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

问题∙探讨 1975年，米尔斯坦和科勒，创立单克隆抗体技术 1890年，希普，世界上首例胚胎移植成功 1907年，哈里森， 首创了动物组织体外培养法 1951年，张明觉， 发现哺乳动物精子获能现象 1958年，格登，体细胞核移植成功 1959年，试管家兔诞生 1978年，胚胎分割移植工程 1981年，埃文斯， 分离和培养小鼠胚胎干细胞 1996年，克隆羊诞生 2006年，山中伸弥， 获得诱导多能干细胞 2014年，单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿诞生 动物细胞工程的发展历程 S z L w h 2.2.1 动物细胞培养 S z L w h 珠珠的电脑 (珠) - 问题∙探讨 S z L w h 问题∙探讨 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。 皮肤烧伤 通过细胞培养构建的人造皮肤 讨论 1、异体移植面临的问题： 。 供体器官短缺、免疫排斥等 2、获得大量的自体健康皮肤的方法： 。 取少量正常、健康的皮肤在体外进行培养、扩增 S z L w h 动物细胞工程 动物细胞工程技术包括： 动物细胞融合 动物细胞培养 动物体细胞核移植 基础 讨论 那么，动物细胞培养需要哪些必要条件呢？ 培养的过程又是怎样的呢？ S z L w h 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。 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，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。 细胞分裂（增殖） 5. 目的： 获得细胞或细胞产物；不能获得完整动物个体 动物体 组织 单个细胞 细胞生长和增殖 取出 分散 适宜条件 动物细胞工程 S z L w h 1 动物细胞培养的条件 2 动物细胞培养的流程 3 干细胞培养及其应用 动物细胞工程 S z L w h 糖类、氨基酸、无机盐、维生素…… 无菌、无毒的环境 适宜的温度、pH和渗透压 适宜的气体环境 思考·讨论 一、动物细胞培养的条件 1、动物细胞培养实际上是在体外模拟体内的生理条件进行的培养，你认为体外培养动物细胞需要满足哪些条件? 动物细胞培养所需的 基本条件 营养条件 其他条件 S z L w h （一）营养： 一、动物细胞培养的条件 ①成分： 将细胞所需的_________按其_____和________严格配制而成的培养基。 营养物质 种类 所需量 使用合成培养基时，通常需加入______等一些天然成分 血清 (1)已知成分： (2)未知成分： 合成培养基 （液体培养基） 概念： 成分： 糖类、氨基酸、无机盐、维生素等 ②状态： 培养动物细胞一般使用液体培养基，也称培养液。 S z L w h 一、动物细胞培养的条件 血清中含有蛋白质、氨基酸、葡萄糖、激素等，氨基酸有多种，是细胞合成蛋白质的基本成分，其中有些氨基酸动物细胞本身不能合成（称为必需氨基酸），必须由培养液提供；血清激素有胰岛素、生长激素等及多种生长因子；血清还含有多种未知的促细胞生长因子、促贴附因子及其他活性物质，能促进细胞的生长、增殖和贴附； 因此，细胞培养时，要保证细胞能够顺利生长和增殖，一般需添加10%～20%的血清。 为什么对动物细胞进行培养时通常要添加血清？ 人们对所需营养物质尚未全部研究清楚，因此需要加一些天然成分 思考·讨论 S z L w h 一、动物细胞培养的条件 （二）无菌、无毒的环境： （1）对______和____________进行_____处理； （2）在________下进行操作； （3）还需要______________。 培养液 所有培养用具 灭菌 无菌环境 定期更换培养液 在细胞培养液中添加一定量的抗生素 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 如何防止培养过程中的微生物污染？ 定期更换培养液的目的是什么？ S z L w h 一、动物细胞培养的条件 （三）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： S z L w h 一、动物细胞培养的条件 （四）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： 思考：动物细胞培养的基本操作过程是什么？ S z L w h 阅读教材“动物细胞培养的过程”，思考、回答下列问题： 根据动物细胞培养的概念初步构建动物细胞培养的流程 培养前，为什么要将组织分散成单个细胞? 怎样将组织分散成单个细胞? 细胞培养一段时间，分裂会受阻，这是为什么?怎样解决这一问题? 二、动物细胞培养的过程 S z L w h 二、动物细胞培养的过程 传代培养 取动物组织 制成细胞悬液 原代培养 放入CO2 培养箱中培养 放入CO2培养箱中培养 用机械的方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理的方法，将组织分散成单个细胞 S z L w h 二、动物细胞培养的过程 分 瓶 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.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，哪些细胞更容易培养？为什么？ 细胞增殖能力与供体的年龄有关，幼龄动物的细胞增殖能力强，有丝分裂旺盛，老龄动物的细胞则相反。所以，幼龄动物细胞比老龄动物细胞易于培养。 分化程度越低的细胞，增殖能力越强，所以更容易培养。 一般取材于动物胚胎或幼龄动物的组织、器官。 S z L w h 二、动物细胞培养的过程 分 瓶 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 方法： 不可以；胃蛋白酶作用的适宜pH约为2，当pH大于6时，胃蛋白酶就会失去活性，多数动物细胞培养的适宜pH为7.2-7.4，胃蛋白酶在此环境中没有活性。 2.可以用胃蛋白酶处理吗？为什么？ 思考·讨论 细胞膜的成分中含有蛋白质，而胰蛋白酶能够水解蛋白质，因此，胰蛋白酶会把细胞消化掉。因此，胰蛋白酶处理的时间不能太长。 3.胰蛋白酶真的不会把细胞消化掉吗，为什么？ ①机械法 ②用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理 S z L w h 二、动物细胞培养的过程 分 瓶 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细胞所需的营养物质容易供应，代谢废物容易排除 4.为什么要将组织分散成单个细胞？ 思考·讨论 方法：①机械法 ②用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理 原因： 细胞靠在一起，彼此限制了生长和增殖； 营养物质容易供应，代谢废物容易排除 S z L w h 二、动物细胞培养的过程 分 瓶 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.原代培养 ①悬浮生长：能够悬浮在培养液中生长增殖 ②贴壁生长：大多数需要贴附于某些基质表面才能生长增殖 细胞贴壁：细胞贴附在培养瓶的瓶壁上，这种现象叫细胞贴壁。 接触抑制：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。 是否接触抑制可作为区别正常细胞与癌细胞的标志之一。 S z L w h 二、动物细胞培养的过程 形成一层细胞 可形成多层细胞 肿瘤细胞失去接触抑制，适宜条件下在培养液可以无限增殖下去。 细胞悬液 细胞贴壁、接触抑制 S z L w h 二、动物细胞培养的过程 分 瓶 取动物组织 分散成单个细胞 制成细胞悬液 原代培养 圆球形细胞刚开始 铺展贴壁生长（100×） 培养的动物细胞贴壁生长 并进行有丝分裂（100×） 细胞单层贴壁生长铺满瓶壁后出现接触抑制（100×） 悬浮生长 贴壁生长 细胞密度过大 有害代谢物积累 培养中营养物质缺乏 接触抑制 细胞分裂受阻 分瓶培养 (传代培养) 导致 需要 因为 因为 6、为什么要进行分瓶培养？ 传代培养 S z L w h 二、动物细胞培养的过程 分 瓶 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 原代培养: 分瓶之前的细胞培养，即动物组织经处理后的初次培养。 （1）类型：①悬浮生长： ②贴壁生长： （2）细胞贴壁 （3）接触抑制： （4）分瓶的原因： 传代培养: 分瓶后的细胞培养。 分瓶方法： ①悬浮生长类： ②贴壁生长类： 离心法收集 贴壁细胞用胰蛋白酶等处理，使之分 散成单个细胞，再用离心法收集 S z L w h 二、动物细胞培养的过程 分 瓶 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 问题 细胞分裂受阻 细胞密度大 有害代谢物积累 营养物质缺乏 原因 接触 抑制 原因 解决 悬浮生长 贴壁生长 S z L w h 二、动物细胞培养的过程 S z L w h 二、动物细胞培养的过程 S z L w h 一、动物细胞培养的条件 1.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? 细胞的增殖能力与供体的年龄有关，幼龄动物的细胞增殖能力强，有丝分裂旺盛，老龄动物的细胞则相反。所以，一般来说，幼龄动物的细胞比老龄动物的细胞易于培养。同样，分化程度越低的细胞，增殖能力越强，所以更容易培养。 思考·讨论 S z L w h 二、动物细胞培养的过程 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 2.动物细胞培养与植物组织培养有什么相同和不同之处? S z L w h 二、动物细胞培养的过程 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。 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 S z L w h 三、干细胞培养及其应用 阅读教材中“干细胞培养及其应用”的内容，思考、回答下列问题。 什么是干细胞？它有哪些类型？这些类型各有怎样的特点和哪些方面的应用？ 科学家是怎样获得诱导多能干细胞（IPS细胞）的？ 这种细胞与胚胎干细胞相比，有哪些应用优势？ 干细胞用于临床治疗可能存在什么问题？ 你如何看待干细胞在临床上的应用所产生的效益与风险？ S z L w h 三、干细胞培养及其应用 (3)分布： (4)分类： 存在于早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中。 包括胚胎干细胞和成体干细胞等。 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)特点： 体积较小，细胞核大，核仁明显。 (1)概念： 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 S z L w h 三、干细胞培养及其应用 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、神经元和造血干细胞等细胞。 (1)来源： (2)作用： (3)成果： 早期胚胎中 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。 （一）胚胎干细胞（ES细胞） S z L w h 三、干细胞培养及其应用 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。 (1)来源： (2)分类： (3)作用： (骨髓外周血和脐带血中) (神经系统中) (睾丸中) 成体干细胞是成体组织或器官内的干细胞 神经干细胞 造血干细胞 精原干细胞 血细胞 精原细胞 分化 分化 分化 神经细胞 （二）成体干细胞 S z L w h 三、干细胞培养及其应用 2006年，科学家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，将它称为诱导多能干细胞（简称iPS细胞），并用iPS细胞治疗了小鼠的镰状细胞贫血。 (1)诱导多能干细胞的概念 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。 资料： S z L w h 三、干细胞培养及其应用 取成纤维细胞 转入相关因子 细胞转化为iPS细胞 诱导iPS细胞定向分化为多种组织细胞 移植回病人体内 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 (2)诱导iPS细胞及其应用 S z L w h 三、干细胞培养及其应用 (2)诱导iPS细胞及其应用 病人 神经细胞 肌肉细胞 血细胞 造血干细胞 体细胞 器官 ① 诱导iPS细胞形成正常神经干细胞，可以治疗神经组织损伤和神经系统退行性疾 ② 诱导iPS细胞形成正常造血干细胞，移植后可恢复病人的造血和免疫功能。病（如帕金森病、阿尔兹海默症等）。 ③ 诱导iPS细胞形成心肌细胞等，可以治疗心血管疾病。 S z L w h 三、干细胞培养及其应用 (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。 S z L w h 课堂小结 无菌、无毒 营养 温度、pH和渗透压 气体环境 制备细胞悬液 原代培养 传代培养 动物细胞培养 动物细胞培养的条件 动物细胞培养的过程 干细胞的培养和应用 干细胞的种类、特点及应用 iPS细胞的培养和应用 S z L w h 练习∙反馈 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。 ( ) × √ × × S z L w h 练习∙反馈 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 S z L w h 谢谢观看! 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