2.2.1动物细胞培养课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第2章 细胞工程 第2节 动物细胞工程 高中生物选择性必修3 生物技术与工程 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（含胚胎工程）的发展历程（P32-33） 科技探索之路 人造皮肤 克隆猴：中中和华华 单克隆抗体 动物细胞培养 动物细胞融合 动物细胞核移植 基础 第2节 动物细胞工程 SZ-LWH 第2章 细胞工程 第2节 动物细胞工程 第1课时 动物细胞培养 高中生物选择性必修3 生物技术与工程 动物体 组织 单个细胞 细胞生长和增殖 取出 分散 适宜条件 原理 地位 对象 目的 细胞有丝分裂 动物细胞工程的基础 胚胎或幼龄动物的细胞 获得细胞或者细胞产物 动物细胞培养是指从动物体中取出相关的 ，将它们分散成 ，然后在 下，让这些细胞 和 的技术。 生长 组织 单个细胞 适宜的培养条件 增殖 动物细胞培养的概念 SZ-LWH 为什么要将相关的组织分散成单个细胞再培养？ 思考：为什么要取动物胚胎或出生不久的幼龄动物组织作为动物 细胞培养的对象？ 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。 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。 动物细胞培养的概念 SZ-LWH 1 运用稳态与平衡观，分析动物细胞培养的条件。（生命观念） 2 对干细胞培养用于人类疾病治疗等社会热点问题进行科学评价（社会责任） 3 用归纳与概括、演绎与推理等方法，用文字和图示说明动物细胞培养的过程。（科学探究） 学习目标 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。 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 P42 从社会中来 情境导入 SZ-LWH 动物细胞培养的条件 动物细胞培养的过程 干细胞培养及其应用 第1课时 动物细胞培养 1 2 3 目 录 SZ-LWH 生物体内的细胞可以通过机体的代谢、调节和保护等机制，使细胞的营养、生长条件、抵抗有害因子的能力等方面处于最佳状态。 体外培养的细胞由于失去了对整体的依赖性，因此对实验室的培养条件提出了更高的要求。 相对来说，与植物组织培养相比，动物细胞培养需要提供成分更复杂的培养基，控制更严格的无菌条件，创造更稳定的环境条件。 一、动物细胞培养的条件 SZ-LWH 10 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 SZ-LWH 不能以淀粉、蔗糖为碳源 血清中含有蛋白质、氨基酸、葡萄糖、激素等，其中，蛋白质主要为白蛋白和球蛋白；氨基酸有多种，是细胞合成蛋白质的基本原料，且有些氨基酸是动物细胞本身不能合成的（称为必需氨基酸），必须由培养液提供；激素有胰岛素、生长激素等。血清还含有多种未知的促细胞生长因子、促贴附因子及其他活性物质，它们能促进细胞的生长、增殖和贴附。因此，在培养动物细胞时，为保证细胞能够顺利生长和增殖，一般需在培养基中添加10%~20％的血清等天然成分。 一、动物细胞培养的条件 SZ-LWH 12 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 SZ-LWH 95%空气 + 5%CO2 的CO2 培养箱 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： 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 … … 一、动物细胞培养的条件 SZ-LWH 下列有关动物细胞培养的叙述，错误的是（　　） A．为保证培养的动物细胞处于无菌、无毒的环境，措施之一需要定期 更换培养液 B．动物细胞培养应在含95%O2和5%CO2的恒温箱中培养，CO2的作用是维 持培养液的pH C．部分细胞能够悬浮在培养液中生长增殖 D．使用合成培养基时，应加入动物的血清等一些天然成分 典例分析 B 一、动物细胞培养的条件 SZ-LWH 动物细胞培养的条件 动物细胞培养的过程 干细胞培养及其应用 第1课时 动物细胞培养 1 2 3 目 录 SZ-LWH 阅读课本P44-45，思考下列问题： 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 SZ-LWH 取动物组织 分撒成单个细胞 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。 (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。 二、动物细胞培养的过程 SZ-LWH 取动物组织 分撒成单个细胞 制成细胞悬液 取动物组织 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。 问题：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？ 二、动物细胞培养的过程 SZ-LWH 取动物组织 分撒成单个细胞 细胞悬液 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 二、动物细胞培养的过程 SZ-LWH 取动物组织 分撒成单个细胞 原代培养 细胞悬液 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。 4.原代培养 指动物组织经处理后的初次培养。 (1)概念： 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 SZ-LWH 取动物组织 分撒成单个细胞 原代培养 细胞悬液 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 SZ-LWH 取动物组织 分撒成单个细胞 原代培养 细胞悬液 传代培养 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。 放入CO2培养箱中培养 传代培养 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 二、动物细胞培养的过程 SZ-LWH 思考：进行传代培养(分瓶培养)时，如何处理？ 悬浮细胞 贴壁细胞 离心法收集 胰蛋白酶处理 制成细胞悬液 分瓶培养 二、动物细胞培养的过程 SZ-LWH 24 取动物组织 分撒成单个细胞 原代培养 细胞悬液 传代培养 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 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。 二、动物细胞培养的过程 SZ-LWH 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。 思考：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。 思考：正常细胞能否一直传代培养下去？ 二、动物细胞培养的过程 SZ-LWH 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 小结 二、动物细胞培养的过程 SZ-LWH 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。 细胞株 细胞系 原代培养 传代培养 10代细胞 50代细胞 无限传代 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 取动物组织 分散成单个细胞 细胞悬液 细胞系的遗传物质改变，具有癌细胞的特点，失去接触抑制。 二、动物细胞培养的过程 SZ-LWH 1.幼龄动物的细胞与老龄动物的细胞比较，分化程度低的细胞与分化程 度高的细胞比较，哪些细胞更容易培养？为什么？ 细胞增殖能力与供体的年龄有关，幼龄动物的细胞增殖能力强，有丝分裂旺盛，老龄动物的细胞则相反。所以，一般来说，幼龄动物细胞比老龄动物细胞易于培养。 分化程度越低的细胞，增殖能力越强，所以更容易培养。 4.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。 P45 思考·讨论 二、动物细胞培养的过程 SZ-LWH 29 动物细胞培养的意义： （1）生物制品 酶、生长因子、疫苗、单克隆抗体等 （2）进行有毒物质和药物的检测 （3）临床治疗 （如人工皮肤） （4）生物学基础研究 （细胞全能性的揭示、细胞周期及调控、癌变机理及细胞衰老的研究） 二、动物细胞培养的过程 SZ-LWH 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 SZ-LWH 1.动物细胞培养体现了动物细胞的全能性（ ） 2.培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞（ ） 3.悬浮培养的细胞直接用离心法收集，贴壁细胞需用胰蛋白酶 等处理后再用离心法收集（ ） 4.动物细胞培养时，O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是 维持培养基的PH值（ ） × × √ √ 正误判断 二、动物细胞培养的过程 SZ-LWH 动物细胞培养的条件 动物细胞培养的过程 干细胞培养及其应用 第1课时 动物细胞培养 1 2 3 目 录 SZ-LWH 1.什么是干细胞？它有哪些类型？这些类型各有怎样的特点和应用？ 2.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？ 3.干细胞用于临床治疗可能存在什么问题？ 4.你如何看待干细胞在临床上的应用所产生的效益与风险？ 阅读教材P46-47，思考回答下列问题： 三、干细胞培养及其应用 SZ-LWH 1.干细胞概念和分布 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。存在于早期胚胎、骨髓和脐带血。 受精卵 原始胚胎干细胞 囊胚 胎儿 成人 胚胎干细胞 成体干细胞 三、干细胞培养及其应用 SZ-LWH 早期胚胎中 胚胎干细胞 分布 特点 应用实例 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 2. 胚胎干细胞(ES或EK细胞) (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。 需要分化诱导因子诱导 三、干细胞培养及其应用 SZ-LWH 37 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 2.成体干细胞 三、干细胞培养及其应用 SZ-LWH 38 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 3.诱导多能干细胞(iPS细胞) 三、干细胞培养及其应用 SZ-LWH 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 三、干细胞培养及其应用 SZ-LWH 39 4.干细胞应用面临的问题及展望 干细胞将在再生医学、药物安全性与有效性检测 等领域发挥大作用。 （1）面临的问题：存在导致肿瘤发生的风险。 （2）应用展望： 三、干细胞培养及其应用 SZ-LWH 1.干细胞都是来源于胚胎干细胞（ ） 2.不同类型的细胞它们的分化潜能相同（ ） 3.iPS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。 （ ） 4.干细胞将在再生医学，药物安全与有效性检测等领域发挥大 作用。（ ） × × √ √ 正误判断 三、干细胞培养及其应用 SZ-LWH 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器官中 主要应用在医学上 课堂小结 SZ-LWH 一、概念检测 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 练习与应用 SZ-LWH 二、拓展应用 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HA(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HLA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。 练习与应用 SZ-LWH (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。 教材P47 二、拓展应用 练习与应用 SZ-LWH Lavf57.25.100 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.65 Lavf58.51.100 Lavf58.51.100 $$