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

第二节 动物细胞工程 动物细胞工程常用的技术： 动物细胞培养 动物细胞融合 动物细胞核移植等 ——动物细胞工程的基础 第二章 细胞工程 第二节 动物细胞工程 2.2.1动物细胞培养 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。那么，怎样才能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？ 通过细胞培养构建的人造皮肤 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； 目前，科学家还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； 一、动物细胞培养的概念和原理 1.概念： 2.原理： 3.地位： 动物细胞工程的基础 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。 细胞增殖 动物组织的选择： 幼龄动物 or 老龄动物 幼龄个体的细胞分化程度低、分裂能力强，易培养。 动物体内的细胞之所以能够维持正常的生命活动，是因为机体给 这些细胞提供了适宜的条件。 充足的营养、稳定的内环境等 二、动物细胞培养的条件 1.营养条件: (1)合成培养基:将细胞所需的营养物质按_____________严格配制而成。 (2)天然成分:_____等。 (3)一般使用_____培养基,即培养液。 种类和所需量 血清 液体 营养物质主要包括：糖类、氨基酸、无机盐、维生素等。 为什么对动物细胞进行培养时通常要添加血清？ 血清中含有多种维持细胞代谢和生长的物质，如蛋白质、氨基酸、未知的促细胞生长因子等。 （注意：这里的糖类不能是淀粉、蔗糖） 2.无菌、无毒的环境: (1)培养液和培养用具_____处理。 (2)_____环境下操作。 (3)培养液定期更换的原因:__________________________________________ 3.温度、pH和渗透压: (1)适宜的温度:哺乳动物多以__________ ℃为宜。 (2)适宜的pH:多数细胞生存的适宜pH为_________。 (3)适宜的渗透压。 4.气体环境: (1)O2作用:_________________。 (2)CO2的主要作用:_______________。 (3)置于95%空气和5%CO2的CO2培养箱中。 36.5±0.5 7.2～7.4 细胞代谢所必需的 维持培养液的pH 清除代谢物,防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害 无菌 灭菌 CO2培养箱 培养皿 培养瓶 维持细胞正常的形态和功能 思考: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 用机械法或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理 原代培养 加培养液制成细胞悬液 再放入培养皿或培养瓶内 悬浮生长 贴壁生长 (大多数） 原代培养：指动物组织经处理后的初次培养。 细胞贴壁：某些细胞需要贴附于某些基质表面 （如培养瓶瓶壁）才能增殖。 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。 传代培养：分瓶后的细胞培养。 ④接触抑制 细胞分裂受阻 解决 传代培养 分瓶 培养 取动物组织 分散成单个细胞 ②制成细胞悬液，分瓶培养。 ①收集细胞 悬浮培养的细胞:直接用离心法收集 贴壁细胞:用胰蛋白酶处理分散成单个细胞，用离心法收集 ①营养物质缺乏、②代谢废物积累、③细胞密度过大等 三、动物细胞培养的过程 7 接触抑制： 当贴壁细胞分裂生长到 时，细胞通常会 。 贴壁 表面相互接触 停止分裂增殖 癌细胞由于无接触抑制而能够继续移动和增殖，导致细胞向三维空间扩展，发生堆积。 是否接触抑制可作为区别正常细胞与癌细胞的标志之一。 取动物组织 用机械的方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理 分散成单个细胞 加培养液 细胞悬液 原代培养（10代以内） 在培养皿或培养瓶中 传代培养（10代以后） 悬浮培养的细胞直接用离心法收集；贴壁细胞需用胰蛋白酶处理分散成单个细胞后，在离心法收集 三、动物细胞培养的过程 随着细胞传代次数的增多，绝大部分细胞分裂停止，但极少数细胞会因遗传物质发生改变而变成不死性细胞,可以连续增殖。 动物细胞培养实现细胞扩增，不能最终培养成动物体 传代培养一般培养有限代次后，细胞就会死亡，如果细胞不死，就意味着细胞的遗传物质发生了改变，即具有异倍体核型。 目前用于冷冻保存的正常细胞通常为10代以内的细胞，以保持细胞正常的二倍体核型。 9 （1）选材： ；原因是： 。 细胞分化程度低，分裂能力强，容易培养 动物胚胎或幼龄动物的组织、器官 （2）培养前为什么分散成单个细胞？ ①成块组织中细胞与细胞靠在一 起，彼此限制了生长与增殖； ②利于与培养液充分接触，保证 O2与营养供应和代谢物及时排出。 （3）胰蛋白酶的作用： 。 胃蛋白酶可以吗？理由。 。 将动物组织细胞间的蛋白质成分酶解，使细胞分散开，获得单个细胞 胃蛋白酶不可以，pH不适宜 (4)在用胰蛋白酶处理组织时应注意什么？ 细胞膜含有蛋白质，长时间处理会损伤细胞，要控制好时间。 (5）需分瓶进行传代培养的原因: 导致细胞分裂受阻 ①营养物质缺乏 ②有害代谢物积累 ③细胞密度过大 ④接触抑制 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 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) 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一些天然成分如血清 植物激素 血清 四、植物组织培养和动物细胞培养的比较 植物组织培养 动物细胞培养 特殊环境条件 结果 是否体现细胞的全能性 过程 相同点 再分化需光 气体环境 一般获得新的植株 获得大量细胞 是 否 ①培养过程中细胞都进行有丝分裂，不涉及减数分裂； ②均需无菌操作，需要适宜的温度、pH等条件。 2025/5/16 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 根、芽 幼苗 完整植株 移栽成活 取动物组织 制成细胞悬液 转入培养液进行原代培养 分瓶 进行传代培养 【基础过关】 (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( ) × × √ √ 14 【典例1】如图所示为动物细胞培养的基本过程，下列关于甲、乙、丙、丁四个操作过程的叙述，正确的是(　　) C A.甲过程可选取动物个体的任何组织细胞 B.乙过程可用纤维素酶和果胶酶处理细胞 C.丙过程所用培养液中需添加动物血清 D.丁过程中的细胞因接触抑制而大量死亡 解析　甲过程可选取动物个体的胚胎或幼龄动物的器官(或组织)，A错误；乙过程可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理细胞，B错误；由于人们对细胞所需的营养物质尚未完全研究清楚，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，C正确；丁过程中的细胞因接触抑制而影响细胞增殖，并不会大量死亡，D错误。 15 【典例2】在进行动物细胞培养时，需要(　　) A.用胃蛋白酶处理以获得单细胞悬液 　 B.充入5%CO2以刺激细胞正常呼吸 C.加入经高压蒸汽灭菌的血清以提供营养 　 D.定期更换培养液以清除代谢产物 D 【典例3】相对细菌和植物细胞而言，动物细胞离体培养更需关注培养基的渗透压，这是因为动物细胞(　　) A.没有中央液泡，不能发生渗透作用 B.渗透压远高于细菌或植物细胞的渗透压 C.没有细胞壁，易吸水涨破 D.生长缓慢，各生长阶段对环境的渗透压要求不同 C 解析　用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理以获得单细胞悬液，A错误；充入5%CO2是维持培养液的pH，B错误；加入血清为动物细胞提供营养，高压蒸汽灭菌会破坏血清中的活性成分，C错误；定期更换培养液以清除代谢产物，D正确。 16 【典例4】下列关于动物细胞培养的叙述不正确的是(　　) A.动物细胞培养技术的原理是细胞膜的流动性 B.传代培养时需要用胰蛋白酶处理贴壁生长的细胞 C.癌细胞在培养瓶中不会出现接触抑制现象 D.动物细胞培养一般需要使用CO2培养箱 A 解析　动物细胞虽然无中央液泡，但是有一定浓度的细胞液，能发生渗透作用，A错误；动物细胞渗透压不一定高于细菌或植物细胞的渗透压，B错误；由于动物细胞无细胞壁，外界渗透压一旦过低，细胞容易吸水涨破，C正确；动物细胞不一定生长缓慢，各生长阶段对环境的渗透压要求不同，不是动物细胞离体培养更需关注培养基的渗透压的理由，D错误。解析　动物细胞培养技术的原理是细胞增殖，A错误；传代培养时需要用胰蛋白酶处理贴壁生长的细胞，使其分散培养，B正确；癌细胞在培养瓶中不会出现接触抑制现象，能无限增殖，C正确；动物细胞培养一般需要使用CO2培养箱，以维持培养液的pH值，D正确。 17 1.干细胞的概念： 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.干细胞的分布： 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 3.干细胞的分类： 包括胚胎干细胞和成体干细胞等。 （1）胚胎干细胞（简称ES细胞） ①分布： 存在于________中 早期胚胎 ②特点： 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 ③应用实例： ES细胞在体外分化成心肌细胞、神经元细胞和造血干细胞等 五、干细胞培养及其应用 （2）成体干细胞 ①分布： 存在于________________中 成体组织或器官内 ②举例： ③特点： 一般认为，成体干细胞具有组织特异性, 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。 A.造血干细胞：存在于成体的骨髓、外周血和脐带血， 可分化成 各种血细胞和免疫细胞。发现最早、研究最多、应用最多 B.神经干细胞：取自神经系统，可分化成神经细胞。 C.精原干细胞：取自睾丸，可分化成无数的精子。 （专能干细胞） （多能干细胞） 外周血是除了骨髓之外的血液，临床上常用一些方法把骨髓中的造血干细胞释放到血液中，再从血液中提取分离得到造血干细胞，我们把这样得到的干细胞称为外周血干细胞 19 治疗神经组织损伤和神经系统退行性疾病， 如帕金森病、阿尔茨海默病等疾病 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 有着自我更新能力及分化潜能的干细胞，与组织、器官的发育、再生和修复等密切相关。 4.干细胞的应用 （1）应用原理： （2）应用实例： 造血干细胞： 神经干细胞： 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。 （3）面临的问题： 存在导致肿瘤发生的风险 （4）应用展望： 5.诱导多能干细胞（iPS细胞） （1）胚胎干细胞的局限性： 胚胎干细胞必须从_____中获取 ，涉及________；因而限制了在医学上的应用。 胚胎 伦理问题 （2）诱导多能干细胞概念： 通过体外诱导小鼠成纤维细胞，获得了类似胚胎干细胞的一种细胞，称为诱导多能干细胞，简称iPS细胞。 诱导方法： ①将特定基因或特定蛋白导入细胞 （成纤维细胞以及已分化的T细胞、B细胞均可）； ②用小分子化合物诱导形成。 （3）诱导多能干细胞优点： 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。 科学家普遍认为iPS细胞的应用前景优于胚胎干细胞 21 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 （4）诱导多能干细胞的应用： 5.诱导多能干细胞（iPS细胞） 诱导多能干细胞 （iPS细胞） 多种体细胞 定向诱导分化 体外诱导成纤维细胞 临床治疗疾病如： 白血病、帕金森病、阿尔茨海默病等 动物细胞培养 动物细胞培养的概念和原理 干细胞培养及其应用 营养条件；无菌、无毒的环境；温度、pH和渗透压；气体环境 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 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 动物细胞培养的条件 动物细胞培养的过程 取动物组织 单个细胞 细胞悬液 原代培养 传代培养 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 【课堂小结】 【基础过关】 (1)干细胞都是来源于早期胚胎。( ) (2)造血干细胞是发现最早、研究最多、应用也最为成熟的一类成体干细胞，主要存在于成体的骨髓、外周血和脐带血中。( ) (3)不同类型的干细胞，它们的分化潜能完全相同。( ) (4)iPS细胞是一种人工诱导产生的多能干细胞，在治疗阿尔茨海默病、 心血管疾病领域具有重要的研究价值。( ) (5)iPS细胞称为诱导多能干细胞,与胚胎干细胞类似,也需从胚胎中获取( ) × √ × √ × 【典例1】动物和人体内具有分裂和分化能力的细胞称为干细胞。对右图的相关叙述中，错误的是(　　) A.a过程可表示干细胞的自我更新 B.b、c过程表示干细胞具有分化能力 C.a、b、c过程中细胞的遗传信息表达情况不同 D.a、b、c过程中遗传物质发生了定向改变 D 解析　a过程可表示干细胞的自我更新，干细胞通过细胞分裂产生新的干细胞，A正确；b、c过程表示干细胞具有分化能力，可以分化出特定功能的细胞，B正确；a、b、c过程中细胞的遗传信息表达情况不同，即发生了基因的选择性表达，C正确；a、b、c过程中遗传物质未发生改变，D错误。 25 【典例2】干细胞是一类未参与分化或未完全分化的细胞，分裂能力强。 按照其来源分为胚胎干细胞和成体干细胞(如造血干细胞、神经干细胞)。 下列关于干细胞的说法错误的是(　　) A.胚胎干细胞不具有发育成完整个体的潜能 B.胚胎干细胞的分化程度小于造血干细胞 C.骨髓移植治疗白血病就是利用了造血干细胞能分化成各种血细胞的能力 D.将带有遗传标记的胚胎干细胞植入早期胚胎，通过组织化学染色可追寻胚胎发育中细胞分化和器官形成的规律 A 解析　胚胎干细胞具有发育成各种组织、器官，甚至发育成完整个体的潜能，A错误；胚胎干细胞的分化程度小于造血干细胞，B正确；骨髓移植治疗白血病就是利用了造血干细胞能分化成各种血细胞的能力，C正确；将带有遗传标记的胚胎干细胞植入早期胚胎，通过组织化学染色可追寻胚胎发育中细胞分化和器官形成的规律，D正确。 26 【典例3】下图为科学家在实验室中培养“人造牛肉”的简要过程。 相关叙述正确的是(　　) C A.用胃蛋白酶处理牛肌肉组织，获得分裂能力强的肌肉干细胞 B.生物反应器中应充以95%空气加5%CO2的混合气体，CO2的作用是 刺激细胞呼吸 C.培养液中的支架提供了更多的细胞吸附面积，有利于细胞贴壁生长 D.“人造牛肉”的培养有利于牛肉的工厂化生产，但环境污染严重 解析　用胰蛋白酶处理动物组织，可以使组织分散成单个细胞，利于动物细胞培养，不用胃蛋白酶是因为pH不合适，A错误；动物细胞培养的气体环境：95%空气和5%CO2，CO2的作用主要是维持培养液的pH，B错误；动物细胞培养过程中细胞悬液中的细胞会贴附在瓶壁上生长，如果想得到大量的产物，可以利用支架增大细胞吸附面积，有利于细胞贴壁生长，C正确；理论上来说，仅来自1只动物的干细胞可制成的肉品数量，比宰杀1头牛多得多，有利于牛肉的工厂化生产，同时也可减少对土地、饮用水和饲料的利用，且温室气体等其他环境污染物也会减少，D错误。 27 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 × √ × × 练习与应用（P47） 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（P47） 一.概念检测 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HLA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。 二.拓展应用 练习与应用（P47） 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。 （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 练习与应用（P47） $$