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

2.1动物细胞工程 第1课时 动物细胞培养 1 在治疗大面积烧伤时，通常采用的方法是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植。 从社会中来—教材P43 但对这样的病人来说，自体健康皮肤非常有限，使用他人皮肤来源又不足，而且会产生免疫排斥反应。 思考： 怎样获得大量的自体健康皮肤？ 能不能用自体皮肤的单个细胞培养可供的移植皮肤？ 讨论： 异体移植面临的问题： 取少量正常、健康的皮肤在体外进行培养、扩增 供体器官短缺、免疫排斥等 从社会中来—教材P43 获得大量的自体健康皮肤的方法： 通过细胞培养构建的人造皮肤 动物细胞培养 动物细胞融合 动物细胞核移植 动物细胞工程 基础 动物细胞工程 操作原因： 原理： 细胞增殖 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，哪些细胞更易于培养？为什么？ 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。 幼龄动物的细胞和分化程度低的细胞更易培养。原因是这些细胞分裂能力强。 动物细胞培养 探究—学习笔记P29 1.概念：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。 获得细胞或者细胞产物，不能获得完整动物个体 目的: 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 含有尚未全部研究清楚的细胞所需的营养物质。 动物细胞培养 2.培养条件 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。 糖类、氨基酸、 无机盐、维生素 … … 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添加一定量的抗生素。 （防止微生物污染） 动物细胞培养 2.培养条件 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 5%CO2 O2：细胞代谢所必需 培养皿 松盖培养瓶 培养容器： 动物细胞培养 2.培养条件 制成细胞悬液 取动物组织 取动物组织 分散成单个细胞 传代培养 制成细胞悬液 原代培养 动物细胞培养 3.培养过程 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。 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？ 9 3.进行动物细胞传代培养时用胰蛋白酶分散细胞，说明细胞间的物质主要是 。 (填“可以”或“不可以”)使用胃蛋白酶，原因是__________________________________________________________________。 蛋白质 不可以 多数动物细胞生存的适宜pH为7.2～7.4，胃蛋白酶(适宜pH为1.5左右)在此环境中没有活性 探究—学习笔记P29 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。 ③胰蛋白酶处理时间过长，会怎样？ 制成细胞悬液 取动物组织 取动物组织 分散成单个细胞 传代培养 制成细胞悬液 原代培养 动物细胞培养 3.培养过程 转入培养液 放入CO2培养箱中进行原代培养 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。 11 制成细胞悬液 取动物组织 取动物组织 分散成单个细胞 传代培养 制成细胞悬液 原代培养 动物细胞培养 3.培养过程 转入培养液 放入CO2培养箱中进行原代培养 4.原代培养: 指动物组织经处理后的初次培养。 (1)概念： 体外培养的动物细胞 悬浮生长类： 贴壁生长类： 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。 12 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？ 动物细胞培养 13 ①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。 ②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。 细胞贴壁过程 贴壁生长与接触抑制 圆球形细胞刚开始 铺展贴壁生长（100×） 培养的动物细胞贴壁生长 并进行有丝分裂（100×） 细胞单层贴壁生长铺满瓶壁后出现接触抑制（100×） 动物细胞培养 4.“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增殖，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；癌细胞的细胞膜上的糖蛋白等物质减少。 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。 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 探究—学习笔记P30 体外动物细胞培养如何解决细胞分裂受阻的问题呢？ 取动物组织 分散成单个细胞 传代培养 制成细胞悬液 原代培养 动物细胞培养 3.培养过程 放入CO2培养箱中传代培养 分瓶 制成细胞悬液 取动物组织 转入培养液 放入CO2培养箱中进行原代培养 接触抑制、 分裂停止 5.分瓶、传代培养 (1)原代培养： 指动物组织经处理后的初次培养。 (2)传代培养： 分瓶后的细胞培养。 判断依据：是否分瓶！ （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。 动物细胞培养 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 用机械的方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理 动物细胞培养 1.动物细胞培养的相关处理 (1)使细胞分散开的原因：一是能保证细胞所需要的营养供应；二是能保证细胞内有害代谢物的及时排出。 (2)使用胰蛋白酶时，要控制好作用时间，因为胰蛋白酶不仅能分解细胞间的蛋白质，长时间作用还会分解细胞膜蛋白等，对细胞造成损伤。(3)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，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。 (4)在进行传代培养时，悬浮培养的细胞直接用离心法收集，贴壁细胞需要用胰蛋白酶处理，使之分散成单个细胞，再用离心法收集。 核心归纳—学习笔记P30 2.动物细胞培养与植物组织培养的比较 项目 动物细胞培养 植物组织培养 理论基础 细胞增殖 植物细胞的全能性 培养前 处理 无菌；用机械的方法或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理，将组织分散成单个细胞 无菌、离体 取材 动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织 植物幼嫩的部位或花药等 核心归纳—学习笔记P30 项目 动物细胞培养 植物组织培养 培养基性质 液体 固体 培养基成分 糖类、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等 水、矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素和琼脂等 结果 细胞培养产生大量细胞，不形成新个体 可产生新个体 核心归纳—学习笔记P30 (1)动物细胞培养体现了动物细胞的全能性(　　) 提示　动物细胞培养未体现动物细胞的全能性，其原理是细胞增殖。 (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(　　) 提示　培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成单层细胞。 (3)悬浮培养的细胞直接用离心法收集，贴壁细胞需要用胰蛋白酶等处理后再用离心法收集(　　) (4)培养动物细胞的第一代(即第一次细胞增殖)被称为原代培养(　　) 提示　原代培养指动物组织经处理后的初次培养，不一定是第一次细胞增殖。 × × √ × 判断正误—学习笔记P29 22 1.某兴趣小组开展小鼠原代神经元培养的研究，结果发现其培养的原代神经元生长缓慢，其原因不可能是 A.实验材料取自小鼠胚胎的脑组织 B.为了防止污染将培养瓶瓶口密封 C.血清经过高温处理后加入培养基 D.所使用的培养基呈弱酸性 √ 落实—学习笔记P30 2.(2024·黑吉辽，14)从小鼠胚胎中分离获取胚胎成纤维细胞进行贴壁培养，在传代后的不同时间点检测细胞 数目，结果如图。下列叙述正确的是 A.传代培养时，培养皿需密封防止污染 B.选取①的细胞进行传代培养比②更 合理 C.直接用离心法收集细胞进行传代培养 D.细胞增长进入平台期可能与细胞密度过大有关 √ 落实—学习笔记P30 干细胞技术带来延长生命的可能 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： 存在于早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中。 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 干细胞培养及其应用 如胚胎干细胞 如造血干细胞 如神经干细胞 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。 干细胞培养及其应用 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 干细胞培养及其应用 诱导多能干细胞 概念 制备方法 优点 应用 通过体外诱导成纤维细胞得到的类似胚胎干细胞的一种细胞 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。 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） ②用小分子化合物诱导形成。 iPS 细胞 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 干细胞培养及其应用 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 任务二：诱导多能干细胞 如图为iPS细胞的培养和利用过程，请据图回答问题： 探究—学习笔记P31 (1)1→2过程的实质是什么？ 　基因的选择性表达。 (2)诱导多能干细胞用于治疗人类的某些顽症的原理是什么？ 诱导多能干细胞可 以被诱导分化形成新的组 织细胞，经移植可使坏死或退化部位得以修复并恢复正常功能。 探究—学习笔记P31 (3)诱导多能干细胞通过体外诱导分化，可以培育出人造器官，从而解决供体器官不足的问题。又由于_______________ _____________________________，所以可以避免免疫排斥反应。 人造器官是病人自身体细胞经诱导分化形成的 探究—学习笔记P31 (4)科学家已尝试采用多种方法来制备iPS细胞，请说出几种获取iPS细胞的方法。 借助载体将特定基因导入细胞中，直接将特定蛋白导入细胞中或者用小分子化合物等来诱导形成iPS细胞。iPS细胞最初是由成纤维细胞转化而来的，后来发现已分化的T细胞、B细胞等也能被诱导为iPS细胞。 相关信息—教材P46 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。 干细胞培养及其应用 (1)干细胞都来源于早期胚胎(　　) 提示　干细胞存在于早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中，包括胚胎干细胞和成体干细胞等。 (2)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，可以避免免疫排斥反应(　　) (3)不同类型的干细胞，它们的分化潜能完全相同(　　) 提示　不同类型的干细胞，它们的分化潜能是有差别的，如胚胎干细胞的分化潜能大于成体干细胞。 × √ × 判断正误—学习笔记P31 37 3.研究人员研究肥胖机理时发现了一种与脂肪细胞的分化形成有关的蛋白质M，其细胞分化过程如图所示。下列有关叙述错误的是 A.已分化的细胞不可能继续 分化为其他类型的细胞 B.肌肉细胞与脂肪细胞中均 含控制蛋白质M合成的基因 C.促进蛋白质M的合成是解决肥胖问题的一条途径 D.间充质细胞是一种成体干细胞，其分化过程具有组织特异性 √ 落实—学习笔记P32 4.肌萎缩侧索硬化症即“渐冻症”，该病病因之一是突变的基因导致有毒物质积累，使运动神经元损伤。最新研究结果表明，利用诱导多能干细胞(iPS细胞)制作前驱细胞，然后移植给渐冻症实验鼠，能延长其寿命。下列关于诱导多能干细胞的叙述，不正确的是 A.iPS细胞分化的实质是基因的选择性表达，细胞种类增多 B.iPS细胞分化成的多种细胞中所有核酸均相同，蛋白质却不完全相同 C.若将突变的相关基因替换，或许可以起到治疗该病的作用 D.经体外诱导产生造血干细胞，在小鼠骨髓中能够增殖分化出B细胞 √ 落实—学习笔记P32 网络构建 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HLA(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HIA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—教材P47 （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。 练习与应用—教材P47 1.动物细胞工程常用的技术包括动物细胞培养、动物细胞融合和动物细胞核移植等，其中动物细胞培养是动物细胞工程的基础。 2.动物细胞培养的条件：营养；无菌、无毒的环境；温度、pH和渗透压；气体环境。 3.人们通常将分瓶之前的细胞培养，即动物组织经处理后的初次培养称为原代培养，将分瓶后的细胞培养称为传代培养。 4.在进行传代培养时，悬浮培养的细胞直接用离心法收集；贴壁细胞需要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。之后，将收集的细胞制成细胞悬液，分瓶培养。 5.干细胞存在于早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中，包括胚胎干细胞和成体干细胞等。 要语必背 1.动物细胞培养需要添加血清的原因：_____________________________ 。 2.动物细胞培养时所需的气体环境是 ， O2是 ，CO2的主要作用是 。 3. 称为细胞贴壁。贴壁细胞在生长增殖时，会发生接触抑制现象，即_______________________________ 的现象。 血清中含有尚未全部研究清楚的 细胞所需的营养物质 95%空气和5%CO2 细胞代谢所必需的 维持培养液的pH 细胞贴附在培养瓶的瓶壁上的现象 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 长句表达 4.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，第一次使用的目的是 ；贴壁细胞传代培养时使用的目的是 。 5.成体干细胞的特点：具有 ，只能分化成 ，不具有 的能力。 6.诱导多能干细胞是通过体外诱导成纤维细胞，所获得的类似___________ 的一种细胞，简称iPS细胞。优点是________________________________ 。 使组织细胞分散开 使细胞从瓶壁上脱离下来，分散成单个细胞，便于分瓶培养 组织特异性 特定的细胞或组织 发育成完整个体 胚胎干细胞 不涉及伦理问题，理论上可以避免免 疫排斥反应 长句表达 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.65 EVCapture4.2.2软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn $$