2.2 动物细胞工程（第1课时）-【爱上生物课】2024-2025学年高二生物备课通关优质课件（人教版2019选择性必修3）

第2节动物细胞工程 第二章细胞工程 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 3月13日清晨，江苏南京一小区居民家中突发火灾，由于现场火势较大，屋内两人无法逃脱，丈夫把妻子放在阳台护栏外侧，紧紧拉着妻子不放手，自己却烧伤，随后，消防员赶到，将屋内两人救出。 大面积烧伤的病人，需要移植健康皮肤 1）使用他人皮肤？ 患者自身的不够用，如何解决？ 2）自身健康皮肤？ 非常有限 免疫排斥反应 小面积烧伤：患者通过切除 + 植皮(自身)后恢复。 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出可供移植的皮肤？ 从社会中来 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 是最基础的技术 单克隆抗体 人造肉 人造皮肤 动物细胞培养 1. 概念： 从动物体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。 在适宜的培养条件下 如何分散 2. 原理： 3. 地位： 动物细胞工程的基础 细胞分裂（增殖） 4. 培养对象： 胚胎或幼龄动物的细胞 幼龄个体的细胞分化程度低、分裂能力强，易培养。 5. 目的： 获得细胞或者细胞产物 不能获得完整动物个体 未体现动物细胞的全能性 一、动物细胞培养的条件 ﹤ 动物细胞培养 所需基本条件 ﹤ 营养条件 其他 条件 糖类 氨基酸 无机盐 维生素等 适宜温度、pH和渗透压 无菌、无毒的环境 适宜的气体环境 一般来说，动物细胞培养（模拟体内细胞正常生长增殖的环境）需要满足以下条件： *这里的糖类不包括淀粉、蔗糖等。 动物细胞无法吸收二糖、多糖 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。 培养基的构成：合成培养基 + 血清等天然成分 1.营养 一般使用液体培养基，也称为培养液。 一、动物细胞培养的条件 2.无菌、无毒的环境 无菌 ①对培养液和所有培养用具进行灭菌处理 ②在无菌环境下进行操作 无毒 定期更换培养液 1、定期更换培养液的目的是什么？ 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 2、如何防止培养过程中的微生物污染？ 在细胞培养液中添加一定量的抗生素 一、动物细胞培养的条件 3.温度、pH和渗透压 多数动物细胞生存的适宜pH为________ ①适宜的温度： 36.5±0.5℃ 7.2-7.4 维持细胞正常的形态和功能 哺乳动物细胞培养的温度多以_ __________为宜； 维持适宜渗透压的目的______________________ ②适宜的pH： ③适宜的渗透压： 一、动物细胞培养的条件 4.气体环境 动物细胞培养所需气体主要有_____和______ 用培养皿或松盖培养瓶, 在含有_______________和__________的混合气体的__________ O2 CO2 细胞代谢所必需的 维持培养液的pH 95%空气 5%CO2 CO2培养箱 ①组成 不同气体的作用是什么？ ②培养仪器 （95%）O2: （5%）CO2： 二、动物细胞培养的过程 合作探究：请同学们自主阅读教材P44-45，小组合作思考讨论完成问题。 1.体外培养动物细胞有哪些类型？ 2.简述动物细胞培养的过程。 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 （一）动物细胞培养的类型 第1类：悬浮生长细胞 第2类：贴壁生长细胞 （主流） 悬浮培养瓶 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。 二、动物细胞培养的过程 传代培养 放入CO2培养箱中培养 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 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 二、动物细胞培养的过程 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 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)取材对象: (2)取材原因: 1.取动物组织 （二）动物细胞培养的过程 长时间会分解细胞膜蛋白，破坏细胞结构，注意控制时间和酶用量。 二、动物细胞培养的过程 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 (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。 2.分散成单个细胞 （2）怎样将动物组织分散成单个细胞？ 机械方法或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理一段时间。 不可以，因为胃蛋白酶的最适PH为1.5左右 ①用胃蛋白酶可以吗？ ②胰蛋白酶处理时间过长，会怎样？ 纤维蛋白、胶原蛋白等 （二）动物细胞培养的过程 二、动物细胞培养的过程 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 制成细胞悬液 取动物组织 3.制成细胞悬液 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。 （二）动物细胞培养的过程 二、动物细胞培养的过程 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 4.原代培养: 指动物组织经处理后的初次培养。 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 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 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。 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。 解决办法? （二）动物细胞培养的过程 二、动物细胞培养的过程 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 5.传代培养： 指分瓶后的细胞培养。 （1）收集细胞 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： 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。 直接用离心法收集 ①悬浮生长类： （二）动物细胞培养的过程 二、动物细胞培养的过程 传代培养 思考:细胞可以一直进行传代培养吗？ 传代培养 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 大部分细胞衰老死亡 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 10~50代 继续培养 （50代以后） 有限细胞系 无限细胞系 实验使用或保存的细胞通常为10代以内，以保持细胞正常的二倍体核型(遗传物质不改变) 这一阶段的细胞称为细胞株 遗传物质一定改变了 二、动物细胞培养的过程 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。( ) × 原代培养特指从体内取出组织或细胞后进行的初次培养， 而第一代细胞则是指细胞在培养过程中经历的第一次增殖。 原代培养不仅仅包括第一代细胞，还包括了后续几代（通常至第十代）的细胞。 二、动物细胞培养的过程 思考：“细胞增殖到互相接触的时候，糖蛋白识别了这种信息， 就会使细胞停止继续繁殖，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 肿瘤细胞失去接触抑制， 条件适宜在培养液可以无限增殖下去。 二、动物细胞培养的过程 传代培养： 二、动物细胞培养的过程 （三）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） 动物细胞培养和植物组织培养的比较 植物组织培养 动物细胞培养 原理 培养前处理 取材 培养基的物理性质 培养基的成分 特有成分 相同点 植物细胞的全能性 细胞增殖 离体 用机械法或胰蛋白酶、胶原蛋白酶将组织细胞分散开 离体植物器官、组织、细胞 动物胚胎或幼龄动物的组织、器官 固体 液体 (又称培养液) 水、有机营养成分、无机营养成分、植物激素 糖类、氨基酸、无机盐、维生素等营养物质及血清等天然成分 植物激素 血清 细胞分裂方式都是有丝分裂；都要严格的进行无菌操作。 及时训练 没有发育成完整个体 (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)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液的pH(　　) × √ 1.判断正误 × √ 接触抑制 及时训练 2.一般来说，动物细胞体外培养需要满足以下条件 ①无毒的环境　②无菌的环境　③只使用合成培养基　④温度与动物的体温相近　⑤因在CO2培养箱中培养，故不需要O2　⑥多数动物细胞培养在7.2～7.4的pH环境 A.①②④⑤⑥ B.①②③④ C.①②③⑤⑥ D.①②④⑥ √ 加入血浆 需要加入氧气，呼吸 及时训练 3.在将动物组织块分散成单个细胞时，可以使用胰蛋白酶。由此判断以下推测不合理的是 A.动物细胞之间可能依靠蛋白质相互联系 B.处理时一定要注意处理时间、加酶量 C.胰蛋白酶一定不会对动物细胞造成损伤 D.动物细胞培养液的pH应与胰蛋白酶作用的适宜pH基本一致 √ 长时间会分解细胞膜蛋白，破坏细胞结构 三、干细胞培养及其应用 三、干细胞培养及其应用 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。 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 2.分布 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 3.干细胞类型及特点 (1)胚胎干细胞： ES细胞 ➊分布： ➋特点： ➌应用实例： ➍局限性： 存在于 中 具有分化为成年动物体内的 类型的细胞，并进一步形成机体的所有组织和器官甚至 的潜能。 目前科学家已分离出了小鼠、兔、牛、猴和人等的ES细胞，在体外培养可分化成心肌细胞、神经元细胞和造血干细胞等细胞。 必须从 中获取 ，涉及伦理问题；因而限制了在医学上的应用。 早期胚胎 任何一种 个体 胚胎 三、干细胞培养及其应用 3.干细胞类型及特点 (2)成体干细胞： ➊分布： ➌特点 ➋常见类型 存在于 组织或器官内的干细胞 造血干细胞 神经干细胞 精原干细胞 发现最早 研究最多 应用最成熟 具有 性，只能分化成 细胞或组织， 发育成完整个体的能力。 成体 （骨髓、外周血和脐带血中） （神经系统中） （睾丸中） 组织特异 特定的 不具有 ➍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。 发育 再生 修复 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→ 三、干细胞培养及其应用 (3)诱导多能干细胞： iPS细胞 3.干细胞类型及特点 ➊概念： 通过 诱导小鼠 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 ➋诱导方法： ①借助载体将 或 导入细胞 （成纤维细胞以及已分化的 均可）； ②用 诱导形成。 ➌诱导多能干细胞优点： ①诱导过程 破坏胚胎； ② iPS 细胞可以来源于病人自身的 细胞，将它移植回病人体内后，理论上可以避免 反应。 体外 成纤维 特定基因 特定蛋白 T细胞、B细胞 小分子化合物 无须 体 免疫排斥 所以，科学家普遍认为iPS细胞的应用前景优于胚胎干细胞。 成纤维细胞 iPS细胞 三、干细胞培养及其应用 iPS细胞用于治疗人类疾病示意图 (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。 如图为iPS细胞的培养和利用过程，请据图回答问题： 1 2 （3）利用诱导多能干细胞形成的组织细胞移植后会产生免疫排斥吗？ 由于人造器官是由病人自身细胞经诱导分化形成的，所以理论上可以避免免疫排斥反应。 三、干细胞培养及其应用 4.面临的问题及展望 面临的问题 运用展望 存在导致肿瘤发生的风险 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。 三种干细胞的比较 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 有肿瘤发生的风险 小结 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和器官中 主要应用在医学上 干细胞治疗疾病的机理 练习与应用 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（ ） 一.概念检测 × √ × × 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 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。 （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。 二.拓展应用 感谢观看 Lavf58.51.100 Lavf58.51.100 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 $$