第2章 第2节 第2课时 动物细胞融合技术与单克隆抗体（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程（人教版2019 不定项）

第2课时　动物细胞融合技术与单克隆抗体 课时目标 1.通过对动物细胞融合的结构基础、诱导方法及原理的理解，掌握动物细胞融合的过程。(生命观念、科学思维) 2．采用模型与建模的方法，阐明单克隆抗体的制备过程。(科学思维) 3．讨论单克隆抗体在医学领域上的应用，分析与认同其优势和发展潜力。(社会责任) 一、动物细胞融合技术 1．概念：使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。 2．原理：细胞膜的流动性。 3．诱导融合的方法 4.意义 (1)细胞融合技术突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。 (2)是研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和培育生物新品种等的重要手段。 (3)为制造单克隆抗体开辟了新途径。 二、单克隆抗体及其应用 1．传统抗体的获得 (1)方法：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。 (2)缺陷：产量低、纯度低、特异性差。 2．单克隆抗体的制备 (1) (2)解决思路：将B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合为杂交瘤细胞。 (3)制备过程 3．单克隆抗体的优点 (1)能准确地识别抗原的细微差异。 (2)与特定抗原发生特异性结合。 (3)可以大量制备。 4．单克隆抗体的应用 (1)作为诊断试剂，如定位诊断肿瘤、心血管畸形等疾病。 (2)运载药物，如ADC(抗体—药物偶联物)。 (3)治疗疾病。 ◆名师点睛 1．单克隆抗体制备的技术手段和原理 (1)技术手段：动物细胞融合和动物细胞培养。 (2)原理：细胞膜的流动性和细胞增殖。 2．抗体—药物偶联物(ADC) 由单克隆抗体和细胞毒素两部分构成，单克隆抗体只是能够识别肿瘤细胞，细胞毒素能起到杀伤肿瘤细胞的作用。 ◆思维启迪 1．利用传统方法生产的抗体为什么纯度低？ 提示：动物在环境中接触到的抗原种类多，故体内产生的抗体种类也较多，导致提取的抗体纯度低。 2．为什么灭活的病毒能作为诱导因素？ 提示：灭活的病毒能使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。把两个动物细胞放在一起，用灭活的病毒处理后，先发生细胞膜融合，然后细胞质融合，最后细胞核融合，进而形成杂交细胞。 ◆基础速判(对的画“√”，错的画“×”) 1．与植物原生质体融合相比，动物细胞融合特有的诱导因素有聚乙二醇(PEG)、灭活病毒。(　　×　　) 2．灭活的含义是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。(　　√　　) 3．二倍体动物细胞融合后的杂交细胞仍然是二倍体细胞。(　　×　　) 4．B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合后，得到的都是杂交瘤细胞。(　　×　　) 5．单克隆抗体制备过程中两次筛选的目的相同。(　　×　　) 6．杂交瘤细胞具有两个亲本细胞的遗传信息，具有既能产生抗体又能大量增殖的特点。(　　√　　) 7．单克隆抗体的优点是特异性强，灵敏度高，可大量制备。(　　√　　) 任务一__动物细胞融合技术 下图为动物细胞融合的过程图解。 [问题探究] 1．动物细胞融合的基本原理是什么？融合处理后的细胞是否可以直接用于培养？为什么？ 答案：细胞膜的流动性。不可以。因为诱导融合的手段只是促使细胞间的融合，不能保证所有细胞都发生融合，形成的融合细胞也有多种，因此需要筛选。 2．与诱导植物原生质体融合相比，诱导动物细胞融合特有的方法是什么？ 答案：动物细胞融合特有的诱导方法是灭活病毒诱导法。 3．若只考虑A、B两种细胞间的两两融合，诱导形成的融合细胞有几种？ 答案：有三种，即同种细胞融合(AA，BB)和不同种细胞融合(AB)。 植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较 比较项目 植物体细胞杂交 动物细胞融合 原理 细胞膜的流动性、细胞的全能性 细胞膜的流动性 融合前处理 除去细胞壁 使细胞分散开 常用的酶 纤维素酶和果胶酶 胰蛋白酶或胶原蛋白酶 诱导 方法 物理法：电融合法和离心法等； 化学法：聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋—高pH融合法等 物理法：电融合法等； 化学法：聚乙二醇(PEG)融合法等； 生物法：灭活病毒诱导法 结果 杂种植株 杂交细胞 应用 培育植物新品种 主要用于制备单克隆抗体 意义 打破生殖隔离，实现远缘杂交育种 突破有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能 提醒：动物细胞融合时，先是细胞膜发生融合，然后是细胞质融合，最后是细胞核的融合。当两个细胞核融合后形成具有单核的杂交细胞，则标志着动物细胞融合的完成。 1．下图表示仙台病毒诱导动物细胞融合的部分过程，下列相关叙述正确的是(　　) A.细胞A和细胞B必须为同种细胞才能融合 B.细胞C同时有细胞A和细胞B的遗传物质 C.该融合过程体现了细胞膜具有选择透过性 D.此过程的原理是动物细胞具有全能性 B　解析：不同种的细胞也能融合，如人、鼠细胞融合，A错误；如题图所示，细胞A、B融合成一个细胞，则细胞C同时有细胞A和细胞B的遗传物质，B正确；该融合过程体现了细胞膜具有流动性，C错误；此过程的原理是动物细胞膜具有流动性，D错误。 2．(2024·武汉高二检测)对比动物细胞融合和植物体细胞杂交技术，下列论述合理的是(　　) A.均可使用PEG、电刺激或灭活病毒的方法诱导细胞融合 B.两者都可以跨越种属间的生殖隔离 C.两者都需要用到纤维素酶和果胶酶 D.在适宜的条件下，均可发育成完整个体 B　解析：动物细胞融合和植物体细胞杂交技术中诱导融合的方法不完全相同，动物细胞融合的方法有物理法(电刺激)、化学法(PEG)和生物法(灭活病毒)，而植物体细胞杂交中诱导融合的方法只有物理法和化学法，A错误；动物细胞融合和植物体细胞杂交都可以跨越种属间的生殖隔离，突破有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能，B正确；植物细胞含有细胞壁，细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，故进行植物体细胞杂交时需要纤维素酶和果胶酶分解细胞壁，而动物细胞不含细胞壁，不需要用纤维素酶和果胶酶，C错误；植物体细胞杂交能够在适宜条件下发育成完整个体，动物细胞融合不能发育成个体，能够用来制备单克隆抗体，D错误。 任务二__单克隆抗体及其应用 下图为单克隆抗体的制备过程： [问题探究] 1．给小鼠注射抗原的目的是什么？ 答案：获得能产生相应抗体的B淋巴细胞(浆细胞)。诱导融合的B淋巴细胞是经免疫产生的，未经免疫的B淋巴细胞不能产生抗体。 2．B淋巴细胞和骨髓瘤细胞经灭活的病毒处理后，培养液中存在哪几种细胞？(不考虑多个细胞相互融合的情况) 答案：未融合的B淋巴细胞、未融合的骨髓瘤细胞、B淋巴细胞­B淋巴细胞、骨髓瘤细胞­骨髓瘤细胞、杂交瘤细胞。 3．选择杂交瘤细胞的两次筛选的目的各是什么？ 答案：第一次筛选的目的是获得杂交瘤细胞；第二次筛选的目的是获得能产生所需抗体的杂交瘤细胞。 4．抗体—药物偶联物(ADC)是用单克隆抗体及相关物质制成的，ADC中起治疗作用的物质是什么？单克隆抗体的作用是什么？ 答案：ADC中真正发挥治疗作用的物质是相关“药物”，单克隆抗体主要发挥靶向运输作用，即通过特异性结合靶细胞表面的抗原，将连接的药物输送到靶细胞。 单克隆抗体制备过程中两次筛选的比较 项目 第一次筛选 第二次筛选 原因 诱导融合后会得到多种杂交细胞，另外还有未融合的细胞 经选择性培养获得的杂交瘤细胞中有能产生其他抗体的细胞 方法 用特定的选择培养基筛选：未融合的细胞和同种细胞融合后形成的细胞(“B­B”细胞、“瘤­瘤”细胞)都会死亡，只有融合的杂交瘤细胞(“B­瘤”细胞)才能生长 用多孔培养皿培养，在每个孔只有一个杂交瘤细胞的情况下开始克隆化培养和抗体检测，经多次筛选得到能产生特异性抗体的细胞群 目的 得到杂交瘤细胞 得到能分泌所需抗体的杂交瘤细胞 1．(2024·北京高二检测)研究发现肿瘤细胞快速增殖时需要更多的铁元素，肿瘤细胞表面的转铁蛋白受体TR增多。研究人员设想通过制备TR抗体来有效抑制肿瘤细胞增殖。下列相关分析错误的是(　　) A．对小鼠进行多次注射TR免疫后，方可获得大量产生TR抗体的B淋巴细胞 B．从免疫小鼠脾脏获取的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞一经融合即为所需的杂交瘤细胞 C．将得到的产生TR抗体的杂交瘤细胞在小鼠腹腔中培养，可从腹水中提取TR抗体 D．TR抗体能与肿瘤细胞膜上的相关蛋白质结合，从而抑制肿瘤细胞的快速增殖 B　解析：在制备单克隆抗体时需先用TR对小鼠进行免疫，方可获得产生TR抗体的B淋巴细胞，为获得杂交瘤细胞做准备，A正确；从免疫小鼠脾脏获取的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合后，能得到多种杂交瘤细胞，需经过专一抗体检测后才能得到产生TR抗体的杂交瘤细胞，B错误；产生TR抗体的杂交瘤细胞，经克隆化培养和抗体检测后转移到小鼠腹腔中培养，从小鼠腹水中提取TR抗体，C正确；TR抗体能与肿瘤细胞膜上的相关蛋白质特异性结合，降低肿瘤细胞对铁的转运，从而抑制肿瘤细胞的快速增殖，D正确。 2．(不定项)成纤维细胞生长因子(FGF20)会在肺癌、胃癌及结肠癌细胞中过量表达，可作为潜在的肿瘤标志物。因此抗FGF20抗体可以用于癌症早期诊断筛查。研究者设计如下流程制备抗FGF20单克隆抗体。下列叙述正确的是(　　) A．过程①可用胰蛋白酶等处理取自小鼠脾脏的组织 B．过程②应先用聚乙二醇或灭活病毒诱导细胞融合 C．过程②③筛选相关细胞时都需用选择培养基 D．过程④可将细胞注射到小鼠腹腔内或体外培养 ABD　解析：过程①可用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理取自小鼠脾脏的组织，获得分散的单个细胞，A正确；过程②包括诱导细胞融合和筛选杂交瘤细胞，诱导动物细胞融合的常用方法包括聚乙二醇融合法和灭活病毒诱导法等，B正确；过程②需要用选择培养基筛选出杂交瘤细胞，过程③需要进行克隆化培养和抗体检测，不需要用选择培养基进行筛选，C错误；过程④属于单克隆抗体扩增，可将细胞注射到小鼠腹腔内或体外进行培养，从而获得大量单克隆抗体，D正确。 单克隆抗体的制备及应用——科学探究 与社会责任 双特异性抗体是指一个抗体分子可以与两个不同抗原或同一抗原的两个不同抗原表位相结合，目前最常利用杂交瘤杂交法来制备。长春花是原产于非洲东海岸的野生花卉，其所含的长春碱具有良好的抗肿瘤作用。图1是某双特异性抗体作用图，图2是科研人员通过杂交—杂交瘤细胞技术(免疫的B淋巴细胞和杂交瘤细胞杂交技术)生产双特异性单克隆抗体的部分过程。 设计1：考查识图与长句表达能力 (1)与植物体细胞杂交相比，图2中过程②特有的诱导融合的方法是________________，过程②选用的骨髓瘤细胞________(填“能”或“不能”)在HAT培养基上生长。 (2)图2中步骤①多次注射癌胚抗原的目的是_________________________________ ________________________________________________________________________。 设计2：考查知识迁移能力 (3)对③筛选出的杂交瘤细胞，还需进行________________________，才能筛选出所需的单克隆杂交瘤细胞，该细胞的特点是________________________。 设计3：考查长句表达能力与社会责任 (4)与直接使用长春碱相比，将长春碱与双特异性单克隆抗体结合后给药，对人体的副作用更小，原因是_____________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)灭活病毒诱导法　不能 (2)刺激小鼠产生更多的已免疫的B淋巴细胞 (3)克隆化培养、抗体检测(专一抗体检测或抗原—抗体杂交)　既能迅速大量增殖，又能产生抗癌胚抗原抗体 (4)双特异性单克隆抗体能特异性结合肿瘤细胞表面膜抗原，将长春碱靶向运输至肿瘤细胞所在位置，在原位杀死肿瘤细胞，减少对正常细胞的伤害 解析：(1)诱导动物细胞融合的常用方法有PEG融合法、电融合法和灭活病毒诱导法等，动物细胞融合特有的方法是灭活病毒诱导法。小鼠B淋巴细胞、骨髓瘤细胞以及融合的具有同种核的细胞在HAT培养基上都会死亡，骨髓瘤细胞与B淋巴细胞形成的融合细胞能在HAT培养基上正常存活，并无限增殖。(2)图2中步骤①多次注射癌胚抗原的目的是发生多次免疫反应，刺激小鼠产生更多的已免疫的B淋巴细胞。(3)为筛选出能产生专一抗体的杂交瘤细胞，要将从HAT培养基上筛选出的细胞稀释液滴入多孔培养板中，使多孔培养板每个孔中有一个细胞，然后筛选出专一抗体检测呈阳性的细胞，进行克隆化培养，这样才能筛选出所需的单克隆杂交瘤细胞，该细胞的特点是既能迅速大量增殖，又能产生抗癌胚抗原抗体。(4)根据题图分析：双特异性抗体制备流程为先给小鼠注射特定癌胚抗原使之发生免疫反应，然后获取已经免疫的B淋巴细胞。诱导已经免疫的B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合，利用选择培养基筛选出杂交瘤细胞；再把单克隆杂交瘤细胞与经注射长春碱后从小鼠中获得的已经免疫的B淋巴细胞再杂交，得到单克隆杂交—杂交瘤细胞，再培养该细胞，最终生产出能同时识别癌胚抗原和长春碱(一种抗癌药物) 的双特异性单克隆抗体。因此与直接使用长春碱相比，将长春碱与双特异性单克隆抗体结合后给药，对人体的副作用更小，原因是双特异性单克隆抗体能特异性结合肿瘤细胞表面膜抗原，将长春碱靶向运输至肿瘤细胞所在位置，在原位杀死肿瘤细胞，不对其他正常细胞造成损伤。 1．动物细胞融合属于动物细胞工程的技术手段之一。下列有关动物细胞融合的叙述，正确的是(　　) A．动物细胞融合产生的细胞称为重组细胞 B．融合后形成的细胞为单核或多核细胞 C．常用的诱导融合的生物诱导剂是聚乙二醇、灭活的病毒等 D．可由两个或多个动物细胞结合成一个细胞 D　解析：动物细胞融合产生的细胞称为杂交细胞，A错误；融合后形成的细胞为具有两个或多个细胞遗传信息的单核细胞，B错误；诱导动物细胞融合的生物诱导剂是灭活的病毒，聚乙二醇属于化学诱导剂，C错误；动物细胞融合技术就是使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术，D正确。 2．(2024·晋城高二阶段练习)2024年1月呼吸道合胞病毒(RSV)预防性单克隆抗体——尼塞韦单抗正式在中国获批上市，用于预防新生儿和婴儿由RSV引起的下呼吸道感染。科学家将控制尼塞韦单抗结构域的某基因替换了三个碱基以达到延长半衰期的效果。下列说法正确的是(　　) A．尼塞韦单抗的制备利用了基因突变、细胞培养、细胞融合等技术 B．制备尼塞韦单抗时杂交瘤细胞需要分瓶培养，以防止接触抑制 C．体外培养杂交瘤细胞时，要通入95%的O2和5%的CO2 D．为了减轻代谢物积累对细胞的伤害，可在细胞培养液中加入一定量的抗生素 A　解析：科学家将控制尼塞韦单抗结构域的某基因替换了三个碱基，利用了基因突变的原理，单克隆抗体的制备利用了细胞培养、细胞融合等技术，A正确；制备尼塞韦单抗时杂交瘤细胞可以无限增殖，所以在培养瓶中培养不会出现接触抑制，B错误；体外培养杂交瘤细胞时，要通入95%的空气和5%的CO2，C错误；为了减轻代谢物积累对细胞的伤害，必须定期更换培养液，D错误。 3．由单克隆抗体研制而成的“生物导弹”由两部分组成，一是“瞄准装置”，二是杀伤性“弹头”。下列相关叙述不正确的是(　　) A．“瞄准装置”由识别靶细胞的单克隆抗体构成 B．“弹头”由细胞毒素等药物构成 C．“弹头”中的药物有选择性杀伤靶细胞的功能 D．“生物导弹”是利用细胞工程制造出来的 C　解析：单克隆抗体可与抗原(靶细胞)发生特异性结合，起到导向作用，A正确；“弹头”由细胞毒素等药物构成，可以杀伤靶细胞，B正确；“弹头”中的药物不具有选择作用，C错误；单克隆抗体运用了动物细胞工程中的动物细胞培养和动物细胞融合等技术，D正确。 4．下列有关制备抗A抗原单克隆抗体过程的叙述，不正确的是(　　) A．用A抗原免疫后提取的脾B淋巴细胞有多种，但A抗原诱导产生的B淋巴细胞占比增大 B．灭活病毒诱导细胞融合的原理是病毒表面某些物质能与细胞膜上的糖蛋白发生作用 C．通过特定的选择培养基可以将能产生抗A抗原抗体的杂交瘤细胞筛选出来 D．单克隆抗体可以作为药物的运载体，其自身也可以作为药物用于治疗疾病 C　解析：B淋巴细胞具有特异性，一种B淋巴细胞只能识别一种抗原，小鼠接触过除了A抗原之外的其他抗原，故脾B淋巴细胞有多种，但经A抗原免疫后，A抗原诱导产生的B淋巴细胞占比增大，A正确；诱导动物细胞融合可以用灭活的病毒，原理是病毒表面的糖蛋白和一些酶能与细胞膜上的糖蛋白发生作用，使细胞相互凝聚，细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子重新排布，细胞膜打开，从而实现细胞融合，B正确；通过特定的选择培养基可以将杂交瘤细胞筛选出来，但要得到能够产生抗A抗原抗体的杂交瘤细胞还需要进行克隆化培养和抗体检测，C错误；单克隆抗体可以作为药物的运载体，其自身也可以作为药物用于治疗疾病，D正确。 5．(不定项) (2024·郴州高二检测)人肌红蛋白(Myo)是早期诊断急性心肌梗死的生化标志物之一。为制备抗Myo的单克隆抗体，科研人员通过细胞工程技术获得杂交瘤细胞。下列相关叙述正确的是(　　) A．在培养骨髓瘤细胞时，一般不会出现接触抑制现象 B．用选择培养基进行筛选时，只有能产生抗Myo的单克隆抗体的细胞能生长 C．将杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔，一段时间后可在细胞培养液中获得单克隆抗体 D．若利用制得的单克隆抗体进行检测，结果为阳性，则说明该患者可能患有急性心肌梗死 AD　解析：骨髓瘤细胞能够无限增殖，进行细胞培养时，一般不会出现接触抑制现象，A正确；用选择培养基进行筛选时，只有融合的杂交瘤细胞能生长，B错误；将杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔，一段时间后可在小鼠腹腔中获得单克隆抗体，若在体外条件下大规模培养，可在细胞培养液中获得单克隆抗体，C错误；人肌红蛋白(Myo)是早期诊断急性心肌梗死的生化标志物之一，故利用制得的单克隆抗体进行检测，结果为阳性，则说明该患者可能患有急性心肌梗死，D正确。 6．(2024·中山高二检测)细胞工程在药物生产和育种等领域应用十分广泛。阅读下列材料，回答下列问题。 材料一　人绒毛膜促性腺激素(HCG)是女性怀孕后胎盘滋养层细胞分泌的一种糖蛋白。如图是制备抗HCG单克隆抗体流程示意图。 材料二　西湖龙井含有的茶碱是植物细胞的代谢产物，具有提神、抗衰老功效，可利用植物组织培养技术来实现茶碱的工业化生产。 (1)免疫处理的小鼠产生的B淋巴细胞群能合成并分泌________(填“一种”或“多种”)抗体。诱导小鼠B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合时，采用的化学诱导试剂是____________。经HAT培养基培养筛选得到杂交瘤细胞，该细胞具有______________________________ ________________________________________________________________________ 的特点，再进行克隆化培养和抗体检测，经过多次筛选，才能获得足够数量的能分泌____________的杂交瘤细胞。该过程一般在多孔细胞培养板上进行：先将细胞悬浮液稀释到7～10个细胞/mL，再在每个培养孔中滴入0.1 mL细胞稀释液，其目的是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)单克隆抗体最广泛的用途是用作体外诊断试剂，如科学家利用人绒毛膜促性腺激素的单克隆抗体，制作出了早孕试纸，该试纸可以利用尿液诊断早孕的理由是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)若利用植物组织培养技术，可将龙井茶叶细胞培养到____________阶段，然后从____________(填细胞器)中提取茶碱；一般来说，植物组织培养培育成植株的生殖方式为____________。 答案：(1)多种　聚乙二醇(PEG)　既能迅速大量增殖，又能产生抗体　所需抗体(抗HCG抗体)　使每个孔内不多于一个细胞，达到单克隆培养的目的 (2)怀孕后尿液中含有HCG，抗HCG单克隆抗体可以与它特异性结合，从而诊断早孕 (3)愈伤组织　液泡　无性生殖 解析：(1)免疫处理的小鼠产生相应的B淋巴细胞群，能合成并分泌多种抗体，而1个浆细胞只能合成一种抗体；诱导小鼠B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合时，采用的化学诱导试剂是聚乙二醇(PEG)；经HAT培养基培养筛选得到杂交瘤细胞，该细胞具有既能迅速大量增殖，又能产生抗体的特点，再进行克隆化培养和抗体检测，经过多次筛选，才能获得足够数量的能分泌所需抗体(抗HCG抗体)的杂交瘤细胞；步骤③需对选择培养的杂交瘤细胞进行克隆化培养及抗体检测，该过程一般在多孔细胞培养板上进行；用多孔培养板培养时，需要稀释，其目的是使每个孔内不多于一个细胞，达到单克隆培养的目的。(2)人绒毛膜促性腺激素的单克隆抗体本质为蛋白质，所用检测早孕的方法为抗原－抗体杂交，怀孕后尿液中含有HCG，抗HCG单克隆抗体可以与它特异性结合，从而诊断早孕。(3)愈伤组织是一群未分化的细胞，液泡中含有无机盐、糖类等有机物，故若利用植物组织培养技术，可将龙井茶叶细胞培养到愈伤组织阶段，然后从其液泡中提取茶碱；由于该过程中没有经过精卵结合，故生殖方式为无性生殖。 学科网（北京）股份有限公司 $$