统抗体的制备
（1）方法
（2）缺点：产量低、 低、 差。
纯度
特异性
2.单克隆抗体的制备
（1）
（2）解决思路：将B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合为 。
杂交瘤细胞
（3）制备过程：
（4）单克隆抗体的应用：被广泛用作诊断试剂，在多种疾病的诊断和病原体鉴定中发挥重要作用。
单克隆抗体的特点：能准确识别抗原的 ，与抗原发生
，并可大量制备。
细微差异
特异性
结合
1.判正误（对的画“√”，错的画“×”）
（1）动物细胞融合过程中既有细胞膜的融合也有细胞核的融合。（ ）
（2）与植物原生质体融合相比，动物细胞融合特有的诱导因素有聚乙二醇、灭活的病毒。 （ ）
（3）动物体细胞融合后的杂交细胞仍然是二倍体细胞。 （ ）
（4）制备单克隆抗体时可从未经免疫的小鼠体内提取B淋巴细胞。（ ）
（5）单克隆抗体制备过程中两次筛选的目的相同。 （ ）
√
×
×
×
×
2.微思考
（1）比较动物细胞融合与植物体细胞杂交所用的促融方法的异同。
提示　两者都可以采用离心、振动、电刺激等物理方法，或者使用化学试剂聚乙二醇进行促融。除上述方法外，动物细胞融合还可以采用灭活的病毒进行促融。
（2）血清抗体与单克隆抗体有什么区别？
提示　①血清抗体：由B淋巴细胞（浆细胞）分泌，产量低、种类多、纯度差、特异性差，反应不够灵敏。②单克隆抗体：由杂交瘤细胞分泌，化学性质单一，特异性强，反应灵敏。
任务驱动一　动物细胞融合
右图为动物细胞融合的过程图解，请思考回答：
（1）动物细胞融合的结构基础是什么？
提示　细胞膜的流动性。
（2）融合处理后的细胞是否可以直接用于培养？为什么？
提示　不可以，还需要经过筛选。因为诱导融合只是促使细胞间的融合，不能保证所有细胞都发生融合，形成的融合细胞也有多种，因此需要筛选。
（3）若只考虑细胞间的两两融合，诱导形成的融合细胞有几种？
提示　有三种，即同种细胞融合（AA，BB）和不同种细胞融合（AB）。
（4）动物细胞完成融合的标志是什么？
提示　动物细胞核融合。
1.对动物细胞融合过程的理解
（1）细胞融合的过程包括细胞膜融合、细胞质融合和细胞核融合，其中细胞膜的融合是细胞融合的先导，在细胞膜融合中体现出细胞膜具有流动性。
（2）动物细胞融合完成的标志：来自不同细胞的两个或多个细胞核融合成一个细胞核。
2.动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较
植物体细胞杂交
（番茄-马铃薯植株） 动物细胞融合
（单克隆抗体制备）
过程 原生质体的制备（酶解法） 正常小鼠的处理（注射灭活抗原）
原生质体的融合（物化法） 动物细胞的融合（物化生法）
杂种细胞的筛选和培养 杂交瘤细胞的筛选和培养
杂种植株鉴定 提纯单克隆抗体（特异性强、灵敏度高）
植物体细胞杂交
（番茄-马铃薯植株） 动物细胞融合
（单克隆抗体制备）
原理 细胞膜的流动性、植物细胞的全能性 细胞膜的流动性、细胞增殖
融合前处理 酶解法除去细胞壁（纤维素酶、果胶酶） 注射特定抗原，免疫处理正常小鼠
植物体细胞杂交
（番茄-马铃薯植株） 动物细胞融合
（单克隆抗体制备）
诱导方法 ①物理法：电融合法、离心法
②化学法：聚乙二醇（PEG）融合法、
高Ca2+—高pH融合法 ①物化法：与植物的相同
②生物法：灭活病毒诱导法
植物体细胞杂交
（番茄-马铃薯植株） 动物细胞融合
（单克隆抗体制备）
意义和
用途 ①克服不同物种间远缘杂交不亲和的障碍
②培育作物新品种 ①制备单克隆抗体
②有助于疾病的诊断、治疗、预防
［易错提醒］　病毒在生物技术中的应用
（1）灭活的病毒能作为诱导剂，不灭活的病毒不能作为诱导剂。
（2）病毒在不同过程或操作中的“身份”不同。在免疫调节中病毒属于抗原，在基因工程中可作为载体，在细胞工程中可作为诱导剂。
下列关于动物细胞融合与植物体细胞杂交技术的说法正确的是 （　　）
A.基本原理相同
B.诱导细胞融合的方法相同
C.细胞融合前的处理过程相同
D.融合后都需要进行筛选
D
解析
植物体细胞杂交的原理为细胞膜的流动性、植物细胞的全能性，而动物细胞融合利用的是细胞膜的流动性和细胞增殖；动物细胞融合常用灭活的病毒诱导，而植物体细胞杂交不能；动物细胞融合前需用胰蛋白酶或胶原蛋白酶使细胞分散开，植物体细胞杂交前常用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁；诱导融合后会形成多种融合细胞，还有未融合细胞，因此都要进行筛选。
［举一反三］
1.（社会责任）动物细胞融合的用途有哪些？
2.（科学思维）植物体细胞杂交技术的哪一原理在动物细胞融合技术中很难体现？
提示 制备单克隆抗体，有助于疾病的诊断、治疗、预防。
提示 动物细胞融合技术中一般不能表现出细胞的全能性。
1.关于动物细胞融合的说法，不正确的是 （　　）
A.动物细胞融合也称细胞杂交，是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程
B.动物细胞融合后形成的具有两个动物细胞遗传信息的单核细胞称为杂交细胞
C.常用的诱导动物细胞融合的方法有聚乙二醇、灭活病毒诱导，电融合、紫外线照射等
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
C
解析
常用的诱导动物细胞融合的方法有物理法——离心、振动、电刺激等；化学法——聚乙二醇（PEG）诱导；生物法——灭活病毒诱导。紫外线照射不是诱导动物细胞融合的方法。
2.动物细胞融合技术的重要用途是 （　　 ）
A.克服远缘杂交不亲和
B.制备单克隆抗体
C.培育新品种
D.制备大量动物细胞
B
解析
克服远缘杂交不亲和是动物细胞融合的意义，A错误；制备单克隆抗体必须依赖动物细胞融合技术，B正确；动物细胞融合不能培养新品种，C错误；制备大量细胞利用的是动物细胞培养技术。
任务驱动二　单克隆抗体及其应用
下图为单克隆抗体的制备过程，请据图思考并回答：
1.图中B淋巴细胞、骨髓瘤细胞和A细胞各有何特点？
提示　B淋巴细胞：能产生单一抗体，但不能无限增殖。骨髓瘤细胞：能无限增殖，但不能产生抗体。A细胞（杂交瘤细胞）：既能产生特定的抗体，又能在培养条件下无限增殖。
2.相对于植物体细胞杂交，过程1中动物细胞特有的促融措施是什么？
提示　动物细胞融合较植物体细胞杂交特有的促融方式为用灭活的病毒进行诱导。
3.单克隆抗体可与药物结合后制成“生物导弹”，“生物导弹”中真正起治疗作用的物质是什么？是单克隆抗体吗？
提示　“生物导弹”中真正发挥治疗作用的物质是相关“药物”，单克隆抗体的作用在于将药物定向带到靶细胞所在位置，借助其导向作用，在原位杀死靶细胞，这样既不损伤正常细胞，又减少了用药剂量。因此，“生物导弹”可作为一种疗效高、毒副作用小的新型药物。
1.制备流程
2.两种抗体的比较
名称 来源 特点
血清抗体 由浆细胞分泌 一般从血清中分离，产量低、纯度低、特异性差
单克隆抗体 由杂交瘤细胞分泌 特异性强，灵敏度高，能大量制备
3.三种细胞的比较
细胞类型 来源 特点
浆细胞 由B淋巴细胞受抗原刺激后增殖分化而来 能产生单一抗体，但不能无限增殖
骨髓瘤细胞 从骨髓肿瘤中提取 能无限增殖，但不能产生抗体
杂交瘤细胞 B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合而成 既能产生抗体，又能无限增殖
4.单克隆抗体制备过程中两次筛选的区别
第一次筛选 第二次筛选
筛选
原因 诱导融合后会得到多种杂交细胞，另外还有未融合的细胞 由于小鼠在生活中还受到其他抗原的刺激，所以经选择性培养获得的杂交瘤细胞中有能产生其他抗体的细胞
第一次筛选 第二次筛选
筛选
方法 用特定的选择培养基筛选：未融合的细胞和同种细胞融合后形成的细胞（“BB”细胞、“瘤瘤”细胞）都会死亡，只有融合的杂交瘤细胞（“B瘤”细胞）才能生长 用多孔培养皿培养，在每个孔只有一个杂交瘤细胞的情况下开始克隆化培养和抗体检测，经多次筛选得到能产生特异性抗体的细胞群
筛选
目的 得到杂交瘤细胞 得到能分泌所需抗体的杂交瘤细胞
5.单克隆抗体的应用
单克隆抗体能准确地识别抗原的细微差异，与特定抗原发生特异性结合，并且可大量制备，因此被广泛用作诊断试剂。
下列有关单克隆抗体制备过程的叙述错误的是 （　　 ）
A.过程①注射一种灭活病毒可使小鼠体内产生特定的浆细胞
B.过程②形成的两两融合的细胞只有图中的3种类型
C.过程③采用抗原-抗体反应进行特定杂交瘤细胞的筛选
D.过程④获得的全部杂交瘤细胞都只能产生同一种抗体
B
解析
灭活的病毒可作为抗原引起小鼠体内产生免疫反应，产生特定的浆细胞，A正确；过程②形成的融合细胞包括同种融合细胞和异种融合细胞，即过程②还可以形成浆细胞与浆细胞、瘤细胞与瘤细胞间的融合细胞，B错误；可借助抗原-抗体间的特异性结合反应进行特定杂交瘤细胞的筛选，筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞，C正确；经过过程③筛选获得特定的杂交瘤细胞，再经过④克隆获得的全部杂交瘤细胞都只能产生同一种抗体，D正确。
［举一反三］
1.（科学思维）单克隆抗体的制备与动物细胞融合相比，其原理有何不同？
提示　单克隆抗体的制备与动物细胞融合相比，其原理不仅包括细胞膜的流动性，还包括细胞增殖。
2.（科学探究）杂交瘤细胞在小鼠腹腔培养较体外培养有何优点？
提示　不需要特定的培养基，不需要严格的外界环境条件。
1.甘草酸是中药甘草中的主要活性成分。为了快速检测甘草酸，科研人员利用细胞工程技术制备了抗甘草酸的单克隆抗体，其基本操作过程如图。相关叙述正确的是 （　　）
D
A.细胞甲是能够产生抗甘草酸抗体的B淋巴细胞
B.若小鼠骨髓瘤细胞和B淋巴细胞的染色体数均为40，则杂交瘤细胞的DNA分子数为80
C.过程④利用选择培养基筛选出了分泌所需抗体的杂交瘤细胞
D.过程⑤无论是在体内还是在体外进行，细胞丁都可大量增殖
解析
抗体是由浆细胞产生的，故细胞甲为浆细胞或已免疫的B淋巴细胞，A错误；小鼠骨髓瘤细胞和B淋巴细胞的染色体数均为40，融合后形成的杂交瘤细胞染色体数目为80，由于细胞质中也有DNA，所以杂交瘤细胞的DNA分子数大于80，B错误；过程③用选择培养基获得杂交瘤细胞，过程④用抗体检测和克隆培养得到能产生特定抗体的杂交瘤细胞，C错误；细胞丁为杂交瘤细胞，杂交瘤细胞既能够迅速大量增殖又能产生抗体，过程⑤无论是在体内还是在体外进行，细胞丁都可大量增殖，D正确。
2.下列关于动物细胞融合与单克隆抗体制备的叙述，正确的是 （　　）
A.动物细胞经PEG诱导融合后再通过培养能得到优良动物个体
B.单克隆抗体最广泛的用途是用作体外诊断试剂
C.杂交瘤细胞是B淋巴细胞癌变的结果
D.单克隆抗体和用传统方法生产的抗体的化学本质不同
B
解析
由于动物细胞的全能性受到限制，动物细胞融合形成的杂种细胞一般不能培育成动物个体，A错误；单克隆抗体特异性强，灵敏度高，可大量制备，最广泛的用途是用作体外诊断试剂，B正确；杂交瘤细胞是由骨髓瘤细胞和B淋巴细胞融合而成的，不是B淋巴细胞癌变的结果，C错误；单克隆抗体和用传统方法生产的抗体的化学本质相同，都是蛋白质，D错误。
知识网络构建
关键知识积累
1.动物细胞融合是使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。
2.动物细胞融合突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。
3.传统抗体产量低、纯度低、特异性差，单克隆抗体的特点是特异性强，灵敏度高，可大量制备。
4.杂交瘤细胞的特点是能无限增殖、能产生单克隆抗体。
1.关于单克隆抗体制备过程的叙述，正确的是 （　　）
A.可直接从动物体内获取B淋巴细胞进行培养
B.杂交瘤细胞同时具有B淋巴细胞和骨髓瘤细胞的特点
C.用灭活病毒诱导融合后形成的融合细胞即可产生单克隆抗体
D.经选择培养基筛选出来的杂交瘤细胞即可用于单克隆抗体的生产
B
解析
必须先注射特定的抗原，才能从动物体内获取相应的B淋巴细胞进行培养，A错误；杂交瘤细胞是由B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合形成的，具有两种细胞的特点，B正确；用灭活病毒诱导融合后形成的融合细胞，需通过特定的选择培养基筛选获得杂交瘤细胞，杂交瘤细胞还需经过克隆化培养和抗体检测后才能用于单克隆抗体的生产，C、D错误。
2.抗体—药物偶联物（ADC）是将高特异性的单克隆抗体和小分子细胞毒素类药物，通过接头进行高活性结合而成，抗体部分与肿瘤细胞表面的靶向抗原结合后，肿瘤细胞会将ADC内吞。之后ADC药物会在溶酶体中分解，释放出小分子细胞毒素类药物，破坏DNA或阻止肿瘤细胞分裂，起到杀死细胞的作用，下图是ADC作用原理简图。下列叙述不正确的是 （　　）
B
A.单克隆抗体可对肿瘤细胞进行靶向治疗
B.ADC中的单克隆抗体是杀死肿瘤细胞的有效成分
C.ADC中接头稳定性偏低会导致其在运输过程中药物分子脱落造成“脱靶毒性”
D.用特定的选择培养基筛选出杂交瘤细胞后，还需要克隆化培养和抗体检测
解析
ADC中的单克隆抗体的作用是特异性识别肿瘤细胞表面的抗原并与之结合，从而实现靶向治疗，A正确；ADC中的单克隆抗体能特异性识别肿瘤细胞表面的靶向抗原并与其结合，与单克隆抗体结合的小分子细胞毒素起到杀死肿瘤细胞的作用，B错误；ADC中接头稳定性偏低可能会导致单克隆抗体在运输过程中与药物分子分离，从而无法实现靶向治疗，C正确；用特定的选择培养基筛选出杂交瘤细胞后，因为杂交瘤细胞有多种，因而还需要克隆化培养和抗体检测，从而选择出能够产生相应抗体的杂交瘤细胞，D正确。
3.人肌红蛋白（Myo）是早期诊断急性心肌梗死的生化标志物之一。为制备抗Myo的单克隆抗体，科研人员通过细胞工程技术获得杂交瘤细胞进行动物细胞培养，获取上清液进行抗体阳性检测，检测原理如图所示。以下说法错误的是 （　　）
A
A.将能表达Myo基因的细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合，用于制备抗Myo的单克隆抗体
B.单克隆抗体的制备解决了血清抗体产量低、纯度低、特异性差的问题
C.抗体检测过程中，将人肌红蛋白作为抗原固定
D.根据是否显色来判断是否有抗Myo的单克隆抗体产生
解析
将已免疫的B细胞和骨髓瘤细胞融合制备单克隆抗体，表达Myo基因的细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合，不能制备抗Myo的单克隆抗体，A错误；单克隆抗体与常规的血清抗体相比，最大的优势在于特异性强，灵敏度高，可大量制备，B正确；抗原和抗体的结合具有特异性，故利用人肌红蛋白作为抗原来检测抗体，C正确；酶标抗体可与待检测抗体结合，且携带的酶可与相应底物反应显色，因此根据是否显色可判断是否有抗Myo的单克隆抗体产生，D正确。
4.抗体—药物偶联物目前已成为治疗肿瘤最有效的手段之一，其基本原理是将特定的药物与单克隆抗体结合在一起，可特异性地杀死患者体内的癌细胞，基本过程如下图所示。回答下列问题：
（1）在获得细胞甲之前，小鼠已被多次注射　　　（填“相同”或“不同”）特定抗原，注射后小鼠体内发生相应的免疫反应，生成能产生抗体的细胞。
（2）与诱导植物体细胞杂交过程不同的是，过程②可以采用　　　　　　（填具体方法）诱导动物细胞融合。
（3）过程③用特定的选择培养基对细胞乙进行筛选，所得细胞丙的特点是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，过程④对细胞丙进行　　　　培养和　　　　　检测，最终得到细胞丁，其中检测时所采用的操作技术的原理是　　　　　　　　　。　　
（4）紫杉醇能阻止肿瘤细胞有丝分裂，促进其凋亡，用单克隆抗体与紫杉醇结合研制而成的“生物导弹”，对某些癌症患者有较好的疗效，这利用的是单克隆抗体的　　　　（填“导向”或“治疗”） 功能。
答案　（1）相同　（2）灭活病毒　（3）既能无限增殖， 又能产生特异性抗体　克隆化　抗体　抗原与抗体特异性结合　（4）导向
解析
（1）在获得细胞甲之前，小鼠已被多次注射相同的特定抗原，使小鼠产生更多的已免疫的B淋巴细胞，注射后的小鼠体内发生相应的体液免疫反应，生成能产生抗体的细胞。
（2） 过程②表示B淋巴细胞与骨髓瘤细胞的融合过程，与诱导植物体细胞杂交过程不同的是，过程②可以采用灭活病毒诱导法诱导动物细胞的融合。
解析
（3） 过程③表示用特定的选择培养基对细胞乙进行筛选，所得细胞丙的特点是既能无限增殖，又能产生抗体。过程④对细胞丙进行克隆化培养和抗体检测，最终得到细胞丁，其中检测时所采用的操作技术的原理是抗原与抗体的特异性结合。
（4）与传统方法生成的抗体相比，单克隆抗体最主要的优点有特异性强，可大量制备，纯度高。用单克隆抗体与紫杉醇结合研制而成的“生物导弹”，对某些癌症患者有较好的疗效，利用的是单克隆抗体的导向功能。

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