2.2.2 动物细胞工程（第2课时）（情境教学课件）-【大单元教学】高二生物同步备课系列（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 第2课时 动物细胞融合技术 与单克隆抗体 高中生物学 | 人教版（2019）| 选择性必修3·生物技术与工程 情境视频：神州上天带点啥？ 2002年12月30日，两场筹备了10年的“太空婚礼”首次在神舟四号飞船上举行，植物细胞“新人”黄花烟草和革新一号烟草叶肉细胞原生质体，动物细胞“新人”小鼠B淋巴细胞和骨髓瘤细胞，两批新人同时在电融合仪内孕育新生命。一段时间后，我国首批“太空融合细胞”终于顺利诞生。对照实验结果表明，细胞融合率大大提高。 植物体细胞杂交技术 动物体细胞杂交技术？ 我国培育成功“太空烟草” 植物体细胞杂交技术打破生殖隔离,实现远缘杂交育种，培育植物新品种。　　　　　 动物细胞融合的实例 实例1：自然条件下的受精作用 实例2：人鼠细胞杂交实验 课程标准内容要求 1.阐明动物细胞融合是指通过物理、化学或生物学等手段，使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。 2．概述细胞融合技术是单克隆抗体制备的重要技术。 素养目标 1.科学思维：进行动物细胞融合技术的原理及应用的讨论，培养归纳与概括的能力。 2.科学思维：理解单克隆抗体制备方案的提出背景，任荣创造性思维的重要性。 3.社会责任：关注单克隆抗体的诊断作用，明确疾病诊断、治疗的重要性。 教学目标 动物细胞融合 1 单克隆抗体及其应用 2 目录 CONTENTS 一、动物细胞融合 1.概念 2.原理 指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。 细胞膜的流动性 物理法：离心、振动、电激 化学法：聚乙二醇（PEG) 生物法：灭活的病毒 诱导动物细胞融合特有的方法 3.方法 一、动物细胞融合 【资料】19世纪30年代，科学家曾在肺结核、天花和麻疹等疾病的病人的病理组织中观察到多核细胞。如何解释这一现象？ 病人体内病毒等诱导多个体细胞融合形成了多核细胞。 肺结核病人病理切片 病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能够与细胞膜上的糖蛋白发生作用，使细胞相互凝集，细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子重新排布，细胞膜打开，细胞发生融合。 灭活病毒诱导法原理 用灭活的病毒诱导动物细胞融合过程 病毒颗粒 灭活的病毒颗粒粘附于细胞表面，使细胞互相凝聚 细胞膜融合 细胞核融合 形成杂交细胞 细胞膜打开 细胞质融合 细胞核融合：融合完成的标志 一、动物细胞融合 不能；用病毒作为诱导剂时，必须事先灭活，使病毒失去感染和增殖能力，但不破坏病毒的抗原结构，不灭活的病毒会感染细胞，不能诱导细胞融合。 灭活是指用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力，但并不破坏它们的抗原结构。 灭活 1.不灭活的病毒能否作为诱导剂？ 无需去除细胞壁；全能性受限制，不能培育成新的动物个体。 2.如果让动物细胞进行融合，与植物有哪些不同之处？ 一、动物细胞融合 思考 灭活的仙台病毒用于细胞融合 一、动物细胞融合 形成单核杂交细胞，即融合后具有原来两个或多个细胞遗传信息。 突破了有性杂交方法的局限，使远缘杂交（种间、属间、科间、动植物之间）成为可能。 研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和培育生物新品种等的重要手段，特别是利用动物细胞融合技术发展起来的杂交瘤细胞技术，为制造单克隆抗体开辟了新途径。 4.结果 5.意义 6.应用 原理 融合前处理 诱导融合的方法 意义和用途 植物体细胞杂交 动物细胞融合 拓展：比较植物体细胞杂交与动物细胞融合 细胞膜的流动性 细胞膜的流动性、植物细胞的全能性 去除细胞壁后诱导原生质体融合 使细胞分散后诱导细胞融合 物理（离心、振荡、电激）化学（ PEG ） 物理、化学方法（ PEG ）、 灭活的病毒 克服远源杂交的障碍，获得杂种植株 制备单克隆抗体 动物细胞融合 1 单克隆抗体及其应用 2 目录 CONTENTS 二、单克隆抗体及其应用 机体受抗原刺激后产生的，能与该抗原发生特异性结合的具有免疫功能的球蛋白。 血清（主要）、组织液及外分泌液（如乳汁中，为新生儿提供抗体） 体液免疫 1、抗体的定义 2、抗体的分布 3、机体通过什么免疫过程分泌抗体？ 知识回顾 二、单克隆抗体及其应用 缺陷：产量低、纯度低，且抗体的特异性差、灵敏度低。 1.传统抗体制备的方法及缺陷 向动物体内反复注射某种抗原，使动物产生抗体，然后从动物血清中分离所需抗体。 动物体内产生的特异性抗体的种类超过百万种,每一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体。 【思考】若我们只需要大量的抗体1有什么办法吗？ 提示：得到大量的B细胞1 抗原1 抗原2 抗原3 抗原4 1 2 3 4 B细胞 二、单克隆抗体及其应用 动物细胞融合 杂交细胞 动物细胞培养 单克隆抗体 骨髓瘤细胞（癌细胞）能无限增殖 一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体 杂交瘤细胞 既能迅速大量增殖， 又能产生专一抗体。 【资料】1975年，英国科学家米尔斯坦和法国科学家柯勒开创了将产生抗体的单个细胞(如B淋巴细胞)和瘤细胞(如骨髓瘤细胞)杂交的技术，形成杂交瘤细胞，成功地获得了化学性质单一、特异性强的单克隆抗体，并因此获得1984年的诺贝尔生理学及医学奖。 二、单克隆抗体及其应用 1、单克隆抗体制备的过程； 2、单克隆抗体的优点，制备的技术手段、原理。 请同学们带着以下问题预习，自学教材第48-50页的内容。 活动 单克隆抗体的制备 二、单克隆抗体及其应用 2.单克隆抗体制备的过程 动物免疫 筛选杂交瘤 细胞 克隆化培养及抗体检测 动物免疫：用特定的抗原对小鼠进行免疫，并从该小鼠的脾中得到能产生特定抗体的B淋巴细胞。 诱导细胞融合 大规模培养 B细胞1 B细胞2 B细胞3 B细胞4 从患骨髓瘤的小鼠体内取骨髓瘤细胞的培养 获得多种已免疫B淋巴细胞 能产生抗体，但不能大量增殖 不能产生抗体，但能大量增殖 二、单克隆抗体及其应用 2.单克隆抗体制备的过程 筛选杂交瘤 细胞 克隆化培养及抗体检测 诱导细胞融合 大规模培养 诱导细胞融合 从患骨髓瘤的小鼠体内取骨髓瘤细胞的培养 B细胞1 B细胞2 B细胞3 B细胞4 诱导融合 未融合的细胞 同型融合细胞 多种杂交瘤细胞 获得多种已免疫B淋巴细胞 动物免疫 诱导细胞融合的方法：PEG融合法、电融合法、灭活病毒诱导法。 二、单克隆抗体及其应用 2.单克隆抗体制备的过程 动物免疫 筛选杂交瘤 细胞 克隆化培养及抗体检测 大规模培养 诱导细胞融合 未融合的细胞 同型融合细胞 多种杂交瘤细胞 思考 诱导细胞融合的结果： 若只考虑细胞的两两融合，融合形成的细胞有几类？为什么？ 5类：未融合的细胞2类，即B细胞和骨髓瘤细胞，融合细胞3类，即B-B细胞融合细胞、瘤-瘤细胞融合细胞、B-瘤细胞融合细胞。 细胞融合是随机的，且融合率达不到100%。 既能产生抗体，又能迅速大量增殖 二、单克隆抗体及其应用 2.单克隆抗体制备的过程 动物免疫 筛选杂交瘤 细胞 克隆化培养及抗体检测 大规模培养 诱导细胞融合 筛选杂交瘤细胞的方法： 用特定的选择培养基（HAT培养基）进行筛选，在该培养基上，未融合的亲本细胞和融合的具有同种核的细胞都会死亡，只有融合的杂交瘤细胞才能生长。 多种杂交瘤细胞 第一次筛选 HAT培养基 二、单克隆抗体及其应用 拓展 用HAT培养基筛选杂交瘤细胞 基本原理： 细胞合成 DNA有D和S两条途径，其中D途径能被氨基蝶呤阻断。 人B淋巴细胞中有这两种DNA的合成途径，但不能分裂增殖。 鼠骨髓瘤细胞是一种代谢缺陷型株系，DNA合成只有D途径，没有S途径，但能不断分裂增殖。若D途径被阻断，它会因不能合成DNA而死。 不能无限增殖 淋巴细胞 合成DNA S途径 D途径 能无限增殖 骨髓瘤细胞 合成DNA D途径 能无限增殖 杂交瘤细胞 合成DNA D途径 S途径 筛选思路：可以通过加入氨基蝶呤阻断DNA复制的D途经来进行第一次筛选。 2.单克隆抗体制备的过程 二、单克隆抗体及其应用 筛选杂交瘤 细胞 克隆化培养及抗体检测 诱导细胞融合 大规模培养 动物免疫 多种杂交瘤细胞 克隆化培养和抗体检测: 抗原—抗体杂交技术（原理：抗原和抗体能特异性结合）。 ①将选择出来的杂交瘤细胞群稀释，在多孔培养板中（约每孔1个杂交瘤细胞）进行克隆化培养； ②一段时间后，用标记的抗原检测每个小孔上清液是否含有所需的特异性的抗体（抗原抗体能结合即为阳性孔）。经过多次克隆化培养以及有限稀释法的筛选，就能选出需要的杂交瘤细胞。 96孔培养板 思考 如何得知提取的抗体能够结合特定抗原，用什么方法检测？ 阳性孔 第二次筛选 2.单克隆抗体制备的过程 二、单克隆抗体及其应用 筛选杂交瘤 细胞 克隆化培养及抗体检测 诱导细胞融合 大规模培养 动物免疫 将抗体检测呈阳性的杂交瘤细胞在体外条件下大规模培养，或注射到小鼠腹腔内增殖。从细胞培养液或小鼠腹水中获取大量的单克隆抗体。 单克隆抗体 抗体检测呈阳性的杂交瘤细胞 优点：可大规模培养，大量生产。 缺点：需要人为控制培养条件，成本相对较高。 优点：易于控制培养条件(如无需提供无菌。 环境等),操作简单，成本较低 缺点：规模小，产量少。 优点：能准确地识别抗原的细微差异，与特定抗原发生特异性结合，可以大量制备。 给小鼠注射特定抗原 多种B淋巴细胞 （产生抗体） 小鼠骨髓瘤细胞 （能无限增殖） 多种杂交细胞及未融合的细胞 杂交瘤细胞 （既能迅速大量增殖，又能产生抗体） 足够数量的能产生所需抗体的杂交瘤细胞 提取 诱导 融合 第一次筛选 第二次筛选 克隆化培养、抗体检测 （可进行多次） 注射到小鼠腹腔 体外培养 大量单克隆抗体 从腹腔液中提取 从培养液中提取 既能迅速大量增殖 又能产生特异性抗体 用特定的选择培养基 归纳总结 技术：细胞培养、细胞融合 原理：细胞膜的流动性、细胞增殖 3.单克隆抗体的应用 二、单克隆抗体及其应用 （1）作为诊断试剂——最广泛的应用 抗原-抗体杂交技术 抗人绒毛膜促性腺激素单克隆抗体（准确、高效、简易、快速） 3.单克隆抗体的应用 二、单克隆抗体及其应用 （2）用于运载药物 如：抗体-药物偶联物（ADC）通过将细胞毒素与能热异性识别肿瘤抗原的单克隆抗体结合，实现了对肿瘤细胞的选择性杀伤。 优点：位置准确、疗效高、副作用小。 3.单克隆抗体的应用 二、单克隆抗体及其应用 （3）治疗疾病 【资料】一些治疗性单克隆抗体旨在与特定蛋白质结合并阻止其发挥作用。与类风湿性关节炎相关的炎症主要是由肿瘤坏死因子(TNF)引起的，这是一种由巨噬细胞产生的细胞因子，在自身反应性辅助T细胞的指导下浸润关节。TNF阻滞剂（抗TNF抗体或抗TNF受体的抗体）可以通过与TNF或其受体结合来阻断TNF的作用，从而有效地减轻关节炎症状的严重程度，这些单克隆抗体现在是世界上最受欢迎的一类药物，年销售额超过250亿美元。 3.单克隆抗体的应用 二、单克隆抗体及其应用 随堂检测 1.下列关于单克隆抗体制备过程的叙述，错误的是（　　） A.获得B细胞之前需给动物注射特定的抗原 B.分离出的B细胞应与骨髓瘤细胞融合 C.需要从融合的细胞中筛选出杂交瘤细胞 D.得到的所有杂交瘤细胞产生的抗体均相同 D 随堂检测 2.科学家将细胞毒素与能特异性识别肿瘤抗原的单克隆抗体结合，制成了抗体—药物偶联（ADC），实现了对肿瘤细胞的选择性杀伤，机理见图。回答下列问题： 随堂检测 （1）制备单克隆抗体时，获得的杂交瘤细胞需进行_________培养和抗体检测，抗体检测的原理是__________________________。 （2）ADC中，抗体的作用是_________________________________________________。 除细胞毒素外，图中的物质C还可以是_____________________________（答出两点即可）。 （3）除ADC外，单克隆抗体在临床上的应用还有____________________________（答出两点即可）。 克隆化 抗体与抗原特异性结合 与肿瘤细胞特异性结合，将物质C带到肿瘤细胞 放射性同位素、化学药物 作为诊断试剂；治疗疾病 课堂小结 过程 应用 免疫处理 诱导融合 第一次筛选 第二次筛选 扩大培养 诊断试剂 运载药物 治疗疾病 选择培养基 克隆化培养 抗体检测 体外培养 小鼠腹腔 动物细胞融合技术与单克隆抗体的制备 感谢聆听！ 高中生物学 | 人教版（2019）| 选择性必修3·生物技术与工程 抗体是人体制造的分子，可帮助抵抗病菌。单克隆抗体是在实验室中制造的类似分子，医生用它来发现或治疗癌症和其他疾病。这段视频解释了什么是单克隆抗体以及他们用于治疗癌症的几种方法。抗体是一种Y型分子，能紧紧的吸附在目标物上，它们具有特异性，这意味着每个抗体只附着在一个靶点上。抗体和靶点就像拼图一样拼在一起。在实验室中，科学家可以制造出许多相同的单克隆抗体，它们可以附着在特定的靶点上，如癌细胞表面的分子上。这些单克隆抗体可以阻断癌细胞生长所需的分子，使癌细胞形成标志，然后被人体免疫系统摧毁，或者向癌细胞输送有害物质，这使它们成为治疗癌症的一种重要靶向疗法。例如，一种名为曲妥珠单抗的单克隆抗体会附着在某些癌细胞表面一种名为HR2的分子上，阻断ATR2，使其无法发出癌细胞生长所需的信号。另一个例子涉及VEGF，它是一种使血管生长的分子。一种名为被罚株单抗的单克隆抗体能阻断VEGF，阻断VGF可阻止肿瘤赖以生存的心血管生长。第三个例子是单克隆抗体pemba a zoom帕博利珠单抗，能附着在免疫细胞中，被称为免疫检查点的分子上，阻断免疫一检查点有助于免疫细胞杀死癌细胞。其他单克隆抗体通过标记癌细胞以消灭癌细胞来治疗癌症。例如，当单克隆抗体利妥昔单抗附着在癌细胞上一种名为CD20的分子上时，它就像免疫细胞的一面旗帜，免疫系统看到这面旗帜就会消灭癌细胞。一些单克隆抗体通过向癌细胞输送药物、毒素或放射性粒子来抗癌。例如布伦妥昔单抗是一种与化疗药物相连的单克隆抗体，当抗体附着在癌细胞的靶点上时，就会输送化疗药物，从而杀死癌细胞。癌症研究人员正在继续研究利用单克隆抗体的精确性治疗癌症患者的新方。 想蹭神舟上太空，板蓝根比你有机会。我们埋头研发的神舟一号就带板蓝根太空游。神舟三号带个假人当宇航员，吃喝拉撒全模拟来给载人打基础。神舟四号怕飞船冻着，裹了110条大棉被，他就为送两对新人上太空办婚礼。一对动物细胞，一对植物细胞，微重力下亲热更容易。神舟五号，杨利伟随身揣把六四式，不打外星人，就怕像之前俄罗斯老哥返航掉进荒山里，差点被狼给空了。神舟九号带个循环器，把尿变成水，从此太空喝水不发愁。神舟十一号夹带山西老陈醋，景海鹏的专属饮料。神舟14号大包小包快递寄不停。航天员给空间站造大脑，安沉浸打工六个月。百度作为中国探月与航天工程人工智能全球战略合作伙伴，未来将继续在航天多领域开展技术合作。