2.2 动物细胞工程（第1课时）-【备课一点通】2024-2025学年高二生物下学期同步特色课件（人教版2019选择性必修3）

第2章 细胞工程 第2节 动物细胞工程 希普：首例胚胎移植成功 哈里森:首创动物组织体外培养法 张明觉：发现哺乳动物精子获能现象 格登、童第周：体细胞核移植成功 试管家兔诞生 米尔斯坦和科勒：创立单克隆抗体技术 胚胎分割移植成功 埃文斯：成功分离和培养小鼠的胚胎干细胞 克隆羊多莉诞生 山中伸弥：获得诱导多能干细胞 单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿诞生 我国科学家首次培育了体细胞克隆猴。 1890年 1907年 1951年 1958年 1959年 1975年 1978年 1981年 1996年 2006年 2014年 2017年 动物细胞工程的发展历程 科技探索之路 2 动物细胞工程 动物细胞培养 动物细胞核移植 动物细胞融合 动物细胞工程的基础 人造皮肤 克隆猴：中中和华华 单克隆抗体 从社会中来 01 动物细胞培养 操作原因： 原理： 对象： 从动物体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后在适当的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。 细胞增殖 一般是指动物胚胎或出生不久的幼龄动物组织，因为这些组织细胞比老龄动物的组织细胞生命力旺盛，易于培养，同时增殖能力也更强。 将组织块分散成单个细胞后，细胞所需的营养容易供应，其代谢废物容易排出。 一、动物细胞培养 培养基的构成： 一般使用液体培养基，也称为培养液 + 合成培养基 血清等天然成分 无菌、无毒的环境 适宜的温度、pH和渗透压 适宜的气体环境 糖类、氨基酸、 无机盐、维生素 … … 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 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。 一、动物细胞培养的条件 不能以淀粉、蔗糖为碳源 无菌、无毒的环境 适宜的温度、pH和渗透压 适宜的气体环境 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适宜的渗透压：维持细胞正常的形态和功能。 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。 36.5±0.5℃ 7.2-7.4 ①培养液、培养用具：灭菌处理； ②在无菌环境下进行操作； ③适量添加抗生素 一、动物细胞培养的条件 95%空气 + 5%CO2 的CO2 培养箱 无菌、无毒的环境 适宜的温度、pH和渗透压 适宜的气体环境 糖类、氨基酸、 无机盐、维生素 … … CO2培养箱 维持培养液的pH O2：细胞代谢所必需 培养皿 松盖培养瓶 培养容器： 一、动物细胞培养的条件 02 动物细胞培养的过程 【自主学习】阅读课本P44-45，找出以下问题答案： 1.为何动物细胞培养过程将组织分散成单个细胞呢？可用什么方法？ 2.体外培养动物细胞有哪些类型？ 3.什么是细胞贴壁？什么是接触抑制？ 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？ 二、动物细胞培养的过程 1.为何动物细胞培养过程将组织分散成单个细胞呢？可用什么方法？ 二、动物细胞培养的过程 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。 方法：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，因为胃蛋白酶作用的适宜pH约为2，当pH大于6，胃蛋白酶会失去活性。 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。 思考：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？ 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 培养瓶 二、动物细胞培养的过程 2.体外培养动物细胞有哪些类型？ 取动物组织 制成细胞悬液 转入培养液进行原代培养 放入CO2培养箱中培养 传代培养 放入CO2 培养箱中培养 用机械的方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理的方法，将组织分散成单个细胞 培养过程： 二、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 接触抑制 传代培养 细胞悬液 原代培养 分瓶 培养 ①原代培养：指动物组织经处理后的初次培养。 ②细胞贴壁：某些细胞需要贴附于某些基质表面才能增殖，这类细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上。 ③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。 ④传代培养：分瓶后的细胞培养。 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 二、动物细胞培养的过程 第一次目的是使细胞分散成单个细胞，第二次目的是使细胞从瓶壁上脱落下来，分再散，便于继续培养。 “细胞增殖到互相接触的时候，糖蛋白识别了这种信息，就会使细胞停止分裂繁殖，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 单层细胞 多层细胞 二、动物细胞培养的过程 1. 快速繁殖 原代培养 传代培养 细胞株 细胞系 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 遗传物质可能会发生变化，增殖缓慢，甚至完全停止 多数细胞固定在表面生长和分裂 随细胞增多，细胞就会停止分裂增殖 细胞悬浮液 10代细胞 50代细胞 无限传代 危机1 危机2 知识拓展 目前使用或冷冻保存的细胞通常为 以内，以保持细胞正常的二倍体核型(遗传物质 )； 10代 不改变 比较项目 植物组织培养 动物细胞培养 原理 培养基 培养基特有成分 过程 结果 相同点 固体培养基 葡萄糖、动物血清 液体培养基 细胞增殖 植物细胞的全能性 新的细胞 蔗糖、植物激素 ①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 新的植株 外植体 ↓脱分化 愈伤组织 　 ↓再分化 芽、根或胚状体 ↓生长发育 植物体 动物的组织 　　　　　 ↓ 机械法或胰蛋白酶、 ↓ 胶原蛋白酶处理 细胞悬液 ↓ 原代培养 ↓ 细胞悬液 ↓ 传代培养 二、动物细胞培养的过程 03 干细胞培养及其应用 什么是干细胞？它有哪些类型？这些类型各有怎样的特点和应用？ 科学家是怎样获得诱导多能干细胞（IPS细胞）的？ 这种细胞与胚胎干细胞相比，有哪些应用优势？ 干细胞用于临床治疗可能存在什么问题？ 你如何看待干细胞在临床上的应用所产生的效益与风险？ 【自主学习】阅读教材中“干细胞培养及其应用”的内容，思考、回答下列问题。 三、干细胞培养及其应用 (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)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 干细胞 胚胎干细胞 ES 细胞 分布 特点 应用实例 局限性 早期胚胎中 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。 在体外分化成心肌细胞、 神经元和造血干细胞等 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。 三、干细胞培养及其应用 成体干细胞 分布 举例 特点 应用实例 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 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 发现最早、 研究最多 应用最成熟 三、干细胞培养及其应用 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。 病人 各种类型细胞 导入特定基因 导入特定蛋白 小分子化合物 成纤维细胞 T细胞 B细胞 iPS细胞 分化 取出 移植 三、干细胞培养及其应用 诱导多能干细胞 诱导多能干细胞 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了新进展 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。 iPS 细胞 优点 应用 三、干细胞培养及其应用 三、干细胞培养及其应用 面临的问题：如存在导致肿瘤发生的风险 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 课堂小结 无菌、无毒 营养 温度、pH和渗透压 气体环境 制备细胞悬液 原代培养 传代培养 动物细胞培养 动物细胞培养的条件 动物细胞培养的过程 干细胞的培养和应用 干细胞的种类、特点及应用 iPS细胞的培养和应用 练一练 P47【练习与应用】 Lavf57.25.100 $$