動物細胞培養(yǎng) 高二下學期生物人教版選擇性必修3

第2章細胞工程第2節(jié)動物細胞工程一動物細胞培養(yǎng)2023/2/31958年，格登用非洲爪蟾進行體細胞核移

1959年，試

植實驗，成功

管家兔誕生，

培育出性成熟

→之后，多種

個體，同一時

試管動物相

期，我國科學繼出生家童第周等開展了魚類細胞核移植工作1890年，希

普將安哥拉

兔的胚胎移

入比利時兔

的輸卵管內(nèi)，

得到了兩只

安哥拉兔，這是世界上

胚胎移植成

功的首例1907年，哈里

森用一滴淋巴

液成功培養(yǎng)了

蝌蚪的神經(jīng)元，首創(chuàng)了動物組

織體外培養(yǎng)法1978年，小鼠的桑椹胚被成

功分割，次年，

科學家分割綿

羊胚胎獲得了

同卵羔羊2006年，山中

伸彌等獲得了誘導多能干細

胞，我國科學

家用這種細胞

培育出了小鼠2014年，世界

上第一個用單

細胞基因組測

序進行遺傳病篩查的試管嬰兒在我國誕生1996年，世界上第一只體細

_胞克隆羊多莉

在英國誕生，

隨后多種克隆

動物相繼問世2017年，我國科學家首次培育了體細胞克隆猴2023/2/3動物細胞工程(含胚胎工程)的發(fā)展歷程1951年，張

明覺等發(fā)現(xiàn)

了哺乳動物

→精子的獲能現(xiàn)象1981年，埃文

斯等成功分離

和培養(yǎng)了小鼠

的胚胎干細胞1975年，米爾

斯坦和科勒等

創(chuàng)立了單克隆

抗體技術(shù)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(yīng)。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

建的人造皮膚

外進行培養(yǎng)、擴增。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。2023/2/3通過細胞培養(yǎng)構(gòu)動物細胞工程常用的技術(shù)包括動物細胞培養(yǎng)、

動物細胞融合和動物細胞核移植等，其中動物細

胞培養(yǎng)是動物細胞工程的基礎(chǔ)。2023/2/3一、動物細胞培養(yǎng)的條件動物細胞培養(yǎng)是指從動物體中取出相關(guān)的組織，將它分散成單個細胞，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(shù)。原

理

：細胞增殖(有絲分裂)。1.動物細胞培養(yǎng)的條件(1

)

營

養(yǎng)

：糖類、氨基酸、無機鹽、維生素等。①合成培養(yǎng)基：將細胞所需的營養(yǎng)物質(zhì)按種類和所需量嚴

格配制的培養(yǎng)基。②動物血清：含人類未知、細胞生長和增殖所必需的物質(zhì)。③培養(yǎng)基的物理性質(zhì)：培養(yǎng)動物細胞一般使用液體培養(yǎng)基，

也稱為培養(yǎng)液。2023/2/3(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，以便清除代謝物，防止細胞代謝物積累對

細胞自身造成危害。(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36.5±0.

5℃為宜。②適宜的pH:

多數(shù)動物細胞生存的適宜pH為7.2-7.4。③適宜的滲透壓：

維持細胞正常的形態(tài)和功能。(4)氣體環(huán)境通常采用培養(yǎng)皿或松蓋培養(yǎng)瓶。并將它們置于含有95%空氣和5%CO?的混合氣體的CO?培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)。0?:

細胞代謝所必需的。CO?:主要作用是維持培養(yǎng)液的pH。2023/2/3二、動物細胞培養(yǎng)的過程取動物組織制成細胞懸液轉(zhuǎn)入培養(yǎng)液進行原代培養(yǎng)放入CO?培養(yǎng)箱中培養(yǎng)分瓶進行傳代培養(yǎng)取動物組織放入CO?培養(yǎng)箱中培養(yǎng)制成細胞懸轉(zhuǎn)入培養(yǎng)液中進行原代培養(yǎng)傳代培養(yǎng)2023/2/31.取動物組織一般取材于動物胚胎或幼齡動物的組織、器官。因為這

些細胞分化程度低，增殖能力強，容易培養(yǎng)。2.制成細胞懸液(1)將細胞分散成單個細胞。①機械

的方法。②用胰蛋白酶、

膠原蛋白酶等處理一段時間。原

因

：①從動物體取出的成塊組織中，細胞與細胞靠在

一

起

，彼此限制了生長和增殖；②能使細胞與培養(yǎng)液充分接

觸，更易進行物質(zhì)交換。(2)用培養(yǎng)液將細胞制成細胞懸液。2023/2/3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。2023/2/33.進行原代培養(yǎng)(1)操作過程：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

培養(yǎng)。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)稱為原代培養(yǎng)。(2)體外培養(yǎng)的動物細胞類型①懸浮生長類：能夠懸浮在培養(yǎng)液中生長增殖。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。②貼壁生長類：需要貼附于某些基質(zhì)表面才能生長增殖(細胞貼

壁),大多數(shù)細胞屬于此類。除受密度、有害代謝物、營養(yǎng)物質(zhì)影響

外，還會發(fā)生接觸抑制現(xiàn)象。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。2023/2/34.分瓶、進行傳代培養(yǎng)懸浮培養(yǎng)的細胞會因細胞密度過大、有害代謝物積累和培

養(yǎng)液中營養(yǎng)物質(zhì)等因素而分裂受阻，貼壁細胞在生長增殖時，除受上述因素影響外，還會發(fā)生接觸抑制現(xiàn)象。這時就需要

對細胞進行分瓶培養(yǎng)，讓細胞繼續(xù)增殖。傳代培養(yǎng)：將分瓶

后的細胞培養(yǎng)稱為傳代培養(yǎng)。(1)懸浮生長類：直接用離心法收集。(2)貼壁生長類：需要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。之后，將收集的細胞制成細胞懸液，分瓶培養(yǎng)。2023/2/3制成細胞懸液轉(zhuǎn)入培養(yǎng)液進

行原代培養(yǎng)大多數(shù)需要貼附于某些

基質(zhì)表面才能生長增殖機械法或胰蛋白酶、

膠原蛋自酶處理將組織分散成單個細胞一類細胞能夠懸浮在

培養(yǎng)液申生長增殖動物胚胎、幼齡動物用培養(yǎng)液將細胞制成細胞懸液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進

行傳代培養(yǎng)2023/2/3直接用離

心法收集取動物組織分瓶思考·討論·有關(guān)動物細胞培養(yǎng)的問題1.幼齡動物的細胞與老齡動物的細胞比較，分化程度低的細胞與分化程度高的細胞比較，哪些細胞更易于培養(yǎng)?為什么?細胞的增殖能力與供體的年齡有關(guān)，幼齡動物的細胞增殖能力強，有絲分裂旺盛，老齡動物的細胞則相反。所以，一

般來說，幼齡動物的細胞比老齡動物的細胞易于培養(yǎng)。同樣

，分化程度越低的細胞，增殖能力越強，所以更容易培養(yǎng)。2023/2/3植物組織培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)原理植物細胞的全能性細胞增殖培養(yǎng)前處理離體用機械法或胰蛋白酶、膠原蛋白酶將組織細胞分散開取材離體植物器官、組織、細胞動物胚胎或幼齡動物的組織、器官培養(yǎng)基的物理性質(zhì)固體液體(又稱培養(yǎng)液)培養(yǎng)基的成分有機營養(yǎng)成分無機營養(yǎng)成分植物激素糖類、氨基酸、無機鹽、

維生素等營養(yǎng)物質(zhì)及一些天然成分如血清特有成分植物激素血清2.動物細胞培養(yǎng)和植物組織培養(yǎng)的比較2023/2/3植物組織培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)特殊環(huán)境條件再分化需光氣體環(huán)境結(jié)果一般獲得新的植株獲得大量細胞是否體現(xiàn)細胞的

全能性是否過程外植體(離體的器官、組織或細胞)饕愈傷組織琵根、芽或胚狀體囊完整植株動物組織塊攀霆鼻酶單個細胞加培養(yǎng)液細胞懸液原代培養(yǎng)細胞懸液傳代培養(yǎng)相同點①培養(yǎng)過程中細胞都進行有絲分裂，不涉及減數(shù)分裂；②均需無菌操作，需要適宜的溫度、pH等條件。2.動物細胞培養(yǎng)和植物組織培養(yǎng)的比較2023/2/3三、干細胞培養(yǎng)及其應(yīng)用1.干細胞(1)概念：動物和人體內(nèi)仍保留的少數(shù)具有分裂和分化能

力的細胞。在一定條件下，干細胞可以分化成其他類型的細

胞。(2)分布：存在于早期胚胎、骨髓和臍帶血等多種組織和器官中。(3)分類：包括胚胎干細胞和成體干細胞等。電鏡下的胚胎干細胞2023/2/3①胚胎干細胞(簡稱ES細胞):也叫全能干細胞，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。②成體干細胞：是成體組織或器官內(nèi)的干細胞，包括骨髓中

的造血干細胞(多能干細胞)、神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)干細胞和

睪丸中的精原干細胞(專能干細胞)等。一般認為，成體干

細胞具有組織特異性，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。應(yīng)用最成熟的成體干細胞：造血干細胞，主要存在于成

體的骨髓、外周血和臍帶血中。2023/2/32.誘導多能干細胞(iPS

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)獲取方法：①將特定基因或特定蛋白導入細胞；②用

小分子化合物誘導形成。(3)誘導多能干細胞優(yōu)

取成纖維細胞等

細胞發(fā)生轉(zhuǎn)化

點：①誘導過程無須破

病人壞胚胎；②

iPS細胞可以來源于病人自身的體細

田胞

胞，將它移植回病人體

移植

分化內(nèi)

后

，理論上可以避免

肝細胞

心肌細胞免癌排斥反應(yīng)。

iPS細胞用于治療人類疾病示意圖腸上皮細胞胰島細胞iPS細

胞神經(jīng)元轉(zhuǎn)入相關(guān)因子類型應(yīng)用造血干細胞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)功能障礙等疾病神經(jīng)干細胞治療神經(jīng)組織損傷和神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病(如帕金森病、阿爾茨海默病等)誘導多能干細

胞(iPS細胞)可治療小鼠的鐮狀細胞貧血癥，在治療阿爾茲海默病、心血管疾病等領(lǐng)域的研究也取得了新進展3.干細胞的應(yīng)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(guān)。2023/2/3課堂練習1.下列屬于動物細胞培養(yǎng)與植物組織培養(yǎng)區(qū)別(

A

)A.動物細胞培養(yǎng)所用的培養(yǎng)基的成分與植物的不同B.動物細胞培養(yǎng)不需要在無菌條件下進行C.動物細胞培養(yǎng)過程中可發(fā)生基因重組，而植物組織培養(yǎng)不能D.植物組織培養(yǎng)和動物細胞培養(yǎng)都體現(xiàn)了細胞的全能性2.在將動物組織塊分散成單個細胞時，可以使用胰蛋白酶。由此不能推

測出來的是

(

D

)A.動物細胞之間可能依靠蛋白質(zhì)相互聯(lián)系B.胰蛋白酶可能會對動物細胞造成損傷C.處理時一定要注意處理時間、加酶量D.換用胃蛋白酶也能起到相同的作用2023/2/3課堂練習3.某醫(yī)院接生了一名嬰兒，醫(yī)院為他保留了臍帶血，若后來他患了胰島

素依賴型糖尿病，就可以通過臍帶血中的干細胞為其治療。關(guān)于這個實

例說法正確的

(

C

)A.用干細胞培育出人體需要的器官來治療疾病，需要激發(fā)細胞的所

有全能性B.用臍帶血干細胞能治療這個孩子的所有疾病C.如果要移植用他的干細胞培育出的器官，需要用到細胞培養(yǎng)技術(shù)D.如果要移植用他的干細胞培養(yǎng)出的器官，應(yīng)該長期給他使用免疫

抑制藥物2023/2/3課堂練習4.右圖為動物細胞培養(yǎng)過程示意圖，請回答以下幾個問題：(1)容器A中的動物器官或組織首先要剪碎，然后用胰蛋白酶處理，其

目的是_使組織分散成