高三一輪復習生物2.2.1動物細胞工程（一）課件

第2章細胞工程首個體細胞克隆動物克隆動物多莉羊體細胞克隆猴“中中”和“華華”如何能讓名貴的蘭花大量、快速地繁殖？希普：首例胚胎移植成功哈里森:首創(chuàng)動物組織體外培養(yǎng)法張明覺：發(fā)現(xiàn)哺乳動物精子獲能現(xiàn)象格登、童第周：體細胞核移植成功試管家兔誕生米爾斯坦和科勒：創(chuàng)立單克隆抗體技術胚胎分割移植成功埃文斯：成功分離和培養(yǎng)小鼠的胚胎干細胞克隆羊多莉誕生山中伸彌：獲得誘導多能干細胞單細胞基因組測序進行遺傳病篩查的試管嬰兒誕生我國科學家首次培育了體細胞克隆猴1890年1907年1951年1958年1959年1975年1978年1981年1996年2006年2014年2017年【科技探索之路】動物細胞工程（含胚胎工程）的發(fā)展歷程【從社會中來】在治療大面積燒傷時，通常采用的方法是取燒傷病人的健康皮膚進行自體移植。但對這樣的病人來說，自體健康皮膚非常有限，使用他人皮膚來源又不足，而且會產(chǎn)生免疫排斥反應。那么，怎樣才能獲得大量的自體健康皮膚？能不能用自體皮膚的單個細胞培養(yǎng)出可供移植的皮膚？可以從病人身上取少量正常、健康的皮膚在體外進行培養(yǎng)、擴增；人造皮膚目前，科學家還在研究對皮膚干細胞進行培養(yǎng)，以獲得適合臨床上使用的人造皮膚。動物細胞工程常用的技術：——動物細胞工程的基礎動物細胞培養(yǎng)動物細胞融合動物細胞核移植等第2節(jié)動物細胞工程01動物細胞培養(yǎng)的條件目錄/CONTENTS一、動物細胞培養(yǎng)01動物細胞培養(yǎng)的條件一、動物細胞培養(yǎng)的概念從動物體中取出相關組織，將它們分散成單個細胞，然后在適宜的培養(yǎng)條件下，讓這些細胞生長和增殖的技術。原理？細胞增殖地位？動物細胞工程的基礎二、動物細胞培養(yǎng)的條件動物體內(nèi)的細胞之所以能夠維持正常的生命活動，是因為機體給這些細胞提供了適宜的條件。你還記得有哪些條件嗎？充足的營養(yǎng)穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境體外培養(yǎng)動物細胞需要滿足什么條件？糖類、氨基酸、無機鹽、維生素……無菌、無毒的環(huán)境適宜的溫度、pH

和滲透壓適宜的氣體環(huán)境將細胞所需的營養(yǎng)物質(zhì)（糖類、氨基酸、無機鹽、維生素等）按種類和所需量嚴格配制的培養(yǎng)基。1.營養(yǎng)條件（1）培養(yǎng)基構成：合成培養(yǎng)基血清等一些天然成分＋合成培養(yǎng)基：血清等一些天然成分：含有尚未全部研究清楚的細胞所需的營養(yǎng)物質(zhì)（2）培養(yǎng)基類型：液體培養(yǎng)基（培養(yǎng)液）血清2.無菌、無毒的環(huán)境（1）對培養(yǎng)液和所有培養(yǎng)用具進行滅菌處理。（2）在無菌環(huán)境下進行操作。（3）培養(yǎng)液需要定期更換：清除代謝物，防止細胞代謝物積累對細胞自身造成危害。另外：可根據(jù)實際情況適量添加抗生素。無菌無毒3.溫度、pH和滲透壓（1）適宜的溫度：哺乳動物細胞培養(yǎng)的溫度多以

為宜；36.5±0.5℃（2）適宜的pH：多數(shù)動物細胞生存的適宜pH為

；（3）適宜的滲透壓：目的

。維持細胞正常的形態(tài)和功能與相應動物內(nèi)環(huán)境的理化性質(zhì)保持一致。強烈對比人體內(nèi)環(huán)境的理化性質(zhì)①人體細胞外液的溫度一般維持在：36.5±0.5℃②正常人的血漿近中性，pH約為：7.35~7.45③滲透壓：指溶液中溶質(zhì)微粒對水的吸引力。在37℃時，人的血漿滲透壓約為：770kPa4.氣體環(huán)境（1）氣體組成及作用：O2CO2細胞代謝所必需維持培養(yǎng)液的pH（2）具體操作：通常采用培養(yǎng)皿或松蓋培養(yǎng)瓶。置于含有95%空氣和5%CO2的混合氣體的CO2培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)。CO2培養(yǎng)箱01動物細胞培養(yǎng)的條件目錄/CONTENTS一、動物細胞培養(yǎng)1.取動物組織（1）取材：一般取材于動物胚胎或幼齡動物的組織、器官。（2）取材原因：細胞分化程度低，增殖能力強，容易培養(yǎng)動物相關組織的選擇：

幼齡動物

or

老齡動物2.動物組織處理——制成細胞懸液（1）將組織分散成單個細胞①方法：機械法用胰蛋白酶、膠原蛋白酶等處理一段時間②原因：成塊組織中，細胞與細胞靠在一起，彼此限制了生長和增殖一是能使細胞與培養(yǎng)液充分接觸，保證細胞所需要的營養(yǎng)供應；（2）用培養(yǎng)液將細胞制成細胞懸液。二是能保證細胞內(nèi)有害代謝物的及時排出。將細胞懸液放入培養(yǎng)皿或培養(yǎng)瓶內(nèi)，置于適宜環(huán)境中進行原代培養(yǎng)?！締栴}探究1】進行動物細胞培養(yǎng)時常用胰蛋白酶分散細胞，這說明細胞間的物質(zhì)主要是什么成分？用胃蛋白酶行嗎？用胰蛋白酶分散細胞，說明細胞間的物質(zhì)主要是蛋白質(zhì)。胃蛋白酶作用的適宜pH約為2，當pH大于6時，胃蛋白酶就會失去活性。多數(shù)動物細胞培養(yǎng)的適宜pH為7.2～7.4，胃蛋白酶在此環(huán)境中沒有活性，所以用胃蛋白酶不行?！締栴}探究2】胰蛋白酶會把細胞膜蛋白分解掉嗎？可能會控制好作用時間3.體外培養(yǎng)的動物細胞類型①懸浮生長類：②貼壁生長類：懸浮培養(yǎng)瓶能夠懸浮在培養(yǎng)液中生長增殖。需要貼附于某些基質(zhì)表面才能生長增殖。大多數(shù)細胞屬于這種類型。表面的要求：光滑、無毒、易于貼附。重要概念一①細胞貼壁：大多數(shù)細胞需要貼附于某些基質(zhì)表面才能增殖，這類細胞往往貼附在培養(yǎng)瓶的瓶壁上，這種現(xiàn)象稱為細胞貼壁。一方面會因細胞密度過大、有害代謝物積累和培養(yǎng)液中營養(yǎng)物質(zhì)缺乏等因素而分裂受阻。影響貼壁類細胞生長分裂的因素？另一方面還會發(fā)生接觸抑制現(xiàn)象。②接觸抑制：當貼壁細胞分裂生長到表面相互接觸時，細胞通常會停止分裂增殖的現(xiàn)象。腫瘤細胞除受以上因素影響外，還會發(fā)生接觸抑制現(xiàn)象。當貼壁細胞分裂生長到表面相互接觸時，細胞通常會停止分裂增殖。體外培養(yǎng)的動物細胞懸浮生長類會因細胞密度過大、有害代謝物積累和培養(yǎng)液中營養(yǎng)物質(zhì)缺乏等因素而分裂受阻。貼壁生長類（大多數(shù)）如何解決細胞分裂受阻的問題呢？需要對細胞進行分瓶培養(yǎng)，讓細胞繼續(xù)增殖。4.分瓶、進行傳代培養(yǎng)傳代培養(yǎng)（1）收集細胞①懸浮生長類：直接用離心法收集②貼壁生長類：重新用胰蛋白酶等處理，使之分散成單個細胞，然后再用離心法收集（2）將收集的細胞制成細胞懸液，分瓶培養(yǎng)重要概念二①原代培養(yǎng)：通常將分瓶之前的細胞培養(yǎng)，即動物組織經(jīng)處理后的初次培養(yǎng)。②傳代培養(yǎng)：將分瓶后的細胞培養(yǎng)成為傳代培養(yǎng)?！舅伎肌縿游锛毎恼麄€培養(yǎng)過程中可能多次用到胰蛋白酶或膠原蛋白酶？第一次使用的目的是使組織細胞分散開；貼壁細胞傳代培養(yǎng)時使用的目的是使細胞從瓶壁上脫離下來，分散成單個細胞，便于分瓶后繼續(xù)培養(yǎng)。動物細胞培養(yǎng)的過程取動物組織制成細胞懸液轉入培養(yǎng)液進行原代培養(yǎng)分瓶進行傳代培養(yǎng)取動物組織制成細胞懸液轉入培養(yǎng)液進行原代培養(yǎng)放入CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)傳代培養(yǎng)放入CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)細胞貼壁接觸抑制機械法或用胰蛋白酶、膠原蛋白酶等處理分散成單個細胞【問題探究3】懸浮生長細胞和貼壁生長細胞培養(yǎng)過程有什么不同？懸浮生長類細胞：原代培養(yǎng)→分裂受阻→離心法收集→制成細胞懸液→傳代培養(yǎng)。貼壁生長類細胞：原代培養(yǎng)→分裂受阻→先胰蛋白酶處理→再離心法收集→制成細胞懸液→傳代培養(yǎng)?！締栴}探究4】動物細胞培養(yǎng)時，除了添加糖類、氨基酸等必要的營養(yǎng)成分外，往往還需添加血清等一些天然成分，原因是？人們對細胞所需的營養(yǎng)物質(zhì)尚未全部研究清楚。血清等一些天然成分的營養(yǎng)成分比較齊全，可以彌補人工培養(yǎng)基的不足?！締栴}探究5】植物組織培養(yǎng)與動物細胞培養(yǎng)的比較比較項目植物組織培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)原理（及是否體現(xiàn)細胞全能性）

（

全能性）

（

全能性）培養(yǎng)基

培養(yǎng)基

培養(yǎng)基過程外植體

↓脫分化

↓再分化芽、根或胚狀體

↓生長發(fā)育植物體動物的組織機械法↓或酶處理細胞懸液↓

↓細胞懸液↓

結果

相同點①兩技術手段培養(yǎng)過程中都進行有絲分裂，都不涉及減數(shù)分裂；②均需要無菌操作、無菌培養(yǎng)，需要適宜的溫度、pH等條件植物細胞的全能性體現(xiàn)細胞增殖未體現(xiàn)固體液體愈傷組織原代培養(yǎng)傳代培養(yǎng)新的植物體新的細胞群（1）動物細胞培養(yǎng)體現(xiàn)了動物細胞的全能性

（

）（2）培養(yǎng)保留接觸抑制的細胞在培養(yǎng)瓶壁上可形成多層細胞

（

）（3）懸浮培養(yǎng)的細胞直接用離心法收集，貼壁細胞需要用胰蛋白酶等處理后再用離心法收集

（

）

（4）動物細胞培養(yǎng)時，O2是細胞代謝所必需的，CO2的主要作用是維持培養(yǎng)液的pH（

）判斷?？颊Z句，澄清易混易錯01動物細胞培養(yǎng)的條件目錄/CONTENTS一、動物細胞培養(yǎng)動物和人體內(nèi)仍保留著少數(shù)具有分裂和分化能力的細胞，這些細胞叫做干細胞。1.干細胞的概念：2.干細胞的來源：3.干細胞的類型：在一定條件下，干細胞可以分化成其他類型的細胞。存在于

、

和

等多種組織和器官中。早期胚胎骨髓臍帶血包括胚胎干細胞和成體干細胞等。4．胚胎干細胞（簡稱ES細胞）①分布②特點③應用實例④局限性存在于早期胚胎中具有分化為成年動物體內(nèi)的任何一種類型的細胞，并進一步形成機體的所有組織和器官甚至個體的潛能。

目前科學家已分離出了小鼠、兔、牛、猴和人等的ES細胞，在體外培養(yǎng)可分化成心肌細胞、神經(jīng)元細胞和造血干細胞等細胞。必須從胚胎中獲取，涉及倫理問題；因而限制了在醫(yī)學上的應用。5．成體干細胞①分布③特點②常見類型存在于成體組織或器官內(nèi)的干細胞造血干細胞（骨髓、外周血和臍帶血中）神經(jīng)干細胞（神經(jīng)系統(tǒng)中）精原干細胞（睪丸中）發(fā)現(xiàn)最早研究最多應用最成熟具有組織特異性，只能分化成特定的細胞或組織，不具有發(fā)育成完整個體的能力。④作用有著自我更新能力及分化潛能的干細胞，與組織、器官的發(fā)育、再生和修復等密切相關。⑤應用實例治療神經(jīng)組織損傷和神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾?。ㄈ缗两鹕?、阿爾茨海默病等）治療白血病及一些惡性腫瘤放療或化療后引起的造血系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)功能障礙等疾病。造血干細胞神經(jīng)干細胞干細胞將在再生醫(yī)學、藥物安全性與有效性檢測等領域發(fā)揮大作用。⑥面臨的問題：用于臨床治療存在導致腫瘤發(fā)生的風險⑦應用展望：6．誘導多能干細胞（1）概念：通過體外誘導小鼠成纖維細胞，獲得了類似胚胎干細胞的一種細胞，稱為誘導多能干細胞（簡稱iPS細胞）。（2）誘導方法：①借助載體將特定基因或特定蛋白導入細胞（成纖維細胞以及已分化的T細胞、B細胞均可）；②用小分子化合物誘導形成。（3）誘導多能干細胞優(yōu)點：①誘導過程無須破壞胚胎；②iPS細胞可以來源于病人自身的體細胞，將它移植回病人體內(nèi)后，理論上可以避免免疫排斥反應。iPS細胞移植取成纖維細胞等iPS細胞轉入相關因子細胞發(fā)生轉化分化胰島細胞神經(jīng)元血細胞腸上皮細胞心肌細胞肝細胞病人iPS細胞用于治療人類疾病示意圖（4）誘導多能干細胞的應用：可治療鐮狀細胞貧血癥，在治療阿爾茲海默病、心血管疾病等領域的研究也取得了新進展?！締栴}探究6】三種干細胞的比較比較項目胚胎干細胞成體干細胞誘導多能干細胞來源

誘導高度分化的組織細胞形成特點具有分化成為成年動物體內(nèi)的任何一種類型的細胞，并進一步形成機體的所有組織和器官甚至個體的潛能具有

，只能分化成特定的細胞或組織，不具有發(fā)育成完整個體的能力類似胚胎干細胞；誘導無須破壞胚胎，應用前景更廣泛早期胚胎成體組織或器官中組織特異性（1）干細胞都是來源于早期胚胎

（

）（2）iPS細胞可以來源于病人自身的體細胞，將它移植回病人體內(nèi)后，可以避免免疫排斥反應

（

）（3）不同類型的干細胞，它們的分化潛能完全相同

（

）（4）干細胞將在再生醫(yī)學、藥物安全性與有效性檢測等領域發(fā)揮大作用

（

）判斷?？颊Z句，澄清易混易錯【網(wǎng)絡構建】2.干細胞有著廣泛的應用前景。下列相關敘述錯誤的是()

A.干細胞是從胚胎中分離提取的細胞B.造血干細胞可以分化為各種血細胞C.不同類型的干細胞，它們的分化潛能是有差別的D.由iPS細胞產(chǎn)生的特定細胞，可以在新藥的測試中發(fā)揮重要作用1.判斷下列有關動物細胞培養(yǎng)的表述是否正確。（1）培養(yǎng)環(huán)境中需要O2，不需要CO2。（

）（2）細胞要經(jīng)過脫分化形成愈傷組織。（

）（3）培養(yǎng)液中通常含有糖類、氨基酸、無機鹽、維生素和動物血清（

）（4）培養(yǎng)瓶中的細胞需定期用胰蛋白酶處理，分瓶后才能繼續(xù)增殖（

）練習與應用一、概念檢測A3．下列關于動物細胞培養(yǎng)所需要的條件的敘述，正確的是(

)

A．為了創(chuàng)造無菌、無毒的環(huán)境，培養(yǎng)基中通常添加一定量的血清B．動物細胞培養(yǎng)所需營養(yǎng)物質(zhì)和植物組織培養(yǎng)的相同C．動物細胞培養(yǎng)的適宜溫度一般與動物的體溫相近D．動物細胞培養(yǎng)的適宜pH為酸性條件4．干細胞是一種尚未充分分化的未成熟的細胞，醫(yī)學家們正在嘗試利用