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第57讲　动物细胞工程
[课标要求]
1.阐明动物细胞培养是从动物体获得相关组织,分散成单个细胞后,在适宜的培养条件下让细胞生长和增殖的过程。动物细胞培养是动物细胞工程的基础。
2.阐明动物细胞核移植一般是将体细胞核移入一个去核的卵母细胞中,并使重组细胞发育成新胚胎,继而发育成动物个体的过程。
3.阐明动物细胞融合是指通过物理、化学或生物学等手段,使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。
4.概述细胞融合技术是单克隆抗体制备的重要技术。
5.简述干细胞在生物医学工程中有广泛的应用价值。
考点一
动物细胞培养与干细胞培养及其应用
1.动物细胞培养的概念理解
基础知识·整合
概念 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 的技术。
原理 细胞增殖
地位 动物细胞培养是动物细胞工程的基础
单个细胞
生长和增殖
2.分析动物细胞培养的条件
(1)营养。
血清
(2)无菌、无毒的环境。
培养液和所有培养用具
(3)温度、pH和渗透压。
培养液
36.5±0.5℃
7.2~7.4
(4)气体环境。
培养液的pH
3.图解动物细胞培养的过程
胰蛋白酶
胶原蛋白酶
贴壁
接触抑制
离心
胰蛋白酶
离心
(1)细胞贴壁:体外培养的大多数动物细胞往往 在培养瓶的瓶壁上。
(2)接触抑制:当贴壁细胞分裂生长到表面 时,细胞通常会
。
贴附
相互接触
停止分裂增殖
4.干细胞培养及其应用
种类 胚胎干细胞 成体干细胞 诱导多能干细胞
来源 骨髓、脐带血和外周血 体细胞(如成纤维细
胞等)
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 的潜能 分化成 能诱导分化成类似
的细胞
应用 体外分化成心肌细胞、神经元和造血干细胞等 造血干细胞用于治疗白血病;神经干细胞用于治疗帕金森病、阿尔茨海默病等 治疗镰状细胞贫血、阿尔茨海默病、心血管疾病等
早期胚胎
个体
特定的细胞或组织
胚胎干细胞
深挖教材
1.判断正误
(1)(选择性必修3 P44正文拓展)肝细胞培养过程中通常在培养液中通入5%的CO2以刺激细胞呼吸。(　　)
【提示】 肝细胞培养过程中通常在培养液中通入5%的CO2以维持培养液的pH。
×
(2)(选择性必修3 P44正文)动物细胞在培养过程中都具有细胞贴壁的现象。
(　　)
×
【提示】 体外培养的动物细胞可以分为两大类:一类细胞能够悬浮在培养液中生长增殖,不具有细胞贴壁的现象;另一类则需要贴附于某些基质表面才能生长增殖,大多数细胞属于这种类型。
(3)(选择性必修3 P45图2-12)取自小鼠的肝组织需先用胰蛋白酶将其分散,再进行原代培养。(　　)
√
(4)(选择性必修3 P45正文)动物细胞培养时,对于贴壁细胞需用胰蛋白酶处理使之分散成单个细胞,然后再用离心法收集。(　　)
(5)(选择性必修3 P46正文)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。(　　)
√
√
2.规范表达
(1)(选择性必修3 P44正文拓展)用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理时,会不会把细胞消化掉 为什么不用胃蛋白酶
【提示】 用胰蛋白酶、胶原蛋白酶长时间处理,也会把细胞膜蛋白消化掉,所以要注意控制作用时间。胃蛋白酶的最适pH约为1.5,而动物细胞培养的适宜pH为7.2~7.4,此条件下,胃蛋白酶会变性失活。
(2)(选择性必修3 P46正文)为什么说iPS细胞的应用前景要优于ES细胞
【提示】 因为ES细胞必须从胚胎中获取,涉及伦理问题,限制了其在医学上的应用。iPS细胞的诱导过程无须破坏胚胎,而且iPS细胞可以来自病人自身的体细胞,将它移植回病人体内后,理论上可以避免免疫排斥反应,所以iPS细胞的应用前景要优于ES细胞。
重难知识·透析
比较植物组织培养与动物细胞培养
比较项目 植物组织培养 动物细胞培养
理论基础 植物细胞全能性 细胞增殖
培养基类型 固体培养基 液体培养基
取材 植物幼嫩部位或花药等 动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织
结果 新的组织或植株个体 新的细胞系或细胞株,不形成个体
应用 植株快速繁殖;脱毒植株的培育;制备人工种子;生产药物、杀虫剂等;转基因植物的培育 蛋白质生物制品的生产;皮肤移植材料的培育;检测有毒物质;生理、病理、药理学研究
相同点 ①两种技术手段培养过程中细胞都进行有丝分裂,都是无性繁殖,都可称克隆;
②均需无菌操作,需要适宜的温度、pH等条件
能力1　分析动物细胞培养的条件及过程,培养理解能力
1.(2025·广东卷,5)将人眼睑成纤维细胞传代培养后,再培养形成支架,在该支架上接种人口腔黏膜上皮细胞,培养一段时间后分离获得上皮细胞片层,可用于人工角膜的研究。上述过程不涉及(　　)
A.制备细胞悬液
B.置于5%CO2等适宜条件下培养
C.离心收集细胞
D.用胰蛋白酶消化支架后分离片层
D
关键能力·提升
【解析】 动物细胞培养时,需要将组织分散成单个细胞并制备细胞悬液以利于细胞利用培养液,此外贴壁生长的细胞传代培养时,也要制备细胞悬液;动物细胞应置于5%CO2等适宜条件下培养,CO2可维持培养液的pH;在成纤维细胞传代培养过程中需要通过离心收集细胞;不能用胰蛋白酶消化支架,避免将上皮细胞片层分离成单个细胞。
能力2　围绕新情境中干细胞的培养及应用,考查分析能力
2.(2025·珠海模拟)我国科学家使用小分子化合物处理小鼠体细胞,成功获得诱导多能干细胞(iPS细胞),降低了通过导入原癌基因c-Myc等基因制备iPS细胞的潜在成瘤风险。下列叙述正确的是(　　)
A.iPS细胞的潜在成瘤风险来自c-Myc基因抑制了细胞的分裂分化
B.单基因遗传病患者使用iPS细胞治疗后,体内不再携带致病基因
C.人工制备的iPS细胞同时具备多向分化潜能和自我更新能力
D.使用非亲缘iPS细胞能解决干细胞移植中HLA造成的免疫排斥
C
【解析】 iPS细胞的潜在成瘤风险来自c-Myc基因促进了细胞的分裂;单基因遗传病患者使用iPS细胞治疗后,体内其他组织、器官的细胞中依然含有致病基因;人工制备的iPS细胞同时具备多向分化潜能和自我更新能力;非亲缘iPS细胞与移植受体的HLA差异较大,因此使用非亲缘iPS细胞无法解决干细胞移植中HLA造成的免疫排斥。
考点二
动物细胞融合技术与
单克隆抗体
1.动物细胞融合技术
基础知识·整合
PEG融合法
电融合法
流动性
有性杂交
2.单克隆抗体的制备和应用
(1)制备原理:每一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体,B淋巴细胞在体外
无限增殖;骨髓瘤细胞能 ;B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合得到的 ,既能 ,又能产生 。
不能
无限增殖
杂交瘤细胞
迅速大量增殖
专一的抗体
(2)制备过程。
杂交瘤细胞
能分泌所
需抗体
细胞
培养液
腹水
3.单克隆抗体的特点与应用
诊断试剂
药物
深挖教材
1.判断正误
(1)(选择性必修3 P48正文)动物细胞融合过程中既有细胞膜的融合也有核的融合。(　　)
(2)(选择性必修3 P48~49图2-16)制备单克隆抗体过程中,第一次筛选时能在特定选择培养基上生长的是融合细胞。(　　)
√
【提示】 制备单克隆抗体的第一次筛选过程是在特定选择培养基上进行筛选,该培养基上未融合的及同种融合的细胞都死亡,只有杂交瘤细胞能存活。
×
(3)(选择性必修3 P49正文)二倍体动物体细胞融合后的杂交细胞仍然是二倍体细胞。(　　)
【提示】 两个二倍体动物细胞融合形成的杂交细胞具有四个染色体组,是四倍体细胞。
×
(4)(选择性必修3 P48~49图2-16)制备单克隆抗体时,用选择培养基筛选出的杂交瘤细胞还需进一步筛选。(　　)
√
(5)(选择性必修3 P50思考·讨论)用以治疗癌症的ADC是以单克隆抗体作抗癌药物定向杀死癌细胞的。(　　)
【提示】 ADC借助单克隆抗体的导向作用将特定药物运到癌细胞,利用这些药物杀死癌细胞。
×
2.规范表达
(1)(选择性必修3 P48相关信息)灭活病毒诱导细胞融合的原理是什么
【提示】 病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能够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。
(2)(选择性必修3 P48~49图2-16拓展)制备单克隆抗体时,不直接用经过免疫的B淋巴细胞来获得单克隆抗体的原因是什么
【提示】 经过免疫的B淋巴细胞是高度分化的动物细胞,培养时不能进行增殖,难以获得大量的单克隆抗体。
重难知识·透析
植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较
比较
项目 植物体细胞杂交 动物细胞融合
原理 细胞膜的流动性、植物细胞的全能性 细胞膜的流动性
融合前
处理 去除细胞壁 使细胞分散开
相关酶 纤维素酶和果胶酶 胰蛋白酶、胶原蛋白酶
诱导
方法 物理法:离心法、电融合法;化学法:聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2+—高pH融合法等 电融合法、PEG融合法和灭活的病毒诱导法等
结果 形成杂种植株 形成杂交细胞
应用 培育植物新品种 主要用于制备单克隆抗体
意义 突破远缘杂交不亲和的障碍,打破了生殖隔离,扩展了杂交的亲本组合
相同点 基本原理相同:均与细胞膜的流动性有关;融合的方法相似:均可电融合、PEG融合等
能力3　围绕单克隆抗体的制备过程,考查综合运用能力
3.(2025·甘肃卷,16)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
B
关键能力·提升
【解析】 骨髓瘤细胞应该从骨髓中获取,而且不一定来自小鼠;B细胞和骨髓瘤细胞的融合是随机的,有未融合细胞,有同种核融合细胞,也有异种核融合细胞;诱导B细胞和骨髓瘤细胞融合后,利用选择培养基筛选出杂交瘤细胞,但不能得到大量的杂交瘤细胞;④是对筛选得到的杂交瘤细胞进行克隆化培养和抗体检测,在体外进行,通常利用96孔板进行培养和筛选。
4.(2025·贵州卷,16)下图为PML蛋白单克隆抗体的制备过程。下列叙述正确的是(　　)
A.应使用总蛋白进行多次免疫且每次免疫间隔适宜时间
B.W细胞是先提取B淋巴细胞再用PML蛋白免疫而获得
C.步骤2的目的是去除不能产生特异性抗体的细胞
D.应选择孔2中的细胞进行后续处理以制备单克隆抗体
D
【解析】 制备PML蛋白单克隆抗体应用PML蛋白作为抗原间隔多次免疫小鼠,目的是获得更多的能产生PML蛋白抗体的B淋巴细胞;W细胞是用PML蛋白免疫而获得的B淋巴细胞不是先提取再免疫;根据题意可知步骤1是诱导W细胞与骨髓瘤细胞融合,步骤2是利用选择培养基筛选出杂交瘤细胞;根据抗体检测结果可知应选择孔2中的细胞进行后续处理以制备单克隆抗体,因为孔2中的细胞能特异性产生PML蛋白抗体。
考点三
动物体细胞核移植和克隆动物
1.动物细胞核移植技术
基础知识·整合
细胞核
卵母细胞
新胚胎
动物体细胞核具有全能性
胚胎
2.体细胞核移植的过程
供体细胞
MⅡ
去核
电融合
重构胚
供体
3.体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题
前
景 畜牧业 加速家畜 进程、促进优良畜群繁育
医药
卫生 ①作为 生产医用蛋白;
② 的细胞、组织或器官可以用于异种移植;
③人核移植 经过诱导分化形成相应的细胞、组织或器官,可用于器官移植
保护濒
危物种 增加濒危物种的存活数量
问题 ①成功率 ;
②绝大多数克隆动物存在 问题,许多克隆动物表现出
遗传改良
生物反应器
转基因克隆动物
胚胎干细胞
非常低
健康
遗传和生理缺陷
深挖教材
1.判断正误
(1)(选择性必修3 P52正文)通过克隆技术形成重组细胞并发育成一个新个体,体现了动物细胞的全能性。(　　)
×
【提示】 动物体细胞核移植的原理是动物体细胞核的全能性,而不是动物细胞的全能性。
(2)(选择性必修3 P52相关信息)核移植中MⅡ期卵母细胞“去核”其实是去除纺锤体—染色体复合物。(　　)
√
(3)(选择性必修3 P53图2-18)核移植过程中供体理论上是提供细胞核,但操作过程中可以把整个细胞注入去核的卵母细胞中。(　　)
(4)(选择性必修3 P53相关信息)重构胚是指人工重新构建的胚胎,具有发育成完整个体的能力。(　　)
(5)(选择性必修3 P54正文)核移植技术培育动物可在保持优良性状的同时提高遗传的多样性。(　　)
√
√
×
【提示】 核移植技术属于无性繁殖,能保持遗传特性,但不能提高遗传的多样性。
2.规范表达
(1)(选择性必修3 P53图2-18拓展)为什么不是取供体细胞核进行核移植操作,而是将供体细胞整个注入去核卵母细胞中
【提示】 保证供核不被破坏,使克隆动物更像供体动物,操作简单方便。
(2)(选择性必修3 P54思考·讨论拓展)在体细胞的细胞核移植到受体卵母细胞之前,为什么必须先去掉受体卵母细胞的核
【提示】 保证克隆动物的核遗传物质全部来自供体细胞。
能力4　关注核移植技术的应用,落实社会责任
5.(2025·山东卷,14)利用动物体细胞核移植技术培育转基因牛的过程如下图所示。下列说法错误的是(　　)
A.对牛乙注射促性腺激素是为了收集更多的卵母细胞
B.卵母细胞去核应在其减数分裂Ⅰ中期进行
C.培养牛甲的体细胞时应定期更换培养液
D.可用PCR技术鉴定犊牛丁是否为转基因牛
B
关键能力·提升
【解析】 对牛乙注射促性腺激素进行超数排卵,目的是收集更多的卵母细胞,以便进行核移植操作;卵母细胞去核应在其减数分裂Ⅱ中期进行;在培养动物体细胞时,需要定期更换培养液,防止细胞代谢物的积累对细胞自身造成危害;PCR技术可以扩增特定的DNA片段,通过检测犊牛丁细胞中是否含有转基因的DNA片段,就可以鉴定犊牛丁是否为转基因牛。
6.(2025·江门联考)我国科学家培养克隆猴过程中,为了调节相关基因的表达,提高胚胎的发育率和妊娠率,将组蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA注入了重构胚,同时用组蛋白脱乙酰酶抑制剂TSA处理。培育克隆猴的流程如图所示,下列相关叙述错误的是(　　)
A.除体细胞外,也可利用胚胎细胞作供体培养克隆猴
B.细胞融合前用灭活的病毒进行短暂处理,可诱导细胞融合
C.降低重构胚中组蛋白的甲基化和乙酰化水平,有利于胚胎发育
D.利用显微操作法和梯度离心法均可使卵母细胞去核
C
【解析】 哺乳动物核移植分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植,因此体细胞与胚胎细胞都可以作为核移植的供体;灭活的病毒具有促进细胞融合的作用,因此用灭活的仙台病毒短暂处理的作用是诱导细胞融合;组蛋白去甲基化酶(Kdm4d)能降低组蛋白甲基化水平,组蛋白脱乙酰酶抑制剂TSA能提高组蛋白乙酰化水平,为提高胚胎发育率,注入Kdm4d的mRNA和TSA,因此降低重构胚中组蛋白的甲基化水平、提高组蛋白乙酰化水平有利于胚胎发育;常用显微操作法对卵母细胞去核,用梯度离心的方法去核时可以不破坏透明带。

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