第2节 第2课时 动物细胞融合技术与单克隆抗体-【金版新学案】2024-2025学年高中生物选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019 不定项）

第2课时　动物细胞融合技术与单克隆抗体 [学习目标]　1.基于动物细胞能够融合的事实，阐明动物细胞融合的概念及需要的条件。　2.运用归纳和概括等方法，以文字、图示的形式表示单克隆抗体制备的过程。　3.认同生物科技是一把双刃剑，认识到动物细胞融合技术应用的潜在风险。 知识点一　动物细胞融合技术 1．动物细胞融合技术概述 2．动物细胞融合技术的应用 (1)是研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和培育生物新品种等的重要手段。 (2)为制造单克隆抗体开辟了新途径。 [精通教材] 1．在患天花和麻疹等疾病的病人的病理组织中，可观察到多核细胞。如何解释这一现象？ 提示：病人体内的病毒等诱导多个体细胞融合形成了多核细胞。 2．动物细胞融合过程中仅仅只有细胞膜的融合吗？ 提示：动物细胞融合过程中既有细胞膜的融合也有核的融合。 任务　分析动物细胞融合的原理和过程 如图为动物细胞融合的过程图解，请思考回答： (1)动物细胞融合和植物体细胞杂交技术的原理分别是什么？ 提示：动物细胞融合的原理是细胞膜的流动性；植物体细胞杂交技术的原理是细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。 (2)为什么灭活的病毒能作为诱导因素，而不灭活的病毒不能作为诱导因素？ 提示：灭活的病毒能使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。把两个动物细胞放在一起，用灭活的病毒处理后，先细胞膜融合，然后细胞质融合，最后细胞核融合，进而形成杂交细胞。不灭活的病毒会感染细胞，不能用于诱导细胞融合。 (3)比较动物细胞融合与植物体细胞杂交所用的促融方法的异同。 提示：相同点：二者都可以采用PEG融合法、电融合法等方法进行促融。不同点：动物细胞融合还可以采用灭活病毒诱导法进行促融，植物体细胞杂交不可以用。 (4)动物细胞融合和植物体细胞杂交技术在最终结果上有什么不同？ 提示：动物细胞融合最终得到的是杂交细胞，而植物体细胞杂交技术最终得到的是杂种植株。 [核心归纳] 植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较 学生用书第56页 应用1.下图表示用灭活的仙台病毒诱导动物细胞融合的部分过程，下列相关叙述正确的是(　　) A．细胞a和细胞b必须为同种细胞才能融合 B．细胞c同时有细胞a和细胞b的遗传物质 C．该融合过程体现了细胞膜具有选择透过性 D．植物细胞的融合过程与动物细胞完全相同 答案：B 解析：不同种的细胞也能融合，如人、鼠细胞融合，A错误；如题图所示，细胞a和细胞b融合成一个细胞，细胞c同时有细胞a和细胞b的遗传物质，B正确；该融合过程体现了细胞膜具有一定的流动性，C错误；植物细胞的融合通常要先去除细胞壁，其细胞融合的过程与动物细胞不完全相同，D错误。 应用2.(2024·福建厦门模拟)对比动物细胞融合和植物体细胞杂交技术，下列论述合理的是(　　) A．均可使用PEG、电融合或灭活病毒诱导细胞融合 B．两者都可以跨越种属间的生殖隔离 C．两者都可以体现细胞的全能性 D．在适宜的条件下，均可产生完整个体 答案：B 解析：灭活病毒是动物细胞融合特有的诱导因素，A不合理；动物细胞融合和植物体细胞杂交技术都可以打破生殖隔离，B合理；植物体细胞杂交技术体现了细胞的全能性，动物细胞融合没有体现，C不合理；目前，动物细胞融合技术不能产生完整个体，D不合理。 知识点二　单克隆抗体及其应用 1．传统抗体的制备 (1)方法 (2)缺点：产量低、纯度低、特异性差。 2．单克隆抗体的制备 (1)大量制备单一抗体的思路 (2)存在的问题：B淋巴细胞不可能无限增殖。 (3)解决思路：将B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合为杂交瘤细胞。 (4)制备过程： 3．单克隆抗体的优点 (1)能准确地识别抗原的细微差异。 (2)与特定抗原发生特异性结合。 (3)可以大量制备。 4．单克隆抗体的应用 (1)作为诊断试剂，如定位诊断肿瘤、心血管畸形等疾病。 (2)运载药物，如ADC。 (3)治疗疾病。 学生用书第57页 [精通教材] 1．单克隆抗体制备过程中的两次筛选目的相同吗？ 提示：不同，第一次筛选的目的是获得杂交瘤细胞，而第二次筛选是为了获得能分泌所需抗体的杂交瘤细胞。 2．B淋巴细胞与骨髓瘤细胞经诱导融合后，培养基中共出现几种细胞？理论上融合的细胞有几种？体系中出现多种类型细胞的原因是什么？(若细胞融合，只考虑两两融合) 提示：若只考虑细胞两两融合，培养基中共出现5种细胞。理论上融合的细胞有3种。细胞融合是随机的，且融合率达不到100%。 任务一　分析单克隆抗体的制备过程 1．“生物导弹”是免疫导向药物的形象称呼，由单克隆抗体与药物结合而成，单克隆抗体的制备过程如图所示。 (1)图中B过程表示动物细胞融合，与原生质体融合相比，该过程特有的诱导方法为灭活病毒诱导法。 (2)若只考虑细胞两两融合，B过程会获得3种类型的细胞。经特定选择培养基筛选后，未融合的亲本细胞和融合的具有同种核的细胞都会死亡，只有融合的杂交瘤细胞才能生长。 (3)细胞内DNA的合成一般有两条途径，主要途径是在细胞内由糖和氨基酸合成核苷酸，进而合成DNA，而氨基蝶呤可以阻断此途径。辅助途径是在次黄嘌呤和胸腺嘧啶核苷存在的情况下，经酶的催化作用合成DNA，而骨髓瘤细胞的DNA合成没有此辅助途径。如何利用DNA合成途径不同的特点配制培养基筛选出杂交瘤细胞？请说明原理。 提示：在培养基中加氨基蝶呤就可以筛选出杂交瘤细胞。因为培养基中加入氨基蝶呤后，骨髓瘤细胞和两两融合的骨髓瘤细胞由于其唯一的DNA合成途径被抑制而不能增殖。B淋巴细胞和两两融合的B淋巴细胞不能增殖，只有杂交瘤细胞可通过辅助途径合成DNA进行增殖。 (4)注射到小鼠体内进行培养的细胞具有的特点是既能大量增殖又能产生特定抗体。 (5)图示过程生产出的单克隆抗体不能直接用于人体，理由是小鼠形成的抗体对人体来说是抗原，存在着排异反应。 任务二　分析ADC偶联药物的组成和作用机理 2．阅读教材“思考·讨论　单克隆抗体的应用”，回答下列问题。 (1)ADC的抗体和药物各具有什么作用？ 提示：ADC的抗体主要发挥靶向运输作用，即通过特异性结合靶细胞表面的抗原，将连接的药物输送到靶细胞；药物发挥治疗效应，如杀伤靶细胞。ADC通过将药物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。 学生用书第58页 (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？ 提示：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。 [核心归纳] 1．单克隆抗体制备过程中两次筛选的比较 2．腹腔培养与体外培养的比较 项目 腹腔培养 体外培养 优点 易于控制培养条件，成本较低 可大规模培养、大量生产 缺点 规模小，产量少 需要人为控制培养条件，成本相对较高 应用1.(2024·山东青岛一模)研究表明，髓系细胞触发受体2(TREM2)是一种免疫抑制受体，在肿瘤免疫逃逸中发挥重要作用。因此，TREM2抗体药物有望提高肿瘤免疫疗法的疗效。下图为TREM2单克隆抗体的制备流程图，下列说法正确的是(　　) A．步骤①和步骤⑤分别向小鼠注射TREM2蛋白和分泌TREM2抗体的杂交瘤细胞 B．经步骤②诱导后融合的细胞既能分泌TREM2抗体又可无限增殖 C．步骤③和④的培养孔中均含有TREM2蛋白，依据的原理都是抗原—抗体杂交 D．步骤⑥和植物组织培养均需使用二氧化碳培养箱进行大规模培养 答案：A 解析：步骤①向小鼠注射TREM2蛋白，让小鼠发生免疫反应，获得能产生抗体的B淋巴细胞；步骤⑤向小鼠腹腔注射杂交瘤细胞，目的是获得单克隆抗体，A正确。经步骤②诱导后融合的细胞只有部分杂交瘤细胞才能既能分泌TREM2抗体又可无限增殖，B错误。步骤③是特定培养基筛选杂交瘤细胞，步骤④是抗原—抗体杂交，C错误。动物细胞培养过程中二氧化碳用于维持培养液的pH值，而植物组织培养的过程中不需要二氧化碳培养箱，D错误。 单克隆抗体制备过程的关键分析 1．对动物免疫的原因：B淋巴细胞要经过免疫过程，即接触抗原，增殖分化为有特异性免疫功能的B淋巴细胞，才能产生相应的抗体。 2．杂交瘤细胞具备亲本细胞的遗传物质，不仅具有B淋巴细胞产生特异性抗体的能力，还具有骨髓瘤细胞在体外培养条件下大量增殖的能力，从而可以克服B淋巴细胞不能无限增殖的缺点，大量生产单克隆抗体。 　　 应用2.(2024·成都七中诊断)骨髓瘤细胞由于缺乏次黄嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT－)，在HAT筛选培养液中不能正常合成DNA，无法生长。如图为杂交瘤细胞制备示意图，下列叙述错误的是(　　) A．可用灭活的仙台病毒和聚乙二醇诱导细胞融合 B．培养液中的细胞两两融合后都能在HAT培养液中生长 C．杂交瘤细胞需经过HAT培养液筛选后才能用于生产 D．细胞膜的流动性是细胞融合的基础 答案：B 解析：诱导动物细胞融合的方法有电融合法、聚乙二醇、灭活的病毒(如灭活的仙台病毒)等，A正确；两两融合的细胞包括B淋巴细胞与B淋巴细胞融合的具有同种核的细胞、骨髓瘤细胞与骨髓瘤细胞融合的具有同种核的细胞、B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合的杂交瘤细胞，骨髓瘤细胞虽然能无限增殖，但缺乏次黄嘌呤磷酸核糖转移酶，B淋巴细胞虽然有次黄嘌呤磷酸核糖转移酶，但不能无限增殖，所以在HAT培养液中，两两融合的具有同种核的细胞都无法生长，只有杂交瘤细胞才能生长，B错误；每个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体，因此在HAT筛选培养液中筛选出来的众多的杂交瘤细胞所分泌的抗体，不一定都是人类所需要的，还需要进一步把能分泌人类所需要抗体的杂交瘤细胞筛选出来，C正确；动物细胞融合是以细胞膜的流动性为基础，D正确。 学生用书第59页　 　　 思维导图 要语必背 1.动物细胞融合技术就是使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。 2.动物细胞融合常用的诱导方法有聚乙二醇(PEG)融合法、电融合法和灭活病毒诱导法等。 3.制备单克隆抗体过程中第一次用选择培养基筛选是为了获得杂交瘤细胞(杂交瘤细胞既能迅速大量增殖，又能产生特定抗体)，第二次利用抗原—抗体杂交筛选，是为了获得能产生特定抗体的杂交瘤细胞。 4.单克隆抗体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。 1．(2024·云南昆明高二期中)动物细胞融合需要人工诱导，常用的方法有(　　) ①PEG融合法　②离心法　③电融合法　④高Ca2+—高pH融合法　⑤灭活病毒融合法 A．①③⑤ B．②③④ C．③④⑤ D．①②③ 答案：A 解析：PEG既能诱导动物细胞融合，也能诱导植物原生质体融合，①正确；离心法通常用于诱导植物原生质体融合，②错误；电融合法既能诱导动物细胞融合，也能诱导植物原生质体融合，③正确；高Ca2+—高pH融合法只能诱导植物原生质体融合，不能诱导动物细胞融合，④错误；灭活病毒只能诱导动物细胞融合，⑤正确。①③⑤正确，A正确。 2．(2024·湖南张家界二模)杂交瘤细胞分泌的单克隆抗体具有特异性强、灵敏度高等优点。下列有关叙述中，错误的是(　　) A.可用灭活病毒诱导法促进B细胞和骨髓瘤细胞的融合 B．杂交瘤细胞具有既能大量增殖、又能产生抗体的特点 C．在杂交瘤细胞的筛选过程中，需要用到抗原—抗体杂交技术 D．用单克隆抗体诊断肿瘤等疾病时，只能用荧光标记法 答案：D 解析：可用灭活病毒诱导法促进B细胞和骨髓瘤细胞的融合，A正确；杂交瘤细胞具有既能大量增殖、又能产生抗体的特点，B正确；在杂交瘤细胞的筛选过程中，需要经过多次筛选，其中需要用到抗原—抗体杂交技术，C正确；用单克隆抗体诊断肿瘤等疾病时，可以使用荧光标记法或同位素标记法，D错误。 3．(2024·湖北黄冈二模)传统抗体一般是从动物血清中分离，不仅产量低、纯度低，而且特异性差。单克隆抗体灵敏度高，特异性强，且可以大量制备。下列有关单克隆抗体的制备和应用的叙述，错误的是(　　) A．融合后的杂交瘤细胞进行体外培养时，需提供无菌无毒、95%空气和5%CO2的气体等环境 B．杂交瘤细胞在培养过程中一般无接触抑制现象，不需要用胰蛋白酶处理 C．抗体—药物偶联物(ADC)实现了单克隆抗体对肿瘤细胞的选择性杀伤 D．单克隆抗体能准确地识别抗原的细微差异，在多种疾病的诊断和病原体鉴定中发挥重要的作用 答案：C 解析：体外培养动物细胞时需要95%空气(细胞代谢)和5%CO2(维持培养液的pH)，A正确；杂交瘤细胞在培养过程中一般无接触抑制现象，不需要用胰蛋白酶处理，B正确；抗体—药物偶联物(ADC)单克隆抗体起定位作用，对肿瘤细胞起杀伤作用的是药物，C错误；单克隆抗体能准确地识别抗原的细微差异，可利用同位素或荧光标记的单克隆抗体在特定组织中成像的技术，来定位诊断心血管畸形等疾病，D正确。 4．(2024·山东潍坊高二期末)抗PD­L1单克隆抗体能与骨髓瘤细胞膜表面的PD­L1特异性结合，因而具有治疗某些癌症的作用。下图是制备抗PD­L1单克隆抗体的示意图，下列叙述错误的是(　　) 学生用书第60页 A.在分离B淋巴细胞前，需要对小鼠注射PD­L1进行免疫处理 B．多孔玻璃板中的细胞为B淋巴细胞和鼠骨髓瘤细胞的融合细胞 C．图中细胞集落a～d既能大量增殖，又能产生抗体 D．图中细胞集落a可用于扩大化培养生产抗PD­L1单克隆抗体 答案：B 解析：在分离B淋巴细胞前，需要对小鼠注射PD­L1进行免疫处理，获得产生特定抗体的B淋巴细胞，A正确；多孔玻璃板中的细胞有未融合的B淋巴细胞和鼠骨髓瘤细胞、同种细胞融合的细胞、B淋巴细胞和鼠骨髓瘤细胞的融合细胞，B错误；图中细胞集落a～d中是杂交瘤细胞，既能大量繁殖，又能产生抗体，C正确；图中细胞集落a能产生抗PD­L1的抗体，可扩大化培养生产抗PD­L1的单克隆抗体，D正确。 5．(2024·辽宁高二期中)抗体—药物偶联物(ADC)是通过化学键将具有生物活性的小分子药物连接到单克隆抗体上，单克隆抗体可作为载体将小分子药物靶向运输到目标细胞中，ADC的具体制作流程如图所示。下列叙述错误的是(不定项)(　　) A．步骤①的常用方法都适用于植物体细胞杂交 B．步骤②是用特定的选择培养基筛选出杂交瘤细胞 C．步骤③将多个细胞混合培养得到细胞群 D．ADC能降低药物的副作用，原因是药物能特异性地作用于靶细胞，避免其他细胞受损 答案：AC 解析：步骤①的常用方法中包含灭活的病毒诱导，不适用于植物体细胞杂交，A错误；步骤①诱导动物细胞融合之后，需要经过步骤②对融合的细胞进行筛选，用特定的选择培养基筛选杂交瘤细胞，B正确；步骤③将选出来的能分泌所需抗原的单个杂交瘤细胞进行培养得到细胞群，C错误；抗原和抗体的结合具有特异性，ADC能降低药物的副作用，原因是抗体能特异性地寻找到靶细胞，避免其他细胞受损，D正确。 6．(创新情境)双特异性抗体(BsAb)是指一个抗体分子可以与两个不同抗原或同一抗原的两个不同抗原表位相结合，双特异性抗体在自然状态下并不存在，可以通过重组DNA或细胞融合技术人工制备实现。长春花所含的长春碱具有良好的抗肿瘤作用。图1是科研人员通过免疫的B淋巴细胞和杂交瘤细胞杂交技术生产双特异性抗体的部分过程。图2是某双特异性抗体作用图示。回答下列问题： (1)图1中①步骤注射癌胚抗原的目的是_____________________________________。 过程③所用的HAT培养基从用途上看属于选择培养基，在该培养基上，　　　　细胞不能生长。 (2)过程④中将杂交瘤细胞进行多倍稀释，接种在多孔的细胞培养板上，使每孔细胞不超过1个，通过培养让其增殖，然后利用　　　　　　　　　　　原理检测各孔上清液中细胞分泌的抗体，筛选出能分泌所需抗体的杂交瘤细胞。与传统血清抗体相比，单克隆抗体的优点有_______________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)图1注射长春碱后，要获取单克隆杂交—杂交瘤细胞，方框内至少需要经过　　　次筛选。体外培养到一定时期的单克隆杂交—杂交瘤细胞因为__________________________ _______________________________________________________________(答2点) 等因素而分裂受阻，需进行传代培养。 (4)与直接使用长春碱相比，将长春碱与双特异性单克隆抗体结合后给药，对人体的副作用更小，原因是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)刺激小鼠产生相应的B淋巴细胞　未融合的和同种融合的　(2)抗原—抗体特异性结合　能准确识别抗原的细微差异，与特定抗原发生特异性结合，并可大量制备　(3)2　细胞密度过大、有害代谢物的积累　(4)双特异性单克隆抗体能将抗癌药物定向带到癌细胞所在位置，在原位杀死癌细胞 解析：(1)注射癌胚抗原是为了刺激小鼠产生相应的B淋巴细胞；HAT选择性培养基是根据次黄嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸生物合成途径设计的，未融合的和同种融合的细胞不能在该培养基上生长；能生长的为杂交瘤细胞，既能大量增殖，又能产生抗体。(2)根据抗原—抗体特异性结合的原理，可以检测是否产生相应的抗体；单克隆抗体的优点是能准确识别抗原的细微差异，与特定抗原发生特异性结合，并可大量制备。(3)单克隆抗体制备过程中至少涉及两次筛选，第一次是利用选择培养基初步筛选出杂交瘤细胞，第二次是利用克隆化培养和抗体检测的方法筛选出既能大量增殖，又能产生所需抗体的杂交瘤细胞。细胞密度过大、有害代谢物的积累，都会导致动物细胞培养受阻，需更换培养液，进行传代培养。(4)双特异性单克隆抗体能将抗癌药物定向带到癌细胞所在位置，在原位杀死癌细胞，对人体的副作用更小。 学科网（北京）股份有限公司 $$