2.2动物细胞工程 课件 人教版生物选择性必修3

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第2节 动物细胞工程第2章 细胞工程人教版生物选择性必修三皮肤移植问题 在治疗大面积烧伤时，通常采用的方法是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植。但对这样的病人来说，自体健康皮肤非常有限，使用他人皮肤来源又不足，而且会产生免疫排斥反应。利用动物细胞工程通过细胞培养构建的人造皮肤有助于解决此类问题。 一、动物细胞培养——动物细胞工程的基础 1．概念 指从动物体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。 2．动物细胞培养的条件 一、动物细胞培养——动物细胞工程的基础 2．动物细胞培养的条件 ⑴营养 细胞在体外培养时，培养基中应含有细胞所需要的各种营养物质。其成分包括无机物：无机盐等；有机物：糖类、氨基酸、维生素、血清、血浆等。培养动物细胞一般使用液体培养基，也称为培养液。 ⑵无菌、无毒的环境 无菌：①对培养液和所有培养用具进行灭菌处理；　　　　　②在无菌环境下进行操作。　　无毒：定期更换培养液，以便清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害。 合成培养基中为什么要加入天然成分——血清？ 血清中含有多种未知的促细胞生长因子及其他活性物质，可以补充合成培养基中缺乏的物质。 一、动物细胞培养——动物细胞工程的基础 2．动物细胞培养的条件 ⑶温度、pH和渗透压 温度：哺乳动物多以（36.5±0.5）℃为宜。 pH：多数动物细胞生存的适宜pH为7.2~7.4。 渗透压：需要考虑的一个重要环境参数。 ⑷气体环境 O2：细胞代谢所必需的 CO2：维持培养液的pH95%空气和5%CO2的混合气体 一、动物细胞培养——动物细胞工程的基础 3．动物细胞培养的过程 ⑴制备细胞悬液 ①原因 从动物体取出的成块组织中，细胞与细胞靠在一起，彼此限制了生长和增殖，这种现象称之为接触抑制。 ②将动物组织分散成单个细胞的方法 用机械方法；用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理一段时间。 ③体外培养的动物细胞种类 一类细胞能够悬浮在培养液中生长增殖；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，这类细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上，这种现象称为细胞贴壁。 一、动物细胞培养——动物细胞工程的基础 3．动物细胞培养的过程 ⑵分瓶培养 人们通常将分瓶之前的细胞培养称为原代培养，将分瓶后的细胞培养称为传代培养。 ①原因 在动物细胞培养过程中，悬浮培养的细胞会因细胞密度过大、有害代谢物积累和培养液中营养物质缺乏等因素而分裂受阻。贴壁细胞在生长增殖时，除受上述因素的影响外，还会发生接触抑制现象。 ②过程 在进行传代培养时，悬浮培养的细胞直接用离心法收集；贴壁细胞需要重新用胰蛋白酶等处理，使之分散成单个细胞，然后再用离心法收集。之后，将收集的细胞制成细胞悬液，分瓶培养。有关动物细胞培养的问题1．幼龄动物的细胞与老龄动物的细胞比较，分化程度低的细胞与分化程度高的细胞比较，哪些细胞更易于培养？为什么？ 细胞的增殖能力与供体的年龄有关，幼龄动物的细胞增殖能力强，有丝分裂旺盛，老龄动物的细胞则相反。所以，一般来说，幼龄动物的细胞比老龄动物的细胞易于培养。同样，分化程度越低的细胞，增殖能力越强，所以更容易培养。2．动物细胞培养与植物组织培养有什么相同和不同之处？ 有关动物细胞培养的问题2.动物细胞培养与植物组织培养有什么相同和不同之处？ 动物细胞培养与植物组织培养的重要区别在于：培养基不同。动物细胞培养是液体培养基，其成分中有动物血清。另外，培养的动物细胞大都取自动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织。植物组织培养可以取自植物体细胞。动物细胞培养与植物组织培养的相同之处都是细胞的体外培养技术。植物组织培养与动物细胞培养的比较 4．干细胞培养及其应用 ⑴干细胞概念：在_________下，可以_____成其他类型的细胞。 ⑵存在部位：存在于_________、_____和_______等多种组织器官中。 ⑶种类 ①胚胎干细胞（ES细胞，属全能干细胞）：存在于早期胚胎中，具有_____为成年动物体内的_________类型的细胞，并进一步_____机体的所有_____和_____甚至_____的潜能。 ②成体干细胞：_____组织或器官内的干细胞，包括骨髓中的造血干细胞（属多能干细胞，存在于成体的骨髓、外周血和脐带血中）、神经系统中的神经干细胞（属专能干细胞）和睾丸中的精原干细胞。 成体干细胞具有_________性，只能分化成_____的细胞或组织，不具有发育成完整个体的能力。一定条件分化早期胚胎骨髓脐带血分化任何一种形成组织器官个体成体组织特异特定 4．干细胞培养及其应用 ⑷应用 有着_________能力及_____潜能的干细胞，与组织、器官的发育、再生和修复等密切相关，因而在医学上有着广泛的应用。自我更新分化 胚胎干细胞必须从胚胎中获取，这涉及伦理问题，因而限制了它在医学上的应用。2006年，科学家通过体外诱导小鼠成纤维细胞，获得了类似胚胎干细胞的诱导多能干细胞（iPS细胞）。 将干细胞用于临床治疗还面临一些问题，如存在导致肿瘤发生的风险。 二、动物细胞融合技术与单克隆抗体 1．动物细胞融合技术 ⑴概念 使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。 ⑵原理 细胞膜具有一定的流动性。 ⑶诱导动物细胞融合的常用方法 PEG融合法、电融合法和灭活病毒诱导法等。相关信息＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝ 灭活是指用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力，但并不破坏它们的抗原结构。灭活病毒诱导细胞融合的原理是：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。 二、动物细胞融合技术与单克隆抗体 1．动物细胞融合技术 ⑷优点 突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。 ⑸应用 这一技术已经成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和培育生物新品种等的重要手段，特别是利用动物细胞融合技术发展起来的杂交瘤技术，为制造单克隆抗体开辟了新途径。 2．单克隆抗体及其应用 ⑴血清抗体的制备过程及缺点 早期人们为了获得抗体，就向动物体内反复注射某种抗原，使动物产生抗体，然后从动物血清中分离所需抗体。用这种方法制备的抗体不仅产量低、纯度低，而且特异性差。 二、动物细胞融合技术与单克隆抗体 2．单克隆抗体及其应用 1975年，英国科学家米尔斯坦和德国科学家科勒在前人工作的基础上，充分发挥想象力，设计了一个极富创造性的实验方案。 ⑵单克隆抗体 ①概念 由单一的B淋巴细胞克隆而来的细胞群产生的抗体。 ②米尔斯坦和科勒制备单克隆抗体过程米尔斯坦和科勒制备单克隆抗体过程的示意图思考1：为什么用特定抗原对小鼠进行免疫？ B淋巴细胞要经过免疫过程，即接触抗原，增殖分化为能产生特定抗体的B淋巴细胞，才能产生相应的抗体，所以，与骨髓瘤细胞融合的B淋巴细胞实际上是浆细胞。思考2：诱导融合有哪些方法？ PEG融合法、电融合法和灭活病毒诱导法等。米尔斯坦和科勒制备单克隆抗体过程的示意图思考3：请简述第一次筛选原因、过程和结果。 诱导融合后得到多种杂交细胞及未融合的细胞等。用特定的选择培养基筛选，只有融合的杂交瘤细胞才能生长。思考4：请简述第二次筛选原因、过程和结果。 因为小鼠在生活中还受到其他抗原的刺激，所以经选择培养基获得的杂交瘤细胞中有能产生其他抗体的细胞。用96孔板培养，在每个孔中尽量接种一个杂交瘤细胞的情况下进行克隆化培养和抗体检测，经多次筛选得到足够数量的能分泌所需抗体的杂交瘤细胞。单克隆抗体的应用资料1 抗人绒毛膜促性腺激素单克隆抗体做成“早早孕诊断试剂盒”。资料2 抗体－药物偶联物（ADC）通过将细胞毒素与能特异性识别肿瘤抗原的单克隆抗体结合，实现了对肿瘤细胞的选择性杀伤。ADC通常由抗体、接头和药物（如细胞毒素）三部分组成，它的作用机制如右图所示。讨论1 ADC的抗体和药物各具有什么作用？ 抗体主要发挥靶向运输作用；药物发挥治疗效应。讨论2 除了细胞毒素，还有哪些物质理论上可以作为ADC偶联的药物？ 可以用放射性同位素标记单克隆抗体进行靶向放疗。一些作用于细胞信号转导通路的药物可以通过阻断肿瘤细胞的信号通路来抑制其生长，理论上也可以将这些药物与单克隆抗体结合进行治疗。讨论3 单克隆抗体诊断试剂盒和ADC在临床应用上各具有什么优势？ 单克隆抗体诊断试剂盒中的单克隆抗体只与特定的抗原反应，因此检测的特异性和灵敏度大大提高；生产单克隆抗体的杂交瘤细胞可以传代培养、冷冻保存和复苏利用，有利于控制产品的质量和标准化生产诊断试剂盒。ADC能够协同发挥抗体特异性识别的靶向作用和细胞毒素对肿瘤细胞的杀伤作用，因此它在临床上具有靶点清楚、毒副作用小等优点。 三、动物体细胞核移植技术和克隆动物 1．动物细胞核移植技术 将动物一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中，使这个重新组合的细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体的技术。 2．哺乳动物核移植的类型及特点 而在体细胞核移植中，非人灵长类动物的体细胞核移植非常困难。主要原因一方面是供体细胞的细胞核在去核卵母细胞中不能完全恢复其分化前的功能状态，这导致了胚胎发育率低；另一方面是对非人灵长类动物胚胎进行操作的技术尚不完善。 三、动物体细胞核移植技术和克隆动物 3．体细胞核移植的过程 有关体细胞核移植问题 结合右图及前面所学知识，思考并讨论以下问题。 1．在将体细胞的核移植到卵母细胞之前，为什么必须先对卵母细胞进行去核操作？ 为使核移植后得到的胚胎或动物的核遗传物质全部来自有重要利用价值的动物提供的体细胞。对处于MⅡ期的卵母细胞去核，细胞核（实际上是纺锤体－染色体复合物）的位置靠近第一极体，在去核的同时连同第一极体去掉。 三、动物体细胞核移植技术和克隆动物 3．体细胞核移植的过程有关体细胞核移植问题 结合右图及前面所学知识，思考并讨论以下问题。 2．你认为用上述体细胞核移植技术培育的克隆动物，是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？为什么？ 克隆动物绝大部分DNA来自体细胞供体（核供体）动物的细胞核，但其细胞核外的DNA来自体细胞供体细胞和受体卵母细胞。 三、动物体细胞核移植技术和克隆动物 3．体细胞核移植的过程有关体细胞核移植问题 3．体细胞核移植技术与诱导iPS细胞相比，有什么相似或不同之处？请你预测它们应用前景的差异。 利用体细胞核移植技术和诱导iPS细胞都能生成干细胞，但它们的过程是完全不同的。通过体细胞核移植技术可以生成带有核供体细胞遗传物质的胚胎干细胞；诱导iPS细胞需要在细胞中表达几个关键基因，将细胞逆转到类似胚胎干细胞的状态。 体细胞核移植技术对核供体细胞有较高要求，一般情况下，体细胞的分化程度越高，它重编程为干细胞的成功率就越低；可诱导成为iPS细胞的细胞来源相对广一些。 体细胞核移植技术涉及采集卵母细胞、去核、融合等复杂的操作；诱导iPS细胞的技术流程相对简单，可能更适合用于生产实践。 目前科学家还在研究由这两种技术生成的干细胞在基因表达、DNA甲基化等方面的差异，这些研究成果也将直接影响它们今后的应用。体细胞核移植小结 1．克隆高产奶牛过程中涉及的生物技术 动物细胞培养、动物细胞融合技术、动物细胞核移植（核心）、胚胎移植技术等。 2．动物体细胞核移植技术产生的新个体，其亲本有三个：体细胞核供体、卵母细胞细胞质供体、代孕母体。 ⑴核移植过程中细胞核只来源于一个个体（体细胞核供体），故新个体的细胞核基因、基因型与体细胞核供体的完全一样（不考虑基因突变）。 ⑵代孕母体没有为新个体提供遗传物质，新个体的性状与代孕母体基本没有关系。 2017年，某国批准了首例使用细胞核移植技术培育的“三亲婴儿”的申请。其培育可选用如下技术路线。 据图分析下列叙述错误的是（ ） A．该技术涉及动物细胞培养、细胞核移植等操作 B．该技术可避免母亲的线粒体遗传病基因传递给后代 C．卵母细胞捐献者携带的红绿色盲基因能够传给“三亲婴儿” D．“三亲婴儿”同时拥有自己父亲、母亲及卵母细胞捐献者的部分基因C 四、体细胞核移植技术的应用前景及存在的问题课程结束人教版生物选择性必修三