2025届高三生物一轮复习课件：动物细胞工程及应用

第47讲 动物细胞工程及应用 2025年高考一轮复习　 考点一 动物细胞培养、干细胞培养及其应用 满足细胞对未知营养成分的需求 按种类和所需量严格配制成培养基 除糖类、氨基酸、无机盐和维生素等细胞所需的营养物质外，通常还需加入血清等一些天然成分 考点一 动物细胞培养、干细胞培养及其应用 一、动物细胞培养 是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 1.概念： ——是动物细胞工程的基础 注意:不能得到完整个体 2.原理： 细胞增殖 3.条件 (1)营养: 培养液 考点一 动物细胞培养、干细胞培养及其应用 3.条件 (2)无菌无毒的环境 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 ③可根据实际情况适量添加抗生素 无菌 无毒 ——定期更换培养液，以清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害 (3)温度、PH和渗透压 (一般与动物体内相同) 温度多以36.5±0.5℃为宜，适宜PH为7.2-7.4，渗透压则要适宜，以维持细胞正常的形态和功能 注意：血清在高温下容易变性失活，不可用高压蒸汽灭菌法进行灭菌 考点一 动物细胞培养、干细胞培养及其应用 3.条件 (4)气体环境 ①气体组成及作用 95%空气： 5%CO2： ②培养装置: 培养皿或松盖培养瓶 CO2培养箱 置于 维持培养液的PH O2是细胞代谢所必需 知识链接：临床上给患者输入O2时，往往采用含有5%左右CO2的混合气体，此处CO2的作用是刺激呼吸中枢 要求内表面光滑、无毒、易于贴附 考点一 动物细胞培养、干细胞培养及其应用 4.体外培养的动物细胞类型 第1类：悬浮生长细胞 细胞能够悬浮在培养液中生长增殖 需要贴附于某些基质(如培养瓶壁)表面才能增殖 第2类：贴壁生长细胞 （主要类型） 体外培养的细胞贴附在瓶壁生长的现象称为细胞贴壁 贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞通常会停止分裂增殖的现象称为接触抑制 是动物细胞培养的两个显著特点，是否接触抑制还可作为区别正常细胞和癌细胞的标记之一 动物组织经处理后的初次培养(10代以内)，细胞核型一般正常 分瓶进行传代培养 考点一 动物细胞培养、干细胞培养及其应用 5.培养过程 取动物组织或器官 制成细胞悬液 装瓶进行原代培养 取自幼龄动物或胚胎，因为其细胞分化程度低、分裂能力强，容易培养 机械法剪碎或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理，使其分散成单个细胞，加入培养液 注意：①处理时间不能过长也不能太短 ②不能用胃蛋白酶 需要进行传代培养的原因：因接触抑制、密度过大、有害代谢物积累和营养物质缺乏等因素细胞分裂会受阻 考点一 动物细胞培养、干细胞培养及其应用 传代培养时处理细胞的方法 贴壁生长细胞：胰蛋白酶处理后离心法收集 悬浮生长细胞：离心法收集 原代培养和传代培养的区分 关键是看用胰蛋白酶处理的对象和是否分瓶： ①分瓶前，第一次用胰蛋白酶对动物组织进行处理后的培养是原代培养　　　 ②第二次用胰蛋白酶处理，使细胞从瓶壁上脱离下来，分瓶后的细胞培养为传代培养 考点一 动物细胞培养、干细胞培养及其应用 植物组织培养和动物细胞培养的比较 项目 植物组织培养 动物细胞培养 理论基础 植物细胞的全能性 细胞增殖 培养前处理 无菌、离体 无菌；用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理，使组织细胞相互分散开 取材 植物幼嫩的部位或花药等 动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织 培养基性质 固体 液体（又称培养液） 培养基成分 水、矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素和琼脂等 糖类、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等 结果 产生新个体 产生大量细胞，不形成新个体 A.动物细胞培养体现了动物细胞的全能性 B.乙过程对皮肤组织可用胃蛋白酶处理 C.丙过程为原代培养，遗传物质一定不变 D.丁过程中某些细胞可能会无限增殖 1.如图为实验小鼠皮肤组织进行细胞培养的过程，下列叙述正确的是(　　) D 原代培养 传代培养 A.在利用肝组织块制备细胞悬液时，可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理 B.动物细胞培养应在含5%CO2的CO2培养箱中进行，CO2的作用维持培养液的pH C.为了防止动物细胞培养过程中受污染，可向培养液中加入适量的干扰素 D.在合成培养基中，通常需加入血清等一些天然成分 2.(2023·山西运城高三模拟)对某种动物的肝肿瘤细胞进行细胞培养，下列说法错误的是(　　) C 加的是抗生素，干扰素是抗病毒药物 考点一 动物细胞培养、干细胞培养及其应用 二、干细胞培养及应用 种类 胚胎干细胞（ES细胞） 成体干细胞 诱导多能干细胞 来源 早期胚胎 骨髓、脐带血和外周血 体细胞（如成纤维细胞等） 特点 应用 能分化为成年动物体内任何一种类型的细胞，并进一步形成有机体的组织和器官甚至个体 分化成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的能力 体外分化成心肌细胞、神经元和造血干细胞等 造血干细胞用于治疗白血病；神经干细胞用于治疗帕金森病、阿尔兹海默症等 是一种类似胚胎干细胞的细胞，可定向分化为多种组织细胞 治疗小鼠的镰状细胞贫血、阿尔兹海默症、心血管疾病等 造血干细胞是发现最早、研究最多、应用最成熟的一类成体干细胞 考点一 动物细胞培养、干细胞培养及其应用 诱导多能干细胞(iPS细胞) 1) 制备方法： ①借助载体将特定基因或直接将特定蛋白导入细胞（如成纤维细胞、已分化的T细胞和B细胞） ②用小分子化合物诱导 2) 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 A.多能干细胞形成多层皮肤组织的过程中，遗传物质通常会发生改变 B.多能干细胞培养形成多层皮肤组织，说明动物的体细胞具有全能性 C.给烧伤病人移植自身多能干细胞培养成的皮肤类器官可减弱免疫排斥反应 D.该项研究结果表明多能干细胞可以分化成为人体内所需的各种组织和器官 1.(2022·江苏南京高三模拟)某学术期刊发表论文称，利用人类多能干细胞培养的皮肤类器官在培养4～5个月后，形成了多层皮肤组织，包含毛囊、皮脂腺和神经元回路，是迄今最逼真的人皮肤类器官。下列相关叙述正确的是（ ） C 考点二 动物细胞融合技术和单克隆抗体 考点二 动物细胞融合技术和单克隆抗体 一、动物细胞融合技术 是指使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术 1.概念： 2.原理： 细胞膜的流动性 3.诱导融合的方法 与植物原生质体融合的方法相同 ①物理方法： 电融合法、离心法 ②化学方法： 聚乙二醇(PEG)法 ③生物学方法： 灭活病毒诱导法 ——动物细胞融合特有 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 考点二 动物细胞融合技术和单克隆抗体 4.结果： 形成杂交细胞，即具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞 5.意义： ①细胞融合技术突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能 ②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，用于制造单克隆抗体 灭活病毒诱导法的原理 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 （P48“相关信息”） 考点二 动物细胞融合技术和单克隆抗体 二、单克隆抗体及其应用 传统抗体的制备 1 （1）方法 反复 注射 动物体内 抗原 多种浆细胞 多种抗体，再从血清中分离 形成 产生 （2）缺点： 产量低、纯度低、制备的抗体特异性差、反应不灵敏 单克隆抗体是指由单个B淋巴细胞经过克隆(无限增殖)形成基因型相同的细胞群，这一细胞群产生的化学性质单一、特异性强的抗体 考点二 动物细胞融合技术和单克隆抗体 单克隆抗体的制备 2 （1）概念： （2）制备原理： B淋巴细胞(能产生单一抗体，但不能无限增殖) 骨髓瘤细胞(能在体外无限增殖，但不能产生抗体) 杂交瘤细胞 得到足够数量的特定抗体(单克隆抗体) 既能迅速大量增殖，又能产生特异性抗体 细胞培养 细胞融合 考点二 动物细胞融合技术和单克隆抗体 （3）制备过程： B淋巴细胞 杂交瘤细胞 选择 B、瘤融合 为了获得能产生特定抗体的B淋巴细胞(从脾脏中获得) 第一次筛选 考点二 动物细胞融合技术和单克隆抗体 （3）制备过程： 第二次筛选：进行克隆化培养和抗体检测 体内培养 从小鼠腹水中获取 从培养液中获取 优点：不需要特定培养基和严格控制环境条件 优点：可大规模培养，产量大 考点二 动物细胞融合技术和单克隆抗体 第一次筛选的原理 【资料卡】细胞合成DNA有D(全合成途径)和S(补救合成途径)两条途径，其中D途径能被氨基蝶呤阻断。B淋巴细胞中这两条途径都有，但一般不分裂增殖；骨髓瘤细胞虽然能不断分裂增殖，但只有D途径没有S途径。加入氨基蝶呤制成的选择培养基(HAT选择培养基)，可以使未融合的亲本细胞和融合的具有同种核的细胞都无法生存。 第二次筛选的原理： 抗原和抗体能够特异性结合 （抗原-抗体杂交法） 96孔培养板 考点二 动物细胞融合技术和单克隆抗体 单克隆抗体制备过程中两次筛选的比较 项目 第一次筛选 第二次筛选 筛选原因 筛选方法 筛选目的 诱导融合后会得到多种杂交细胞，另外还有未融合的细胞 由于小鼠在生活中还受到其他抗原的刺激，所以经选择性培养获得的杂交瘤细胞中有能产生其他抗体的细胞 用特定的选择培养基筛选： 未融合的细胞和同种细胞融合后形成的细胞(BB细胞、瘤瘤细胞)都会死亡，只有融合的杂交瘤细胞(B瘤细胞)才能生长 用多孔培养板培养，在每个孔只有一个杂交瘤细胞的情况下开始克隆化培养和抗体检测，经多次筛选得到能产生特异性抗体的细胞群 获得足够数量的能分泌所需抗体的杂交瘤细胞 得到杂交瘤细胞 考点二 动物细胞融合技术和单克隆抗体 （4）单克隆抗体的优点： ①能准确地识别抗原的细微差异 （灵敏度高） ②与特定抗原发生特异性结合 （特异性强） ③可以大量制备 （5）单克隆抗体的应用： ③用于治疗疾病 ①被广泛用作诊断试剂，在多种疾病的诊断和病原体鉴定中发挥重要的作用 具有准确、高效、简易、快速的特点 ②运载药物，形成抗体—药物偶联物，实现对肿瘤细胞的选择性杀伤 优点：位置准确、疗效高、副作用小 考点二 动物细胞融合技术和单克隆抗体 抗体—药物偶联物(ADC)的作用机理 ADC通常由抗体、接头和药物(如细胞毒素)三部分组成，即采用特定技术将具有生物活性的小分子药物连接到能特异性识别肿瘤细胞的单克隆抗体上，通过单克隆抗体的靶向作用特异性地识别肿瘤细胞表面抗原，然后利用细胞本身具备的内吞作用(胞吞)使化学药物进入肿瘤细胞内发挥药力，从而达到杀死肿瘤细胞的目的 考点二 动物细胞融合技术和单克隆抗体 三、植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较 比较项目 植物体细胞杂交 动物细胞融合 原理 融合前的处理 诱导融合的方法 融合成功的标志 主要用途 意义 细胞膜的流动性、植物细胞的全能性 细胞膜的流动性 用果胶酶和纤维素酶去除细胞壁 用胰蛋白酶或胶原蛋白酶使细胞分散成单个细胞 电融合法、离心法；聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2+-高PH融合法 电融合法 、PEG融合法 灭活病毒诱导法 再生出细胞壁 细胞核的融合 培育植物新品种 主要用于制造单克隆抗体 突破有性杂交的局限，打破生殖隔离，使远缘杂交成为可能 A.在HAT培养基上存活的杂交瘤 细胞既能无限增殖又可以分泌抗体 B.单克隆抗体的特点是能准确地识 别抗原的细微差异，与特定抗原发 生特异性结合，并且可以大量制备 C.可用HPV衣壳蛋白检测筛选出能产生特异性抗体的杂交瘤细胞 D.单克隆抗体制备过程涉及的生物学原理有细胞增殖和细胞膜的选择透过性 1.(2024·江苏泰州模拟)人乳头瘤病毒(HPV)是一种DNA病毒，可诱发细胞癌变。抗HPV的单克隆抗体可以准确检测出HPV，从而及时监控宫颈癌的发生。以HPV衣壳蛋白为抗原制备出单克隆抗体的过程如图所示。下列叙述错误的是(　　) D A.用纯化的GP3蛋白反复注射到小鼠体内，以获得相应的B淋巴细胞 B.过程①可以用PEG诱导融合，融合原理是细胞膜具有一定的流动性 C.用特定的选择培养基对细胞乙进行筛选，融合细胞都能正常生长 D.丙和丁只含杂交瘤细胞，第2次筛选前需对细胞丙进行克隆培养 2.猪繁殖与呼吸综合征是一种严重威胁养猪业发展的传染病，由PRRSV病毒引起。我国科学家制备出PRRSV病毒GP3蛋白的单克隆抗体可对该病进行诊断和治疗，过程如下图所示。下列叙述不正确的是(　　) C A.在体外培养B细胞和骨髓瘤细胞时需要置于含有95%O2和5%CO2的混合气体的环境中 B.制备单克隆抗体过程中需要对细胞进行至少两次的筛选，第一次筛选过程中能在特定选择培养基上生长的是融合细胞 C.制备鼠—鼠杂交瘤细胞单克隆抗体时，最后一般从细胞培养液或小鼠脾脏中获取单克隆抗体 D.利用单克隆抗体制备的抗体—药物偶联物，通过抗体的靶向作用和药物的杀伤作用，实现对肿瘤细胞的选择性杀伤 3.(2024·广东七校联考)单克隆抗体以其特异性强、灵敏度高、纯度高、可大量制备等优点，自产生以来迅速得到广泛利用。下列关于单克隆抗体制备和应用的叙述正确的是(　　) D 95%空气 杂交瘤细胞 小鼠腹水中 考点三 动物体细胞核移植技术与克隆动物 受体 供体 考点三 动物体细胞核移植技术与克隆动物 一、动物细胞核移植技术 是指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 1.概念： 用这样的方法得到的个体称为克隆动物 2.原理： 动物细胞核的全能性 3.类型 ①胚胎细胞核移植： 容易，因胚胎细胞分化程度低，全能性易表现 ②体细胞核移植： 困难，因体细胞分化程度高，全能性较难表现 选择卵母细胞做受体的原因：体积大，易操作，营养物质丰富，含有激发细胞核全能性表达的物质 重构胚 考点三 动物体细胞核移植技术与克隆动物 二、体细胞核移植的过程 培养到 MⅡ期去核 将供体细胞注入去核卵母细胞，并诱导融合(电融合法) 注意：①卵母细胞去核的方法是显微操作(去核)法，也可采用梯度离心、紫外线短时间照射和化学物质处理等方法 ②在减数分裂Ⅱ中期(MⅡ期)“去核”实际是去除纺锤体—染色体复合物，目的是保证克隆动物的核遗传物质全部来自具有优良性状的供体细胞 优点：①对卵母细胞损伤较小；②保证供体细胞的细胞核不被破坏，操作方便 早期胚胎 代孕母牛 与供体遗传物质基本相同的个体 重构胚 考点三 动物体细胞核移植技术与克隆动物 二、体细胞核移植的过程 完成细胞分 裂和发育进程 胚胎移植 分娩 需要用物理或化学方法(如电刺激、Ca2+载体、乙醇、蛋白酶合成抑制剂等)激活 人工重新构建的胚胎 克隆动物的性状与供体不完全相同的原因：①克隆动物的细胞质遗传物质来自受体 ②生物的性状不仅与遗传物质有关，还受环境影响 体外培养至桑葚胚或囊胚 考点三 动物体细胞核移植技术与克隆动物 三、应用前景和存在的问题 前 景 畜牧业 医药 卫生 科学 研究 保护濒危物种 问题 增加濒危物种的存活数量 加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育 ①作为生物反应器生产医用蛋白 ②转基因克隆动物的细胞、组织和器官可以用于异种移植 ③可用于自体细胞、组织、器官的移植 了解胚胎发育及衰老过程；分析致病基因；为研究疾病的致病机制和开发相应的药物提供帮助 ①成功率非常低；②绝大多数克隆动物存在健康问题，表现出遗传和生理缺陷 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遗传给“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 1.2017年，某国批准了首例使用细胞核移植技术培育“三亲婴儿”的申请。其培育过程可选用如下技术路线。据图分析下列叙述错误的是( ) C 位于X染色体上，由核基因控制 A.过程①将成纤维细胞注射到去核的卵母细胞中，体现细胞膜的选择透过性 B.过程②在培养基中加入的动物血清含有激发成纤维细胞核全能性表达的物质 C.进行同期发情处理，可降低代孕母猴对“中中”“华华”的免疫排斥反应 D.与模型小鼠相比，模型猴更适合于研究人类疾病的发病机理、研发诊治药物 2.(2024·广东茂名调研)如图为体细胞克隆猴“中中”和“华华”的培育流程，为建立人类疾病的动物模型、研究疾病机理带来光明前景。下列叙述正确的是(　　) C 为胚胎移植前后提供相同的生理环境 3. 科研人员用电融合的方法诱导母羊的乳腺上皮细胞与另一只羊的去核卵母细胞融合，然后将重构胚移植到代孕母羊的体内，最终培育出了克隆羊多莉。下表是科学家获得的部分实验数据，下列相关叙述不合理的是( ) 实验组别序号 ① ② 核供体细胞 6岁母羊的乳腺上皮细胞 发育到第9天的早期胚胎细胞 融合成功细胞数 277 385 早期发育成功胚胎数 29 90 移植后成功怀孕母羊数/代孕母羊数 出生并成活羔羊数 1（多莉） 4 A. 两组羔羊性状主要与核供体母羊相同 B. ②组比①组成功率高，可能因为胚胎细胞分化程度低 C. 本实验涉及细胞培养、核移植和胚胎分割技术 D. 克隆技术应用于人类，可能存在一定的伦理风险 √ 实验组别序号 ① ② 核供体细胞 6岁母羊的乳腺上皮细胞 发育到第9天的早期胚胎细胞 融合成功细胞数 277 385 早期发育成功胚胎数 29 90 移植后成功怀孕母羊数/代孕母羊数 出生并成活羔羊数 1（多莉） 4 细胞工程的各种技术手段及其原理总结 归纳 总结 细胞工程的各种技术手段及其原理总结 归纳 总结 $$