2.2.1 动物细胞培养-【堂堂清】2024-2025学年高二生物下学期同步精品课件（2019人教版选择性必修3）

2.2 动物细胞工程 动物细胞培养 动物细胞融合 动物细胞核移植 【基础】 首例胚胎移植成功 首创动物组织体外培养法 发现哺乳动物精子获能现象 体细胞核移植成功 试管家兔诞生 创立单克隆抗体技术 胚胎分割移植成功 成功分离和培养小鼠的胚胎干细胞 克隆羊多莉诞生 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 科技探索之路· 动物细胞工程发展历程 植物细胞工程，便是以植物 2.2.1 动物细胞培养 本节聚焦： 1.动物细胞培养需要哪些基本条件？ 2.动物细胞培养的基本操作过程是什么？ 3.怎样客观分析干细胞在临床上的应用 所产生的效益与风险？ 从社会中来 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。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。请讨论： ①怎样才能获得大量的自体健康皮肤？ ②能不能用自体皮肤的单个细胞培养出可供移植的皮肤？ ①可以从病人身上取少量正常、健康的皮肤在体外进行培养、扩增； 通过细胞培养构建的人造皮肤 ②能；目前，科学家正在研究对皮肤干细胞进行培养，以获得适合临床上使用的人造皮肤。注：既解决了来源不足，又不会产生排斥反应。 动物细胞培养·概念和原理 01 1.概念：是指从动物体中取出相关的 ，将它分散成 ， 然后在适宜的培养条件下，让这些细胞 和 的技术。 2.原理： (分裂方式： )。 3.目的：获得 或者 ，不能获得完整动物个体。 组织 单个细胞 生长 增殖 有丝分裂 细胞增殖 那么，动物细胞培养需要哪些必要的条件？ 培养的过程又是怎样的呢？ 思考 细胞 细胞产物 注：没有体现细胞的全能性。 动物细胞培养·条件 01 合成培养基 ：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。 ：由于人们对细胞所需的营养物质尚未全部研究清楚，因此在使用合成培养基时，通常需要加入血清等一些天然成分。 天然培养基 营 养 细胞在体外培养时， 中应含有细胞所需要的各种营养物质。 培养基 动物细胞培养的培养基 ①按化学成分分： ； ②按物理性质分： ； 天然培养基 液体培养基(培养液) 动物细胞培养·条件 01 ①无菌：需要对培养液和所有培养用具进行 处理 以及在 下进行操作； ②无毒：培养液还需要定期更换，以便 ， 防止 对细胞自身造成危害。 无菌、无毒的环境 灭菌 无菌环境 清除代谢物 细胞代谢物积累 [扩展]可以添加一定量的抗生素，防止微生物污染。 动物细胞培养·条件 01 温度、pH和渗透压 ①温度：以 为宜； ② pH ：以 为宜； ③渗透压： ； 等渗溶液 (36.5±0.5)℃ 7.2-7.4 维持细胞正常形态和功能。 动物细胞培养过程中要用 等渗溶液的原因是？ 思考 动物细胞培养·条件 01 ①组成：动物细胞培养所需气体主要有 和 。 ②培养容器：通常采用 或 。 ③培养仪器：含有 的混合气体 的 。 气体环境 细胞代谢所必须 维持培养液的pH O2 CO2 培养皿 松盖培养瓶 95%空气和5%CO2 CO2培养箱 动物细胞培养·过程 01 【自主学习】阅读书本P44-45，回答下列问题： 1.选择什么样的动物组织培养成功率会更高？为什么？ 2.为何动物细胞培养过程要将组织分散成单个细胞呢？可用什么方法？ 3.体外培养动物细胞有哪些类型？ 4.什么是细胞贴壁？什么是接触抑制？ 5.什么是原代培养和传代培养？ 6.为什么要进行分瓶培养？怎么处理？ 动物细胞培养·过程 01 1.取材对象：一般取材于 。 原因：这些细胞分裂能力强。 幼龄动物的细胞和分化程度低的细胞更易培养。 分散成 单个细胞 制成细胞悬液 原代培养 传代培养 取动物组织 分瓶培养 加培养液 培养瓶/皿 动物胚胎或幼龄动物的组织、器官 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？ 思考 动物细胞培养·过程 01 1.分散原因：在从动物体取出的成块组织中, 。 2.分散方法： ① ； ② 。 细胞与细胞靠在一起，彼此限制了生长和增殖 机械法 酶解法(胰蛋白酶/胶原蛋白酶) 注：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。 取动物组织 分散成 单个细胞 制成细胞悬液 原代培养 传代培养 分瓶培养 加培养液 培养瓶/皿 动物细胞培养·过程 01 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？ 可以使用胃蛋白酶吗？为什么？ 思考 蛋白质； 原因：胃蛋白酶作用的适宜pH为 ， 当pH大于6时，胃蛋白酶就失去活性; 多数动物细胞培养的适宜pH为 ， 胃蛋白酶在此环境中 ； 不可以； 1.5左右 7.2-7.4 失活 取动物组织 分散成 单个细胞 制成细胞悬液 原代培养 传代培养 分瓶培养 加培养液 培养瓶/皿 【补充】体外培养动物细胞的类型： ① 类： 细胞能够悬浮在培养液中生长增殖； ② 类： 细胞需要贴附于某些基质表面(如培养瓶壁)才能生长增殖； 动物细胞培养·过程 01 1.制作方法：用 将细胞制成细胞悬液。 取动物组织 分散成 单个细胞 制成细胞悬液 原代培养 传代培养 分瓶培养 加培养液 培养瓶/皿 培养液 悬浮生长 贴壁生长 注：大多数细胞属于贴壁生长类，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 动物细胞培养·过程 01 1.概念：原代培养是指动物组织经处理后的 。 取动物组织 分散成 单个细胞 制成细胞悬液 原代培养 传代培养 分瓶培养 加培养液 培养瓶/皿 初次培养 细胞培养一段时间，分裂会受阻，这是为什么？ 如何解决细胞分裂受阻的问题呢？ 思考 细胞密度过大 有害代谢物积累 培养液中营养物质缺乏 接触抑制 解决方法:需要对细胞进行 ，让细胞继续增殖。 分瓶培养 分瓶前的细胞培养，一般不止增殖一代 ①悬浮培养的细胞会因 、 和 等 因素而分裂受阻。 ②贴壁细胞在生长增殖时，除受以上因素影响外， 还会发生 现象，即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。 原因: 动物细胞培养·过程 01 1.概念：原代培养是指动物组织经处理后的 。 取动物组织 分散成 单个细胞 制成细胞悬液 原代培养 传代培养 分瓶培养 加培养液 培养瓶/皿 初次培养 “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。 思考 癌细胞（肿瘤细胞）； 因为癌细胞的细胞膜上 的糖蛋白等物质减少。 动物细胞培养·过程 01 1.概念：传代培养是指 的细胞培养。 取动物组织 分散成 单个细胞 制成细胞悬液 原代培养 传代培养 分瓶培养 加培养液 培养瓶/皿 分瓶后 进行传代培养时，应如何收集细胞？ 思考 ①悬浮培养的细胞直接用 收集。 ②贴壁细胞重新用 等处理，使之分散 成单个细胞，然后再用 收集。 之后，将收集的细胞制成 ，分瓶培养。 离心法 胰蛋白酶 离心法 细胞悬液 动物细胞培养·过程 01 动物细胞培养·过程 01 解决 取动物组织: （生命力旺盛，分裂能力强） 分散成单个细胞:成块组织中细胞与细胞靠在一起，彼此限制了 。 细胞悬液 培养 培养 生长 生长 细胞分裂受阻 悬浮细胞 贴壁细胞 法收集 处理 分瓶培养 动物胚胎或幼龄动物的器官或组织 机械法 酶解法（胰蛋白酶/胶原蛋白酶） 生长和增殖 加培养液 培养皿/ 培养瓶 原代 悬浮 贴壁 ①细胞密度过大 ②有害代谢物积累 ③营养物质缺乏等 接触抑制 分瓶 培养 传代 离心 细胞悬浮 胰蛋白酶 动物细胞培养·过程 01 如何区分“原代培养”和“传代培养”？ 思考 提示：区分关键是 。 ①用胰蛋白酶对剪碎的动物组织进行处理，使其分散成单个细胞后进行培养，为 培养； ②细胞培养过程中出现接触抑制，用胰蛋白酶处理使其从瓶壁上脱离下来分散成单个细胞，然后再用离心法收集，之后，将收集的细胞制成细胞悬浸，分瓶培养，为 培养。 原代 传代 看用胰蛋白酶处理的对象 扩展·细胞株与细胞系 01 ①细胞株： 传代培养的细胞能传到10～50代，这样的传代细胞称为细胞株。 ②细胞系： 传代培养的细胞在传到50代后，有部分细胞的遗传物质发生改变， 并且具有癌变的特点，能够无限地传代下去， 这样的传代细胞称为细胞系。 动物细胞培养的条件和过程·判断正误P29 01 (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(　　) × 其原理是细胞增殖，未体现全能性； × √ × 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。 单层细胞; 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 动物细胞培养的条件·落实思维方法P30 01 A 小鼠胚胎的脑组织中含有丰富的原代神经元，细胞增殖能力强，√; 瓶口密封会使培养液中缺氧，影响细胞的有氧呼吸，造成供能不足，×; 血清经过高温处理后，其中的活性成分可能失去原有功能，×; 小鼠细胞生活的内环境为弱碱性，×; 2．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(　　) 动物细胞培养的条件·落实思维方法P30 01 D 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 应将培养皿至于95%空气＋5%CO2的CO2培养箱中，而非密封，×; ①的细胞还未快速增长，此时进行传代培养没有意义，应选②，×; 对于贴壁生长的细胞进行传代培养时，先需要用胰蛋白酶等处理，×; 干细胞培养及其应用·概念和分类 02 1.概念：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。 2.来源： 、 和 等多种组织和器官中。 3.类型(按来源分类)： 干细胞和 干细胞。 早期胚胎 骨髓 脐带血 胚胎 成体 干细胞培养及其应用·①胚胎干细胞（简称ES细胞） 02 1.概念：存在于 中， 具有分化为 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 和 甚至 的潜能。 2.局限：胚胎干细胞必须从 中获取， 这涉及 问题，因而限制了它在医学上的应用。 3.成果：目前科学家已经分离了兔、牛、猴和人等的ES细胞， 并证明了ES细胞可以在体外分化成心肌细胞、 神经元细胞和造血干细胞等细胞。 早期胚胎 成年 组织 器官 个体 胚胎 电镜下的胚胎干细胞 伦理 干细胞培养及其应用·②成体干细胞 02 1.概念： 组织或器官内的干细胞。 2.分类：①骨髓中的 干细胞； ②神经系统中的 干细胞； ③睾丸中的 干细胞等。 3.特点：具有 ， 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。 4.作用：有着自我更新能力及分化潜能的干细胞， 与组织、器官的 、 和 等密切相关。 成体 造血 神经 精原 组织特异性 发育 再生 修复 T淋巴细胞 造血干细胞 巨噬细胞 红细胞 B淋巴细胞 血小板 肥大粒细胞 嗜中性粒细胞 嗜酸性粒细胞 嗜碱性粒细胞 干细胞培养及其应用·②成体干细胞 02 5.应用： ① 干细胞：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。 ② 干细胞：治疗神经组织损失和神经系统退行性疾病 (如帕金森病、阿尔茨海默病等)。 造血 神经 干细胞培养及其应用·③诱导多能干细胞（简称iPS细胞） 02 1.概念：通过体外诱导 细胞等， 获得类似 的一种细胞， 被称为诱导多能干细胞(简称iPS细胞)。 2.优点：（科学家普遍认为iPS细胞的应用前景优于干细胞） ①诱导过程 破坏胚胎（填“需要”或“不需要”）； ②理论上可以避免 反应； （原因：iPS细胞可以来源于病人自身的体细胞） 3.问题：存在导致 发生的风险。 成纤维 现已发现，已分化的T细胞、 B细胞等也能被诱导为iPS细胞。 胚胎干细胞 不需要 免疫排斥 肿瘤 干细胞培养及其应用·③诱导多能干细胞（简称iPS细胞） 02 4.制备方法： ①借助 将 导入细胞中； ②直接将 导入细胞中； ③用 等来诱导。 5.应用： ①治疗小鼠的镰状细胞贫血； ②用iPS细胞治疗阿尔茨海默病、心血管疾病等领域的研究也取得了新进展。 载体 特定基因 特定蛋白 小分子化合物 iPS细胞用于治疗人类疾病示意图 干细胞培养及其应用·判断正误P31 02 (1)干细胞都来源于早期胚胎(　　) (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(　　) × 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。 √ × 有差别：胚胎干细胞的分化潜能大于成体干细胞。 干细胞培养及其应用·落实思维方法P32 02 A 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 如图所示：已分化的细胞也可能继续分化为其他类型的细胞，×； 干细胞培养及其应用·落实思维方法P32 02 B 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 同一个体不同细胞：DNA相同，mRNA不完全相同，蛋白质也不完全相同，×； 随堂小练·书本P47 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 Lavf58.51.100 $$