2.2 动物细胞工程（第一课时）（教学课件）-【上好课】2024-2025学年高二生物同步精品课堂（人教版2019选择性必修3）

选择性必修三《生物技术与工程》 第2章 细胞工程 第2节 动物细胞工程 动物细胞培养（第一课时） 工厂化生产 动物细胞培养 动物细胞核移植 动物细胞融合 动物细胞工程 是最基础的技术 什么是动物细胞培养？ 动物细胞工程 问题: 2 目录 课堂小结 探究新知 04 情境导入 03 02 01 课堂练习 一.动物细胞培养的条件 二.动物细胞培养的过程 三.干细胞培养及其应用 情境导入 人造皮肤 怎样才能获得大量自体健康皮肤？ 思考 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。但对病人来说，自体健康皮肤非常有限，使用他人皮肤来源不足且会产生免疫排斥反应。 通过细胞培养构建的人造皮肤 可从病人身上取少量正常、健康皮肤在体外进行培养、扩增。目前，可对皮肤干细胞进行培养，获得适合临床上使用的人造皮肤。 ——动物细胞培养 1. 概念： 2. 原理： 4. 地位： 动物细胞工程的基础 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。 细胞增殖（有丝分裂） 获得细胞或者细胞产物，不能获得完整动物个体 3. 目的: 动物细胞培养 动物细胞培养 动物细胞培养需要哪些条件？ 问题: 含人类未知、细胞生长增殖所必需的物质，满足细胞对未知营养成分的需求。 血清等天然成分 营养条件 其他条件 < < 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 所需的基本条件 1.营养条件：合成培养基 + 血清等天然成分 一般使用液体培养基，也称为培养液。 一、动物细胞培养的条件 将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配制而成的培养基。 合成培养基 营养条件 1 不能以淀粉、蔗糖为碳源 无毒： 无菌： 防止微生物污染 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。 一、动物细胞培养的条件 无菌无毒的环境 2 目的： 定期更换培养液 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添加一定量的抗生素 一般与动物体内相同 ①适宜的温度： 哺乳动物细胞培养的温度多以______________为宜； ②适宜的pH： 多数动物细胞生存的适宜pH为___________ ③维持适宜的渗透压的目的： 36.5±0.5℃ 7.2-7.4 维持细胞正常的形态和功能 一、动物细胞培养的条件 温度、PH、渗透压 3 ①气体的组成及作用： O2： CO2： 细胞代谢所必需 维持培养液的pH ②容器： 通常采用培养皿或松盖培养瓶。 ③仪器： 置于含有 和 的混合气体 的CO2培养箱中进行培养。 CO2培养箱 一、动物细胞培养的条件 气体环境 4 95%空气 5%CO2 动物细胞培养的过程又是怎样的呢？ 问题: 2.分散成单个细胞 (1)取材对象: (2)取材原因: 1.取动物组织 制成细胞悬液 取动物组织 一般取材于动物胚胎或幼龄动物的组织、器官。 细胞分化程度低，增殖能力强，容易培养。 二、动物细胞培养的过程 (1)原因： ①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。②利于细胞与培养液充分接触，更易进行物质交换。 10 制成细胞悬液 取动物组织 二、动物细胞培养的过程 2.分散成单个细胞 （2）怎样将动物组织分散成单个细胞？ 机械的方法或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理一段时间。 蛋白质 不可以，因为胃蛋白酶的最适PH为1.5左右 细胞膜也含蛋白质，长时间会分解细胞膜蛋白，破坏细胞结构，把细胞消化掉。注意控制时间和酶用量。 ①说明动物细胞间的物质主要是什么成分？ ②用胃蛋白酶可以吗？ ③胰蛋白酶处理时间过长，会怎样？ 11 二、动物细胞培养的过程 3.细胞悬液 用培养液将细胞制成细胞悬液。 将细胞悬液放入培养皿或培养瓶内，置于适宜环境中进行原代培养。 制成细胞悬液 取动物组织 放入CO2培养箱中培养 转入培养液进行原代培养 12 悬浮生长类： 贴壁生长类： 体外培养的动物细胞 能够悬浮在培养液中生长增殖。 需要贴附于某些基质表面才能生长增殖。 （大多数） 这类细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上。 ——细胞贴壁 要求：培养瓶或培养皿的内表面光滑、无毒、易于贴附。 制成细胞悬液 取动物组织 放入CO2培养箱中培养 转入培养液进行原代培养 二、动物细胞培养的过程 4.原代培养: 指动物组织经处理后的初次培养。 (1)概念： 13 4.原代培养: 当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。 悬浮生长类： 贴壁生长类： 体外培养的动物细胞 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。 除受以上因素影响外，还会发生接触抑制现象。 思考：细胞培养一段时间，分裂会受阻，这是为什么？怎样解决这一问题？ 二、动物细胞培养的过程 14 肿瘤细胞 失去接触抑制 适宜条件下在培养液可以无限增殖下去。 癌细胞的细胞膜上糖蛋白等物质减少 正常细胞 平面观 瓶壁上的细胞层数是： 一层（或单层） 癌变细胞失去接触抑制现象，可以在培养瓶中形成多层细胞 正常细胞增殖到相互接触的时候，糖蛋白识别了这种信息，会使细胞 停止继续增殖，出现接触抑制的现象。某些异常细胞能解除这种现象。 体外动物细胞培养如何解决细胞分裂受阻的问题呢？ 需要对细胞进行分瓶培养，让细胞继续增殖。 二、动物细胞培养的过程 5.分瓶、传代培养 判断依据：是否分瓶！ (1)原代培养： (2)传代培养： 指动物组织经处理后的初次培养。 分瓶后的细胞培养。 制成细胞悬液 取动物组织 放入CO2培养箱中培养 转入培养液进行原代培养 放入CO2培养箱中培养 传代培养 二、动物细胞培养的过程 16 （1）收集细胞 ①悬浮生长类： 直接用离心法收集 ②贴壁生长类： 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。 （2）将收集的细胞制成细胞悬液，分瓶培养 动物细胞的整个培养过程中可能多次用到胰蛋白酶或胶原蛋白酶： 5.分瓶、传代培养 二、动物细胞培养的过程 第一次使用的目的是使组织细胞分散开； 贴壁细胞传代培养时使用的目的是使细胞从瓶壁上脱离下来，分散成单个细胞，便于分瓶后继续培养。 17 细胞株 细胞系 原代培养 传代培养 动物胚胎或幼龄动物的组织、器官 细胞悬浮液 10代细胞 50代细胞 无限传代 单个细胞 加培养液 10代以内，保持细胞正常的二倍体核型(遗传物质不改变)； 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 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 遗传物质改变 二、动物细胞培养的过程 用机械的方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理 比较项目 植物组织培养 动物细胞培养 原理 培养基性质 培养基特有成分 培养结果 培养目的 相同点 植物组织培养和动物细胞培养的比较 获得细胞或细胞产物 常用固体培养基 植物体 葡萄糖、动物血清 常用液体培养基 细胞增殖 细胞的全能性 许多细胞 快速繁殖等 蔗糖、植物激素 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 二、动物细胞培养的过程 (2)分布： (3)分类： 动物和人体内仍保留的少数具有分裂和分化能力的细胞。 在一定条件下，干细胞可以分化成其他类型的细胞。 (1)干细胞的概念： 干细胞存在于 、 和 等多种组织和器官中。 早期胚胎 骨髓 脐带血 胚胎干细胞 成体干细胞 按来源 全能干细胞 多能干细胞 按分化潜能 专能干细胞 三、干细胞培养及其应用 早期胚胎中 胚胎干细胞 分布 特点 应用实例 在体外分化成心肌细胞、神经元细胞和造血干细胞等 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。 局限性 胚胎干细胞(ES或EK细胞) 1 (1)形态上：体积小、细胞核大、核仁明显。 (3)在体外培养的条件下，可以只增殖，而不分化。 可以冷冻保存，也可以进行遗传改造。 (2)功能上：具有发育的全能性。 三、干细胞培养及其应用 22 成体组织或器官内 造血干细胞（骨髓、外周血和脐带血中） 神经干细胞（神经系统中） 精原干细胞（睾丸中） 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 成体干细胞 分布 举例 特点 应用实例 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） 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 造血干细胞 神经干细胞 治疗细胞损伤造成的疾病 03 三、干细胞培养及其应用 成体干细胞 2 23 通过体外诱导小鼠成纤维细胞得到的类似胚胎干细胞的一种细胞 ①将特定基因或特定蛋白导入细胞 （成纤维细胞、已分化的T细胞、B细胞） 诱导多能干细胞 概念 制备方法 应用 优点 ②用小分子化合物诱导形成。 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。 可治疗镰状细胞贫血症； 在治疗阿尔兹海默病、心血管疾病等领域的研究也取得新进展 03 诱导多能干细胞(iPS细胞) 3 三、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 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 定向诱导分化 诱导多能干细胞(iPS细胞) 3 三、干细胞培养及其应用 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) 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，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。 面临的问题:存在着导致肿瘤发生的风险。 三、干细胞培养及其应用 动物细胞培养 动物细胞培养的概念和原理 动物细胞培养的条件 动物细胞培养的过程 原理：细胞的增殖 在适当的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术 (1)营养条件 (2)无菌、无毒的环境 (3)温度、pH和渗透压 (4)气体环境 取动物组织 单个细胞 细胞悬液 原代培养 传代培养 干细胞培养及其应用 干细胞的分布 干细胞的类型 干细胞的应用 胚胎干细胞（ ES细胞） 成体干细胞 早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中 主要应用在医学上 课堂小结 1.下图为幼鼠肾脏上皮细胞培养过程示意图，下列有关叙述错误的是(　　) A．甲→乙过程通常需要剪碎后，用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理 B．在丙中培养的细胞通常在10代以内，一般未发生癌变 C．丁过程表示传代培养，大多细胞一般能增殖10～50代 D．培养过程中应提供5%CO2和95%O2的气体环境，以维持培养液正常的pH D　 课堂练习 D　 5%CO2和95%空气的气体环境 2.为研究治疗性克隆技术能否用于帕金森综合征的治疗，科研人员利用帕金森综合征模型鼠进行如下图实验。下列相关叙述错误的是(　　) A．过程①得到的细胞，其DNA主要来自鼠皮肤细胞 B．过程③的关键是利用特定条件诱导胚胎干细胞相关基因表达 C．过程②获取的胚胎干细胞具有细胞大、核小但核仁明显的特征 D．过程④对受体小鼠来说植入的神经元不会发生免疫排斥反应 C　 课堂练习 细胞体积小、细胞核大、核仁明显等特征 C　 $$