細胞工程的理論基礎與應用

組織培養(yǎng)的的實質，就是模擬體內的生理環(huán)境，即無菌、適當?shù)臏囟取穸群鸵欢ǖ呐囵B(yǎng)條件。概括地說，組織培養(yǎng)就是建立活體的結構成分在體外生存生長的適宜環(huán)境?，F(xiàn)在是1頁\一共有35頁\編輯于星期三原代細胞培養(yǎng)

(primaryculture)細胞培養(yǎng)的分類傳代細胞培養(yǎng)

(secondaryculture,subculture)

現(xiàn)在是2頁\一共有35頁\編輯于星期三培養(yǎng)細胞形態(tài)分類粘附型：附著在培養(yǎng)的固相支持物表面才能生長；絕大多數(shù)細胞屬于此類型，包括上皮細胞、成纖維細胞、多角形細胞等懸浮型：不必附著于固相支持物表面，可在懸浮狀態(tài)下生長；如白細胞、巨噬細胞現(xiàn)在是3頁\一共有35頁\編輯于星期三LifespanofculturedhumancellsSenescence(M1)Crisis(M2)現(xiàn)在是4頁\一共有35頁\編輯于星期三

細胞工程的理論基礎與應用

現(xiàn)在是5頁\一共有35頁\編輯于星期三一、細胞工程的概念細胞工程（CellEngineering)指以細胞為對象，應用生命科學理論，借助工程學原理與技術，有目的地利用或改造生物遺傳性狀，以獲得特定的細胞、組織產品或新型物種的一門綜合性科學技術。現(xiàn)在是6頁\一共有35頁\編輯于星期三細胞工程一般指以動植物為研究對象，可以是完整的細胞、組織或器官、胚胎，也可以是原生質體、細胞核、染色體、細胞器等。細胞工程與基因工程、酶工程、微生物工程、生物化學工程、蛋白質工程、代謝工程一起構成了現(xiàn)代生物工程技術體系。現(xiàn)在是7頁\一共有35頁\編輯于星期三生物工程技術體系及其發(fā)展關系現(xiàn)在是8頁\一共有35頁\編輯于星期三細胞生物學是細胞工程的重要理論基礎，此外，遺傳學、分子生物學、發(fā)育生物學、生物化學等也是細胞工程的理論基礎?，F(xiàn)在是9頁\一共有35頁\編輯于星期三細胞工程與其他學科、技術的關系現(xiàn)在是10頁\一共有35頁\編輯于星期三二、細胞工程的發(fā)展歷史細胞工程的發(fā)展經歷了探索期、誕生期、快速發(fā)展期現(xiàn)在是11頁\一共有35頁\編輯于星期三

1665年英國物理學家RobertHooke（胡克、虎克）發(fā)現(xiàn)了第一個植物細胞，稱之為“Cell”（小室）。細胞的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在是12頁\一共有35頁\編輯于星期三細胞是生命的基本單位；

一切動物和植物都由細胞組成；德國植物學家Schleiden(施萊登，1838年)《植物發(fā)生論》

德國動物學家Schwann(施旺，1839年)：《關于動植物的結構和生長一致性的顯微研究》細胞學說的誕生MatthiasJacobSchleidenTheodarSchwann現(xiàn)在是13頁\一共有35頁\編輯于星期三RudolfVirchow

1855德國人R.Virchow提出“一切細胞來源于已有的細胞”的著名論斷；進一步完善了細胞學說。CellTheory是19世紀的重大發(fā)現(xiàn)之一，基本內容三條：①有機體是由細胞構成的；②細胞是構成有機體的基本單位；③新細胞來源于已存在細胞的分裂?，F(xiàn)在是14頁\一共有35頁\編輯于星期三1885年，Roux發(fā)現(xiàn)雞的神經元在生理鹽水中可以存活，并使用“組織培養(yǎng)”一詞。1892年，Driesch利用海膽細胞胚胎分離成單細胞，通過細胞培養(yǎng)獲得了完整幼蟲。1907年，美國學者Harrison使蝌蚪神經組織離體培養(yǎng)存活了數(shù)周，且生長出神經纖維，開創(chuàng)了動物組織培養(yǎng)先河。探索期現(xiàn)在是15頁\一共有35頁\編輯于星期三1902年，德國植物學家Haberlandt提出細胞全能性學說，并嘗試進行植物單個細胞離體培養(yǎng)。1937-1938年，Went、Gautheret、Nobercourt幾乎同時成功離體培養(yǎng)胡蘿卜組織，成為植物組織培養(yǎng)的奠基人。1958年，Steward和Reinert發(fā)現(xiàn)胡蘿卜的體細胞可分化成體細胞胚，這成為植物組織培養(yǎng)領域的一個重大突破，同時也驗證了細胞全能性學說。現(xiàn)在是16頁\一共有35頁\編輯于星期三1959年，美籍華人科學家張明覺首次獲得第一個體外受精動物----試管兔。1962年，Capstick成功進行了倉鼠腎細胞的懸浮培養(yǎng)，為動物細胞大規(guī)模培養(yǎng)技術奠定基礎。1958年-1965年，初步建立病毒誘導下的動物細胞融合技術。1960年，蘭花無性繁殖成功。1960-1970年，建立聚乙二醇誘導植物原生質體融合技術。誕生期現(xiàn)在是17頁\一共有35頁\編輯于星期三1972年，Carlson通過誘導煙草原生質體融合，獲得世界上第一個體細胞雜種植株。1973年，農桿菌Ti質粒的發(fā)現(xiàn)，極大促進了植物轉基因的研究，并推動了利用轉基因植物生物反應器生產藥物、色素、食品添加劑、酶、農藥等?？焖侔l(fā)展期現(xiàn)在是18頁\一共有35頁\編輯于星期三1973年，童第周成功進行核移植，獲得種間雜種魚。1975年，Kohler和Milstein建立小鼠淋巴細胞雜交瘤技術。1977年，利用胚胎工程技術成功培育出首例試管嬰兒。1984年，Villadsen利用胚胎細胞克隆出一只綿羊，這是首次通過核移植技術克隆的哺乳動物。1987年，Gordon獲得分泌組織纖溶酶激活因子tPA的轉基因小鼠，隨后轉基因羊、牛、豬的乳腺生物反應器相繼成功?，F(xiàn)在是19頁\一共有35頁\編輯于星期三1996年7月5日，世界上第一只克隆羊“多利”在英國蘇格蘭盧斯林研究所的試驗基地誕生。證實高等動物體細胞核的全能性。細胞工程歷史上的一個里程碑?，F(xiàn)在是20頁\一共有35頁\編輯于星期三Breastcell現(xiàn)在是21頁\一共有35頁\編輯于星期三現(xiàn)在是22頁\一共有35頁\編輯于星期三JohnB.Gurdon

discoveredin1962thatthespecialisationofcellsisreversible.Inaclassicexperiment,hereplacedtheimmaturecellnucleusinaneggcellofafrogwiththenucleusfromamatureintestinalcell.Thismodifiedeggcelldevelopedintoanormaltadpole.

TheDNAofthematurecellstillhadalltheinformationneededtodevelopallcellsinthefrog.現(xiàn)在是23頁\一共有35頁\編輯于星期三ShinyaYamanaka

discoveredmorethan40yearslater,in2006,howintactmaturecellsinmicecouldbereprogrammedtobecomeimmaturestemcells.Surprisingly,byintroducingonlyafewgenes,hecouldreprogrammaturecellstobecomepluripotentstemcells,i.e.immaturecellsthatareabletodevelopintoalltypesofcellsinthebody.

(inducedpluripotentstemcells,iPScells)現(xiàn)在是24頁\一共有35頁\編輯于星期三三、細胞工程的應用動植物快速繁殖包括試管植物、人工種子、試管動物、克隆動物2.新品種培育指在細胞、細胞器、細胞核、染色體或組織水平上進行遺傳性狀改良。包括原生質體誘變、細胞融合、單倍體/多倍體育種、雌雄核發(fā)育、胚胎嵌（融）合等技術?，F(xiàn)在是25頁\一共有35頁\編輯于星期三3.細胞工程生物制品利用動植物細胞、組織培養(yǎng)或轉基因動植物生物反應器生產生物制品?，F(xiàn)在是26頁\一共有35頁\編輯于星期三動物細胞生物制藥哺乳動物細胞表達的蛋白可以經修飾成具有活性的蛋白產品，明顯優(yōu)于酵母、大腸桿菌表達系統(tǒng)。倉鼠腎細胞生產狂犬病毒疫苗、乙腦疫苗；幼地鼠腎（BHK21）細胞生產口蹄疫疫苗；中國倉鼠卵巢（CHO）細胞生產乙肝疫苗；2BS細胞和KMB17細胞生產甲肝疫苗；2BS細胞和MRC5細胞生產水痘疫苗?，F(xiàn)在是27頁\一共有35頁\編輯于星期三FDA批準的動物細胞制備藥物：胰島素、組織纖溶酶激活劑（治療心臟?。?；促紅細胞生成素（治療貧血）；白介素（治療腎癌）；凝血因子III和IV（治療血友?。荒[瘤壞死因子受體（治療類風濕性關節(jié)炎）?，F(xiàn)在是28頁\一共有35頁\編輯于星期三1975年，英國科學家Kohler和Milstein建立雜交瘤技術（hybridomatechnique)骨髓瘤細胞1.體外無限增殖；2.HGPRT(次黃嘌呤鳥嘌呤磷酸核糖轉移酶）或者TK(胸腺嘧啶核苷激酶）缺陷型HAT選擇培養(yǎng)基含次黃嘌呤H、氨基蝶呤A、胸腺嘧啶核苷T(阻斷DNA合成的正常途徑及補救途徑

現(xiàn)在是29頁\一共有35頁\編輯于星期三基因工程單克隆抗體的制備現(xiàn)在是30頁\一共有35頁\編輯于星期三轉基因生物反應器將外源基因轉入細胞或動植物，利用細胞增殖或動植物代謝制備外源基因的表達產物的技術----轉基因生物反應器技術。被轉入外源基因的細胞或動植物----轉基因