2.2.1动物细胞培养课件-2023-2024学年高二下学期生物人教版选择性必修3

2.2 动物细胞工程 ——动物细胞培养 动物细胞培养基本条件 01 02 03 05 动物细胞培养基本操作 干细胞在临床上的应用 其它动物细胞工程的基础 1 皮肤的自体移植 小面积烧伤：患者通过切除 + 植皮(自身)后恢复。 1）使用他人皮肤如何？ 患者自身的不够用，如何解决？ 大面积烧伤？ 2）培养自身细胞？ 目前，科学家还在研究对皮肤干细胞进行培养，以获得适合临床上使用的人造皮肤。 从社会中来 人造皮肤 1、概念： 指从动物体中取出相关的组织,将它分散成 ，然后，放在 ,让这些细胞 的技术。 单个细胞 适宜的培养条件下 生长和增殖 2、原理： 细胞增殖(有丝分裂) 1.动物细胞培养 3、培养对象： 胚胎或幼龄动物的细胞 4、目的： 获得细胞或者细胞产物 5、地位： 动物细胞工程的基础 胚胎或幼龄动物的细胞较成体的细胞更易培养，因为这些组织或细胞的生命力旺盛，分化程度低，分裂能力强，容易培养 糖类、氨基酸 无机盐、维生素 … … 无菌、无毒的环境 适宜的温度、pH和渗透压 适宜的气体环境 动物细胞培养 一 1.动物细胞培养的条件 ①营养： 分析2：培养基的类型： 固体培养基　or　液体培养基 合成培养基 or 天然培养基 基本营养：水、无机盐、有机碳源、有机氮源 特殊物质：维生素、（相应动物）血清？ 含有尚未研究清楚的细胞所需的营养物质 将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配制的培养基。 营养物质构成：合成培养基 +血清等一些天然成分 条 件 葡萄糖 氨基酸 促生长因子 无机盐 微量元素 血清、血浆 注意： 1.液体培养基(培养液) 2.成分中有动物血清等 1.动物细胞培养基从成分上属于什么培养基？ 由于人们对细胞所需的营养物质尚未全部研究清楚。血清可以补充合成培养基中缺乏的物质，如蛋白质、氨基酸、未知的促生长因子等。细胞培养时，一般需添加10%～20%的血清或血浆。 1、营养 将细胞所需的营养物质按其种类和数量严格配制而成的培养基。 1.动物细胞培养的条件 2.为什么要加入动物血清？ 合成培养基 条 件 2.无菌、无毒的环境 措施1: 灭菌处理——对象？ 措施2: 操作在无菌环境下进行。 措施3: 定期更换培养液——目的？ 培养液和所有培养用具 清除代谢物，防止代谢物积累对细胞自身造成危害。 3.温度、pH和渗透压 4.气体环境 与相应动物内环境的理化性质保持一致。 置于含 加 的混合气体的CO2培养箱中进行培养。 O2 ： ； CO2 ： 。 细胞代谢必需 95% 空气 5% CO2 维持培养液的pH值 动物细胞培养 一 1.动物细胞培养的条件 维持细胞正常的形态和功能 通常采用培养皿或松盖培养瓶。 7 1.为何动物细胞培养过程将组织分散成单个细胞呢？方法？ 2.体外培养动物细胞有哪些类型？ 3.什么是细胞贴壁、接触抑制？ 4.什么是原代培养和传代培养？ 5.为什么要进行分瓶培养？怎么处理？ 6.动物细胞培养与植物组织培养有什么相同之处与不同之处？ 选择怎样的动物组织培养成功率会更高？ 阅读教材P44-P45 动物细胞培养 一 2.动物细胞培养的过程 （一）取动物组织： 1.取材：动物胚胎或幼龄动物的组织、器官 2.原因: 细胞生命力旺盛，分化程度低，增殖能力强 ，容易培养。 （二）制成细胞悬液： 1.将组织分散成单个细胞 ①方法: 机械法、或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理 ②原因: a.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； b.能使细胞与培养液充分接触，更易进行物质交换。保证细胞所需的营养物质、氧气及代谢物的及时排出。 2.用培养液将细胞制成细胞悬液，再将细胞悬液放入培养皿或培养瓶。 细胞悬液 细胞贴壁 细胞的接触抑制 原代培养 传代培养 2.动物细胞培养的过程 体外培养的动物细胞分类： 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； 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。 悬浮培养瓶 悬浮培养的细胞会因密度过大、有害代谢物积累和培养液中营养物质缺乏等原因分裂受阻； 除受密度、有害代谢物、营养物质影响外，还会发生接触抑制现象。 2.动物细胞培养的过程 细胞的接触抑制：细胞在贴壁生长过程中，随着细胞分裂，数量不断增加，最后形成一个单层，此时细胞间相互接触，细胞分裂和生长停止，数量不再增加。 培养瓶或培养皿要求：内表面光滑、无毒、易于贴附。 此处细胞在该生活环境中能无限生长和增殖吗？ 这时就需要对细胞进行分瓶培养，让细胞继续增殖。 2.动物细胞培养的过程 因此正常瓶壁上的细胞层数是一层或单层，癌细胞没有接触抑制。 原代培养时，细胞在培养瓶中是悬浮状态，过后就会贴在瓶壁上，这是一个重要的规律，细胞只有先贴壁，才能正常的增殖，一旦张满后，我们就要想办法让他们从瓶壁上下来，重新悬浮起来，因为毕竟瓶内的养料是有限的，为了保证细胞能正常的增殖，我们就要把他分瓶，放到很多不同的小瓶中继续培养，叫做传代培养， 思考：“细胞增殖到互相接触的时候，糖蛋白识别了这种信息，就会使细胞停止继续繁殖，出现接触抑制的现象”试结合上述解释，举例说明哪种细胞无接触抑制现象，并阐述原因 癌细胞；癌细胞的细胞膜上糖蛋白等物质减少 细胞贴壁、接触抑制 2.动物细胞培养的过程 ①原代培养：指动物组织经处理后的初次培养。 ②传代培养：分瓶后的细胞培养。 5）为什么要分瓶培养？怎样处理？ 4）什么是原代培养和传代培养？ 细胞密度过大、有害代谢物积累、营养物质缺乏等 悬浮生长 贴壁生长 (大多数） 接触抑制 传代培养 悬浮培养的细胞:直接用离心法收集 贴壁细胞:用胰蛋白酶处理分散成单个细胞，再用离心法收集 ②制成细胞悬液，分瓶培养 ①收集 细胞 细胞分裂受阻 判断依据：是否分瓶！ 加培养液 区分两种“培养”的关键是看用胰蛋白酶处理的对象。 ①第一次：用胰蛋白酶对剪碎的动物组织进行处理，使其分散成单个细胞后进行培养，为原代培养。 ②第二次：细胞培养过程中出现接触抑制，用胰蛋白酶使其从瓶壁上脱离下来，然后，将其分散到多个培养瓶中继续培养，为传代培养。 思考：正常细胞能否一直传代培养下去？ 2.动物细胞培养的过程 传代培养 部分细胞的细胞核型可能会发生变化，增殖缓慢，甚至完全停止 大部分细胞衰老死亡 少数细胞会克服细胞寿命的自然极限，获得不死性，这些细胞已经发生了突变，正朝癌细胞发展 10~50代 继续培养（50代以后） （有限细胞系） （无限细胞系） 使用或保存的细胞通常为10代以内，以保持细胞正常的二倍体核型(遗传物质不改变)； 这一阶段的细胞称为细胞株 细胞系的遗传物质一定改变了； 2.动物细胞培养的过程 动物细胞培养和植物组织培养的比较 植物组织培养 动物细胞培养 原理 培养前处理 培养基的物理性质 培养基的成分 特有成分 结果 相同点 植物细胞的全能性 细胞增殖 离体 用机械法或胰蛋白酶、胶原蛋白酶将组织细胞分散开 固体培养基 液体培养基(又称培养液) 有机营养成分、无机营养成分、植物激素 糖类、氨基酸、无机盐、维生素等营养物质及一些天然成分如血清 植物激素 血清 一般获得新的植株 获得大量细胞 1.培养过程中细胞都进行有丝分裂，不涉及减数分裂； 2.均需无菌操作，需要适宜的温度、pH等条件 2.动物细胞培养的过程 取动物组织 用机械法或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理 分散成单个细胞 解决 悬浮生长 贴壁生长 (大多数） 细胞密度过大、有害代谢物积累、营养物质缺乏等 细胞贴壁、接触抑制 传代培养 细胞悬液 原代培养 分瓶 培养 ①细胞贴壁：某些细胞需贴附于某些基质表面才能增殖 ②接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞停止分裂增殖的现象。 ③传代10代以内，遗传物质不改变，保持正常二倍体核型；传代10-50代左右，增长缓慢以至停止，遗传物质可能改变；继续传代培养，少部分细胞获得不死性，遗传物质已经改变。 加培养液 在培养皿或培养瓶内 悬浮培养的细胞:直接用离心法收集 贴壁细胞:用胰蛋白酶处理分散成单个细胞，用离心法收集 细胞分裂受阻 ②制成细胞悬液，分瓶培养 ①收集细胞 2.动物细胞培养的过程 1.动物细胞培养能否像植物组织培养那样最终培养成新个体？ 不能，动物细胞培养只能使细胞数目增多，不能发育成新的动物个体。 3.动物细胞培养存在细胞的接触抑制的特性，那么细胞在培养瓶壁上可形成几层细胞？ 一层 4.目前使用的或冷冻保存的正常细胞通常为多少代以内？原因是？ 传代10代以内；遗传物质不改变，保持正常二倍体核型。 2.用胰蛋白酶等分散细胞，说明细胞间的主要物质是什么？用胃蛋白酶可以吗？ 说明细胞间的物质主要是蛋白质； 不可以。多数动物细胞培养的适宜pH为7.2～7.4，胃蛋白酶(适宜pH约为2)在此环境中没有活性，而胰蛋白酶在此环境中活性较高，因此胰蛋白酶适用于细胞培养时的处理。 2.动物细胞培养的过程 3.相对细菌和植物细胞而言，动物细胞离体培养更需关注培养基的渗透压，这是因为动物细胞(　　) A．没有中央液泡，不能发生渗透作用 B．渗透压远高于细菌或植物细胞的渗透压 C．没有细胞壁，易吸水涨破 D．生长缓慢，各生长阶段对环境的渗透压要求不同 C 解析：动物细胞虽然无中央液泡，但是有一定浓度的细胞液，能发生渗透作用，A错误；动物细胞渗透压不一定高于细菌或植物细胞的渗透压，B错误；由于动物细胞无细胞壁，外界渗透压一旦过低，细胞容易吸水涨破，C正确；动物细胞不一定生长缓慢，各生长阶段对环境的渗透压要求不同，不是动物细胞离体培养更需关注培养基的渗透压的理由，D错误。 二 来源或存在 功能、特点 局限性 胚胎干细胞(ES细胞) 成体干细胞 诱导多能干细胞(iPS细胞) （阅读P46—47，完成表格） 早期胚胎 能够分化成为动物体内的任何细胞，并进一步形成组织、器官甚至生物个体 成体组织或器官，如造血干细胞、神经干细胞和 精原干细胞等 体外诱导体细胞产生 能分化成为具有特定功能的细胞来治疗疾病。无须破坏胚胎，且避免免疫排斥反应。 具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织 不具有发育成完整个体的能力 需从胚胎中获取，涉及伦理问题，限制了它在医学上的应用 技术不成熟。 干细胞培养及其应用 二 干细胞应用面临的问题:存在着导致肿瘤发生的风险。 20 干细胞： （1）定义： 动物和人体内保留的具有分裂和分化能力的细胞。 （2）分布、分类： 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，包括胚胎干细胞和成体干细胞等。 ①胚胎干细胞（简称 ES 细胞） a.分布： 存在于早期胚胎中 b.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个体的潜能。 c.实例： ES细胞在体外分化成心肌细胞、神经元细胞和造血干细胞等 3.干细胞培养及其应用 骨髓中的造血干细胞、神经系统中的神经干细胞、睾丸中的精原干细胞等； ②成体干细胞 a.分布： 存在于成体组织或器官内中 b.举例： c.特点： 发现最早、研究最多的、应用最成熟的实例：造血干细胞；主要存在于成体的骨髓、外周血和脐带血中 一般认为，成体干细胞具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的能力 干细胞： 3.干细胞培养及其应用 （3）应用： 有着自我更新能力及分化潜能的干细胞，与组织、器官的发育、再生和修复等密切相关。 类型 应用 造血干细胞 神经干细胞 诱导多能干细胞（iPS细胞） 治疗白血病及一些恶性肿瘤放疗或化疗后引起的造血系统、免疫系统功能障碍等疾病 治疗神经组织损伤和神经系统退行性疾病（如帕金森病、阿尔茨海默病等） 可治疗小鼠的镰状细胞贫血症，在治疗阿尔兹海默病、心血管疾病等领域的研究也取得了新进展 干细胞应用面临的问题存在着导致肿瘤发生的风险。 3.干细胞培养及其应用 诱导多能干细胞（iPS细胞） （1）胚胎干细胞的局限性： 胚胎干细胞必须从胚胎中获取 ，涉及伦理问题；因而限制了在医学上的应用。 （2）iPS细胞概念： 通过体外诱导小鼠成纤维细胞，获得了类似胚胎干细胞的一种细胞，称为诱导多能干细胞，简称iPS细胞。 （3）诱导方法： ①将特定基因或特定蛋白导入细胞（成纤维细胞以及已分 化的T细胞、B细胞均可）； ②用小分子化合物诱导形成。 （4）iPS细胞优点： ①诱导过程无须破坏胚胎； ②iPS细胞可以来源于病人自身的体细胞，将它移植回 病人体内后，理论上可以避免免疫排斥反应。 3.干细胞培养及其应用 移植 取成纤维细胞等 iPS细胞 转入相关因子 细胞发生转化 分化 胰岛细胞 神经元 血细胞 肠上皮细胞 心肌细胞 肝细胞 病人 iPS细胞用于治疗人类疾病示意图 （5）诱导多能干细胞的应用： 取成纤维细胞 转入相关因子 细胞转化为iPS细胞 诱导iPS细胞定向分化为多种组织细胞 移植回病人体内 3.干细胞培养及其应用 1.动物和人体内具有分裂和分化能力的细胞称为干细胞。对右图的相关叙述中，错误的是(　　) A. a过程可表示干细胞的自我更新 B. b、c过程表示干细胞具有分化能力 C. a、b、c过程中细胞的遗传信息表达情况不同 D. a、b、c过程中遗传物质发生了定向改变 D 解析　a过程可表示干细胞的自我更新，干细胞通过细胞分裂产生新的干细胞，A正确；b、c过程表示干细胞具有分化能力，可以分化出特定功能的细胞，B正确；a、b、c过程中细胞的遗传信息表达情况不同，即发生了基因的选择性表达，C正确；a、b、c过程中遗传物质未发生改变，D错误。 26 1.判断下列有关动物细胞培养的表述是否正确。 （1）培养环境中需要O2，不需要CO2 。（ ） （2）细胞要经过脱分化形成愈伤组织。（ ） （3）培养液中通常含有糖类、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清（ ） （4）培养瓶中的细胞需定期用胰蛋白酶处理,分瓶后才能继续增殖（ ） × √ × × 2.干细胞有着广泛的应用前景。下列相关叙述错误的是( ) A.干细胞是从胚胎中分离提取的细胞 B.造血干细胞可以分化为各种血细胞 C.不同类型的干细胞,它们的分化潜能是有差别的 D.由iPS细胞产生的特定细胞,可以在新药的测试中发挥重要作用 A 现在关于iPS细胞的研究正在不断深入。请你从以下两个方面来查阅资料进行思考。 （1）由于诱导iPS细胞、促使其分化都需要时间，因此用某人特异的iPS细胞进行医疗只限于时间比较充裕的情形。从实际事故、疾病发生的不可预测性方面考虑，如果要将这些细胞用于紧急情况，应该提前采取什么措施? 像建立骨髓库一样，有研究团队正在尝试建立HLA(Human Leukocyte Antigen,人类白细胞抗原)多态性丰富的iPS细胞库，可以为需要的人找到HIA匹配度较高的iPS细胞，这样不仅可以节省时间、成本，还能减轻异体干细胞移植后发生的免疫排斥反应。 （2）如果诱导iPS细胞定向分化为生殖细胞的技术发展成熟，该技术可能会有哪些应用？又可能带来哪些问题？ 该技术可能被用于治疗不孕症；获得足够量的生殖细胞来进行濒危物种的克隆研究；获得生殖细胞进行转基因操作，再经过受精、胚胎发育等过程来获得转基因动物。该技术可能带来一系列的伦理问题。例如，如果用同一个人的iPS细胞分别诱导形成精子和卵子，两者受精可能培育出“单亲”婴儿；有的人还可能有目的地选择iPS细胞，从而“设计”婴儿。 Lavf57.83.100 $$